4×4矩阵键盘原理及其在单片机中的简单应用(基Proteus仿真)

4×4矩阵键盘原理及其在单片机中的简单应用
基于Proteus仿真
1、4×4矩阵键盘的工作原理
如下图所示，4×4矩阵键盘由4条行线和4条列线组成，行线接P3.0－P3.3，列线接P3.4－P3.7，按键位于每条行线和列线的交叉点上。

按键的识别可采用行扫描法和线反转法，这里采用简单的线反转法，只需三步。

第一步，执行程序使X0~X3均为低电平，此时读取各列线Y0~Y3的状态即可知道是否有键按下。

当无键按下时，各行线与各列线相互断开，各列线仍保持为高电平；当有键按下时，则相应的行线与列线通过该按键相连，该列线就变为低电平，此时读取Y0Y1Y2Y3的状态，得到列码。

第二步，执行程序使Y0~Y3均为低电平，当有键按下时，X0~X3中有一条行线为低电平，其余行线为高电平，读取X0X1X2X3的状态，得到行码。

第三步，将第一步得到的列码和第二步得到的行码拼合成被按键的位置码，即Y0Y1Y2Y3X0X1X2X3（因为行线和列线各有一条为低电平，其余为高电平，所以位置码低四位和高四位分别只有一位低电平，其余为高电平）。

也就是说，当某个键按下时，该键两端所对应的行线和列线为低电平，其余行线和列线为高电平。

比如，当0键按下时，行线X0和列线Y0为低电平，其余行列线为高电平，于是可以得到0键的位置码Y0Y1Y2Y3X0X1X2X3为01110111，即0X77。

当5键按下时，行线X1和列线Y1为低电平，其余行列线为高电平，于是可得到5键的位置码Y0Y1Y2Y3X0X1X2X3为10111011，即0XBB。

全部矩阵键盘的位置码如下：
2、4×4矩阵键盘在单片机的简单应用举例（一）
如下图所示，运行程序时，按下任一按键，数码管会显示它在矩阵键盘上的序号0~F，并且蜂鸣器发出声音，模拟按键的声音。

此处采用线反转法识别按键。

C程序如下：
#include<reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit buzzer=P1^0;
uchar code dis[]= //0~9，A~F的共阳显示代码
{0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,
0x99,0x92,0x82,0xf8,
0x80,0x90,0X88,0X83,
0XC6,0XA1,0X86,0X8E};
uchar code tab[]= //矩阵键盘按键位置码
{
0x77,0xb7,0xd7,0xe7,
0x7b,0xbb,0xdb,0xeb,
0x7d,0xbd,0xdd,0xed,
0x7e,0xbe,0xde,0xee
};
void delay(uint x) //延时函数
{uchar i;
while(x--)
for(i=0;i<120;i++);
}
uchar scan() //矩阵键盘扫描函数，得到按键号，采用线反转法{uchar a,b,c,i;
P3=0XF0; //P3口输出11110000
a=P3; //读取列码
delay(10); //防抖延时10ms
P3=0X0F; //P3口输出00001111
b=P3; //读取行码
c=a+b; //得到位置码
for(i=0;i<16;i++)
if(c==tab[i])return i; //查表得到按键序号并返回
return -1; //无按键，则返回-1
}
void beep() //蜂鸣器发出声音，模拟按键的声音
{ uchar i;
for(i=0;i<100;i++)
{
buzzer=~buzzer;
delay(1);
}
buzzer=0;
}
void main()
{uchar key;
buzzer=0; //关闭蜂鸣器
while(1)
{key=scan(); //得到按键号
if(key!=-1) //有按键则显示，并且蜂鸣器发出声音
{P0=dis[key];
beep();
delay(100);
}
}
}
Proteus仿真运行结果如下：
3、4×4矩阵键盘在单片机的简单应用举例（二）
如下图所示，运行程序时，按下的按键键值越大，点亮的LED灯越多，例如，按下1号键时，点亮一只LED灯，按下2号键时，点亮两只LED灯，按下16号键时，点亮全部LED 灯。

这里仍然采用线反转法识别按键。

C程序如下：
#include<reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uchar code tab[]= //矩阵键盘按键位置码
{
0x77,0xb7,0xd7,0xe7,
0x7b,0xbb,0xdb,0xeb,
0x7d,0xbd,0xdd,0xed,
0x7e,0xbe,0xde,0xee
};
void delay(uint x) //延时函数
{uchar i;
while(x--)
for(i=0;i<120;i++);
}
uchar scan() //矩阵键盘扫描函数，得到按键号，采用线反转法{uchar a,b,c,i;
P1=0XF0;
a=P1;
delay(10);
P1=0X0F;
b=P1;
c=a+b;
for(i=0;i<16;i++)
if(c==tab[i])return i; //有按键，则返回按键号
return -1; //无按键，则返回-1
}
void main()
{uchar key,i,led3,led2;
while(1)
{key=scan();
if(key!=-1)
{led3=0xff;
led2=0xff;
for(i=0;i<=key;i++) //这里假设key=3，因为key是从0开始算起，所以是4号键，应该{if(i<8) //点亮4只LED灯，执行4次for循环后，led3=00001111，所以点亮led3>>=1; //了4只LED灯。

else
led2>>=1;
}
P2=led2;
P3=led3;
}
}
}
Proteus仿真运行结果如下：
4、参考文献
[1]彭伟.单片机C语言程序设计实训100例.北京:电子工业出版社.2009
[2]贾振国，许琳.智能化仪器仪表原理及应用.北京:中国水利水电出版
社.2011。