矩阵键盘的设计

摘要本实验是在基于PROTUES平台下，运用 80C51芯片编写程序设计实现的矩阵式键盘。

通过对矩阵键盘的硬件电路的设计及对其进行程序汇编和运行，通过单片机的内部控制实现对硬件电路的设计,从而实现对4×4矩阵键盘的识别。

用单片机的并行P1口连接4×4矩阵键盘，并以单片机的P1.0－P1.3口作键盘输入的列线，以单片机的P1.4－P1.7口作为键盘输入的行线，然后用P0.0－P0.6作输出线，通过上拉电阻在显示器上显示不同的符号按键“0－F”。

在硬件电路的基础上加上软件程序的控制来设计实现。

其工作过程为：先判断是否有键按下，如没有键按下，则继续扫描整个程序，如有键按下，就识别是哪一个键按下，最后通过显示器把该键所对应的键的序号显示出来。

关键词：80C51芯片；4×4矩阵；键盘识别；显示器目录1 问题描述................................ 错误！未定义书签。

2 设计原理................................ 错误！未定义书签。

2.1电路硬件说明......................... 错误！未定义书签。

2.2矩阵式键盘的工作过程 (2)2.3程序设计内容 (2)2.4硬件电路设计及其电路图 (2)3 程序说明及其流程图 (3)3.1程序系统 (3)3.2判别是否有键按下程序 (4)3.3识别哪个键按下程序 (6)3.4显示程序 (7)3.5延时程序 (8)4 仿真结果分析 (9)5 汇编程序 (12)6 课程设计总结与体会 (16)参考文献资料1 问题描述（1）设计一个4×4矩阵式键盘，以实现矩阵式键盘的程序识别。

（2）用单片机的并行口P1连接4×4矩阵键盘，并以单片机的P1.0－P1.3各管脚作输入线，以单片机的P1.4－P1.7各管脚作输出线，在数码管上显示每个按键“0－F”的序号。

键盘中对应按键的序号排列如下图图1.1 键盘序号图2 设计原理2.1 电路硬件说明（1）在“单片机系统”区域中，把单片机的P1.0－P1.7端口通过8联拨动拨码开关JP3连接到“4×4行列式键盘”区域中的M1－M4，N1－N4端口上。

即将P1口作为整个系统的输入接口电路。

（2）在“单片机系统”区域中，把单片机的P0.0－P0.6端口通过上拉电阻连接到“静态数码显示模块”区域中的任何一个a－g端口上；作为整个系统的并且P0.0对应着a，P0.1对应着b，……，P0.6对应着g。

（3）此实验采用的是共阴极LED显示块，只有当a－g端口输入高电平时才有效，即显示块中的对应的发光二极管才发光，低电平时不显示，通过a－g端口的不同输入使显示器显示不同的字符。

（4）系统中的上拉电阻RP1和RP2是限流电阻，起到限流的作用，阻值一般在100－300欧姆之间。

2.2 矩阵式键盘的工作原理（1）CPU先使行线平P1.4线为低，其余行线P1.5-P1.7为高，即P1.4所在的行线为“0”状态，其余行为“1’状态。

（2）CPU读入输入缓冲器的状态，以确定哪条列线为“0”状态，此时，若P1.0为“0”状态，则为0键按下；若P1.1为“0”状态，则为“1”键按下；以此类推。

（3）若输入缓冲器的状态全部为“1”状态，则CPU继续使使行线P1.5为低，其余行线为高。

再读入输入缓冲器的状态，以确定那条列线为“0”状态，从而判断是哪个键压下。

（4）判断出哪个键压下之后，程序转入相应的键处理程序2.3 程序设计内容（1）4×4矩阵键盘识别处理。

（2）每个按键都有它的行值和列值，行值和列值的组合就是识别这个按键的编码。

矩阵的行线和列线分别通过两并行接口和CPU通信。

键盘的一端（列线）通过电阻接VCC，而接地是通过程序输出数字“0”实现的。

键盘处理程序的任务是：确定有无键按下，判断哪一个键按下，键的功能是什么？还要消除按键在闭合或断开时的抖动。

两个并行口中，一个输出扫描码，使按键逐行动态接地；另一个并行口输入按键状态，由行扫描值和回馈信号共同形成键编码而识别按键，通过软件查表，查出该键的功能。

2.4 硬件电路设计及电路图硬件电路设计图如下图所示。

把单片机的P1.0－P1.7端口通过8联拨动拨码开关连接到“4×4行列式键盘”，其中P1.0-P1.3作为列线，P1.4-P1.7作为行线，把单片机的P0.0－P0.6端口连接到共阴极“静态数码显示模块”区域中对应的a－g端口上；系统首先通过CPU对全部键盘进行扫描，即把第一根行线置为“0”状态，其余行线置于“1”状态，读入输入缓冲器的状态，若其状态全为“1”表明该行无键按下，再将第二根行线置为“0”状态，同样读入输入缓冲器的状态，如其状态也全为“1”，则置第一根行线置为“0”状态，以此类推。

如读入输入缓冲器的状态不全为“1”，确定哪一根列线为“0”状态，当某个键的行线和列线都为“0”状态时，表明该键按下。

最后通过显示程序将该键的序号显示出来。

图2.1 硬件电路图3 程序说明及其流程图3.1系统程序（1）说明：该图是一个总的系统框图，首先CPU读入初始状态，CPU先让某一行线为低，其他行线为高，同时列线都为高，通过对按键进行扫描，也就是通过按键后判断列线是否为0来判断是否有键按下，有的话就继续执行程序识别判断是哪个键按下，然后通过P0口查询显示该数符，如果没有按键按下就返回程序继续扫描直到有键按下时才停止扫描。

（2）流程图3.2 判别是否有键按下程序（1）说明：该图表示的是将P1口置初值为FFH，MOV P1,#0FFH，然后CLR P1.4，通过读入输入缓冲器的状态，通过屏蔽A的高四位后和0FH进行异或来判断赋值为0的这一行是否有键按下，如无键按下，重置P1为FFH，CLR P1.5，如仍无键按下，就依次CLR P1.6、 CLR P1.7。

直到有键按下，为去抖动，就延时10ms，再次确认是否真的有键按下，如果是的话就根据当前状态识别按键。

如一次全部的扫描仍没有键按下，就回到开始处继续扫描。

（2）流程图3.3 识别哪个键按下程序（1）说明：本图是以第2行有键按下时判哪一个键按下的流程图为例的。

当将第二行的行线置为0，其余行线置于1的情况下，读入输入缓冲器的状态，不为全0，则说明该行有键按下，此时就可以将A的值送给P1，屏蔽A的高四位，依次与OEH、0BH、0DH、07H进行比较来确定按下的键号是4、5、6还是7，然后送至P0口显示。

执行完显示程序后再转向程序的开始处（2）流程图（1）说明：判断有键按下并且识别出是哪个键按下时，接着就通过显示程序将其通过数码管显示出来。

该实验用的是查表程序来实现相应键的显示的。

将定义字伪指令地址赋给DPTR ，通过指令 MOVC A,@A+DPTR 查到对应字符的显示码送给A ，再由A 送给P0，最后由显示器显示出来。

显示器字形与字段的对应关系如下：表3.1 显示器字形与字段对应关系表（1）说明：为防止抖动，使键盘识别失误，于是我们运用一个10ms的延时程序使之产生10ms的定时，对键盘再一次进行扫描，检查键盘的状态，当两次扫描到键位上有键按下时CPU才做处理。

此延时程序是通过双重循环结构实现延时的。

其汇编程序如下：DELAY10MS:MOV R6,#10D1:MOV R7,#248DJNZ R7,$DJNZ R6,D1RET其延时的时间计算过程为：设其晶振频率为6MHZ，则其机器周期为2us，又上述指令均为双周期指令，因而，T=4+(4+10×4)×248+4=10920us≈10ms（2）流程图4 仿真结果及分析(1)在proteus中设计好实验电路后，然后在proteus编程环境中进行程序设计和编译，生成HEX文件并加载HEX文件，点启动，运行仿真。

由于开始时P0口的值被赋为00H，P1口的值为FFH，当无键按下时，将P1.4口置0，再将P1口的值送A，屏蔽高4位，与0F相异或后，A的值变为0，即第0行没有键按下，转入NOKEY0子程序中，重新赋值P1口的值为FFH，将P1.5口置0后送A，屏蔽高4位，与0F相异或后，A的值又变为0，即第1行没有键按下，转入NOKEY1子程序中，同理，可以得知第2行和第3行也没有键按下。

因而，P0口没有被重新赋值，保持为00H不变，又显示器是共阴极的，此时P0.0-P1.6口均为“0”,即“a-g”段均不显示，从而显示器不显示，并转向程序的开始继续循环扫描键盘，直到有键按下为止。

观察到显示器中的显示现象如下：图4.1（2）当按下第六个键时，开始时P0口的值被赋为00H，P1口的值为FFH，将P1.4口置0，再将P1口的值送A，屏蔽高4位，与0F相异或后，A的值变为0，即第0行没有键按下，转入NOKEY0子程序中，重新赋值P1口的值为FFH，将P1.5口置0后送A，屏蔽高4位，与0FH相异或后，由于第一行有键按下，此时，A的值不为1，为了防止抖动，进入10ms的定时程序后再重新确认一次，是否真的有键按下，当重新确认后，A的值仍不为1，说明确实有键按下，然后将P1的值送A，屏蔽高4位，将A与0EH比较，判断其是否等于0EH相等，由于此时的A等于0DH，即两者不相等，程序转向NEXT5,与0DH比较，相等把5送给key，进入显示程序，将key值送给A，通过查表程序的查表参数查找其对应值06H并送给P0，通过P0口控制显示器，此时P0口的值为01101101B，对应着显示器的a、c、d、f、g段显示，其余段不显示，从而显示为“5”。

接着又转向程序的最开始处继续进行扫描。

观察到显示器中的显示现象如下：图4.2同理，当按下第十个键时，观察到显示器中的显示现象如下：图4.3以此类推，当按下最后一个键时，观察到显示器中显示的数码为“F”。

总之，当按下相应的键时，显示器上对应的显示数符“0－F”，从而实现了对键盘的识别。

5 汇编程序KEY EQU 30HORG 0000H ；入口地址SJMP STARTSTART:MOV P0,#00HJIXU:MOV P1,#0FFH ；判第0行是否有键按下CLR P1.4 ；将P1.4清零MOV A,P1ANL A,#0FH ；屏蔽高4位XRL A,#0FHJZ NOKEY0 ；A为0，转向NOKEY0 LCALL DELAY10MS ；延时，去抖动MOV A,P1 ；再确认一次ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY0 ；A为0，转向NOKEY0 MOV A,P1 ；判哪一个键按下ANL A,#0FHCJNE A,#0EH,NEXT1MOV KEY,#0LJMP OK ；转向显示程序NEXT1:CJNE A,#0DH,NEXT2MOV KEY,#1LJMP OKNEXT2:CJNE A,#0BH,NEXT3MOV KEY,#2LJMP OKNEXT3:CJNE A,#07H,NOKEY0MOV KEY,#3LJMP OKNOKEY0:MOV P1,#0FFH ；判第1行是否有键按下CLR P1.5 ；将P1.5清零MOV A,P1ANL A,#0FH ；屏蔽高4位XRL A,#0FHJZ NOKEY1 ；A为0，转向NOKEY1 LCALL DELAY10MS ；延时，去抖动MOV A,P1 ；再确认一次ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY1 ；A为0，转向NOKEY1 MOV A,P1 ；判哪一个键按下ANL A,#0FHCJNE A,#0EH,NEXT5MOV KEY,#4LJMP OKNEXT5:CJNE A,#0DH,NEXT6MOV KEY,#5LJMP OKNEXT6:CJNE A,#0BH,NEXT7MOV KEY,#6LJMP OKNEXT7:CJNE A,#07,NOKEY1MOV KEY,#7LJMP OKNOKEY1:MOV P1,#0FFH ；判第2行是否有键按下CLR P1.6 ；将P1.6清零MOV A,P1ANL A,#0FH ；屏蔽高4位XRL A,#0FHJZ NOKEY2 ；A为0，转向NOKEY2LCALL DELAY10MS ；延时，去抖动MOV A,P1 ；再确认一次ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY2 ；A为0，转向NOKEY2 MOV A,P1 ；判哪一个键按下ANL A,#0FHCJNE A,#0EH,NEXT9MOV KEY,#8SJMP OKNEXT9:CJNE A,#0DH,NEXT10MOV KEY,#9SJMP OKNEXT10:CJNE A,#0BH,NEXT11MOV KEY,#10SJMP OKNEXT11:CJNE A,#07,NOKEY2MOV KEY,#11SJMP OKNOKEY2:MOV P1,#0FFH ；判第2行是否有键按下CLR P1.7 ；将P1.6清零MOV A,#P1ANL A,#0FH ；屏蔽高4位XRL A,#0FHJZ NEXT16 ；A为0，转向NEXT16 LCALL DELAY10MS ；延时，去抖动MOV A,P1 ；再确认一次ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NEXT16 ；A为0，转向NEXT16 MOV A,P1 ；判哪一个键按下ANL A,#0FHCJNE A,#0EH,NEXT13MOV KEY,#12SJMP OKNEXT13:CJNE A,#0DH,NEXT14MOV KEY,#13SJMP OKNEXT14:CJNE A,#0BH,NEXT15MOV KEY,#14SJMP OKNEXT15:CJNE A,#07H,NEXT16MOV KEY,#15SJMP OKNEXT16:LJMP JIXUOK:MOV A,KEY ；查表显示MOV DPTR,#TABLEMOVC A,@A+DPTRMOV P0,ALJMP JIXUDELAY10MS:MOV R6,#10 ；延时D1:MOV R7,#248DJNZ R7,$DJNZ R6,D1RETTABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07HDB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71HEND6 课程设计的总结与体会回顾起此次课程设计，感觉受益匪浅，从拿到题目到完成整个编程，从理论到实践，学到很多很多的课堂理论中没学到过的东西，不仅对键盘的识别技术这一章节的知识点有了深刻的认识，而且对这学期开设的单片机这门课程有了更全面的了解，尤其是在学习使用proteus软件片编程和仿真时收获良多。