矩阵键盘原理与编程实战

矩阵键盘的工作原理

矩阵键盘通过行列交叉点连接按键，减少I/O口占用。4x4矩阵键盘需要8个I/O口（4行+4列），相比独立按键的16个I/O口更高效。键盘扫描采用行扫描或列扫描方式，检测按键位置。

江协科技51单片机开发板通常采用P1或P2口连接矩阵键盘。行线接上拉电阻保持高电平，列线通过单片机输出低电平进行扫描。当按键按下时，对应行列线导通，单片机检测到电平变化。

硬件电路设计

典型4x4矩阵键盘电路包含16个机械按键，按4行4列排列。行线（ROW0-ROW3）连接单片机输入引脚，列线（COL0-COL3）连接输出引脚。每个行线需接10kΩ上拉电阻至VCC，防止悬空状态。

江协科技开发板通常提供已焊接好的矩阵键盘模块，用户只需通过排线连接至单片机I/O口。注意检查开发板原理图确认具体连接引脚，常见配置为P1.0-P1.7对应ROW0-ROW3和COL0-COL3。

扫描程序实现

采用逐列扫描法检测按键：

unsigned char MatrixKey()
{
    unsigned char KeyNumber=0;
    
    P1=0xFF;
    P1_3=0;
    if(P1_7==0){Delay(20);while(P1_7==0);Delay(20);KeyNumber=1;}
    if(P1_6==0){Delay(20);while(P1_6==0);Delay(20);KeyNumber=5;}
    if(P1_5==0){Delay(20);while(P1_5==0);Delay(20);KeyNumber=9;}
    if(P1_4==0){Delay(20);while(P1_4==0);Delay(20);KeyNumber=13;}
    
    P1=0xFF;
    P1_2=0;
    if(P1_7==0){Delay(20);while(P1_7==0);Delay(20);KeyNumber=2;}
    if(P1_6==0){Delay(20);while(P1_6==0);Delay(20);KeyNumber=6;}
    if(P1_5==0){Delay(20);while(P1_5==0);Delay(20);KeyNumber=10;}
    if(P1_4==0){Delay(20);while(P1_4==0);Delay(20);KeyNumber=14;}
    
    // 同理处理剩余两列
    return KeyNumber;
}

消抖处理

机械按键存在5-10ms的抖动期，需采用延时消抖：

void Delay(unsigned int xms)
{
    unsigned char i, j;
    while(xms--){
        i = 2;
        j = 239;
        do{
            while (--j);
        } while (--i);
    }
}

在检测到按键按下后延时20ms避开抖动期，再次检测确认按键状态。释放时同样需要延时处理。

键盘编码与映射

扫描函数返回的键值需要转换为实际功能：

unsigned char KeyValue;
KeyValue = MatrixKey();
switch(KeyValue){
    case 1: /* 执行按键1功能 */ break;
    case 2: /* 执行按键2功能 */ break;
    // ...其他按键处理
    default: break;
}

建议使用二维数组建立扫描码到功能码的映射表，便于扩展和维护。

注意事项

行线必须配置为输入模式，列线配置为输出模式。STC89C52等51单片机I/O口默认为准双向口，可直接使用无需特别配置。

高频率扫描可能影响其他任务执行，可考虑使用定时器中断进行键盘扫描，典型扫描间隔为10-50ms。同时避免在扫描函数内执行耗时操作。

多按键同时按下可能产生冲突，常规应用可忽略此情况或采用按键优先级策略。如需支持组合键需修改扫描算法。

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