【蓝桥杯_学习_51单片机】矩阵键盘状态机法

news2025/11/1 4:39:54

矩阵键盘

一.基础知识

在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式
采用逐行或逐列的“扫描”，就可以读出任何位置按键的状态
矩阵键盘和独立按键一样，也需要进行消抖处理！
于此补充一下抖动的含义：

对于机械开关，当机械触点断开、闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开，所以在开关闭合及断开的瞬间会伴随一连串的抖动

20230130_1

消抖的话，我们采用两种方式：

状态机法 和 三行按键法

后面会详细介绍！
20230130_2

上图是矩阵键盘的电路图，我们通过电路图来对矩阵键盘的IO口进行分析！
其中P30,P31,P32,P33来控制矩阵键盘的行，P34,P35,P42,P44来控制矩阵键盘的列。

接下来介绍一下我们的编程思路：
(1) 给控制矩阵键盘行的四位赋值为0，检测控制矩阵键盘列的四位中哪一位为0，由此确定按键所在列
(2) 给控制矩阵键盘列的四位赋值为0，检测控制矩阵键盘行的四位中哪一位为0，由此确定按键所在行
(3) 根据行和列，确定按键的位置
选(1)(2)中(1)步骤来进行分析：

P30=0,P31=0,P32=0,P33=0;
P34=1,P35=1,P42=1,P44=1;
//可以看出上述赋值操作略微有些繁琐，我们进行简化
P3 = 0xF0;
P4 = 0xFF;
//这样赋值可以实现异曲同工之妙！

赋值之后，进行选择判断操作

if(P34==0){
    //...
}
if(P35==0){
    //...
}
if(P44==0){
    //...
}
if(P44==0){
    //...
}

获取键值

关键代码如下：

//矩阵键盘_获取键值
u8 KBD_KeyIO()
{
	u8 key_io = 0;
	P3 = 0xf0,P4 = 0xff;	//列扫描，低四位输出0，读取高四位的值
	if(P44==0)
	{
		key_io = 4;
	}
	if(P43==0)
	{
		key_io = 8;
	}
	if(P35==0)
	{
		key_io = 12;
	}
	if(P34==0)
	{
		key_io = 16;
	}
	
	P3 = 0x0f,P4 = 0x00;//行扫描，高四位输出0，读取低四位的值
	if(P33==0)
	{
		key_io = key_io + 0;
	}
	if(P32==0)
	{
		key_io = key_io + 1;
	}
	if(P31==0)
	{
		key_io = key_io + 2;
	}
	if(P30==0)
	{
		key_io = key_io + 3;
	}
	return key_io;
}

状态机法

状态转移图如下：
20230202_1
状态机法代码如下：

//矩阵键盘 - 状态机法
u8 vKBD_KeyIO()
{
	u8 key_io = 0;
	P3 = 0xf0;P4 = 0xff;	//列扫描
	if(P44==0) key_io = 4;
	if(P42==0) key_io = 8;
	if(P35==0) key_io = 12;
	if(P34==0) key_io = 16;
	
	P3 = 0x0f;P4 = 0x00;	//行扫描
	if(P33==0) key_io += 0;
	if(P32==0) key_io += 1;
	if(P31==0) key_io += 2;
	if(P30==0) key_io += 3;
	
	return key_io;
}

#define KEY_NO 0	//无按键状态
#define KEY_DOWN 1	//有按键按下状态，判断是否为抖动
#define KEY_UP 2	//等待松手状态，判断是否弹起
u8 vKBD_Read_State()
{
	static u8 key_state = 0;
	u8 key_io = 0,key_return = 0;
	key_io = vKBD_KeyIO();
	switch(key_state)
	{
		case KEY_NO:						//无按键状态，用于判断是否按下
			if(key_io) key_state = KEY_DOWN;
		break;
		case KEY_DOWN:						//有按键按下状态，判断是否为抖动
			if(key_io)
			{
				key_state = KEY_UP;
				key_return  = key_io;
			}
			else
			{
				key_state = KEY_NO;
			}
		break;
		case KEY_UP:
			if(key_io == 0)					//等待松手状态，判断是否弹起
			{
				key_state = KEY_NO;
			}
		break;
	}
	return key_return;
}

//矩阵键盘处理函数
u8 cnt_kbd;
u8 s4_number;
u8 key_val;
void vKBD_Process(void)
{
	if(cnt_kbd>=10)
	{
		cnt_kbd = 0;
		key_val = vKBD_Read_State();
		if(key_val==4)
		{
			s4_number++;
		}
	}
}