矩阵键盘

嵌入式

矩阵键盘通常由行（Row）和列（Column）组成，按键排列在行和列的交叉点处。例如，一个 4x4 矩阵键盘有 4 行 4 列，共 16 个按键。每个按键位于行和列的交点处，按下按键时会将该行和该列连接在一起。

工作原理

矩阵键盘的工作原理是通过扫描行和列来检测哪个按键被按下。每按下一个按键，就会将对应的行和列连接，使微控制器能够识别按键的具体位置。为了实现这一点，矩阵键盘的检测通常分为两部分：

  • 行扫描：微控制器将行设置为输出，逐行输出高或低电平信号。
  • 列检测：微控制器将列设置为输入，检查列引脚是否检测到电平的变化（即按键被按下）。

去抖处理

按键按下和释放时，电路中可能会出现抖动现象，导致信号不稳定。在嵌入式系统中，通常需要进行按键去抖动处理。常见的去抖动方法包括：

  • 软件去抖动：在检测到按键按下后，延时数毫秒后再次检测按键状态（或者通过额外的标志位，在检测到按下后立即置 0），以确保信号稳定。
  • 硬件去抖动：在按键电路中增加电容或使用专门的去抖动芯片来滤除噪声信号。

STC8H

引脚图

juzhenjpanyinjiaotu

实现

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// MatrixKey.h
#ifndef __MATRIXKEY_H
#define __MATRIXKEY_H 

#include "Config"

void MK_Init();

void MK_Scan(void(*key_down) (u8, u8), void(*key_up) (u8, u8));

#endif
=========================================================================
// MatrixKey.c
#include "MatrixKey.h"
    
// 定义行列
#define COL1 P03
#define COL2 P06    
#define COL3 P07
#define COL4 P17
#define ROW1 P34    
#define ROW2 P35 
#define ROW3 P40    
#define ROW4 P41   

// 检测按键上一个状态是否为弹起
#define is_up(status, row, col)   ((status & (1 << 4 * row + col)) > 0)
// 检测按键上一个状态是否为按下    
#define is_down(status, row, col) ((status & (1 << 4 * row + col)) == 0)      
// 设置按键状态为弹起
#define set_up(status, row, col)   (status |= (1 << 4 * row + col))
// 设置按键状态为按下  
#define set_down(status, row, col) (status &= (1 << 4 * row + col))    
    
u16 status = 0xFFFF; //默认 4x4 的按键状态都是弹起    
    
void GPIO_Config_MatrixKey(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_Init;    
    GPIO_Init.Mode = GPIO_PullUp;
    
	GPIO_Init.Pin = GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;    
    GPIO_Inilize(GPIO_P0, &GPIO_Init);
    
    GPIO_Init.Pin = GPIO_Pin_7;
    GPIO_Inilize(GPIO_P1, &GPIO_Init);
    
    GPIO_Init.Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5;
    GPIO_Inilize(GPIO_P3, &GPIO_Init);
    
    GPIO_Init.Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;
    GPIO_Inilize(GPIO_P4, &GPIO_Init);
}    
    
void MK_Init(void) {
    GPIO_Config_MatrixKey();
}

void set_row(u8 row) {
    ROW1 = row == 0? 0 : 1;
    ROW2 = row == 1? 0 : 1;
    ROW3 = row == 2? 0 : 1;
    ROW4 = row == 3? 0 : 1;
}

u8 get_col(u8 col) {
    if(col == 0) return COL1;
    else if(col == 1) return COL2;
    else if(col == 2) return COL3;
    else if(col == 3) return COL4;
}

int i, j;
// 扫描按键，如果需要感知按下或者弹起的状态，那么就传递进来按下和弹起的处理函数
void MK_Scan(void(*key_down) (u8, u8), void(*key_up) (u8, u8)) {
    for( i = 0; i < 4; i++) { // 4行
        set_row(i);			  // 逐行扫描
        for(j = 0; j < 4; j++) { // 逐列判定
            // 判断按键是否被按下，且按下之前的上一个状态时弹起（防抖）
            if(get_col(j) == 0 && is_up(status, i, j)) {
                set_down(status, i, j);
                if (key_down != null) key_down(i j);
            }else if(get_col(j) == 1 && is_down(status, i, j)) {
                set_up(status, i, j);
                if (key_up != null) key_down(i j);
            }
        }
    }
}   
=========================================================================
// main.c
#include "STC8G_H_GPIO.h"
#include "STC8G_H_NVIC.h"
#include "STC8G_H_UART.h"
#include "STC8G_H_Switch.h"
#include "STC8G_H_Delay.h"
#include "MatrixKey.h"

void UART_Config(void) {
    COMx_InitDefine UART_Init;
    
    UART_Init.UART_Mode = UART_8bit_BRTx;
	UART_Init.UART_BRT_Use = BRT_Timer1;
	UART_Init.UART_BaudRate = 115200ul;
	UART_Init.Morecommunicate = DISABLE;
	UART_Init.UART_RxEnable = ENABLE;
	UART_Init.BaudRateDouble = DISABLE;
    
    UART_Configuration(UART1, &UART_Init);
    
    NVIC_UART1_Init(ENABLE, Priority_1);
    
    UART1_SW(UART1_SW_P30_P31);    
}

void down(u8 row, u8 col) {
    printf("按下：%d-%d\n", (int)row, (int)col);
}

void up(u8 row, u8 col) {
    printf("弹起：%d-%d\n", (int)row, (int)col);
}

void main() {
    
    EA = 1;
    UART_Config();
    MK_Init();
        
    while(1) {        
        MK_Scan(down, NULL);
        delay_ms(20);
    }
}