【51单片机实验笔记】开关篇（二） 矩阵按键

目录

  • 前言
  • 原理图分析
    • 矩阵按键
    • 扫描算法
  • 软件实现
    • 1. 矩阵键盘检测
    • 2. 简易计算器实现
  • 总结

前言

本节内容，我们学习一下矩阵按键，它是独立按键的阵列形式，常见的应用即键盘。

本节涉及到的封装源文件可在《模块功能封装汇总》中找到。

本节完整工程文件已上传GitHub，仓库地址，欢迎下载交流！

原理图分析

矩阵按键

上一节中，我们实现了多个独立按键的驱动及检测，我们每个按键都连接了一个IO。但当所需按键较多时，比如需要100个独立按键，使用之前的接线方式显然会消耗非常多的IO口资源。参考LED点阵思想，采用并联结构的矩阵按键可以有效解决这个问题。类似地，我们采用动态扫描的方式检测每个按键。

图1 矩阵按键
图2 矩阵按键原理图

扫描算法

具体来说，有两种主流扫描方法，各有特点。现介绍如下：

反转法
1. 先对所有行输入低电平，读取所有列的输出。显然，没有按键按下的列依然保持高电平，有按键按下的列则为低电平。 记录有按键按下的列号。
2. 翻转IO引脚输入输出关系，对所有列输入低电平，读取所有行的输出。同理，也可以得到被按下按键的行号。由于前后两次扫描速度极快，远远大于人的反应速度，所以不存在反转过程中松开或更换按键的情况。
3. 至此，可以唯一确定被按下键的位置。

优点： 只需扫描2次就能确定按键位置，效率高。
缺点： 依赖于硬件的IO翻转速度。只能检测单键，组合键无法检测。

扫描法
1. 逐行输入0，读取所有列的输出。显然，没有按键按下的列依然保持高电平，有按键按下的列则为低电平。 一旦有某列为低电平，按键位置就被唯一确定。
2. 完成一次整体扫描需要4次。也可以逐列扫描，原理一致。

优点： 只要扫描到就能直接确定按键位置，实现简单。
缺点： 完成一次整体扫描需要4次，效率稍低。只适用于较小规模的矩阵按键

软件实现

1. 矩阵键盘检测

实现了反转法和扫描法两种检测扫描方法。实验现象为按下一个键，蜂鸣器短鸣，数码管显示对应（0~F）的数值。

matrix_key.h

#ifndef _MATRIX_KEY_H_
#define _MATRIX_KEY_H_#include "delay.h"
#include "beep.h"
#include "smg.h"#define MATRIX_PORT	P1// 矩阵按键单次响应（0）或连续响应（1）开关
#define MatrixKEY_MODE 0sbit ROW_PORT_1 = P1^7;
sbit ROW_PORT_2 = P1^6;
sbit ROW_PORT_3 = P1^5; // 共用了蜂鸣器引脚
sbit ROW_PORT_4 = P1^4;sbit COL_PORT_1 = P1^3;
sbit COL_PORT_2 = P1^2;
sbit COL_PORT_3 = P1^1;
sbit COL_PORT_4 = P1^0;void check_matrixKey_turn();
void check_matrixKey_scan();#endif

matrix_key.c

#include "matrix_key.h"
/** **  @brief    实现了矩阵按键的两种扫描方式**			   1. 与数码管、蜂鸣器联动**			   2. 按下一个键，数码管显示对应（0~F）的数值**			   3. 按下至未松开过程中，屏蔽其他按键**  @author   QIU**  @date     2023.05.08**//*-------------------------------------------------------------------*/// 存储按下的行列
u8 row, col;
// 按键当前状态，true按下中，false已释放
u8 key_now_state = false;/****  @brief   读取电平**  @param   state: 0-列，1-行**  @retval  返回列（行）数**/
u8 read_port(bit state){u8 dat;if(state) dat = MATRIX_PORT >> 4; // 如果是行，取高四位else dat =  MATRIX_PORT & 0x0f;   // 如果是列，取低四位// 从左上开始为第一行，第一列switch(dat){// 0000 1110 第4列(行)case 0x0e: return 4;// 0000 1101 第3列(行)case 0x0d: return 3;// 0000 1011 第2列(行)case 0x0b: return 2;// 0000 0111 第1列(行)case 0x07: return 1;// 0000 1111 没有按下case 0x0f: return 0;// 多键同时按下不响应default: return 0;}
}/****  @brief   矩阵按键处理**  @param   参数说明**  @retval  返回值**/
void key_pressed(){u8 key_val;// 如果不是连续模式if(!MatrixKEY_MODE) key_now_state = true; // 蜂鸣器响应，第三行连接P1.5，不响beep_once(50, 2000);// 计算显示的字符key_val = (row-1)*4 + (col - 1);if(key_val >= 0 && key_val <= 9) key_val += '0';else key_val += 'A' - 10;// 字符显示smg_showChar(key_val, 1, false);
}/****  @brief   (反转法)检测按键（单键），按住过程中屏蔽其他按键。同列需全部松开才能再次响应**  @param   无**  @retval  无**/
void check_matrixKey_turn(){// 所有行置低电平，列置高电平MATRIX_PORT = 0x0f;// 读取所有列电平col = read_port(0);// 如果有效键按下，延时消抖if(col) delay_ms(10);else {key_now_state = false;return;} // 注意，if else还是需要括号的，与case 不同// 所有列置低电平，行置高电平MATRIX_PORT = 0xf0;// 读取所有行电平row = read_port(1);// 如果有键按下(当前未按下)，响应if(row && !key_now_state) key_pressed();else return;
}/****  @brief   (扫描法)检测按键，本例扫描列**  @param   无**  @retval  无**/
void check_matrixKey_scan(){u8 i;for(i=0;i<4;i++){MATRIX_PORT = ~(0x08>>i); // 逐列置0，且所有行置1row = read_port(1); // 读取行if(!row && col == i+1)key_now_state = false; // 当前扫描列无有效键按下else if(row && !key_now_state){       // 有效键按下且为松开状态delay_ms(10);row = read_port(1); // 再次读取行if(row) {col = i+1;key_pressed();} }}
}

main.c

#include "matrix_key.h"
#include "smg.h"/** **  @brief    实验现象：矩阵按键按下，数码管显示对应数字，同时蜂鸣器作按键提示音**  @author   QIU**  @date     2023.05.08**//*-------------------------------------------------------------------*/void main(){smg_showChar(' ', 1, false);while(1){// 反转法// check_matrixKey_turn();// 扫描法check_matrixKey_scan();}
}

注意：由于开发板中矩阵按键共用了蜂鸣器的引脚P1.5，因此按下按键的时候蜂鸣器会发出响声。此为硬件电路问题，属正常现象。

2. 简易计算器实现

模仿计算器的键位分布，定义键位如下图所示。
在这里插入图片描述
配合数码管显示，可以实现简单的加减乘除四则运算，支持浮点数和负数计算。

为了减少各模块的耦合，将计算器的具体处理部分抽至calculator.h、calculator.c中，原本矩阵键盘的源代码文件几乎无需改动。

matrix_key.h

#ifndef _MATRIX_KEY_H_
#define _MATRIX_KEY_H_#include "public.h"
// 将具体处理部分集成到另个文件中，减少耦合
#include "calculator.h" #define MATRIX_PORT	P1// 矩阵按键单次响应（0）或连续响应（1）开关
#define MatrixKEY_MODE 0sbit ROW_PORT_1 = P1^7;
sbit ROW_PORT_2 = P1^6;
sbit ROW_PORT_3 = P1^5; // 共用了蜂鸣器引脚
sbit ROW_PORT_4 = P1^4;sbit COL_PORT_1 = P1^3;
sbit COL_PORT_2 = P1^2;
sbit COL_PORT_3 = P1^1;
sbit COL_PORT_4 = P1^0;void check_matrixKey_turn();
void check_matrixKey_scan();#endif

matrix_key.c

#include "matrix_key.h"/** **  @brief    实现了矩阵按键的两种扫描方式**  @author   QIU**  @date     2024.02.14**//*-------------------------------------------------------------------*/// 存储按下的行列
u8 row, col;
// 按键当前状态，true按下中，false已释放
u8 key_now_state = false;/****  @brief   读取电平**  @param   state: 0-列，1-行**  @retval  返回列（行）数**/
u8 read_port(bit state){u8 dat;if(state) dat = MATRIX_PORT >> 4; // 如果是行，取高四位else dat =  MATRIX_PORT & 0x0f;   // 如果是列，取低四位// 从左上开始为第一行，第一列switch(dat){// 0000 1110 第4列(行)case 0x0e: return 4;// 0000 1101 第3列(行)case 0x0d: return 3;// 0000 1011 第2列(行)case 0x0b: return 2;// 0000 0111 第1列(行)case 0x07: return 1;// 0000 1111 没有按下case 0x0f: return 0;// 多键同时按下不响应default: return 0;}
}/****  @brief   矩阵按键处理函数**  @param   参数说明**  @retval  返回值**/
void key_pressed(){// 如果不是连续模式if(!MatrixKEY_MODE) key_now_state = true; // 计算器处理函数calculator_deal_key(row, col);
}/****  @brief   (反转法)检测按键（单键），按住过程中屏蔽其他按键。同列需全部松开才能再次响应**  @param   无**  @retval  无**/
void check_matrixKey_turn(){// 所有行置低电平，列置高电平MATRIX_PORT = 0x0f;// 读取所有列电平col = read_port(0);// 如果有效键按下，延时消抖if(col){// 当且仅当松开状态才进一步检测if(!key_now_state) delay_ms(10);else return;}else{key_now_state = false;return;} // 所有列置低电平，行置高电平MATRIX_PORT = 0xf0;// 读取所有行电平row = read_port(1);// 如果有键按下(当前未按下)，响应if(row && !key_now_state) key_pressed();else return;
}/****  @brief   (扫描法)检测按键，本例扫描列**  @param   无**  @retval  无**/
void check_matrixKey_scan(){u8 i;for(i=0;i<4;i++){MATRIX_PORT = ~(0x08>>i); // 逐列置0，且所有行置1row = read_port(1); // 读取行if(!row && col == i+1)key_now_state = false; // 当前扫描列无有效键按下else if(row && !key_now_state){       // 有效键按下且为松开状态delay_ms(10);row = read_port(1); // 再次读取行if(row) {col = i+1;key_pressed();} }}
}

calculator.h

#ifndef __CALCULATOR_H__
#define __CALCULATOR_H__#include "public.h"// 键值枚举
typedef enum{KEY_0 = 0,KEY_1,KEY_2,KEY_3,KEY_4,KEY_5,KEY_6,KEY_7,KEY_8,KEY_9,Dot,Addition,Subtraction,Multiplication,Division,Calculation
}Key_Value;extern u8 xdata smg_val[];void calculator_deal_key(u8, u8);#endif

calculator.c

#include "calculator.h"
#include "beep.h"
#include "smg.h"
/** **  @brief    计算器相关函数封装**  @author   QIU**  @date     2024.02.17**/
/*-------------------------------------------------------------------*/// 管理一个用于数码管显示的字符数组，以'\0'结尾
u8 xdata smg_val[10] = {'0', 0};
// 前数值，当前数值
double pre_value = 0, now_value = 0;
// 小数点后位数，整数部分位数
u8 dot_num = 0, pre_dot_num = 0, integer_num = 0, pre_integer_num = 0;
// 存储上一个运算符（默认为加法）
u8 pre_operator_val = Addition;
// 小数点启用标志，新数据输入标志
bit flag_dot = false, flag_new_data = true;
// 矩阵键盘键值数组（4 x 4）
u8 code Matrix_Key_Value[4][4] = {{KEY_7, KEY_8, KEY_9, Addition},{KEY_4, KEY_5, KEY_6, Subtraction},{KEY_1, KEY_2, KEY_3, Multiplication},{KEY_0, Dot, Calculation, Division}
};/****  @brief   根据按键，更新数码管显示值**  @param   参数说明**  @retval  返回值**/
void update_smg_value(u8 row, u8 col){// 取出当前键值u8 key_val = Matrix_Key_Value[row - 1][col - 1];switch(key_val){// KEY_0，未进入小数部分，且初始为0的状态下，按下无响应case KEY_0: if(!flag_dot && integer_num == 0 && smg_val[0] == '0') return;case KEY_1:case KEY_2:	case KEY_3:case KEY_4:	case KEY_5:case KEY_6:	case KEY_7:case KEY_8:	case KEY_9:	// 每次操作符后首次按键，清空显示字符串if(flag_new_data){flag_new_data = false;// 清空smg_val数组memset(smg_val, 0, sizeof(smg_val));flag_dot = false;// 两数的小数最大个数即为运算结果的小数个数pre_dot_num = MAX(pre_dot_num, dot_num);pre_integer_num = integer_num;dot_num = integer_num = 0;}if(flag_dot){// 已按下小数点时，小数部分dot_num++;smg_val[integer_num + dot_num] = key_val + '0';		}else{// 还未按下小数点时，整数部分smg_val[integer_num] = key_val + '0';integer_num++;}break;case Dot:// 如果按下运算符后，直接按小数点无效。if(flag_new_data && integer_num != 0) return;else flag_new_data = false;// 如果未进入小数状态，该键有效if(!flag_dot){flag_dot = true;// 如果初始状态为0if(integer_num == 0 && smg_val[0] == '0'){integer_num++;smg_val[integer_num] = '.';}else{smg_val[integer_num] = '.';}}break;case Addition:case Subtraction:case Multiplication:case Division:case Calculation:// 只有当输入过新数据或者上个运算符为等号时，运算符键才有效if(!flag_new_data || pre_operator_val == Calculation){double val;int num;// 将现有显示的字符串转为数值pre_value = now_value;now_value = atof(smg_val);switch(pre_operator_val){case Addition: val = pre_value + now_value; num = MAX(pre_dot_num, dot_num); break;case Subtraction: val = pre_value - now_value; num = MAX(pre_dot_num, dot_num); break;case Multiplication: val = pre_value * now_value; num = pre_dot_num + dot_num; break;case Division: val = pre_value / now_value; num = 6; break;case Calculation: val = now_value; num = MAX(pre_dot_num, dot_num); break;}sprintf(smg_val, "%.*f", num, val); pre_operator_val = key_val; flag_new_data = true;// 再更新为当前值now_value = atof(smg_val);}break;default:break;}
}// 计算器键值处理
void calculator_deal_key(u8 row, u8 col){// 蜂鸣器响应，第三行连接P1.5，不响beep_once(50, 2000);// 更新数码管的值update_smg_value(row, col);
}

main.c

#include "matrix_key.h"
#include "smg.h"int main(void){while(1){// 矩阵按键扫描check_matrixKey_turn();// 数码管刷新smg_showString(smg_val, 1);}
}

总结

矩阵按键的检测方法与其阵列方式息息相关。现在，我们可以尝试在任意的小项目中加入按键模块。

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.rhkb.cn/news/259038.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系长河编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com，一经查实，立即删除！

相关文章

人工智能学习与实训笔记（一）：零基础理解神经网络

人工智能学习与实训笔记（一）：零基础理解神经网络

人工智能专栏文章汇总&#xff1a;人工智能学习专栏文章汇总-CSDN博客 本篇目录 一、什么是神经网络模型 二、机器学习的类型 2.1 监督学习 2.2 无监督学习 2.3 半监督学习 2.4 强化学习 三、网络模型结构基础 3.1 单层网络 ​编辑 3.2 多层网络 3.3 非线性多层网络…
阅读更多...
CSS篇--transform

CSS篇--transform

CSS篇–transform 使用transform属性实现元素的位移、旋转、缩放等效果 位移 // 语法 transform:translate(水平移动距离&#xff0c;垂直移动距离) translate() 如果只给一个值&#xff0c;表示x轴方法移动距离 单独设置某个方向的移动距离&#xff1a;translateX() transla…
阅读更多...
jwt+redis实现登录认证

jwt+redis实现登录认证

项目环境&#xff1a;spring boot项目 pom.xml引入jwt和redis <!-- jwt --><dependency><groupId>com.auth0</groupId><artifactId>java-jwt</artifactId><version>4.3.0</version></dependency><!-- redis坐标-->…
阅读更多...
Midjourney绘图欣赏系列（四）

Midjourney绘图欣赏系列（四）

Midjourney介绍 Midjourney 是生成式人工智能的一个很好的例子&#xff0c;它根据文本提示创建图像。它与 Dall-E 和 Stable Diffusion 一起成为最流行的 AI 艺术创作工具之一。与竞争对手不同&#xff0c;Midjourney 是自筹资金且闭源的&#xff0c;因此确切了解其幕后内容尚不…
阅读更多...
手把手一起开发SV4E-I3C设备(二)

手把手一起开发SV4E-I3C设备(二)

JEDEC DDR5 SPD Hub Devices例程 DDR5生态系统的核心是SidebandBus Protocol 参考下图&#xff0c;可以将SV4E-I3C的端口1声明为主服务器(模拟主机控制器)&#xff0c;并且它可以属于SV4E-I3C上的一个总线。端口2可以作为SPD Hub DUT的Local Bus侧的从站连接。这个从站可以被…
阅读更多...
2.17C语言学习

2.17C语言学习

P1678 烦恼的高考志愿 写完后发现题解里面用的是优先队列或者二分什么的&#xff0c;其实这个题可以贪心&#xff0c;我们把学校的分数线和学生的成绩分别进行排序&#xff0c;然后从前往后遍历&#xff0c;每次比较当前学校的分数与学生成绩的差距和下一个学校的分数与学生成…
阅读更多...
Linux CentOS stream 9 安装docker

Linux CentOS stream 9 安装docker

在计算机技术中，虑拟化是一种资源管理技术，是将计算机的各种实体资源（CPU、内存、磁盘空间、网络适配器等），予以抽象、转换后呈现出来并可供分区、组合为一个或多个电脑配置环境。 目前，大多数服务器的容量的利用率不足15%，这导致服务器数量激增以及增加了复杂性。服务…
阅读更多...
（二）【Jmeter】专栏实战项目靶场drupal部署

（二）【Jmeter】专栏实战项目靶场drupal部署

该专栏后续实战示例&#xff0c;都以该篇部署的项目展开操作。 前置条件 参考“&#xff08;一&#xff09;【Jmeter】JDK及Jmeter的安装部署及简单配置” 安装部署Jmeter&#xff0c;从文章最后下载“Postman、Rancher.ova、VirtualBox-7.0.12-159484-Win.exe、Xshell-7.0.01…
阅读更多...
【第三十六节】工程与模块管理

【第三十六节】工程与模块管理

IDEA 项目结构 层级关系&#xff1a; project&#xff08;工程&#xff09;-module&#xff08;模块&#xff09;-package(包)-class&#xff08;类&#xff09; 具体的&#xff1a; 一个project中可以创建多个module 一个module可以创建多个package 一个package中可以创…
阅读更多...
[C# WPF] DataGrid选中行或选中单元格的背景和字体颜色修改

[C# WPF] DataGrid选中行或选中单元格的背景和字体颜色修改

问题描述 WPF中DataGrid的选中行或选中者单元格&#xff0c;在焦点失去后&#xff0c;颜色会很淡&#xff0c;很不明显&#xff0c;不容易区分。 解决方法 在失去焦点的情况下&#xff0c;如何设置行或单元格与选中的时候颜色一样&#xff1f; <DataGrid.Resources>&…
阅读更多...
如何在Spring Boot中启用HTTPS？

如何在Spring Boot中启用HTTPS？

在Spring Boot中启用HTTPS是一个增强应用程序安全性的重要步骤。下面我将介绍如何将一个Spring Boot项目配置成支持HTTPS协议。 引入 在现代的网络通信中&#xff0c;安全性成为了一个不能忽视的要求。特别是当我们谈论到数据传输时&#xff0c;保护用户信息的安全性是非常重要…
阅读更多...
【大厂AI课学习笔记】【2.1 人工智能项目开发规划与目标】（2）项目开发周期

【大厂AI课学习笔记】【2.1 人工智能项目开发规划与目标】（2）项目开发周期

我们来学习项目开发的周期。 再次声明&#xff0c;本文来自腾讯AI课的学习笔记&#xff0c;图片和文字&#xff0c;仅用于大家学习&#xff0c;想了解更多知识&#xff0c;请访问腾讯云相关章节。如果争议&#xff0c;请联系作者。 今天&#xff0c;我们来学习AI项目的周期。 主…
阅读更多...
黑马鸿蒙教程学习1：Helloworld

黑马鸿蒙教程学习1：Helloworld

今年打算粗略学习下鸿蒙开发&#xff0c;当作兴趣爱好&#xff0c;通过下华为那个鸿蒙开发认证&#xff0c; 发现黑马的课程不错&#xff0c;有视频和完整的代码和课件下载&#xff0c;装个devstudio就行了&#xff0c;建议32G内存。 今年的确是鸿蒙大爆发的一年呀&#xff0c;…
阅读更多...
【以解决】Pyinstaller打包报错IndexError: tuple index out of range

【以解决】Pyinstaller打包报错IndexError: tuple index out of range

问题 这个问题主要是在Python3.7以上的版本中遇到&#xff0c;用pyinstaller打包的时候发现报错 (pyinstallerEnv) D:\virtualEnv\pyinstallerEnv\Scripts>auto-py-to-exe pygame 2.5.2 (SDL 2.28.3, Python 3.10.0) Hello from the pygame community. https://www.pygame…
阅读更多...
人工智能学习与实训笔记（四）：神经网络之NLP基础—词向量

人工智能学习与实训笔记（四）：神经网络之NLP基础—词向量

人工智能专栏文章汇总&#xff1a;人工智能学习专栏文章汇总-CSDN博客 本篇目录 四、自然语言处理 4.1 词向量 (Word Embedding) 4.1.1 词向量的生成过程 4.1.2 word2vec介绍 4.1.3 word2vec&#xff1a;skip-gram算法的实现 4.2 句向量 - 情感分析 4.2.1 LSTM (Long S…
阅读更多...
第六节笔记：OpenCompass 大模型评测

第六节笔记：OpenCompass 大模型评测

视频链接&#xff1a;https://www.bilibili.com/video/BV1Gg4y1U7uc/?spm_id_from333.788&vd_source3bbd0d74033e31cbca9ee35e111ed3d1
阅读更多...
普中51单片机学习（六）

普中51单片机学习（六）

点亮第一个LED LED相关知识 LED,即发光二极管&#xff0c;是一种半导体固体发光器件。工作原理为&#xff1a;LED的工作是有方向性的&#xff0c;只有当正级接到LED阳极&#xff0c;负极接到LED的阴极的时候才能工作&#xff0c;如果反接LED是不能正常工作的。其原理图如下 …
阅读更多...
【机器学习】机器学习常见算法详解第4篇：KNN算法计算过程（已分享，附代码）

【机器学习】机器学习常见算法详解第4篇：KNN算法计算过程（已分享，附代码）

本系列文章md笔记&#xff08;已分享&#xff09;主要讨论机器学习算法相关知识。机器学习算法文章笔记以算法、案例为驱动的学习&#xff0c;伴随浅显易懂的数学知识&#xff0c;让大家掌握机器学习常见算法原理&#xff0c;应用Scikit-learn实现机器学习算法的应用&#xff0…
阅读更多...
机器学习3----决策树

机器学习3----决策树

这是前期准备 import numpy as np import pandas as pd import matplotlib.pyplot as plt #ID3算法 #每个特征的信息熵 # target : 账号是否真实&#xff0c;共2种情况 # yes 7个 p0.7 # no 3个 p0.3 info_D-(0.7*np.log2(0.7)0.3*np.log2(0.3)) info_D #日志密度…
阅读更多...
Positive SSL 证书介绍

Positive SSL 证书介绍

Positive SSL 是一种受欢迎的 SSL 证书&#xff0c;提供了卓越的安全性、性价比和品牌信任。以下是对 Positive SSL 在这些方面的简要介绍&#xff1a; 1. 安全性&#xff1a; Positive SSL 证书采用强大的加密技术&#xff0c;确保网站和用户之间的数据传输是安全的。它使用…
阅读更多...
最新文章
推荐文章

Copyright @ 2022~2023

友情链接： 我的编程经验分享 一条长河网 尧图网站开发