嵌入式进阶——矩阵键盘

🎬 秋野酱：《个人主页》
🔥 个人专栏:《Java专栏》《Python专栏》

⛺️心若有所向往,何惧道阻且长

矩阵按键

矩阵键盘是一种常见的数字输入设备，由多行多列的按键组成。每个按键都有一个唯一的行列坐标，通过行列坐标可以确定按键的编号，从而实现对数字或字母的输入。

原理图

矩阵键盘的基本结构包括按键、行引脚和列引脚。按键一般是机械按键或触摸按键，行引脚和列引脚分别与矩阵键盘的行和列相连，用于检测按键的输入状态。

按键状态检测

单个按键状态检测

● 输出端的电平
● 输入端的状态
● 按键抬起
通过按键抬起时的状态，我们分析输入端的电平信号，来确定抬起时输入端的默认电平状态。

通过按键按下时的状态，我们分析输入端的电平信号，来确定按下时输入端的默认电平状态。
通过分析确认，默认输出端和输入端都是高电平；
● 当输出端输出低电平时，输入端为高电平，则开关为抬起状态；
● 当输出端输出低电平时，输入端为低电平，则开关为按下状态；

单行按键状态检测

通过逐一检测输入端的状态，来判断按键是否按下。

多行按键状态检测

首先，将第一行输出低电平，其余行设置为高电平。目的是为了只测试第一行的按键状态。

然后，将第二行输出低电平，其余行设置为高电平。目的是为了只测试第二行的按键状态。

接着，将第三行输出低电平，其余行设置为高电平。目的是为了只测试第三行的按键状态。

最后，将第四行输出低电平，其余行设置为高电平。目的是为了只测试第四行的按键状态。

状态记录

通过自定义状态来记录按键状态

// 记录16个按键状态，0为按下，1为抬起
u16 key_state = 0xFFFF;......void scan() {
// 初始都是 高电平ROW_COL_RESET();NOP1();// ROW1// 给 row1 低电平，读取COL1的值ROW1 = 0;NOP1();// 当前是UP，当之前是DOWN，则为UP// 当前是DOWN，当之前是UP，则为DOWN	if(COL1 != (key_state & 0x01) >> 0) {if(COL1) {// 修改当前状态为UPkey_state |= 0x01;printf("K1 Up\r\n");} else {// 修改当前状态为DOWNkey_state &= ~0x01;printf("K1 Down\r\n");}}......
}

状态优化

通过define优化一些数值的操作，方便在后续看代码时方便理解，提高代码的阅读性。

// 记录16个按键状态，0为按下，1为抬起
u16 key_state = 0xFFFF;#define KEY_UP		1
#define KEY_DOWN	0
// 第n个按键的状态
#define KEY_STATE(n)		((key_state & (1 << n)) >> n)
#define SET_KEY_UP(n)		(key_state |= (1 << n))
#define SET_KEY_DOWN(n)	(key_state &= ~(1 << n))#define ROW_COL_RESET() {ROW1=1,ROW2=1,ROW3=1,ROW4=1;COL1=1,COL2=1,COL3=1,COL4=1;}......void scan() {// 初始都是 高电平ROW_COL_RESET();NOP1();// ROW1// 给 row1 低电平，读取COL1的值ROW1 = 0;NOP1();// 当前是UP，当之前是DOWN，则为UP// 当前是DOWN，当之前是UP，则为DOWNif(COL1 != KEY_STATE(0)) {if(COL1) {// 修改当前状态为UPSET_KEY_UP(0);printf("K1 Up\r\n");} else {// 修改当前状态为DOWNSET_KEY_DOWN(0);printf("K1 Down\r\n");}}......
}

循环优化

操作的按键众多，通过循环的方式来操控每一个按键，减少代码量，方便维护。

#define ROW 4
#define COL 4// 记录16个按键状态，0为按下，1为抬起
u16 key_state = 0xFFFF;#define KEY_UP		1
#define KEY_DOWN	0
// 第n个按键的状态
#define KEY_STATE(r, c)			((key_state & (1 << (r * ROW + c))) >> (r * ROW + c))
#define SET_KEY_UP(r, c)		(key_state |= (1 << (r * ROW + c)))
#define SET_KEY_DOWN(r, c)	(key_state &= ~(1 << (r * ROW + c)))#define ROW_COL_RESET() {ROW1=1,ROW2=1,ROW3=1,ROW4=1;COL1=1,COL2=1,COL3=1,COL4=1;}void scan() {u8 i, j;for(i = 0; i < ROW; i++) {// 初始都是 高电平ROW_COL_RESET();NOP1();ROW_ON(i);for(j = 0; j < COL; j++) {// 当前是UP，当之前是DOWN，则为UP// 当前是DOWN，当之前是UP，则为DOWNif(COL_STATE(j) != KEY_STATE(i, j)) {if(COL_STATE(j)) {// 修改当前状态为UPSET_KEY_UP(i, j);printf("(%d, %d) Up\r\n", (int)i, (int)j);} else {// 修改当前状态为DOWNSET_KEY_DOWN(i, j);printf("(%d, %d) Down\r\n", (int)i, (int)j);}}}}
}