矩陣鍵盤的行列掃描原理詳解

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有的單片機(jī)應(yīng)用需要使用的按鍵數(shù)量比較多，比如：密碼鎖，這時如果按照之前的設(shè)計(jì)，一個GPIO控制一個按鍵的話，有點(diǎn)浪費(fèi)單片機(jī)資源，這時候我們常常需要使用矩陣鍵盤。

常見的矩陣鍵盤有如下兩種：

后面的為薄膜按鍵。
上圖中，
上面的按鍵按照5行*4列的布局排布，所以整個矩陣鍵盤共計(jì)引出了9（5+4）個引腳；
下面的按鍵按照4行*4列的布局排布，所以整個矩陣鍵盤共計(jì)引出了8（4+4）個引腳；
由此可以看出，按鍵數(shù)量越多，節(jié)省的IO口越多。

直插按鍵和薄膜按鍵兩種方式的實(shí)現(xiàn)原理一樣，本文我們以薄膜按鍵為例進(jìn)行講解。

薄膜按鍵(Metal dome array)，是一塊帶觸點(diǎn)的PET薄片（包括金屬彈片也叫鍋?zhàn)衅?，用在PCB、FPC等線路板上作為開關(guān)使用，在使用者與儀器之間起到一個重要的觸感型開關(guān)的作用。與傳統(tǒng)的硅膠按鍵相比，薄膜按鍵具有更好的手感、更長的壽命，可以間接地提高使用導(dǎo)電膜的各類型開關(guān)的生產(chǎn)效率。薄膜按鍵上的觸點(diǎn)位于PCB板上的導(dǎo)電部位(大部分位于線路板上的金手指上方），當(dāng)按鍵受到外力按壓時，觸點(diǎn)的中心點(diǎn)下凹，接觸到PCB上的線路，從而形成回路，電流通過，整個產(chǎn)品就得以正常工作。

薄膜按鍵與傳統(tǒng)硅膠按鍵相比較具有以下優(yōu)勢：

1. 觸感更好，使用壽命更長久；
2. 按鍵鍵薄、柔軟、防護(hù)性能好；
3. 薄膜按鍵觸板位于導(dǎo)電部位，按下會凹進(jìn)去進(jìn)而接觸到PCB上的線路從而觸發(fā)開關(guān)；
4. 導(dǎo)電薄膜上面布滿了金屬點(diǎn)進(jìn)行連接，按下薄膜按鍵就能啟動對應(yīng)的功能；
5. 薄膜按鍵以成本低、工藝簡單和手感好。

有專門定制薄膜按鍵的商家，可以隨意定制外觀。

薄膜按鍵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示：

注：圖片來源于網(wǎng)絡(luò)，侵權(quán)請后臺聯(lián)系號主刪除。

有的矩陣鍵盤后面有3M背膠，可撕下粘紙，粘貼在光滑表面上，方便固定。

硬件連接

按鍵掃描原理

對于4*4的薄膜按鍵，只需要8個標(biāo)準(zhǔn)IO口，即可實(shí)現(xiàn)16個按鍵掃描，獨(dú)立輸入。

各種矩陣鍵盤的驅(qū)動方式類似，我們以4*4的矩陣鍵盤為例，看看它的驅(qū)動方式。

矩陣按鍵掃描原理：

行列掃描：

• 我們先將四行對應(yīng)的GPIO引腳設(shè)為輸出模式，并輸出高電平；
• 將四列對應(yīng)的GPIO引腳設(shè)為下拉輸入模式，沒有按鍵按下狀態(tài)時，這四個引腳讀取默認(rèn)返回0；

• 如果有一個按鍵被按下，那么這四列中就會有一個GPIO引腳讀取返回1， 此時能夠得到被按下的鍵所在的列；

假如被點(diǎn)擊的按鍵為第三行第三列的按鍵

• 為了進(jìn)一步知道，被按下的鍵所在行，我們依次改變輸出高電平的行，比如先讓第一行輸出高電平，另外三行輸出低電平，如果四列的GPIO返回的值沒有高電平，則被按下的鍵不在第一行；

• 類似上一步操作，接下來讓第二行輸出高電平，然后其他行輸出低電平；

• 然后第三行輸出高電平，其他行低電平；第四行輸出高電平，其他行輸出低電平；當(dāng)某行為高電平時，四列對應(yīng)的GPIO讀取有返回1， 則該行即為被按下行；

• 由于上面得出了被按下的列和行，那么行列的交叉即可得出被按下的鍵。上面實(shí)例可知，我們被按下的鍵為第三行、第三列對應(yīng)的鍵。

這種方式獲得按鍵鍵值的方式即為行列掃描。

按鍵掃描的代碼實(shí)現(xiàn)如下：

/*假定Row為輸出，Col為輸入；如果有按鍵被按下，則輸入(Col)一定有非0值；四個輸出(Row)依次改變，每次僅有一個IO為高電平，如果此時輸入(Col)不為0的，那么即可確定此行列值即為按鍵值；*/int Value44Key(void) //定義矩陣鍵盤的返回值，返回值對應(yīng)相關(guān)功能，{ int KeyValue = 0; //KeyValue是最后返回的按鍵數(shù)值  GPIORow_Output(0); //全部置高  if(KEY44_Scan()!=0) //如果沒有按鍵按下，返回值為-1 { return -1; } else //有按鍵按下 { delay_ms(5); //延時5ms去抖動 if(KEY44_Scan() == 0x00) //如果延時5ms后輸入0， 則剛剛是抖動產(chǎn)生的 { return -1; //所以還是返回 -1 } }  GPIORow_Output(1); //第一行置高  switch(KEY44_Scan()) //對應(yīng)的輸入值判斷不同的按鍵值 { case COL1_KEY_PRES: KeyValue = 1; break; case COL2_KEY_PRES: KeyValue = 2; break; case COL3_KEY_PRES: KeyValue = 3; break; case COL4_KEY_PRES: KeyValue = 4; break; }  GPIORow_Output(2); //第二行置高 switch(KEY44_Scan()) //對應(yīng)的輸入值判斷不同的按鍵值 { case COL1_KEY_PRES: KeyValue = 5; break; case COL2_KEY_PRES: KeyValue = 6; break; case COL3_KEY_PRES: KeyValue = 7; break; case COL4_KEY_PRES: KeyValue = 8; break; }  GPIORow_Output(3); //第三行置高 switch(KEY44_Scan()) //對應(yīng)的輸入值判斷不同的按鍵值 { case COL1_KEY_PRES: KeyValue = 9; break; case COL2_KEY_PRES: KeyValue = 10; break; case COL3_KEY_PRES: KeyValue = 11; break; case COL4_KEY_PRES: KeyValue = 12; break; }  GPIORow_Output(4); //第四行置高 switch(KEY44_Scan()) //對應(yīng)的輸入值判斷不同的按鍵值 { case COL1_KEY_PRES: KeyValue = 13; break; case COL2_KEY_PRES: KeyValue = 14; break; case COL3_KEY_PRES: KeyValue = 15; break; case COL4_KEY_PRES: KeyValue = 16; break; }  return KeyValue;}

這種行列掃描的方式實(shí)現(xiàn)的按鍵驅(qū)動，實(shí)際應(yīng)用中，如果程序過于復(fù)雜，那么按鍵鍵值的獲取可能不是很及時，有時可能會出現(xiàn)按下無響應(yīng)的狀態(tài)。

STM32的外部中斷特別多，每個GPIO都可以作為外部中斷，各位可以嘗試一下，使用中斷的方式，如何實(shí)現(xiàn)矩陣鍵盤的驅(qū)動呢？

傳統(tǒng)美德不能丟，?

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