行列掃描法,反轉法,狀態機法三種矩陣鍵盤掃描方法詳解帶程序

ID:140725 · 發表于 2017-3-13 01:50

實現矩陣鍵盤掃描的三種方法（代碼見附件）：
1.行列掃描法
2.反轉法
3.狀態機法（結合定時器中斷）
第一種和第二種方法的本質都是進行循環查詢，大量占用MCU的時間，效率比較低。初學者一般會學這兩種
第三種方法屬于狀態機方法，它是結合定時器中斷的，相比于前兩種采用延時函數的方法，大大提高了MCU的效率。
我們設計矩陣鍵盤的掃描函數時，要保證：既要及時的判斷按鍵是否被按下，又要讓MCU有時間去做其他的事。
代碼所對應的硬件電路：

完整的原理圖：

51start單片機開發板V3.0原理圖.pdf (805.5 KB, 下載次數: 88)

全部源碼下載：

矩陣鍵盤反轉法.zip (55.58 KB, 下載次數: 220)

矩陣鍵盤狀態機法.zip (40.12 KB, 下載次數: 243)

矩陣鍵盤（行列掃描法）.zip (33.98 KB, 下載次數: 182)

意見整理：
這幾個方法其中包含的一些問題。（先說明一點，我只看了 “反轉法” 和 “狀態機” 法。）

“反轉法” 里面的松手檢測使用了 " while(...) " 這種方式（本人從前也是運用這種方式，所以現在就遇到問題了。所以在此建議大家在了解了基本的按鍵檢測方法后，要及時的學習更加高級和完善的方法，不要滿足現狀。），這種松手檢測只能運用在極少數情況下才能使用，因為等待釋放的過程中 “CPU” 一直在 “等待”釋放，導致其余的任務都不被執行。假設一個系統中有動態數碼管顯示（不考慮定時中斷。這里說一點題外話，其實我們應該盡可能減少對外設的依賴。這樣做，一來能夠提高自己的編程能力；二來能提高系統穩定性，特別是中斷，開多了是件很  “危險” 的事情。），則數碼管會熄滅，又或者其他實時性較高任務無法被執行。所以這里提供的 “反轉法” 我認為只能提供一種思路，不大可能應用到實際中。

接著說一下 “狀態機法”（與其說是 “狀態機法” 倒不如說是“ 狀態機 + 線反轉法” ）。第一個問題我認為倒不是樓主所說的 “上電數碼管就亮” ，而是 “松手檢測” 沒有起作用。其實也只差一步，那就是判斷。源碼中不論經過任何 “狀態” 都會 “return” 最新的值，那么按下了就會被立即 “return” 。所以在 “return” 前加一個 “釋放” 判斷： “ if(key_state==key_state0) ” 便可。問題解決了么？還真沒有，我們會在編譯時（在 keil 環境下）獲得一條警告 “warning C291: not every exit path returns a value（大意是：某些情況下沒有返回值）” ，選擇 “無視” ，然后燒寫，運行（我開始也是這么做的）。好了，的確有了松手檢測，但是又出現 “反轉法” 中出現的情況——數碼管全滅。雖然無法判斷是 “卡死” ，還是 “return” 了個未知數，但可以確定的是，這顯然也是不符合我們的需要的。我們再回到當初的判斷那里，總結前面的問題，任何情況下我們都要 “return” 。靜下心來分析發現，只有兩種情況：一是沒有釋放，那么就要“return” 上一次按鍵的值；二是已經釋放，則“return”這一次的值。于是我們就再引入一個變量  “last_key_value” ，用來存放 “上一次” 的按鍵值（這里我們要清楚，“上一次” 是一個相對的情況，因為 “這一次” 的按鍵值立刻就會變成 “上一次”）。添加的代碼如下:
/***************CHANGE--START******************************/
if(key_state==key_state0) {
last_key_value=key_value;
   return key_value;
}
else return last_key_value;
/***************CHANGE--END******************************/

說了一堆 “廢話” 終于把第一個問題解決了，接下來解決樓主所說的那個問題。其實這是一個識別的問題，也就是說要 “ 如何識別是首次上電呢？ ”。
這里我們在 “ main.c ” 文件中引入一個標志位“  bit power_on=1；                                        /* 標志位為 1 表示上電后未按下任何按鍵的狀態 */ ”
并在 “main” 函數中加入
“  if (power_on==0) Display(readkey);          /* 上電后有按鍵被按下，才顯示對應數據*/             ”
到這里，我們又引入了另一個問題， “ power_on ” 需要在哪里被 “清零” ，你也許會說，很簡單啊，在 “ if(key_state==key_state0) {...} ” 清零啊。我們把  “ power_on = 0 ； /*  注意要聲明  extern bit power_on; */  ”  直接加入其中，然后編譯、燒寫、運行。接著發現，咦！怎么還亮。然后，憑借我的直覺又把它放到了 “ else ” ，再來一遍，然后你發現直覺真管用，不亮了。趕緊按一個鍵試試，顯示沒錯，不過你會突然發現好像下去的時候顯示的是 “ 0 ”  松手以后，才顯示對應的數字。復位再來一遍，真的是這樣，怎么辦？認真分析代碼發現（這里就不廢話了，留給各位“ 廢 ”好了），你會發現，的確應該在 “ if(key_state==key_state0) {...} ” 中清零（第一感覺真的很準）。不過還要添加一個 “標志位” 可以是 “釋放標志位” 也可以是 “按下標志位”，為什么？就留給各位來想了。這里選擇 “釋放標志位”。修改的代碼如下：
/***************CHANGE--START******************************/
case key_state2:{                                                       //狀態2，判斷是否被釋放
if(key_temp==no_key){                                     //釋放，轉回到狀態0
      key_state=key_state0;
      shifang=1;
}
}break;

......
if(key_state==key_state0) {
last_key_value=key_value;
if(bit_release) power_on=0;    /* bit_release 也就是釋放標志位 */
return key_value;
}
/***************CHANGE--END******************************/
完成以后，編譯、燒寫、運行，OK！

矩陣鍵盤狀態機法主程序：

/*==========================================================
* 開發人員：laowang
* 當前版本：V1.0
* 創建時間：11/26
* 修改時間：
* 功能說明：對4*4矩陣鍵盤掃描，用8位數碼管進行顯示，剛開始時不亮，依次按下按鍵時
數碼管依次顯示0-F，掃描方法為狀態機方法+定時器中斷
*==========================================================*/
#include<reg52.h>
#include"Define.h"
#include"display.h"
#include"matrixkeyscan.h"
void Timer0_init(); //定時器初始化函數
uint flag=0; //按鍵掃描標志，每中斷一次，掃描一次
//主函數
void main()
{
uchar key_state=0;
uchar readkey;
readkey=0xff;
Timer0_init();
Display_init(); //使之不亮
while(1)
{
if(flag)
{
flag=0;
readkey=Keyscan();
Display(readkey);
}
}
}
void Timer0() interrupt 1
{
TH0=0xd8; //10Ms產生一次中斷
TL0=0xf0;
flag=1;
}
void Timer0_init()
{
TMOD=0x01;
TH0=0xd8; //12MHz 10Ms
TL0=0xf0;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
}

復制代碼

行列掃描法的主程序：

/*==========================================================
* 開發人員：laowang
* 當前版本：V1.0
* 創建時間：11/19
* 修改時間：
* 功能說明：讓數碼管的前兩位顯示顯示一個二位數（0-59），
通過三個按鍵控制，按下key1num加1，按下key2num減1，按下key3num清零
*==========================================================*/
/*==================硬件電路=============================================
*
*
* MCU=89x51/52 8位數碼管（共陰）
* +---------------+ +------+ +------------+------------+
* | p1.0|-----| |---->a| | |
* | . | | 573 | . |8. 8. 8. 8. |8. 8. 8. 8. |
* | . | | | . | | |
* | p1.7|-----| |--->dp| | |
* +--key1--|P2.0 p3.4|-----| 段選 | +------------+------------+
* | | | +------+ | |
* |--key2--|P2.1 | | . . . . . . |
* | | | +------+ | |
* |--key3--|P2.2 p3.5|-----| | | |
* | | p1.0|-----| 573 |-----------| |
* GND | . | | | |
* | . | | | |
* | p1.7|-----| 位選 |--------------------------|
* | | +------+
* | |
* | |
* +---------------+
*
* 說明：此例程中只用到了數碼管的前兩位
*=================================================================================*/
#include<reg52.h>
#include"display.h"
#include"matrixkey.h"
void main()
{
while(1)
{
Matrixkeyscan();
Display(key);
}
}

復制代碼

完整的源碼請到本帖頂部下載附件.

ID:135835 · 發表于 2017-3-13 16:45

在劉平老師的《深入淺出玩轉51單片機》里學習過狀態機法，看得不是太懂。謝樓主分享了。

ID:184846 · 發表于 2017-4-15 17:14

就是沒有金幣了

ID:184846 · 發表于 2017-4-19 08:30

下載看了，覺得上電數碼管亮，好像是初始化顯示函數Display_init();那里一開始就把位選全打開了，而每10Ms產生一次中斷，主函數中一開始readkey=0xff;然后if(flag){flag=0;readkey=Keyscan();Display(readkey);一開始10ms就顯示0XFF，覺得這個位選應該在按鍵松手才打開，修改如下
void Display_init()
{
P1=0xFF;      //將所有的位選關閉，所有數碼管不亮，
wela=1;
wela=0;
P1=0x00;    //將段選關閉，也就是剛開始的時候數碼管都不亮
dula=1;
dula=0;
}
void Display(uchar num1)
{
wela=1;
P1=0x00;      //將所有的位選打開，所有數碼管同時亮，
wela=0;
dula=1;
P1=smg_duan[num1];
dula=0;
}

ID:184846 · 發表于 2017-4-19 08:31

哦，我看的是狀態機那個。
下載看了，覺得上電數碼管亮，好像是初始化顯示函數Display_init();那里一開始就把位選全打開了，而每10Ms產生一次中斷，主函數中一開始readkey=0xff;然后if(flag){flag=0;readkey=Keyscan();Display(readkey);一開始10ms就顯示0XFF，覺得這個位選應該在按鍵松手才打開，修改如下
void Display_init()
{
P1=0xFF;      //將所有的位選關閉，所有數碼管不亮，
wela=1;
wela=0;
P1=0x00;    //將段選關閉，也就是剛開始的時候數碼管都不亮
dula=1;
dula=0;
}
void Display(uchar num1)
{
wela=1;
P1=0x00;      //將所有的位選打開，所有數碼管同時亮，
wela=0;
dula=1;
P1=smg_duan[num1];
dula=0;
}

ID:184846 · 發表于 2017-4-19 09:11

下載看了狀態機，覺得上電數碼管亮，好像是初始化顯示函數Display_init();那里一開始就把位選全打開了，而每10Ms產生一次中斷，主函數中一開始readkey=0xff;然后if(flag){flag=0;readkey=Keyscan();Display(readkey);一開始10ms就顯示0XFF，覺得這個位選應該在按鍵松手才打開，修改如下
void Display_init()
{
P1=0xFF;      //將所有的位選關閉，所有數碼管不亮，
wela=1;
wela=0;
P1=0x00;    //將段選關閉，也就是剛開始的時候數碼管都不亮
dula=1;
dula=0;
}
void Display(uchar num1)
{
wela=1;
P1=0x00;      //將所有的位選打開，所有數碼管同時亮，
wela=0;
dula=1;
P1=smg_duan[num1];
dula=0;
}

ID:213328 · 發表于 2017-7-24 14:24

目前用的反轉，出了些問題，剛好學習學習
多謝樓主了

ID:168002 · 發表于 2018-3-7 13:33

之前都是用反轉法，現在試試狀態機

ID:203654 · 發表于 2018-5-24 10:46

感謝樓主分享

，學習一下

ID:286251 · 發表于 2018-5-26 15:32

很有用。非常感謝分享

ID:430148 · 發表于 2018-11-20 20:07

學習一下

ID:380988 · 發表于 2018-12-2 14:45

感謝樓主分享，學習一下

ID:413383 · 發表于 2019-6-10 00:03

多謝樓主了

ID:558624 · 發表于 2019-7-13 22:00

感謝樓主

ID:207882 · 發表于 2019-7-14 17:20

寫得挺好的，點贊，，我下載了你的狀態機程序，，為了省點黑幣，其他兩個我就沒下載了，，我看了后自己有些看法，，如果我同一行一個按鍵壓死，，然后我在同一行按下另一個按鍵呢？？？？還有主函數10Ms檢測一次，，為什么數碼管顯示也放在這個里面？？？上電數碼管亮我覺得不是上面6#說的， readkey=Keyscan();
Display(readkey);
上電按鍵沒按的換Keyscan()返回的應該是0吧，，display(0)對應你的數組不就是全亮？？？，我覺得應該是這樣，試試把數組的全滅數據也就是0x00,放在第一個，，剩下的就按你的按鍵去排顯示的數據就好了

ID:644656 · 發表于 2019-11-18 21:52

哇，感謝樓主的分享，給我們這些小白提供了學習的資料

ID:658887 · 發表于 2019-12-8 15:50

感謝分享

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