4×4 矩阵式键盘电路的改进
9、矩阵式键盘的设计
第二章矩阵式键盘的设计班级：光信科1203 组员：陈宏烨、王凯杰、龚馨1.设计要求设计一个4*4的矩阵式键盘，以P1.0~P1.3作为行线，以P1.4~P1.7作为列线。
要求：未按下键时，LED数码管显示“-”，按下键时，在数码管上显示相应的键值。
2.硬件电路图图2.1电路说明：在图2.1所示的电路中，数码管采用共阳极接法，当P1口输出低电平时，数码管发光。
P1.0~P1.3行线开始时为高电平，P1.4~P1.7列线开始时为低电平，当有键被按下时（每次只按下一个键），键所在的行线变成低电平。
3.软件流程设计思路：要想让数码管输出正确的数字，必须要做到三步：1.判断是否有键被按下；2.判断被按下键的位置；3.确定该位置所对应的数字并输出。
由于我们令低四位为高电平的行线，令高四位为低电平的列线，所以对应的十六进制数应该是0x0f。
当有键被按下时，被按下的键所在的行必定由高电平变成低电平，对应的十六进制数必定不是0x0f，从而确定是否有键被按下并且确定被按下键所在的行。
同理，我们可以重新定义一个函数，先令高四位为高电平，低四位为低电平，所对应的十六进制数为0xf0,接着当有键被按下时，这时对应的十六进制数必定不是0xf0,从而可以确定被按下键所在的列。
最后，定义一个函数，按每个键所处的不同位置，分别输出不同的数。
4.源代码#include <reg52.h>void delay(ms){ for(;ms>0;ms--);}void Hang1(){ char key;P1=0xf0;delay (100);key=P1;switch(key){case 0xe0:P0=0xc0;break;case 0xd0:P0=0xf9;break;case 0xb0:P0=0xa4;break;case 0x70:P0=0xb0;break;default :break;}}void Hang2(){ char key;P1=0xf0;delay (100);key=P1;switch(key){case 0xe0:P0=0x99;break;case 0xd0:P0=0x92;break;case 0xb0:P0=0x82;break;case 0x70:P0=0xf8;break;default :break; }}void Hang3(){ char key;P1=0xf0;delay (100);key=P1;switch(key){case 0xe0:P0=0x80;break;case 0xd0:P0=0x90;break;case 0xb0:P0=0x88;break;case 0x70:P0=0x83;break;default :break;}}void Hang4(){ char key;P1=0xf0;delay (100);key=P1;switch(key){case 0xe0:P0=0xc6;break;case 0xd0:P0=0xa1;break;case 0xb0:P0=0x86;break;case 0x70:P0=0x8e;break;default :break; }}void main(){ int key;P1=0x0f;while(P1==0x0f){P0=0x3f;};delay(100);while(P1==0x0f){P0=0x3f;};/*进行去抖操作*/key=P1;if( P1!=0x0f) /*判断是否有键被按下*/{switch(key) /*判断被按下的键在哪一行，并进行相应的操作*/ {case 0x0e:Hang1();break;case 0x0d:Hang2();break;case 0x0b:Hang3();break;case 0x07:Hang4();break;}}}5.出现的问题及解决方法在设计的时候，如果我们直接按照流程图的做法来写程序，这样的工作量会增大。
单片机c语言程序设计---矩阵式键盘实验报告
单片机c语言程序设计---矩阵式键盘实验报告课程名称：单片机c语言设计实验类型：设计型实验实验项目名称：矩阵式键盘实验一、实验目的和要求1.掌握矩阵式键盘结构2.掌握矩阵式键盘工作原理3.掌握矩阵式键盘的两种常用编程方法，即扫描法和反转法二、实验内容和原理实验1.矩阵式键盘实验功能：用数码管显示4*4矩阵式键盘的按键值，当K1按下后，数码管显示数字0，当K2按下后，显示为1，以此类推，当按下K16，显示F。
（1）硬件设计电路原理图如下仿真所需元器件（2）proteus仿真通过Keil编译后，利用protues软件进行仿真。
在protues ISIS 编译环境中绘制仿真电路图，将编译好的“xxx.hex”文件加入AT89C51。
启动仿真，观察仿真结果。
操作方完成矩阵式键盘实验。
具体包括绘制仿真电路图、编写c源程序（反转法和扫描法）、进行仿真并观察仿真结果，需要保存原理图截图，保存c源程序，总结观察的仿真结果。
完成思考题。
三、实验方法与实验步骤1.按照硬件设计在protues上按照所给硬件设计绘制电路图。
2.在keil上进行编译后生成“xxx.hex”文件。
3.编译好的“xxx.hex”文件加入AT89C51。
启动仿真，观察仿真结果。
四、实验结果与分析void Scan_line()//扫描行{Delay(10);//消抖switch ( P1 ){case 0x0e: i=1;break;case 0x0d: i=2;break;case 0x0b: i=3;break;case 0x07: i=4;break;default: i=0;//未按下break;}}void Scan_list()//扫描列{Delay(10);//消抖switch ( P1 ){case 0x70: j=1;break;case 0xb0: j=2;break;case 0xd0: j=3;break;case 0xe0: j=4;break;default: j=0;//未按下break;}}void Show_Key(){if( i != 0 && j != 0 ) P0=table[ ( i - 1 ) * 4 + j - 1 ];else P0=0xff;}五、讨论和心得。
矩阵键盘的原理及应用
矩阵键盘的原理及应用1. 矩阵键盘的原理矩阵键盘是一种常见的输入设备，由多个按键组成，可以同时检测多个按键的状态。
它采用了行列交叉的按键排列方式，通过按键的组合来实现多个输入选项。
其原理主要包括以下几个方面：1.1. 电路结构矩阵键盘的电路结构也称为“行列式键盘”，主要由行线（Row）和列线（Column）组成。
行线和列线通过导线互相交叉连接形成一个矩阵，每个按键都对应矩阵中的一个交叉点。
按键按下时，会导通对应的行线和列线，从而实现按键的状态检测。
1.2. 矩阵扫描矩阵键盘的工作原理是通过矩阵扫描来检测按键状态。
扫描过程由控制器完成，控制器通过逐行扫描的方式检测按键状态。
具体流程如下：1.所有行线置为高电平，所有列线设置为输入模式。
2.逐行将某一行设置为低电平，同时读取列线上的状态。
3.根据读取到的列线状态，确定按下的按键。
4.更新按键的状态，并记录下来。
5.重复以上步骤，直到扫描结束。
1.3. 按键编码矩阵键盘检测到按键状态后，需要进行按键编码，将按键状态转化为数字或字符。
常见的按键编码方式有两种：•行列编码：将矩阵键盘的行和列对应关系转化为一个唯一的值，通常使用二进制编码来表示。
•状态编码：通过按键的状态（按下或释放）来表示，通常使用两个状态位来编码。
2. 矩阵键盘的应用矩阵键盘由于其结构简单、使用方便等特点，在多个领域都得到了广泛的应用。
以下是矩阵键盘的一些常见应用场景：2.1. 电子产品矩阵键盘在电子产品中被广泛应用，比如手机、电视遥控器、计算器等。
它可以提供多个输入选项，方便用户进行操作。
矩阵键盘的结构紧凑，可与其他电路板集成，节省空间，适用于小型电子产品。
2.2. 工业控制矩阵键盘在工业控制领域也有重要应用。
比如工控终端设备、仪表仪器等，可以利用矩阵键盘实现数据输入和操作控制。
由于矩阵键盘可以同时检测多个按键的状态，因此非常适合于工业环境中需要同时输入多个信号的场合。
2.3. 家用电器矩阵键盘在家用电器中也有广泛应用，如洗衣机、微波炉、冰箱等。
4乘4矩阵键盘输入数码管显示四位数要点
Proteus 软件功能的理解，学会用这个软件设计三相步进电机控制系统，将理论
知识与实践相联系，为以后在学习和工作的发展打下一个良好的基础
。然后，
通过该课程设计， 初步理解了利用计算机控制技术进行三相步进电机控制系统的
设计。
最后，我明白：知识不是孤立的，相互之间有联系的，我们要学会理解知识
点以及学科之间的融合渗透。 本次课程设计涉及到了计算机技术， 自动控制技术，
微机技术， 数字电子技术等众多知识， 因而我们需要把把各个学科之间的知识融
合起来，形成一个整体。认识到 Proteus这个软件的强大功能，为以后的学习和
工作打下基础 。
我相信未来是属于我们的， 随着科学技术的发展， 控制技术的应用将将越来
越广泛，发挥越来越重要的作用。
参考文献
[1] 阎石主编 . 数字电子技术 . [M] 北京：高等教育出版社， 2006 年 [2] 陈振官等编著 . 新颖高效声光报警器 . [M] 北京：国防工业出版社， 2005 年 [3] 王东峰等主编 .单片机 C 语言应用 100 例 . [M] 北京：电子工业出版社， 2009 年 [4] 胡耀辉等主编 .单片机系统开发实例经典 . [M] 北京：冶金工业出版社， 2006 年 [5] 李鸿主编 .单片机原理及应用 . [M] 湖南：湖南大学出版社， 2005 年 [6] 谭浩强主编 .C 语言程序设计 . [M] 北京：清华大学出版社， 2005 年
矩阵式键盘工作原理
矩阵式键盘工作原理矩阵式键盘通常由多个按键组成一个矩阵结构。
每个按键都与矩阵的特定位置相对应，并且每个按键都有一个唯一的标识符。
矩阵式键盘通常由行和列构成，行与列之间通过导线相连。
矩阵式键盘的工作原理基于按键的位置，并且利用行与列之间的连线来检测按键是否被按下。
当按键未被按下时，矩阵式键盘的每个按键都将断开。
当按下一些按键时，按键的金属接点会触碰到与之相对应的导线，导致行与列之间形成电连接。
这导致通过电流流过，形成一个闭合电路。
这一电路可以被接收器感应到，并识别为一些按键被按下。
典型的矩阵式键盘电路由一个控制器和一个扫描矩阵组成。
控制器对行和列的导线进行扫描，确定按键是否被按下。
扫描矩阵是键盘上每个按键的布线结构，它允许控制器独立地访问每个按键。
控制器在扫描矩阵中的每个行导线上施加高电平信号，然后依次扫描每个列导线，以检测每一行上是否有按键被按下。
当控制器检测到一个按键被按下时，它将相应的行和列组合起来，以确定按下的按键的位置。
为了准确识别按键，矩阵式键盘电路通常采用消除键盘“反弹”的技术。
按键反弹是指按键被按下后，金属接点可能会在一段时间内反弹，导致多次电连接。
为了避免这种情况，电路通常会在检测到按键按下之后，延时一段时间再次检测。
矩阵式键盘的工作原理不仅适用于小型键盘，还适用于更大的键盘布局，如标准计算机键盘。
在这种情况下，矩阵式键盘可由多个矩阵组成，每个矩阵对应一个键盘的一部分。
整个键盘上的按键被编码为多个矩阵上的位置，并通过相应的扫描和检测进行识别。
总结起来，矩阵式键盘通过行和列之间的电连接来检测按键是否被按下。
控制器和扫描矩阵的结合使用，可以实现对键盘上多个按键的检测。
通过消除按键的反弹并进行适当的延时，矩阵式键盘可以提供准确和可靠的按键输入。
这使得它成为广泛应用于各种电子设备中的一种常见输入方式。
[整理]4x4键盘
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单片机实训教材单片机的应用键盘扫描程序FY：江西华忆电子工业中等学校键盘扫描程序设计一，实训教学目的１，了解键盘的组成及接线方法２，了解编码键盘和非编码键盘的组成３，学习非编码键盘的扫描方法步骤４，编写程序实现简单键盘设计和矩阵键盘的编程。
二，主要元件的介绍。
1，CPU AT89S51AT89S51是一款低功耗，高性能的8位微处理器，有4KBZ可在系统编程(ISP) Flash闪速存储器，1000次擦写周期，它与工业标准的80C51和80C52的指令集及输出PIN脚完全兼容。
128X8-bit片内RAM，32个可编程I/O脚，2个16-位定时/计数器，5个中断源，可编程全双工串行口，低功耗空闲模式和掉电模式。
3，键盘原理1）独立式键盘的接线原理独立式键盘是由若干个机械触点开关构成的，把它与单片机的I/O口县连接起来，通过读I/O口的电平状态，即可识别出相应的按键是否被按下，看下面的电路图：如果按键不被按下，其端口就为高电平，如果相应的按键被按下，则端口变为低电平。
在这种键盘的连接方法中，我们通常采用上拉电阻接法，即各按键开关一端接低电平，另一端接单片机I/O口线并通过上拉电阻与VCC相连，这是为了保证在按键断开时，各I/O口线有确定的高电平，如果端口内部已经有上拉电阻，则外电路的上拉电阻就可以省去，想想看，哪几个并行口内部有上拉电阻呢？通常我们用来做键盘的有触点式和非触点式两种，单片机中应用的一般是由机械触点构成的触点式微动开关，这种开关具有结构简单，使用可靠的优点，但当我们按下按键或释放按键的时候它有一个特点，就是会产生抖动，看上图的按键脉冲波形，这种抖动对于人来说是感觉不到的，但对单片机来说，则是完全可以感应到的，因为计算机处理的速度是在微秒级的，而机械抖动的时间至少是毫秒级，对计算机而言，这已是一个很“漫长”的过程了，按键区抖动原则和方法常用的有两种：硬件方法和软件方法。
硬件去抖动方法很多，这不在我们的讨论范围。
4-4矩阵键盘控制16个LED灯
一、任务说明本次的任务是利用51单片机设计一个4*4矩阵键盘输入系统，用16个发光二级管对应16个不同的按键。
每按下一个按键对应的发光二极管就亮。
矩阵式键盘又称行列键盘，它是用N条I/O线作为行线，N条I/O线作为列线组成的键盘。
在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。
这样键盘上按键的个数就为N*N个。
这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。
最常见的键盘布局如图1所示。
一般由16个按键组成，在单片机中正好可以用一个P口实现16个按键功能，这也是在单片机系统中最常用的形式，本设计就采用这个键盘模式。
图1 键盘布局利用单片机的并行口P1连接4×4矩阵键盘，并以单片机的P1.0-P1.3各管脚作输入线，以单片机的P1.4-P1.7各管脚作输出线；利用P2、P3口控制灯1-灯16，。
用Proteus绘制其电路原理图（附录一）。
此任务用到了AT89C51芯片，还用到了晶体振荡器、按钮开关、发光二级管以及一些电阻。
这次任务中采用C语言编写程序，在编译过程中设置成自动产生HEX文件，将此文件导入AT89C51中，即可实现相应的功能。
二、原理图绘制说明电路原理图的设计与绘制是整个电路设计的基础，设计一个电路原理图的工作包括：设置电路图图纸的大小，规划电路图的总体布局，在图纸上放置元器件并对元器件进行调整，进行布线和整体布局，最后保存并打印输出等几个步骤。
安装完Proteus后，运行ISIS 7 Professional，在原理图编辑窗口绘制电路图，在该界面下还有预览窗口和元件列表区，在左侧的工具箱中还有模型选择工具栏，方向工具栏及仿真按钮等工具。
其具体的使用步骤如下：1.运行该软件后，新建一个设计文件，设置图纸大小。
选择界面如图2所示。
图2 选择图纸大小界面2.接下来开始查找任务中所用到的元器件，查找界面如图3所示。
图3 元器件查找界面3.将查找的元器件放置到界面中，并进行相应的引脚连线，本次是采用标注的方式进行引脚连接，标注符号相同的表示引脚相连接，具体操作是先将引脚引出一小段导线，右击导线选择放置网络标号，标注标号界面如图4所示。
矩阵键盘电路
知识点目录
1
矩阵键盘电路结构与工作原理
矩阵键盘的编码
矩阵式键盘按键识别
键盘的工作方式
1.矩阵键盘电路结构与工作原理
2
矩阵式键盘又称为行列式键盘。用I/O接口线组成行和列结构，键位设置在行和 列的交叉点上。如图1所示，8个I/O口实现了16个按键。
图1 矩阵键盘电路结构
1.矩阵键盘电路结构与工作原理
3
工作原理：以第一组键盘为例。设置KeyOut1输出一个低电平，相当于KeyOut1接 地，电路相当于4个独立按键电路，此时KeyIn1-KeyIn4四个输入端为高电平；当 键盘K1按下时，由于电路导通，此时KeyIn1变为低电平。同理，哪个按键按下， 相对应的输入端为低电平，单片机通过读输入端的状态，判断是否有按键按下。 对应图1四组按键，当KeyOut1输出为低电平时，KeyOut2-KeyOut4输出必须为高 电平，才能避免相互间的干扰。
2.矩阵键盘的编码
பைடு நூலகம்
4
对于矩阵式键盘，按键的位置由行号 和列号唯一确定，因此可分别对行号 和列号进行二进制编码，然后将两值 合成一个字节，高4位是行号，低4位 是列号。
3.矩阵式键盘按键识别
5
扫描法：
1） 判断有无键按下。
2） 如果有键按下，识别是哪一个键按下，键盘扫描取得闭合键的行、列值。
3） 用计算法或查表法得到键值。
4） 判断闭合键是否释放，如没释放则继续等待。
5） 将闭合键键号保存，同时转去执行该闭合键的功能。
4.键盘的工作方式
6
（1）编程扫描方式
利用CPU在完成其它工作的空余时间，调用键盘扫描子程序来响应键盘输入 的要求。
（2）定时扫描工作方式
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本文向大家推荐一个精简IO接口的4×4键盘电路，该键盘电路仅仅使用4条IO接口引线，
即可完成一般需要8位接口才能完成的功能。
在51单片机系统中，经常使用4×4键盘，一般情况下，都是使用一个8位的接口，外接
16个按键。
下图就是一个常规的4×4键盘电路图。
这种常规的矩阵键盘电路，相信大家都司空见惯了，好多人都会编写它的驱动程序。
图中使用了P0口的8个引脚（P0.0~P0.7），分别驱动键盘的行和列。按键的编号，在图
中分别标注了0~F。
检测按键的一般的思路是在四个列线，分别输出一个低电平，然后输入行线，逐行检测是否
存在低电平。
如果在某行有低电平出现，就说明该行、列的交叉点上的按键，被按下了。
其实，这些行、列引线，是“分时”工作的，当在某一列输出低电平的时候，其它的列，输出
的就是高电平。
如果利用这些输出高电平的列，进行输入，那么就可以极大的节省IO接口的引线数量。
基于这个道理，在上图中，下面的四个列驱动引线（P0.4~P0.7），就完全可以省去，只是
使用行驱动的引脚（P0.0~P0.3）来分时输出低电平即可。
电路见下图。
为了对引脚之间进行隔离，图中加上了四个二极管，确保只有在引脚输出低电平的时候，方
可把键盘中相应的列置为0。
针对这个电路，对按键的检测方法，和常规的4×4键盘检测思路是相同的，例如：
当在P0.0输出低电平，即最左边的列为0，这时检测P0.1、P0.2及P0.3是否为0，可以
判断最左边的三个按键是否按下；
当在P0.1输出低电平，即左边第二列为0，这时检测P0.0、P0.2及P0.3是否为0，可以
判断左边第二列的三个按键是否按下；
…………；
这个检测按键是否按下的思路非常简单，会编写常规4×4键盘驱动程序的网友，肯定都会
编写出来这种电路的驱动程序。
因为行和列使用了相同的IO引线，实际上，连接在同一个引线的行、列交叉点处的按键，
就已经失效了，那么就把把原来的按键，移动出来，把二极管画在交叉点，电路如下所示。
再把移出来四个按键连接在IO引线，另一端直接接地；把其它按键的编号，再整理一下，
就成了下图电路。
这个电路比常规的4×4键盘电路仅仅多用了四个二极管，但是却节省了四条IO接口引线，
这个意义是十分巨大的。
按照这个电路的设计思路，使用 n 条IO接口引线，就可以驱动 n×n 个按键。
那么用5个IO引脚，就可以驱动5×5的键盘，这就足以满足各种应用了。
网上也有一些其它类型的节省接口的键盘电路，但是都有不足，不是电路过于复杂，就是驱
动的按键个数较少，远远不及本电路简单实用。
做而论道已经按照这个电路制作了PCB板，外形和常规4×4键盘电路板相差无几。二极管
体积很小，布线并没有障碍。
实践证明，这是个完美的精简接口的4×4键盘电路，不仅可以用在51单片机系统，在使用
其它MCU组建的电路中同样适用。
针对这个电路，做而论道已经用汇编语言和Ｃ语言编写出了驱动程序，因为汇编语言可以使
用“位操作”指令，所以程序的比较简单；Ｃ语言的程序，就显得累赘一些。
程序暂时就不公布了，有兴趣的网友可以来讨论。