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本帖最后由 OpenJumper 于 2022-1-17 15:56 编辑
[md]## 一、矩阵键盘控制实验
总是通过程序来控制一定让很多同学们没有参与感，今天我们教大家一种让大家也能参与其中的放法，使用矩阵键盘来控制实验。
## 二、实验器材
+ UNO控制板：1块
+ 4 * 4矩阵键盘：1个
+ 面包板：1块
+ 面包板跳线：若干
## 三、连线示意图
图11-1
## 四、硬件连接图
图11-2
## 五、硬件知识要点
矩阵键盘是单片机外部设备中所使用的排布类似于矩阵的键盘组。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。
组成结构
在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4 * 4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。
这样，当按键没有按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。
确定矩阵式键盘上何键被按下介绍一种“行扫描法”。
行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，如上图所示键盘，介绍过程如下。
1、判断键盘中有无键按下 将全部行线Y0-Y3置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。
2、判断闭合键所在的位置 在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。
## 六、程序编写[/md]
- const int numRows = 4; //定义 4 行
- const int numCols = 4; //定义 4 列
- const int debounceTime = 20; //去抖动时间长度
- const char keymap[numRows][numCols]= { //键值，可以按需要更改
- { '1','2','3','+' },
- {'4','5','6','-' },
- {'7','8','9','X' },
- {'*','0','#','/' }
- };
- const int rowPins[numRows] = {7,6,5,4}; //设置硬件对应的引脚
- const int colPins[numCols] = {11,10,9,8};
- //初始化功能
- void setup(){
- Serial.begin(9600);
- for(int row = 0; row < numRows; row++){
- pinMode(rowPins[row],INPUT);
- digitalWrite(rowPins[row],HIGH);
- }
- for(int column = 0;column < numCols; column++){
- pinMode(colPins[column],OUTPUT);
- digitalWrite(colPins[column],HIGH);
- }
- }
- //主循环
- void loop() {
- // 添加其他的程序，循环运行
- char key = getkey();
- if(key !=0){
- Serial.print("Got key "); //串口打印键值
- Serial.println(key);
- }
- }
- //读取键值程序
- char getkey(){
- char key = 0;
- for(int column = 0;column < numCols; column++){
- digitalWrite(colPins[column],LOW);
- for(int row = 0 ;row < numRows; row++){
- if(digitalRead(rowPins[row]) == LOW){ //是否有按键按下
- delay(debounceTime);
- while(digitalRead(rowPins[row]) == LOW) //等待按键释放
- ;
- key = keymap[row][column];
- }
- }
- digitalWrite(colPins[column],HIGH); //De-active the current column
- }
- return key;
- }
## 七、程序知识要点
程序使用经典的逐行（逐列）扫描，直到扫描出按键位置，然后退出，否则继续扫描。以4x4 逐行扫描位例，步骤如下：
1、4个行线全部设为输出，并置高电平；
2、4个列线全部设为输入，并置高电平（内部上拉作用）；
第一行线拉低（LOW）检测4根列线是否有低电平出现？如果有，证明有按键按下，去抖，再次确认，直到按键释放，读取4个列线值，通过矩阵数组确定按键键值，如果没有则继续下一步。释放改行线（置高 HIGHT）。
第二行线拉低（LOW）检测4根列线是否有低电平出现，如果有，证明有按键按下，去抖，再次确认，直到按键释放，读取4个列线值，通过矩阵数组确定按键键值，如果没有则继续下一步。释放改行线（置高 HIGHT）。
第三行线拉低（LOW）检测4根列线是否有低电平出现，如果有，证明有按键按下，去抖，再次确认，直到按键释放，读取4个列线值，通过矩阵数组确定按键键值，如果没有则继续下一步。释放改行线（置高 HIGHT）。
第四行线拉低（LOW）检测4根列线是否有低电平出现，如果有，证明有按键按下，去抖，再次确认，直到按键释放，读取4个列线值，通过矩阵数组确定按键键值，如果没有则继续下一步。释放改行线（置高 HIGHT）。
此循环结束。[/md] |
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发表于 2022-1-17 15:55