51单片机——独立按钮、矩阵按键

[1. 独立按钮](#1. 独立按钮)

[1.1 概述](#1.1 概述)

[1.2. 消抖](#1.2. 消抖)

[1.3 模块电路](#1.3 模块电路)

[1.3 实验](#1.3 实验)

[1.4 思考](#1.4 思考)

[2. 矩阵按键](#2. 矩阵按键)

[2.1 概述](#2.1 概述)

[2.2 模块电路](#2.2 模块电路)

[2.3 行列扫描法](#2.3 行列扫描法)

[2.4 实验设计](#2.4 实验设计)

1. 独立按钮

1.1 概述

按钮是一种电子开关，使用时长按按钮可使开关接通，松开手时，开关断开

按键管脚两端距离长的默认是导通状态，距离短的默认是断开状态

按键按下，初始导通状态变为断开，初始断开状态变为导通

1.2. 消抖

通常的按键开关为机械弹性开关

由于机械点的弹性作用，按键开关在闭合时不会立刻稳定的接通，在断开时，也不会马上断开

而是在闭合和断开的瞬间伴随着一连串的抖动，抖动时长一般在 5ms 到 10ms

按键抖动会引起按键被误读多次，为了消除影响，必须进行消抖

消抖分为物理消抖、软件消抖

为了使电路简单，一般使用软件消抖

1.3 模块电路

独立按键电路是由各个按键的一个管脚连接在一起接地，按键其他引脚分别连接到单片机 IO 口

独立按键的一端接地，另一端与单片机的 I/O 口相连

开始先给该 IO 口赋一高电平，然后让单片机不断检测该 I/O 口是否为低电平

当按键闭合时，相当于该I/O口通过按键与地相连，变成低电平

程序一旦检测到I/O口变成低电平就说明按键按下，然后执行相应功能

1.3 实验

要求：K1 按下并松手，D1 点亮，K1 再次按下并松手，D1 熄灭，如此循环

cpp 复制代码

//独立按键控制灯亮灭;k1------D1
#include <at89c51RC2.h>
#include <intrins.h>

typedef unsigned int u16;
typedef unsigned char u8;

//位定义：
sbit key1 = P3^1;
sbit led = P2^0;

//延时函数
void Delay10us( )	//@11.0592MHz
{
	unsigned char data i;

	_nop_();
	i = 25;
	while (--i);
}

void main()
{
	while(1)
	{
		if(key1==0)
		{
			Delay10us( );
			//若按键长按不松手，则在此处死循环
			while(key1==0);
			//松手才会继续往下执行
			Delay10us( );
			
			//之前代码均为消抖
			led = ~led;
		}
	}
}

可能会有人写出如下代码：效果为长按按键灯亮，松开按键灯就熄灭

cpp 复制代码

//独立按键控制灯亮灭;k1------D1
#include <at89c51RC2.h>
#include <intrins.h>

typedef unsigned int u16;
typedef unsigned char u8;

//位定义：
sbit key1 = P3^1;


sbit led = P2^0;

//延时函数
void Delay10us( )	//@11.0592MHz
{
	unsigned char data i;

	_nop_();
	i = 25;
	while (--i);
}

void main()
{
	while(1)
	{
		if(key1==0)
		{
			Delay10us( );
			//长按点亮
			while(key1==0)
			{
				led = 0;
			}
			//松手熄灭
			if(key1==1)
			{
				Delay10us( );
				led = 1;
			}
		}
	}
}

一般使用独立按键优先选松手后控制，稳定且易实现

除非有特殊需求才会选长按控制，需额外处理时长检测

无论哪种方式，都必须做按键消抖，否则会出现 LED 乱跳的问题

1.4 思考

通过实验：独立按键一端接地，另一端也要输出低电平，才可以控制LED灯点亮，

这与思维惯性中电器元件一端输入高电平，另一端输入低电平的现象不符，且与 LED灯变亮有什么关系呢？

按键的作用是 "拉低 IO 口电平"------ 未按时 IO 口通过上拉电阻为高，按下时 IO 口接地为低，形成 "高→低" 的电平变化，这是控制的触发信号，通过检测 IO 口的电平变化（结合消抖），判断按键的 "按下 / 松手 / 长按" 状态，再通过翻转或直接控制 LED 对应的 IO 口电平，实现亮灭；

这与前面（1.3部分）说的"

当按键闭合时，相当于该I/O口通过按键与地相连，变成低电平

程序一旦检测到I/O口变成低电平就说明按键按下，然后执行相应功能

"不谋而合

2. 矩阵按键

2.1 概述

独立按键与单片机连接时，每一个按键都需要单片机的一个 I/O 口

若单片机需要更多按键，使用独立按键会占用更多的I/O口资源

此时，为减少I/O口引脚，引入了矩阵按键

2.2 模块电路

无论是独立按键还是矩阵按键，单片机检测按键是否被按下的的依据相同：

检测该键对应的I/O口是否为低电平

独立按键一端固定为低电平

而矩阵按键两端都与单片机 I/O 连接，因此检测时须让按键两端 I/O口都送出低电平

2.3 行列扫描法

检测按键两端I/O口是否为低电平的方法有：行列扫描法、线翻转法

行列扫描法：扫描原理：逐列拉低，检测行电平

矩阵按键无法直接读取哪个按键按下，需通过 "扫描" 确定位置：

先将 某一列拉低（输出低电平），其他列保持高电平；
检测所有行线的电平：如果某行线为低电平（因按键按下，行 - 列导通，行线被列线拉低），则该 "列 - 行" 交叉点的按键被按下；
逐列重复上述步骤，完成整个矩阵的扫描。

2.4 实验设计

通过数码管显示按下矩阵按键 S1-S16 后对应的 0-F

cpp 复制代码

/*
矩阵按键控制 LED 数码管：矩阵按键扫描------获取按键值------数码管显示对应内容
准备工作：头文件、类型定义、硬件配置（段选表、延时函数）
核心功能：矩阵按键扫描获取按键值
主循环：  调用扫描函数------>数码管显示对应按键值
*/
//头文件：
#include <at89c51RC2.h>//51单片机寄存器定义头文件
#include <intrins.h>   //用于延时函数

//类型定义：简化代码书写
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;

//共阴极数码管对应段选表：1---F、小数点
u8 gsmg[] = {0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,
    0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x80};

//延时函数：按键消抖（机械按键的触电有 5-20ms 抖动）
void Delay1ms(u8 ms)	//@11.0592MHz
{
	unsigned char data i, j;

	while(ms--)
	{
		_nop_();
		_nop_();
		_nop_();
		i = 11;
		j = 190;
		do
		{
			while (--j);
		} while (--i);
	}
}

//定义变量：存储按键值，0表示无按键按下
u8 key_value = 0;

//矩阵按键扫描函数（P1口，高四位：行；低四位：列）
u8 menu()
{
	
		//第一列扫描，其余列为高电平
		P1 = 0xf7;//1111 0111：高四位对应行，低四位对应列，第一列即P13，对应低四位中最高位
		if(P1 != 0xf7)	//检测到第一列有按键被按下（只看第一列）
		{
			Delay1ms(5); //消抖
			switch(P1)
			{
				case 0x77:key_value = 1;break;
				case 0xb7:key_value = 5;break;
				case 0xd7:key_value = 9;break;
				case 0xe7:key_value = 13;break;
			}
			//等待按键释放：若按键长按，则程序一直卡在while死循环中，不向下执行
			while(P1 != 0xf7);
			Delay1ms(5); //消抖
		}
		
		
		P1 = 0xfb;
		if(P1 != 0xfb)	
		{
			Delay1ms(5); //消抖
			switch(P1)
			{
				case 0x7b:key_value = 2;break;
				case 0xbb:key_value = 6;break;
				case 0xdb:key_value = 10;break;
				case 0xeb:key_value = 14;break;
			}
			//等待按键释放
			while(P1 != 0xfb);
			Delay1ms(5); //消抖
		}
			

		
		//第三列
		P1 = 0xfd;  
		if(P1 != 0xfd)	
		{
			Delay1ms(5); //消抖
			switch(P1)
			{
				case 0x7d:key_value = 3;break;
				case 0xbd:key_value = 7;break;
				case 0xdd:key_value = 11;break;
				case 0xed:key_value = 15;break;
			}
			//等待按键释放
			while(P1 != 0xfd);
			Delay1ms(5); //消抖
		}
		
		
		//第四列
		P1 = 0xfe;  
		if(P1 != 0xfe)	
		{
			Delay1ms(5); //消抖
			switch(P1)
			{
				case 0x7e:key_value = 4;break;
				case 0xbe:key_value = 8;break;
				case 0xde:key_value = 12;break;
				case 0xee:key_value = 16;break;
			}
			//等待按键释放
			while(P1 != 0xfe);
			Delay1ms(5); //消抖
		}
		
	//返回按键值：0：无按键按下；0-F：返回对应按键值	
	return key_value;
}

//优化：只扫描一次menu()函数，节省资源
//  u8 ke = menu();  错误：在main（）外部定义，属于全局变量，全局变量只能由常量初始化

void main()
{
//	原程序
//	while(1)
//	{	
//		if(menu()!=0)//检测到有按键按下
//		{
//			P0 = gsmg[menu()-1] ;
//		}
//	}
 
//	优化后
	while(1)
	{
		//一次循环只扫描一次，结果存入ke变量，后续直接使用，效率更高，资源占用更低，运行更稳定。
		u8 ke = menu();
		if(ke!=0)
		{
			P0 = gsmg[ke-1] ;
		}
	}
}