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矩阵键盘的行列扫描原理详解

时间:2022-04-12 11:10 浏览:27次 电工技术 矩阵键盘 行列 扫描 原理

矩阵键盘的行列扫描原理详解

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有的单片机应用需要使用的按键数量比较多,比如:密码锁,这时如果按照之前的设计,一个GPIO控制一个按键的话,有点浪费单片机资源,这时候我们常常需要使用矩阵键盘。

常见的矩阵键盘有如下两种:

后面的为薄膜按键。上图中,上面的按键按照5行*4列的布局排布,所以整个矩阵键盘共计引出了9(5+4)个引脚;下面的按键按照4行*4列的布局排布,所以整个矩阵键盘共计引出了8(4+4)个引脚;由此可以看出,按键数量越多,节省的IO口越多。

直插按键和薄膜按键两种方式的实现原理一样,本文我们以薄膜按键为例进行讲解。

薄膜按键(Metal dome array),是一块带触点的PET薄片(包括金属弹片也叫锅仔片),用在PCB、FPC等线路板上作为开关使用,在使用者与仪器之间起到一个重要的触感型开关的作用。与传统的硅胶按键相比,薄膜按键具有更好的手感、更长的寿命,可以间接地提高使用导电膜的各类型开关的生产效率。薄膜按键上的触点位于PCB板上的导电部位(大部分位于线路板上的金手指上方),当按键受到外力按压时,触点的中心点下凹,接触到PCB上的线路,从而形成回路,电流通过,整个产品就得以正常工作。

薄膜按键与传统硅胶按键相比较具有以下优势:

触感更好,使用寿命更长久;
按键键薄、柔软、防护性能好;
薄膜按键触板位于导电部位,按下会凹进去进而接触到PCB上的线路从而触发开关;
导电薄膜上面布满了金属点进行连接,按下薄膜按键就能启动对应的功能;
薄膜按键以成本低、工艺简单和手感好。

有专门定制薄膜按键的商家,可以随意定制外观。

薄膜按键的内部结构如下图所示:

注:图片来源于网络,侵权请后台联系号主删除。

有的矩阵键盘后面有3M背胶,可撕下粘纸,粘贴在光滑表面上,方便固定。

硬件连接

STM32核心板 排线引脚号 4*4矩阵键盘
PC2 1 行1
PC1 2 行2
PC0 3 行3
PC13 4 行4
PB9 5 列1
PB8 6 列2
PB7 7 列3
PB6 8 列4

按键扫描原理

对于4*4的薄膜按键,只需要8个标准IO口,即可实现16个按键扫描,独立输入。

各种矩阵键盘的驱动方式类似,我们以4*4的矩阵键盘为例,看看它的驱动方式。

矩阵按键扫描原理:

行列扫描:

我们先将四行对应的GPIO引脚设为输出模式,并输出高电平;
将四列对应的GPIO引脚设为下拉输入模式,没有按键按下状态时,这四个引脚读取默认返回0;
如果有一个按键被按下,那么这四列中就会有一个GPIO引脚读取返回1, 此时能够得到被按下的键所在的列

假如被点击的按键为第三行第三列的按键

为了进一步知道,被按下的键所在行,我们依次改变输出高电平的行,比如先让第一行输出高电平,另外三行输出低电平,如果四列的GPIO返回的值没有高电平,则被按下的键不在第一行;
类似上一步操作,接下来让第二行输出高电平,然后其他行输出低电平;
然后第三行输出高电平,其他行低电平;第四行输出高电平,其他行输出低电平;当某行为高电平时,四列对应的GPIO读取有返回1, 则该行即为被按下行
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键。上面实例可知,我们被按下的键为第三行、第三列对应的键。

这种方式获得按键键值的方式即为行列扫描

按键扫描的代码实现如下:

/*假定Row为输出,Col为输入;如果有按键被按下,则输入(Col)一定有非0值;四个输出(Row)依次改变,每次仅有一个IO为高电平,如果此时输入(Col)不为0的,那么即可确定此行列值即为按键值;*/int Value44Key(void) 定义矩阵键盘的返回值,返回值对应相关功能,{ int KeyValue = 0; KeyValue是最后返回的按键数值 GPIORow_Output(0); 全部置高 if(KEY44_Scan()!=0) 如果没有按键按下,返回值为-1 { return -1; } else 有按键按下 { delay_ms(5); 延时5ms去抖动 if(KEY44_Scan() == 0x00) 如果延时5ms后输入0, 则刚刚是抖动产生的 { return -1; 所以还是返回 -1 } } GPIORow_Output(1); 第一行置高 switch(KEY44_Scan()) 对应的输入值判断不同的按键值 { 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()) 对应的输入值判断不同的按键值 { 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()) 对应的输入值判断不同的按键值 { 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()) 对应的输入值判断不同的按键值 { 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;}

这种行列扫描的方式实现的按键驱动,实际应用中,如果程序过于复杂,那么按键键值的获取可能不是很及时,有时可能会出现按下无响应的状态。

STM32的外部中断特别多,每个GPIO都可以作为外部中断,各位可以尝试一下,使用中断的方式,如何实现矩阵键盘的驱动呢?

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