基于Proteus的MSP430单片机仿真实例12-4X4矩阵键盘键值显示

tiankai001

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一、任务要求

将4X4矩阵式键盘编号，如果其中一个按键闭合，则在LED数码管上显示相应的按键编号。

二、分析说明

4X4矩阵键盘只需要占用一个8位的I/O端口，硬件电路的设计较为简单，重点在于如何在程序中判断矩阵键盘的按键位置。

三、硬件电路

硬件电路如下图所示。

选取MSP430F247单片机的P4端口连接数码管，用以显示按键编号，P5端口8个引脚分别和矩阵式键盘的行线和列线连接，硬件电路如下图所示。

选取MSP430F247单片机的P4端口连接数码管，用以显示按键编号，P5端口8个引脚分别和矩阵式键盘的行线和列线连接，硬件电路如下图所示。

电路图中，列线P5.4~P5.7通过上拉电阻连接电源，处于输入状态；行线P5.0~P5.3为输出状态。键盘上没有按键闭合时，所有列线P5.4~P5.7的输入全部为高电平。当键盘上某个按键闭合时，则对应的行线和列线短接。

在检测是否有键闭合时，先使4条行线全部输出低电平，然后读取4条列线的状态，如果全部为高电平则表示没有任何按键闭合，如果有任一键闭合，由于列线上是上拉电阻，则行线上读到的将是一个非全“1”的值。

四、程序设计

确定矩阵式键盘上那个按键闭合通常采用行扫描法，又称为逐行（或列）扫描查询法，其软件主要基于扫描方式完成。

关于键盘扫描查询法的程序大致可以分为以下几个步骤：

1、检测当前是否有键闭合

首先看输入的列线，假设4条行线都输出低电平，4条列线上都是上拉电阻，在没有任何键闭合时，4条列线输入都为1，但当与某一条行线相连的4个键中的任何一个闭合时，这条列线将输入低电平，即当某条列线输入低电平时，必定是连接在这条裂线上的某个键闭合了。

2、去除按键抖动当检测到有按键闭合后，延长一段时间再做下一步的检测判断。

3、若有键闭合，检测出是哪一个键闭合

逐行扫描方式：在4条行线上分别输出0信号。第一次，在第一条行线上输出低电平，其它行线上输出高电平，第二次，在第二条行线上输出低电平，其它行线上输出高电平，，第三次，在第三条行线上输出低电平，其它行线上输出高电平，，第四次，在第四条行线上输出低电平，其它行线上输出高电平，当某一行线上输出低电平时，此时如果此行上有键被按下，那么相应键的列线上就会读到0，于是可以唯一的确定是那个那键被按下。

1. //main.c
   
2. #include "msp430f247.h"
   
3. #include "stdlib.h"
   
4. #include "string.h"
   
5. /*****************************************软件延时，主频1M*******************/
   
6. #define CPU_F1 ((double)1000000)
   
7. #define delay_us1M(x) __delay_cycles((long)(CPU_F1*(double)x/1000000.0))
   
8. #define delay_ms1M(x) __delay_cycles((long)(CPU_F1*(double)x/1000.0))
   
9. /****************************************************************************/
   
10. //共阳极数码管段码表
    
11. unsigned char const Led_Tab1[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,
    
12. 0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e};
    
13. //共阴极数码管段码表
    
14. unsigned char const Led_Tab2[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,
    
15. 0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};
    
16. static unsigned char key;
    
17. unsigned char KeyScan(void);//
    
18. unsigned char GetKeyValue(unsigned char keycode);//
    
19. /************************************************
    
20. 函数名称：主函数
    
21. 函数功能:矩阵键盘编号显示
    
22. 入口参数：无
    
23. 出口参数：无
    
24. 描述：
    
25. 作者：老马识途单片机
    
26. 日期：2018年1月7日
    
27. ************************************************/
    
28. main()
    
29. {
    
30. unsigned char key;
    
31. WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;//关看门狗
    
32. P4DIR=0xff;//端口初始化
    
33. P4OUT=0x00;//端口初始化
    
34. //行线P5.0~P5.3为输出状态。列线P5.4~P5.7为输入
    
35. P5DIR=0x0f;//
    
36. while(1)
    
37. {
    
38. key=GetKeyValue(KeyScan());//显示扫描
    
39. if(key != 255)
    
40. {
    
41. P4OUT=Led_Tab2[key];
    
42. }
    
43. }
    
44. }
    
45. unsigned char KeyScan(void)
    
46. {
    
47. unsigned char ScCode,ReCode;
    
48. P5OUT=0x00;
    
49. if((P5IN & 0xf0) != 0xf0)//判断是否有键闭合
    
50. {
    
51. delay_ms1M(40);
    
52. if((P5IN & 0xf0) != 0xf0)//延时后再次判断是否有按键闭合，
    
53. {
    
54. ScCode=0xfe;//逐行扫描初值，先扫描第一行
    
55. while((ScCode&0x0f) != 0x0f)//行扫描完成
    
56. {
    
57. P5OUT=ScCode;//输出行扫描码
    
58. if((P5IN & 0xf0) != 0xf0)//当前行有键闭合
    
59. {
    
60. ReCode=(P5IN & 0xf0) | 0x0f;//读取高4位列值，低4位置1
    
61. key=(ScCode & ReCode);//行和列组合得到键盘编码
    
62. return key;
    
63. }
    
64. else//所扫描行没有按键闭合，则扫描下一行
    
65. {
    
66. ScCode=(ScCode<<1)|0x01;//行扫描码左移一位
    
67. }
    
68. }
    
69. }
    
70. return 0xff;//无键按下
    
71. }
    
72. return 0xff;//无键按下
    
73. }
    
74. unsigned char GetKeyValue(unsigned char keycode)
    
75. {
    
76. unsigned char keyval;
    
77. switch(keycode)
    
78. {
    
79. case 0x77:
    
80. keyval=0;
    
81. break;
    
82. case 0x7b:
    
83. keyval=1;
    
84. break;
    
85. case 0x7d:
    
86. keyval=2;
    
87. break;
    
88. case 0x7e:
    
89. keyval=3;
    
90. break;
    
91. case 0xb7:
    
92. keyval=4;
    
93. break;
    
94. case 0xbb:
    
95. keyval=5;
    
96. break;
    
97. case 0xbd:
    
98. keyval=6;
    
99. break;
    
100. case 0xbe:
     
101. keyval=7;
     
102. break;
     
103. case 0xd7:
     
104. keyval=8;
     
105. break;
     
106. case 0xdb:
     
107. keyval=9;
     
108. break;
     
109. case 0xdd:
     
110. keyval=10;
     
111. break;
     
112. case 0xde:
     
113. keyval=11;
     
114. break;
     
115. case 0xe7:
     
116. keyval=12;
     
117. break;
     
118. case 0xeb:
     
119. keyval=13;
     
120. break;
     
121. case 0xed:
     
122. keyval=14;
     
123. break;
     
124. case 0xee:
     
125. keyval=15;
     
126. break;
     
127. default:
     
128. keyval=255;
     
129. }
     
130. return keyval;
     
131. }

复制代码

五、程序说明

主程序通过调用键盘扫描程序获取键值，并通过数码管显示出键盘编号。键盘扫描首先通过读取列线输入，如果不全是1，则延迟一定时间后再次判断列线是否全为1，如果依旧不全为1，则可以确定有稳定的按键动作，通过逐行扫描的方式得到按键的位置。

从程序上看还存在两个问题，一是按键扫描中延迟去抖需要一定的时间，浪费了单片机的运算资源；二是在扫描得到按键后如果按键闭合不动，主程序会得到多个相同的键值，即重复按键，这种情况可以通过判断按键弹起的动作来解决

六、仿真结果与分析

在proteus中画好电路图后，双击单片机，将可执行文件装载到单片机内，点击运行，观察数码管的显示情况。如下图所示。