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作者：sumjess
键盘分为编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专用的硬件编码器实现， 并产生键编码号或键值的称为编码键盘， 如计算机键盘。而靠软件编程来识别的键盘称为非编码键盘， 在单片机组成的各种系统中， 用的较多的是非编码键盘。非编码键盘又分为独立键盘和行列式（又称矩阵式）键盘。
一、独立键盘检测
键盘实际上就是一组按键，在单片机外围电路中，通常用到的按键都是机械弹性开关， 当开关闭合时， 线路导通， 开关断开时， 线路断开， 下图是几种单片机系统常见的按键。
弹性小按键被按下时闭合， 松手后自动断开； 自锁式按键按下时闭合且会自动锁住， 只有再次按下时才弹起断开。通常我们把自锁试按键当做开关使用， 比如 TX-l C 实验板上的电源开关就使用自锁按键。单片机的外围输入控制用小弹性按键较好， 单片机检测按键的原理是：单片机的I/O口既可作为输出也可作为输入使用， 当检测按键时用的是它的输入功能， 我们把按键的一端接地，另一端与单片机的某个I/O口相连，开始时先给该I/O口赋一高电平， 然后让单片机不断地检测该I/O口是否变为低电平， 当按键闭合时， 即相当于该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口变为低电平则说明按键被按下， 然后执行相应的指令。
按键的连接方法非常简单， 如下图左所示， 右侧I/O端与单片机的任一I/O口相连。按键在被按下时， 其触点电压变化过程如下图右所示。
从上图右可看出， 理想波形与实际波形之间是有区别的， 实际波形在按下和释放的瞬间都有抖动现象， 抖动时间的长短和按键的机械特性有关， 一般为 5-- 10ms。通常我们手动按下键然后立即释放， 这个动作中稳定闭合的时间超过 20ms。因此单片机在检测键盘是否按下时都要加上去抖动操作，有专用的去抖动电路，也有专用的去抖动芯片，但通常我们用软件延时的方法就能很容易解决抖动问题，而没有必要再添加多余的硬件电路。
用示波器跟踪不同类型的开关， 得到图 4.1.4 和图 4.1.5 的波形， 观察波形可以帮助我们对抖动现象有一个直观的了解。图 4.1.4 是一个小的按钮开关在闭合时的抖动现象， 水平轴2ms/Div, 抖动间隙大约为10ms, 在达到稳定状态前一共有 6 次变化， 频率随时间升高。
图 4.1.5 是一个小型继电器在闭合时的抖动现象， 水平轴 2ms/Div, 抖动间隙大约为 8ms，在达到稳定状态前一共有 13 次变化。注意在开始和结束时，几 个小的脉冲后伴随较高的频率。
编写单片机的键盘检测程序时，一般在检测按下时加入去抖延时，检测松手时就不用加了。按键检测流程图如图 4.1.6 所示。
注意：Easy Board家的板子原理图如下，连得引脚是一样的
实验板上键盘区最下面一行S2~S5为 4 个独立键盘， 与单片机的P3.4-P3.7 分别相连， 如下图所示。
下面通过一个实例来讲解独立键盘的具体操作方法， 在TX- IC 实验板上实现如下描述。
【例 4.1.1】用数码管的前两位显示一个十进制数，变化范围为 00~59, 开始时显示 00, 每按下S2 键一次， 数值加 1; 每按下S3 键一次， 数值减 1;每按下 S4 键一次， 数值归零； 按下 S5 键一次， 利用定时器功能使数值开始自动每秒加 1, 再次按下 S5 键， 数值停止自动加 1, 保持显示原数。新建文件 Sumjess2.2_1.c, 程序代码如下：
注意：共阳极数码管！！
#include <reg52.h> //52系列单片机头文件
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit key1 = P3^4;
sbit key2 = P3^5;
sbit key3 = P3^6;
sbit key4 = P3^7;
sbit dula = P2^5; //申明U1锁存器的锁存端
sbit wela = P2^6; //申明U2锁存器的锁存端
uchar code table[]={
0xC0, /*/"0"*/
0xF9, /*/"1"*/
0xA4, /*/"2"*/
0xB0, /*/"3"*/
0x99, /*/"4"*/
0x92, /*/"5"*/
0x82, /*/"6"*/
0xF8, /*/"7"*/
0x80, /*/"8"*/
0x90, /*/"9"*/
0x88, /*/"A"*/
0x83, /*/"B"*/
0xC6, /*/"C"*/
0xA1, /*/"D"*/
0x86, /*/"E"*/
0x8E, /*/"F"*/
0x89, /*/"H"*/
0xC7, /*/"L"*/
0xC8, /*/"n"*/
0xC1, /*/"u"*/
0x8C, /*/"P"*/
0xA3, /*/"o"*/
0xBF, /*/"-"*/
0xFF, /*/熄灭*/
0xFF /*/自定义*/
};
void delayms(uint xms);
uchar num,numt0;
void dispaly(uchar numdis) //显示子函数
{
uchar shi,ge;
shi=numdis/10;
ge=numdis%10;
dula=1;
P0=table[shi]; //送段选数据
dula=0;
////////
P0=0xff ; //送位选数据前关闭所有显示，防止打开位选锁存时
////////
wela=1; //原来段选数据通过位选锁存器造成混乱
P0=0x01 ; //送位选数据
wela=0; //关闭U2锁存器
delayms(5); //延时
dula=1;
P0=table[ge]; //送段选数据
dula=0;
////////
P0=0xff ; //送位选数据前关闭所有显示，防止打开位选锁存时
////////
wela=1; //原来段选数据通过位选锁存器造成混乱
P0=0x02 ; //送位选数据
wela=0; //关闭U2锁存器
delayms(5); //延时
}
void init() //初始化函数
{
TMOD=0x01; //设置定时器0为工作方式1(0000 0001)
TH0=(65536-45872)/256;//装初值50ms一次中断
TL0=(65536-45872)%256;//装初值50ms一次中断
EA=1; //开总中断
ET0=1; //开定时器0中断
}
void keyscan()
{
if(key1==0)
{
delayms(10);
if(key1==0)
{
num++;
if(num==60) //当到60时重新归0
num=0;
while(~key1);//等待按键释放
}
}
if(key2==0)
{
delayms(10);
if(key2==0)
{
if(num==0) //当到0时重新归60
num=60;
num--;
while(~key2);//等待按键释放
}
}
if(key3==0)
{
delayms(10);
if(key3==0)
{
num=0; //清零
while(~key3);//等待按键释放
}
}
if(key4==0)
{
delayms(10);
if(key4==0)
{
while(~key4);//等待按键释放
TR0=~TR0;//启动或停止定时器0
}
}
}
void T0_time()interrupt 1
{
TH0=(65536-45872)/256;//重装初值
TH0=(65536-45872)%256;
numt0++; //num每加一次判断一次是否到了20次
if(numt0==20)
{
numt0=0;
num++;
if(num==60)
num=0;
}
}
void main()
{
init();
while(1)
{
keyscan();
dispaly(num);
}
}
void delayms(uint xms)
{
uint i,j;
for(i=xms;i>0;i--)
for(j=110;j>0;j--);
}
分析如下：
(1)例 4.1.1 中我们将定时器初始化部分、键盘扫描部分、数码管显示部分等分别写成独立的函数，在主函数中只需方便地直接调用它们就可以了，这样可使程序看上去简洁、明了，修改也很方便。
(2)大家在写程序时一定要注意代码的层次感，一级和一级之间用一个 Tab 键隔开， 尤其是初写程序的学员，不注意书写格式，程序从头到尾不加任何注释，级与级之间没有任何空格，当程序有问题，回头查询起来很不方便，大家从一开始就要养成良好的书写习惯，具体书写格式可参照本书例程。
(3)在键盘扫描程序中 " delayms(10); " 即是去抖延时。在确认按键被按下后，程序中还有语句" while(!key,1);", 它的意思是等待按键释放，若按键没有释放则key1始终为 0 , 那么!key1即始终为 1 ,程序就一直停止在这个while 语句处，直到按键释放，key1变成了 1,才退出这个while语句。通常我们在检测单片机的按键时,要等按键确认释放后才去执行相应的代码。若不加按键释放检测，由千单片机执行代码的速度非常快，而且是循环检测按键，所以当按下一个键时，单片机会在程序循环中多次检测到键被按下，从而造成错误的结果，大家可不加按键释放检测代码， 编译程序下载后测试， 当按下S2 键时,会看到数码管上的数值变化很快，而且没有规律。
二、矩阵键盘检测：
独立键盘与单片机连接时，每一个按键都需要单片机的一个I/O口，若某单片机系统需较多按键，如果用独立按键便会占用过多的I/O口资源。单片机系统中I/O口资源往往比较宝贵，当用到多个按键时，为了节省I/O口线，我们引入矩阵键盘。
我们以4X4矩阵键盘为例讲解其工作原理和检测方法。将16个按键排成4行4列，第一行将每个按键的一端连接在一起构成行线，第一列将每个按键的另一端连接在一起构成列线，这样便一共有4行4列共8根线，我们将这8根线连接到单片机的8个I/O口上，通过程序扫描键盘就可检测16个键。用这种方法我们也可实现3行3列9个键、5行5列25个键、6行6列36个键等。
无论是独立键盘还是矩阵键盘，单片机检测其是否被按下的依据都是一样的，也就是检测与该键对应的I/O口是否为低电平。独立键盘有一端固定为低电平，单片机写程序检测时比较方便。而矩阵键盘两端都与单片机I/O口相连，因此在检测时需人为通过单片机I/O口送出低电平。检测时，先送一列为低电平，其余几列全为高电平（此时我们确定了列数），然后立即轮流检测一次各行是否有低电平，若检测到某一行为低电平（这时我们又确定了行数），则我们便可确认当前被按下的键是哪一行哪一列的，用同样方法轮流送各列一次低电平，再轮流检测一次各行是否变为低电平，这样即可检测完所有的按键，当有键被按下时便可判断出按下的键是哪一个键。当然我们也可以将行线置低电平，扫描列是否有低电平。这就是矩阵键盘检测的原理和方法。
TX-lC实验板上16个矩阵按键与单片机连接图如下图所示。
TX-l C 实验板上键盘区上面4行即为 16 个矩阵键盘，8条线分别与单片机的P3 口相连， 如下图所示。
从上上图可知，矩阵键盘的4行分别与单片机的P3.0~P3.3相连，矩阵键盘的4列分别与单片机的P3.4-P3.7相连。
【例4.2.1】在实验板上实现如下描述：实验班上电时，数码管不显示，顺序按下矩阵键盘后，在数码管上依次显示0~F，6个数码管同时静态显示即可，新建文件Sumjess2.2_2.c，程序代码如下：
#include <reg52.h> //52系列单片机头文件
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
//sbit key1 = P3^4;
//sbit key2 = P3^5;
//sbit key3 = P3^6;
//sbit key4 = P3^7;
sbit dula = P2^5; //申明U1锁存器的锁存端
sbit wela = P2^6; //申明U2锁存器的锁存端
uchar code table[]={
0xC0, /*/"0"*/
0xF9, /*/"1"*/
0xA4, /*/"2"*/
0xB0, /*/"3"*/
0x99, /*/"4"*/
0x92, /*/"5"*/
0x82, /*/"6"*/
0xF8, /*/"7"*/
0x80, /*/"8"*/
0x90, /*/"9"*/
0x88, /*/"A"*/
0x83, /*/"B"*/
0xC6, /*/"C"*/
0xA1, /*/"D"*/
0x86, /*/"E"*/
0x8E, /*/"F"*/
0x89, /*/"H"*/
0xC7, /*/"L"*/
0xC8, /*/"n"*/
0xC1, /*/"u"*/
0x8C, /*/"P"*/
0xA3, /*/"o"*/
0xBF, /*/"-"*/
0xFF, /*/熄灭*/
0xFF /*/自定义*/
};
void delayms(uint xms);
uchar num,numt0;
void dispaly(uchar num) //显示子函数
{
P0=table[num]; //送段选数据
dula=1;
dula=0;
}
void matrixkeyscan()
{
uchar temp,key;
P3=0xfe;
temp=P3;
temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0)
{
delayms(10);
temp=P3;
temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0)
{
temp=P3;
switch(temp)
{
case 0xee:
key=0;
break;
case 0xde:
key=1;
break;
case 0xbe:
key=2;
break;
case 0x7e:
key=3;
break;
}
while(temp!=0xf0)//等待按键释放
{
temp=P3;
temp=temp&0xf0;
}
dispaly(key);//显示
}
}
P3=0xfd;
temp=P3;
temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0)
{
delayms(10);
temp=P3;
temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0)
{
temp=P3;
switch(temp)
{
case 0xed:
key=4;
break;
case 0xdd:
key=5;
break;
case 0xbd:
key=6;
break;
case 0x7d:
key=7;
break;
}
while(temp!=0xf0)//等待按键释放
{
temp=P3;
temp=temp&0xf0;
}
dispaly(key);//显示
}
}
P3=0xfb;
temp=P3;
temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0)
{
delayms(10);
temp=P3;
temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0)
{
temp=P3;
switch(temp)
{
case 0xeb:
key=8;
break;
case 0xdb:
key=9;
break;
case 0xbb:
key=10;
break;
case 0x7b:
key=11;
break;
}
while(temp!=0xf0)//等待按键释放
{
temp=P3;
temp=temp&0xf0;
}
dispaly(key);//显示
}
}
P3=0xf7;
temp=P3;
temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0)
{
delayms(10);
temp=P3;
temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0)
{
temp=P3;
switch(temp)
{
case 0xe7:
key=12;
break;
case 0xd7:
key=13;
break;
case 0xb7:
key=14;
break;
case 0x77:
key=15;
break;
}
while(temp!=0xf0)//等待按键释放
{
temp=P3;
temp=temp&0xf0;
}
dispaly(key);//显示
}
}
}
void main() //zhu函数
{
P0=0;
dula=1;
dula=0;
P0=0xc0;
wela=1;
wela=0;
while(1)
{
matrixkeyscan();
}
}
void delayms(uint xms)
{
uint i,j;
for(i=xms;i>0;i--)
for(j=110;j>0;j--);
}
分析如下：
(1)进入主函数后，首先关闭所有数码管的段选，也就是不让数码管显示任何数字，接着位选中所有的数码管，以后再次操作数码管时只需要送段选数据即可，因为题目要求所有数码管都显示，接着进入while()大循环不停的扫描键盘是否有被按下。
(2)在检测矩阵键盘时我们用到这样几条语句：
P3=0xfe;
temp=P3;
temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0)
{
delayms(10);
temp=P3;
temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0)
{
•••
上面这几句扫描的是第一行按键，搞明白这几句后，其他的都一样，每句解释如下：
" P3=0xfe;" 将第1行线置低电平，其余行线全部为高电平。
" temp=P3;" 读取P3口当前状态值赋给临时变量temp, 用千后面计算。
" temp=temp&0xf0;" 将temp与0xf0进行”与“运算，然后再将结果赋给temp,主要目的是判断temp的高4位是否有0,如果temp的高4位有0,那么与0xf0’'与“运算后结果必然不等于0xf0; 如果temp的高4位没有0,那么它与0xf0"与“运算后的结果仍然等于0xf0。temp的高4位数据实际上就是矩阵键盘的4个列线，从而我们可通过判断temp与0xf0"与“运算后的结果是否为0xf0来判断出第一行按键是否有键被按下。
“if(temp!=0xf0)” 的temp是上面P3口数据与0xf0"与“运算后的结果，如果temp不等于0xf0,说明有键被按下。
" delayms(10);" 延时去抖操作。
"temp=P3;"重新读一次P3口数据。
"temp=temp&0xf0;"重新进行一次“与“运算。
“if(temp!=0xf0)” 如果temp仍然不等千0xf0,这次确认第一行确实有键被按下了。
(3)判断被按下的是该行第几列的键，我们用到了switchcase语句，关于该语句请看下一个知识点。在判断列线时我们再将P3口数据读一次，“temp=P3;” 如果读回P3口的值为0xee,则说明行线1与列线1都为低电平，那么它们的交叉处是第1个按键，如果读回P3口的值为0xde,则说明行线1与列线2都为低电平，那么它们的交叉处是第2个按键，用同样的方法可检测第一行的所有键，每检测到有按键被按下后我们可以将这个键的键值赋给一个变量，用来后期处理。用同样方法检测其他几行便可检测到矩阵键盘的所有按键。
(4)在判断完按键序号后，我们还需要等待按键被释放，检测释放语句如下：
while(temp!=0xf0) //等待按键释放
｛
temp=P3;temp=temp&0xf0;
｝
不断地读取P3口数据，然后和0xf0"与“运算，只要结果不等千0xf0,则说明按键没有被释放，直到释放按键，程序才退出该while语句。
知识点：switch-case语句
**(1)**if语句一般用来处理两个分支。处理多个分支时需使用if-else-if结构，但如果分支较多，则嵌套的if语句层就越多，程序不但庞大而且理解也比较困难。因此，C语言又提供了一个专门用于处理多分支结构的条件选择语句，称为switch语句，又称开关语句。使用switch语句可直接处理多个分支（当然包括两个分支）。其一般形式为
switch(表达式）
｛
case 常量表达式1: (注意这里，常量表达式l后面是冒号而不是分号）
语句1;
break;
case 常量表达式2:
语句2;
break;
••••••
case常量表达式n:
语句n;
break;
default:
语句n+1;
break;
}
switch语句的执行流程是：首先计算switch后面圆括号中表达式的值，然后用此值依次与各个case后的常量表达式比较，若switch后面圆括号中表达式的值与某个case后面的常量表达式的值相等，就执行此case后面的语句，当执行遇到break语句就退出switch语句；若圆括号中表达式的值与所有case后面的常量表达式都不等，则执行default后面的语句n+1,然后退出switch语句，程序转向switch语句后面的下一个语句。如下程序，可以根据输入的考试成绩的等级，输出百分制分数段：
switch(grade)
｛
case’A’: /注意，这里是冒号：并不是分号；/
printf(“85-100\n”);
break; /每一个case语句后都要跟一个break用来退出switch语句/
case’B’: /每一个case后的常量表达式必须是不同的值，以保证分支的唯一性/
printf(“70-84\n”);break;
case’C’:
printf(“60-69\n”);break;
case’D’:
printf("<60\n");break;
default:
printf(“error!\n”);
(2)如果在case后面包含多条执行语句时，case后面不需要像if语句那样加大括号，进入某个case后，会自动顺序执行本case后面的所有语句。
(3)default总是放在最后，这时default后不需要break语句，并且default部分也不是必须的，如果没有这一部分，当switch后面圆括号中表达式的值与所有case后面的常量表达式的值都不相等时，则不执行任何一个分支，而是直接退出switch语句。此时，switch语句相当于一个空语句。如上面的矩阵键盘扫描程序，当没有任何键按下时，单片机不执行case中的任何语句。
(4)在switch-case语句中，多个case可以共用一条执行语句，如
••••••
case’A’:
case’B’:
case’C’:
printf(">60\n");
break;
••••••
在A,B,C三种情况下，均执行相同的语句，即输出">60"。
最开始那个例子中，如果把每个case后的break删除掉，则当 greak='A’时，程序从
"printf(“85-100\n”);"开始执行，输出结果为
85-100
70-84
60-69
<60
error
这是因为case后面的常量表达式实际上只起语句号作用，而不起条件判断作用，即“只是开始执行处的入口标号”。因此，一旦与switch后面圆括号中表达式的值匹配，就从此标号处开始执行，而且执行完一个case后面的语句后，若没遇到break语句，就自动进入下一个继续执行，而不再判断是否与之匹配，直到遇到break语句才停止执行，退出switch语句。因此，若想执行一个case分支之后立即跳出switch语句，就必须在此分支的最后添加一个break语句。