基于单片机技术的按键扫描电路分析
摘 要： 单片机应用技术被广泛应用于各种智能控制系统中，是电子信息类专业学生必修的一门专业课。在单片机端口信息输入模块中，按键是主要元器件之一，笔者主要介绍矩阵键盘的电路设计及控制程序编写，分析了单片机端口连接按键的电路形式以及一个并行 IO 端口控制矩阵键盘的算法程序。所分析的软硬件系统，可用于学生自学参考资料，有助于学生进一步理解与学习。
关键词： 单片机；矩阵电路；程序
单片机应用技术是高职院校电子信息类专业课程之一。单片机是把 CPU 、存储器、中断系统、输入输出接口电路等集成在一块硅片上的微型计算机，有 4 位、 8 位、 16 位等。在工业控制领域广泛应用，如机器人应用、校园门禁系统、空调面板控制等。本文主要分析 STC89C51 单片机，它是一款 8 位单片机处理芯片，单片机端口按键电路设计，一般有独立按键、矩阵键盘，独立按键应用于按键数量较少的系统，矩阵键盘应用于按键数量较多的系统，如计算器应用电路。下面主要分析矩阵按键硬件电路及软件算法。
1 矩阵按键电路设计
按键是电子电路实验常用元器件之一，种类较多，应用于单片机外围接口复位电路、外部中断信号输入电路等。能仿真的集成开发平台中大部分都含有按键。单片机系统常用Proteus 仿真软件设计硬件电路，共 16 个按键，采用 4 行 4列模式，按键一端共行，另外一端共列，使用单片机 P3 端口连接行和列，低四位控制行，高四位控制列 。每个按键可代表任意需要显示的字符。具体电路如图 1 所示。
为显示按键值，本系统采用 LCD1602 液晶显示屏作为显示器件。LCD1602 为字符型液晶屏，共 2 行，每行可显示16 个字符 。控制端口连接单片机 P2^0 、 P2^1 、 P2^2 三个引脚，数据端 D0 — D7 连接单片机 P1 端口，由于是仿真电路 LCD1602 电源端电路省略。具体电路如图 2 所示。
2 矩阵按键电路驱动程序分析
矩阵按键扫描算法较多，本文介绍其中的一种。单片 机 启 动 后 主 程 序 工 作 流 程： 首 先 初 始 化 LCD1602 ，然 后 调 用 按 键 扫 描 子 函 数， 如 有 按 键 按 下 进 行 显示 。按键值可以初始化为二维数组 a[4][4]={{ ‘ 1 ’, ’ 4 ’ , ’ 7 ’ , ’ # ’ },{ ‘ 2 ’ , ’ 5 ’ , ’ 8 ’ , ’ 0 ’ } , {‘ 3 ’ , ’ 6 ’ , ’ 9 ’ , ’ * ’ },{ ‘ A ’ , ’ B ’ , ’ C ’ , ’ D ’ }} 。按键扫描子函数，首先假设 P3=0XF0 ，即高四位等于 1 ，低四位等于 0 ，经查看电路，可验证， 147# 任意一个按键按下，P3^4 将会变为低电平； 2580 任何一个按键按下， P3^5 会变为低电平；369* 任意一个按键按下， P3^6 将会变为低电平；ABCD 任意一个按键按下， P3^7 将会变为低电平。因此，当 P3=0XF0，只要有按键按下，读取 P3 端口值，就能确定是哪一行。同理，假设 P3=0X0F ，按照上述算法，能够确定列值。
按键扫描函数如下：
keyscan()
{ unsigned char h,l,key;
if(P3!=0x0f)
{
switch(P3&0x0f)
{
case 0x0e:l=0;break;
case 0x0d:l=1;break;
case 0x0b:l=2;break;
case 7:l=3;break;
}
P3=0xf0;
switch(P3&0xf0)
{
case 0xe0:h=0;break;
case 0xd0:h=1;break;
case 0xb0:h=2;break;
case 0x70:h=3;break;
}
key=a [h][l];
}
else
key=0;
return (key);
}
运行显示界面如图 3 所示。
3 结 语
近年来，仿真技术发展快速，在专业模拟教学、实践教学中应用广泛，推动了教育教学改革。本文采用 51 单片机分析了按键扫描电路，利用硬件仿真平台设计了矩阵按键电路，分析了其设计原理及程序算法，有助于帮助学生自主学习单片机 IO 端口的应用方法，提高自身编程能力。