設(shè)計(jì)中在遇到按鍵較多，但是單片機(jī)I/O資源有限時(shí)，采用矩陣鍵盤是一種很好的選擇方案。在按鍵較少時(shí)，矩陣鍵盤沒有明顯的優(yōu)勢(shì)，比如3×3矩陣鍵盤占用I/O口6個(gè)，只支持9個(gè)按鍵；但是，按鍵較多時(shí)，矩陣鍵盤的優(yōu)勢(shì)就凸顯出來了，比如5×5矩陣鍵盤占用I/O口10個(gè)，可支持25個(gè)按鍵；

矩陣鍵盤的硬件設(shè)計(jì)非常簡單，如圖1以5×5矩陣鍵盤為例，藍(lán)色行線5條，綠色列線5條（加上拉電阻），用按鍵代替行列交叉的節(jié)點(diǎn)即組成了矩陣鍵盤，其中二極管處的紅色連線可用來檢測(cè)按鍵是否按下或作為中斷信號(hào)的（可以不需要，使用時(shí)沒有任何影響，本文不涉及）。

圖1：矩陣鍵盤

如圖2為單片機(jī)STM32F103CBT6的外圍電路，帶顏色的I/O口為矩陣鍵盤行線PA1~PA5（藍(lán)色），列線PA6~PA10（綠色）。為方便編程，矩陣鍵盤最好選擇同組的I/O端口。

圖2：單片機(jī)外圍電路

硬件的設(shè)計(jì)就是以上部分，接下來講解程序部分，

矩陣鍵盤的掃描方法有多種，其中很青睞的是行列反轉(zhuǎn)掃描，不僅簡單而且效率高，而且只需要掌握該方法就足夠了。

行列反轉(zhuǎn)掃描的邏輯：

①行線輸出全為0（行線PA1~PA5配置成推挽輸出，列線PA6~PA10配置成上拉輸入）

②讀入列線值

③輸出列線值（行線PA1~PA5配置成上拉輸入，列線PA6~PA10配置成推挽輸出）

④讀入行線值

⑤組合行線列線值

對(duì)于STM32的單片機(jī)，直接操作寄存器會(huì)更簡單，且無需再對(duì)I/O進(jìn)行另外的配置，全部代碼如圖3所示，完全可以當(dāng)做一個(gè)模塊來使用。

圖3：矩陣鍵盤的行列反轉(zhuǎn)掃描

以下代碼與圖3里面的代碼完全一致（為方便瀏覽和拷貝）

/*----------------------
5*5矩陣鍵盤掃描函數(shù)，返回掃描鍵值（行列反轉(zhuǎn)掃描）
-----------------------*/
u16 Key_Scan(void)
{
u16 cord_h,cord_l;
u16 key_value = 0xFFFF;
GPIOA->CRL = 0x88333334;
GPIOA->CRH = 0x44444888;
GPIOA->ODR = GPIOA->IDR & 0xFFC1;
cord_l = GPIOA->IDR & 0x07C0;
if(cord_l != 0x07C0)
{
delay_ms(10);
if(cord_l != 0x07C0)
{
cord_l = GPIOA->IDR & 0x07C0;
GPIOA->CRL = 0x33888884;
GPIOA->CRH = 0x44444333;
GPIOA->ODR = cord_l | 0xF83F;
delay_us(1);
cord_h = GPIOA->IDR & 0x003E;
cord_h >>= 1;
cord_l >>= 1;
key_value = (cord_l + cord_h) & 0xFFFF;
return(key_value);
}
}return(0xFFFF);
}

以下代碼為端口配置寄存器的操作，PA組I/O有16個(gè)引腳:PA0~PA15；3代表推挽輸出，4代表浮空輸入，8代表上拉輸入；

GPIOA->CRL = 0x88333334; //低8位配置
GPIOA->CRH = 0x44444888; //高8位配置

以下代碼中，GPIOA->ODR為端口輸出數(shù)據(jù)寄存器，用于寫操作；GPIOA->IDR為端口輸入數(shù)據(jù)寄存器，用于讀操作；

0xFFC1的二進(jìn)制：1111 1111 1100 0001，表示要對(duì)PA1~PA5置0。

0x07C0的二進(jìn)制：0000 0111 1100 0000，表示要對(duì)PA6~PA10讀值。

GPIOA->ODR = GPIOA->IDR & 0xFFC1;//行線輸出全為0
cord_l = GPIOA->IDR & 0x07C0; //讀入列線值

行列反轉(zhuǎn)后的原理與上面完全一樣，這里就不一一闡述了。

最后講一下組合行線列線值，假如S1按鍵按下去了，得到的二進(jìn)制為（注意黑體字）

cord_h：0000 0000 0011 1100

cord_l：0000 0111 1000 0000

cord_h >>= 1 表示右移1位得到：

0000 0000 0001 1110

cord_l >> = 1 表示右移1位得到：

0000 0011 1100 0000

組合碼（鍵值）：key_value=0000 0011 1101 1110，即0x03DE；最后函數(shù)返回key_value值，該值就作為判斷S1的鍵值。

之所以右移1位，是因?yàn)镻A0沒有用于矩陣鍵盤，所得到的鍵值也就被左移了1位，事實(shí)上，也可以不用右移，只是得到的組合碼不同而已，右移是為了方便計(jì)算。

矩陣鍵盤的鍵值定義如下：

#define S1 0x03DE
#define S2 0x03BE
#define S3 0x037E
#define S4 0x02FE
#define S5 0x01FE
#define S6 0x03DD
#define S7 0x03BD
#define S8 0x037D
#define S9 0x02FD
#define S10 0x01FD
#define S11 0x03DB
#define S12 0x03BB
#define S13 0x037B
#define S14 0x02FB
#define S15 0x01FB
#define S16 0x03D7
#define S17 0x03B7
#define S18 0x0377
#define S19 0x02F7
#define S20 0x01F7
#define S21 0x03CF
#define S22 0x03AF
#define S23 0x036F
#define S24 0x02EF
#define S25 0x01EF

要點(diǎn)：

①行列反轉(zhuǎn)掃描的思想是行線作為輸出時(shí)，讀出列線的值；然后反過來，列線作為輸出時(shí)，讀出行線的值，最后把兩個(gè)值組合起來就是該按鍵的鍵值；

②參與計(jì)算的十六進(jìn)制數(shù)一定要與行線或列線在同組端口的位置匹配，比如0xFFC1的二進(jìn)制：1111 1111 1100 0001，表示要對(duì)PA1~PA5置0。

審核編輯：郭婷