4×4矩陣鍵盤的工作原理與編程

一、硬件工作原理的簡(jiǎn)單介紹

該實(shí)驗(yàn)使用ME300B上的8位數(shù)碼管顯示電路和4×4矩陣鍵盤電路。現(xiàn)將這二部分的電路工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹：

1、4×4矩陣鍵盤的工作原理

矩陣鍵盤又稱為行列式鍵盤，它是用4條I/O線作為行線，4條I/O線作為列線組成的鍵盤。在行線和列線的每一個(gè)交叉點(diǎn)上，設(shè)置一個(gè)按鍵。這樣鍵盤中按鍵的個(gè)數(shù)是4×4個(gè)。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能夠有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)中I/O口的利用率。

圖1為ME300B矩陣鍵盤電路圖，行線接P1.4－P1.7，列線接P1.0－P1.3。

圖1矩陣鍵盤電路

圖2按鍵排列

2、數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示電路

　　在ME300B開發(fā)系統(tǒng)中，采用了8位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示。它將所有數(shù)碼管的8個(gè)段線相應(yīng)地并接在一起，并接到AT89S51的P0口，由P0口控制字段輸出。而各位數(shù)碼管的共陽極由AT89S51的P2口控制Q20－Q27來實(shí)現(xiàn)8位數(shù)碼管的位輸出控制。

這樣，對(duì)于一組數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示需要由兩組信號(hào)來控制：一組是字段輸出口輸出的字形代碼，用來控制顯示的字形，稱為段碼；另一組是位輸出口輸出的控制信號(hào)，用來選擇第幾位數(shù)碼管工作，稱為位碼。

由于各位數(shù)碼管的段線并聯(lián)，段碼的輸出對(duì)各位數(shù)碼管來說都是相同的。因此，同一時(shí)刻如果各位數(shù)碼管的位選線都處于選通狀態(tài)的話，8位數(shù)碼管將顯示相同的字符。若要各位數(shù)碼管能夠顯示出與本位相應(yīng)的字符，就必須采用掃描顯示方式。即在某一時(shí)刻，只讓某一位的位選線處于導(dǎo)通狀態(tài)，而其它各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)。同時(shí)，段線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的字型碼。這樣同一時(shí)刻，只有選通的那一位顯示出字符，而其它各位則是熄滅的，如此循環(huán)下去，就可以使各位數(shù)碼管顯示出將要顯示的字符。

雖然這些字符是在不同時(shí)刻出現(xiàn)的，而且同一時(shí)刻，只有一位顯示，其它各位熄滅，但由于數(shù)碼管具有余輝特性和人眼有視覺暫留現(xiàn)象，只要每位數(shù)碼管顯示間隔足夠短，給人眼的視覺印象就會(huì)是連續(xù)穩(wěn)定地顯示。

圖3數(shù)碼管電路

數(shù)碼管不同位顯示的時(shí)間間隔可以通過調(diào)整延時(shí)程序的延時(shí)長(zhǎng)短來完成。數(shù)碼管顯示的時(shí)間間隔也能夠確定數(shù)碼管顯示時(shí)的亮度，若顯示的時(shí)間間隔長(zhǎng)，顯示時(shí)數(shù)碼管的亮度將亮些，若顯示的時(shí)間間隔短，顯示時(shí)數(shù)碼管的亮度將暗些。若顯示的時(shí)間間隔過長(zhǎng)的話，數(shù)碼管顯示時(shí)將產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。所以，在調(diào)整顯示的時(shí)間間隔時(shí)，即要考慮到顯示時(shí)數(shù)碼管的亮度，又要數(shù)碼管顯示時(shí)不產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。

在ME300B單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)中使用數(shù)碼管來顯示信息時(shí)，要將JP2的2、3端短接。見圖3

二、演示程序的編程方法

1、4×4矩陣鍵盤的編程方法：

1.1、先讀取鍵盤的狀態(tài)，得到按鍵的特征編碼。

先從P1口的高四位輸出低電平，低四位輸出高電平，從P1口的低四位讀取鍵盤狀態(tài)。再?gòu)腜1口的低四位輸出低電平，高四位輸出高電平，從P1口的高四位讀取鍵盤狀態(tài)。將兩次讀取結(jié)果組合起來就可以得到當(dāng)前按鍵的特征編碼。使用上述方法我們得到16個(gè)鍵的特征編碼。

舉例說明如何得到按鍵的特征編碼：

假設(shè)“1”鍵被按下，找其按鍵的特征編碼。

從P1口的高四位輸出低電平，即P1.4－P1.7為輸出口。低四位輸出高電平，即P1.0－P1.3為輸入口。讀P1口的低四位狀態(tài)為“1101”，其值為“0DH”。

再?gòu)腜1口的高四位輸出高電平，即P1.4－P1.7為輸入口。低四位輸出低電平，即P10－P13為輸出口，讀P1口的高四位狀態(tài)為“1110”，其值為“E0H”。

將兩次讀出的P0口狀態(tài)值進(jìn)行邏輯或運(yùn)算就得到其按鍵的特征編碼為“EDH”。

用同樣的方法可以得到其它15個(gè)按鍵的特征編碼。

1.2、根據(jù)按鍵的特征編碼，查表得到按鍵的順序編碼。

將用上述方法得到的16個(gè)按鍵的特征編碼按圖2按鍵排列的順序排成一張?zhí)卣骶幋a與順序編碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系表，然后用當(dāng)前讀得的特征編碼來查表，當(dāng)表中有該特征編碼時(shí)，它所在的位置就是對(duì)應(yīng)的順序編碼。

1.3、矩陣鍵盤鍵值查找程序的具體編程

這個(gè)演示程序的主要功能有：

1、識(shí)別鍵盤有無按鍵按下，若無鍵按下返回。

2、如果有鍵按下，找出具體的按鍵值（順序碼）。