1 引言....................................................................................................... 2 2 4×4矩阵键盘控制LED工作原理及软硬件设计、仿真调试....... 2
2.1 4×4矩阵式键盘识别显示系统概述 ................................................................................................ 2
2.2 4×4矩阵式键盘原理 ........................................................................................................................ 3 2.3 4×4矩阵式键盘控制LED显示方法 ................................................................................................ 3 2.4 电路设计及电路图 .......................................................................................................................... 3 2.5 4×4矩阵式键盘软件编程 ................................................................................................................ 5 2.6 4×4矩阵式键盘软件仿真调试分析 ................................................................................................ 8
3 结论....................................................................................................... 9 4参考文献 ............................................................................................... 9
1 引言
随着现代科技日新月异的发展，作为新兴产业，单片机的应用越来越广。单片机以其体积小、重量轻、功能强大、功耗低等特点而备受青睐。键盘作为一种最为普遍的输入工具在单片机项目应用上显得尤为重要。
用MCS51系列的单片机并行口P1接4×4矩阵键盘，以P1.0-P1.3 作输入线，以P1.4-P1.7作输出线；在数码管上显示每个按键的0-F序号。
2 4×4矩阵键盘控制LED工作原理及软硬件设计、仿真调试
2.1 4×4矩阵式键盘识别显示系统概述
矩阵式键盘模式以4个端口连接控制4*4个按键，实时在LED数码管上显示按键信息。显示按键信息，省下了很多的I/O端口为他用，相反，独立式按键虽编程简单，但占用I/O口资源较多，不适合在按键较多的场合应用。矩阵式键盘简介：矩阵式键盘又称行列键盘，它是用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘上按键的个数就为4*4个。这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。
最常见的键盘布局如图1所示。一般由16个按键组成，在单片机中正好可以用一个P口实现16个按键功能，这也是在单片机系统中最常用的形式，本设计就采用这个键盘模式。
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2.2 4×4矩阵式键盘原理
在占用相同的I／O端口的情况下，行列式键盘的接法会比独立式接法允许的按键数量多。
行列式键盘的工作方式是先用列线发送扫描字，然后读取行线的状态，查看是否有按键按下。键盘部分提供一种扫描的工作方式，可以和具有64个按键的矩阵键盘相连接，能对键盘不断扫描、自动消抖、自动识别按下的键，并给出编码，能对双键或n个键同时按下的情况实行保护。
在显示部分，它可以为发光二极管、荧光管及其他显示器提供按扫描方式工作的显示接口，而且为显示器提供多路复用信号，可以显示多达16位的字符或数字。 键盘中有无按键按下是由列线送入全扫描字、行线读入行线状态来判断的，其方法是将列线的所有I／O线均置成低电平，然后将行线电平状态读入累加器A中，如果有键按下，总会有一根行线被拉至低电平，从而使行输入不全为1。
键盘中哪一个键按下可由列线逐列置低电平后，检查行输入状态来判断，其方法是依次给列线送低电平，然后检查所有行线状态，如果全为1，则所按下的键不在此列，如果不全为1，则所按下的键必在此列，而且是在与0电平线相交的交点上的那个键。
2.3 4×4矩阵式键盘控制LED显示方法
（1）在“单片机系统”区域中，把单片机的P1.0－P1.7端口通过8联拨动拨码开关JP3连接到“4*4行列式键盘”区域中的M1－M4，N1－N4端口上。即将P1口作为整个系统的输入接口电路 。
（2）在“单片机系统”区域中，把单片机的P0.0－P0.6端口通过上拉电阻连接到“静态数码显示模块”区域中的任何一个a－g端口上。
（3）此实验采用的是共阴极LED显示块，只有当a－g端口输入高电平时才有效，即显示块中的对应的发光二极管才发光，低电平时不显示，通过a－g端口的不同输入使显示器显示不同的字符。
2.4 电路设计及电路图
把89C51单片机的P1.0－P1.7端口通过8联拨动拨码开关连接到“4*4行列式键盘”，其中P1.0-P1.3作为列线，P1.4-P1.7作为行线，把单片机的P0.0－P0.6端口连接到共阴极“静态数码显示模块”区域中对应的a－g端口上；系统首先通过CPU对全
部键盘进行扫描，即把第一根行线置为“0”状态，其余行线置于“1”状态，读入输入缓冲器的状态，若其状态全为“1”表明该行无键按下，再将第二根行线置为“0”状态，同样读入输入缓冲器的状态，如其状态也全为“1”，则置第一根行线置为“0”状态，以此类推。如读入输入缓冲器的状态不全为“1”，确定哪一根列线为“0”状态，当某个键的行线和列线都为“0”状态时，表明该键按下。最后通过显示程序将该键的序号显示出来。（如下图2）
图2 4×4矩阵式键盘电路图
2.5 4×4矩阵式键盘软件编程
KEY EQU 30H
ORG 0000H ；入口地址 SJMP START
START:MOV P0,#00H
JIXU:MOV P1,#0FFH ；判第0行是否有键按下 CLR P1.4 ；将P1.4清零 MOV A,P1
ANL A,#0FH XRL A,#0FH
JZ NOKEY0 LCALL DELAY10MS MOV A,P1 ANL A,#0FH XRL A,#0FH
JZ NOKEY0 MOV A,P1 ANL A,#0FH
CJNE A,#0EH,NEXT1 MOV KEY,#0
LJMP OK NEXT1:CJNE A,#0DH,NEXT2 MOV KEY,#1 LJMP OK
NEXT2:CJNE A,#0BH,NEXT3 MOV KEY,#2 LJMP OK
NEXT3:CJNE A,#07H,NOKEY0 MOV KEY,#3 LJMP OK
NOKEY0:MOV P1,#0FFH CLR P1.5 MOV A,P1
ANL A,#0FH XRL A,#0FH
JZ NOKEY1 LCALL DELAY10MS MOV A,P1 ANL A,#0FH XRL A,#0FH
JZ NOKEY1 MOV A,P1 ；屏蔽高4位 ；A为0，转向NOKEY0 ；延时，去抖动 ；再确认一次 ；A为0，转向NOKEY0 ；判哪一个键按下 ；转向显示程序 ；判第1行是否有键按下 ；将P1.5清零 ；屏蔽高4位 ；A为0，转向NOKEY1 ；延时，去抖动 ；再确认一次 ；A为0，转向NOKEY1 ；判哪一个键按下
ANL A,#0FH
CJNE A,#0EH,NEXT5 MOV KEY,#4 LJMP OK
NEXT5:CJNE A,#0DH,NEXT6 MOV KEY,#5 LJMP OK
NEXT6:CJNE A,#0BH,NEXT7 MOV KEY,#6 LJMP OK
NEXT7:CJNE A,#07,NOKEY1 MOV KEY,#7 LJMP OK
NOKEY1:MOV P1,#0FFH CLR P1.6 MOV A,P1
ANL A,#0FH XRL A,#0FH
JZ NOKEY2 LCALL DELAY10MS MOV A,P1 ANL A,#0FH XRL A,#0FH
JZ NOKEY2 MOV A,P1 ANL A,#0FH
CJNE A,#0EH,NEXT9 MOV KEY,#8 SJMP OK
NEXT9:CJNE A,#0DH,NEXT10 MOV KEY,#9 SJMP OK
NEXT10:CJNE A,#0BH,NEXT11 MOV KEY,#10 SJMP OK
NEXT11:CJNE A,#07,NOKEY2 MOV KEY,#11 SJMP OK
NOKEY2:MOV P1,#0FFH CLR P1.7 MOV A,#P1
ANL A,#0FH XRL A,#0FH
JZ NEXT16 ；判第2行是否有键按下 ；将P1.6清零 4位 ；A为0，转向NOKEY2 ；延时，去抖动 ；再确认一次 ；A为0，转向NOKEY2 ；判哪一个键按下 ；判第2行是否有键按下 ；将P1.6清零 4位 ；A为0，转向NEXT16
；屏蔽高 ；屏蔽高 LCALL DELAY10MS ；延时，去抖动 MOV A,P1 ；再确认一次 ANL A,#0FH XRL A,#0FH
JZ NEXT16 ；A为0，转向NEXT16 MOV A,P1 ；判哪一个键按下 ANL A,#0FH
CJNE A,#0EH,NEXT13 MOV KEY,#12 SJMP OK
NEXT13:CJNE A,#0DH,NEXT14 MOV KEY,#13 SJMP OK
NEXT14:CJNE A,#0BH,NEXT15 MOV KEY,#14 SJMP OK
NEXT15:CJNE A,#07H,NEXT16 MOV KEY,#15 SJMP OK
NEXT16:LJMP JIXU
OK:MOV A,KEY MOV DPTR,#TABLE MOVC A,@A+DPTR MOV P0,A LJMP JIXU
DELAY10MS:MOV R6,#10 D1:MOV R7,#248 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1 RET
TABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H END
；延时 ；查表显示 开始 扫描 N 是否有键按下 Y 识别是哪一个键按下 通过P0口查询显示该序号 系统程序图 2.6 4×4矩阵式键盘软件仿真调试分析
在proteus中设计好实验电路后，然后在proteus编程环境中进行程序设计和编译，生成HEX文件并加载HEX文件，点启动，运行仿真。由于开始时P0口的值被赋为00H，P1口的值为FFH，当无键按下时，将P1.4口置0，再将P1口的值送A，屏蔽高4位，与0F相异或后，A的值变为0，即第0行没有键按下，转入NOKEY0子程序中，重新赋值P1口的值为FFH，将P1.5口置0后送A，屏蔽高4位，与0F相异或后，A的值又变为0，即第1行没有键按下，转入NOKEY1子程序中，同理，可以得知第2行和第3行也没有键按下。因而，P0口没有被重新赋值，保持为00H不变，又显示器是共阴极的，此时P0.0-P1.6口均为“0”,即“a-g”段均不显示，从而显示器不显示，并转向程序的开始继续循环扫描键盘，直到有键按下为止。
3 结论
回顾起此次课程设计，感觉受益匪浅，从拿到题目到完成整个编程，从理论到实践，学到很多很多的课堂理论中没学到过的东西，不仅对键盘的识别技术这一章节的知识点有了深刻的认识，而且对上学期开设的单片机这门课程有了更全面的了解。通过这次单片机课程设计，还使我懂得了实践的重要性。同时在程序调试的过程中提高自己的发现问题、解决问题、实际动手和独立思考的能力。
4参考文献
[1] 王沫楠、康维新 《单片机原理及应用》 2007 [2] 汪道辉 《单片机系统设计与实践》2006
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