单片机独立按键和矩阵按键

单片机按键模块设计一、硬件设计1、按键的类型选择按键的类型有很多种，常见的有机械按键和触摸按键。

机械按键通过金属触点的闭合和断开来产生电信号，具有成本低、可靠性高的优点，但寿命相对较短，容易产生抖动。

触摸按键则通过电容感应或电阻感应来检测触摸动作，寿命长、外观美观，但成本相对较高，且容易受到外界干扰。

在一般的单片机应用中，机械按键通常是更经济实用的选择。

2、按键的连接方式按键可以采用独立式连接或矩阵式连接。

独立式连接适用于按键数量较少的情况，每个按键单独连接到单片机的一个 I/O 口上，这种方式简单直观，但占用的 I/O 口资源较多。

矩阵式连接则适用于按键数量较多的情况，通过将按键排列成矩阵形式，利用行线和列线的交叉点来识别按键，大大节省了 I/O 口资源，但编程相对复杂。

以 4×4 矩阵按键为例，我们需要 8 个 I/O 口，其中 4 个作为行线，4 个作为列线。

当某个按键被按下时，对应的行线和列线会接通，通过扫描行线和列线的状态，就可以确定被按下的按键。

3、上拉电阻的使用为了保证单片机能够正确检测按键的状态，通常需要在按键连接的I/O 口上加上拉电阻。

上拉电阻将I/O 口的电平拉高，当按键未按下时，I/O 口处于高电平；当按键按下时，I/O 口被拉低为低电平。

上拉电阻的阻值一般在10KΩ 左右。

4、消抖处理由于机械按键在按下和释放的瞬间，触点会产生抖动，导致单片机检测到的电平不稳定。

为了消除这种抖动，通常采用软件消抖或硬件消抖的方法。

软件消抖是在检测到按键状态变化后，延迟一段时间（一般为10ms 20ms），再次检测按键状态，如果状态保持不变，则认为按键有效。

这种方法简单易行，但会增加程序的执行时间。

硬件消抖则是通过在按键两端并联电容或使用专用的消抖芯片来实现。

电容可以吸收触点抖动产生的尖峰脉冲，使电平稳定。

但硬件消抖会增加硬件成本和电路复杂度。

二、软件编程1、按键扫描程序在软件编程中，需要编写按键扫描程序来检测按键的状态。

矩阵按键1.1矩阵按键连接图：1.2矩阵按键扫描原理：1.3矩阵按键与独立按键转换：看电路图，只用将某一个IO 口写0 ，即可组成独立按键。

1.4 程序实例：矩阵4 x4共十六个按键按顺序按下，数码管分别显示0~F。

#include "reg52.h"typedef unsigned int u16;typedef unsigned char u8;#define GPIO_DIG P0#define GPIO_KEY P1sbit LSA=P2^2;sbit LSB=P2^3;sbit LSC=P2^4;u8 KeyValue;u8 code smgduan[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//ÏÔʾ0~FµÄÖµvoid delay(u16 i){while(i--);}void KeyDown(void){char a=0;GPIO_KEY=0x0f; // 低四位写高高四位写0if(GPIO_KEY!=0x0f)//判断是否有按键按下{delay(1000);//延时10ms消抖if(GPIO_KEY!=0x0f)//确认是否真的有按键按下{GPIO_KEY=0X0F; // 再次高四位写0 低四位写1 去干扰开始列扫描此时按键任然是按下状态switch(GPIO_KEY){case(0X07): KeyValue=0;break;case(0X0b): KeyValue=1;break;case(0X0d): KeyValue=2;break;case(0X0e): KeyValue=3;break;}GPIO_KEY=0XF0; //第二步开启行扫描高四位写1 低四位写0switch(GPIO_KEY){case(0X70): KeyValue=KeyValue;break;case(0Xb0): KeyValue=KeyValue+4;break;case(0Xd0): KeyValue=KeyValue+8;break;case(0Xe0): KeyValue=KeyValue+12;break;}while((a<50)&&(GPIO_KEY!=0xf0)) //判断按键是否松开{delay(1000); //延时消抖a++; //设定一个强制退出条件}}}}void main(){LSA=0;LSB=0;LSC=0;while(1){KeyDown();GPIO_DIG=smgduan[KeyValue];}}。

单片机按键模块设计（二）引言概述：本文将介绍单片机按键模块设计的相关内容。

按键模块在嵌入式系统中被广泛应用，能够方便地实现对系统的控制和操作。

本文将从五个大点进行阐述，包括按键模块原理介绍、按键类型选择、按键电路设计、按键功能实现和按键模块调试。

通过详细介绍和分析，将帮助读者更好地理解和使用单片机按键模块。

正文：1. 按键模块原理介绍- 按键模块是通过触发按键开关来产生不同信号的模块。

它由按键开关和其它电路组成，可以实现按键信号的检测和处理。

- 常见的按键模块原理包括矩阵式按键、独立式按键和编码式按键。

每种原理都有其适用的场景和特点。

2. 按键类型选择- 按键的类型包括机械按键和触摸按键。

机械按键通常使用弹簧结构，稳定可靠，适用于精确操作。

触摸按键使用电容或电阻感应原理，触摸灵敏，外观简洁。

- 在选择按键类型时，需要根据具体应用场景和用户需求，综合考虑按键的性能、可靠性、成本等因素。

3. 按键电路设计- 按键电路设计要考虑按键的接入、滤波、去抖动等问题。

接入问题包括按键引脚的连接和布局。

滤波问题可以通过外部电容电路实现，防止因按键抖动引起的干扰。

去抖动问题可以通过软件或硬件的方式解决，确保按键信号的稳定和准确。

4. 按键功能实现- 按键的功能实现可以通过编程来完成。

根据按键的不同组合或按下时间等条件，可以触发不同的功能操作。

- 常见的按键功能包括开关控制、菜单选择、模式切换等。

通过编程，可以灵活地定制按键功能，满足不同应用的需求。

5. 按键模块调试- 按键模块的调试主要包括按键动作测试、按键信号检测和按键功能验证。

通过合理的测试和验证，可以确保按键模块的正常工作。

- 调试可以通过示波器、调试工具等设备来实现。

通过观察按键信号的波形和分析按键功能的实现情况，可以排查和解决可能存在的问题。

总结：本文从按键模块原理介绍、按键类型选择、按键电路设计、按键功能实现和按键模块调试五个大点进行了详细阐述。

通过本文的介绍，读者可以了解到单片机按键模块设计的基本原理和实现方法，从而能够更好地应用于具体的嵌入式系统中。

单片机开关元器件名称引言：在单片机系统中，开关元器件起着至关重要的作用。

它们可以控制电路的开关状态，实现信号的输入和输出。

本文将介绍几种常见的单片机开关元器件，包括按键开关、拨动开关、光电开关以及磁敏开关。

一、按键开关按键开关是单片机系统中最常见的开关元器件之一。

它们通常由金属片、弹簧、触点等组成。

按键开关可以分为矩阵按键和独立按键两种类型。

矩阵按键可以将多个按键通过行和列的组合方式连接到单片机的I/O口上，实现多个按键共用一个I/O口的功能。

独立按键则每个按键都连接到单片机的一个独立的I/O口上。

二、拨动开关拨动开关是一种常用的手动开关元器件，它可以实现电路的开关和切换功能。

拨动开关通常由一根或多根摇杆连接到触点上，通过拨动摇杆来改变触点的接通状态。

拨动开关常用于控制电路的开关、模式选择等场景中。

三、光电开关光电开关是利用光电效应工作的一种开关元器件。

它由发光二极管和光敏二极管组成。

发光二极管发出的光线被光敏二极管接收，当光线被遮挡时，光敏二极管的电阻值发生变化，从而改变开关的状态。

光电开关常用于检测物体的存在与否、计数等应用中。

四、磁敏开关磁敏开关是一种利用磁场变化来实现开关动作的元器件。

它通常由磁敏材料和触点组成。

当磁敏材料受到外部磁场的影响时，其电阻值发生变化，从而导致触点的状态改变。

磁敏开关常用于磁场检测、安全开关等应用中。

五、总结单片机开关元器件在电路设计中起着重要的作用。

按键开关、拨动开关、光电开关和磁敏开关都是常见的开关元器件。

它们各自具有不同的特点和应用场景，可以满足不同的需求。

在实际应用中，我们需要根据具体的需求选择适合的开关元器件，并合理设计电路，确保其正常工作。

通过合理使用开关元器件，我们可以实现单片机系统的功能拓展、信号输入和输出控制等功能。

六、参考文献[1] 赵鸿飞. 单片机技术及应用[M]. 清华大学出版社, 2014.[2] 杨剑波. 单片机原理与应用[M]. 电子工业出版社, 2017.[3] 刘新平, 赵莉. 单片机原理与应用[M]. 清华大学出版社, 2018.。

实验5 独立键盘和矩阵键盘一、实验目的1、学会用C语言进行独立按键应用程序的设计。

2、学会用C语言进行矩阵按键应用程序的设计。

二、实验内容1、独立按键：对四个独立按键编写程序：当按k1时，8个LED同时100ms闪烁；当按k2时，8个LED从左到右流水灯显示；当按k3时，8个LED从右到左流水灯显示；当按k4时，8各LED同时从两侧向中间逐步点亮，之后再从中间向两侧逐渐熄灭；2、矩阵按键：采用键盘扫描方式，顺序按下矩阵键盘后，在一个数码管上顺序显示0~F，采用静态显示即可。

3、提高部分（独立按键、定时器、数码管动态扫描）：编写程序，实现下面的功能。

用数码管的两位显示一个十进制数，变化范围为00~59，开始时显示00，每按一次k1，数值加1；每按一次k2，数值减1；每按一次k3，数值归零；按下k4，利用定时器功能使数值开始自动每秒加1；再按一次k4，数值停止自动加1，保持显示原数。

三、实验步骤1、硬件连接（1）使用MicroUSB数据线,将实验开发板与微型计算机连接起来;（2）在实验开发板上,用数据线将相应接口连接起来；2、程序烧入软件的使用使用普中ISP软件将HEX文件下载至单片机芯片内。

查看结果是否正确。

四、实验结果——源代码1. #include "reg52.h"typedef unsigned char u8;typedef unsigned int u16;#define LED P2sbit key1=P3^1;sbit key2=P3^0;sbit key3=P3^2;sbit key4=P3^3;const char tab[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f}; u8 code begMid[]={0x7e, 0xbd,0xdb,0xe7, 0xdb, 0xbd, 0x7e}; void Delay(u16 i){ while(i--);}void KeyDown(){u8 i;if(key2==0){Delay(1000);if(key2==0){for(i=0;i<8;i++){LED=tab[i];Delay(50000);}while(!key2);}LED=0xff;}else if(key1==0){Delay(1000);if(key1==0)for(i=0;i<3;i++){LED=0x00;Delay(10000);LED=0xff;Delay(10000);}}}}void Int0Init(){IT0=1;EX0=1;EA=1;}void Int1Init(){IT1=1;EX1=1;EA=1;} void main(){Int0Init();Int1Init();while(1){KeyDown();}}void Int0() interrupt 0{u8 i;if(key3==0){Delay(1000);if(key3==0)for(i=7;i>=0;i--){LED=tab[i];Delay(50000);}}}}void Int1() interrupt 2{u8 i;if(key4==0){Delay(1000);if(key4==0){for(i=0;i<=6;i++){LED=begMid[i];Delay(50000);}}}}2.#include "reg52.h"typedef unsigned int u16;typedef unsigned char u8;#define GPIO_DIG P0#define GPIO_KEY P1sbit LSA=P2^2;sbit LSB=P2^3;sbit LSC=P2^4;u8 KeyValue;u8 code smgduan[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//??0~F?? void delay(u16 i){while(i--);}void KeyDown(void){char a=0;GPIO_KEY=0x0f;if(GPIO_KEY!=0x0f){delay(1000);if(GPIO_KEY!=0x0f){GPIO_KEY=0X0F;switch(GPIO_KEY){case(0X07): KeyValue=0;break;case(0X0b): KeyValue=1;break;case(0X0d): KeyValue=2;break;case(0X0e): KeyValue=3;break;}GPIO_KEY=0XF0;switch(GPIO_KEY){case(0X70): KeyValue=KeyValue;break;case(0Xb0): KeyValue=KeyValue+4;break;case(0Xd0): KeyValue=KeyValue+8;break;case(0Xe0): KeyValue=KeyValue+12;break;}while((a<50)&&(GPIO_KEY!=0xf0)){delay(1000);a++;}}}}void main(){LSA=0;LSB=0;LSC=0;while(1){KeyDown();GPIO_DIG=smgduan[KeyValue];}}3.#include <reg52.h>typedef unsigned int u16;typedef unsigned char u8;#define KEYPORT P3sbit LSA=P2^2;sbit LSB=P2^3;sbit LSC=P2^4;sbit key1=P3^1;sbit key2=P3^0;sbit key3=P3^2;sbit key4=P3^3;u16 t;u8 sec;u8 DisplayData[2];u8 code smgduan[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; void Time1Init(){TMOD |= 0x10;TH1=0Xd8;TL1=0Xf0;EA=1;ET1=1;}void delay(u16 i){while(i--); }void DigDisplay(){u8 i;for(i=0;i<2;i++){switch(i){case 0:LSA=0;LSB=0;LSC=0;break;case 1:LSA=1;LSB=0;LSC=0;break;}P0=DisplayData[i];delay(100);P0=0x00;}}void datapros(){DisplayData[0]=smgduan[sec%10];DisplayData[1]=smgduan[sec/10];}void main(){Time1Init();while(1){if(key4==0){delay(1000);if(key4==0){TR1=!TR1;while(key4==0);}}if(key3==0){delay(1000);if(key3==0){sec=0;while(key3==0);}}if(key2==0){delay(1000);if(key2==0){sec--;while(key2==0);}}if(key1==0){delay(1000);if(key1==0){sec++;while(key1==0);}}}}void Time1() interrupt 2{TH1=0Xd8;TL1=0Xf0;t++;if(t==100){t=0;sec++;if(sec>=60){sec=0;}}datapros();DigDisplay();}五、实验体会——结果分析1、独立按键：位定义四个按键key1、key2、key3、key4，宏定义LED为P2口，tab数组保存流水灯D0-D7依次点亮的数值，begMid数组保存流水灯同时从两侧向中间逐步点亮，之后再从中间向两侧逐渐熄灭的赋值方式。

在单片机按键使用过程中，当键盘中按键数量较多时为了减少端口的占用通常将按键排列成矩阵形式如下图所示，在矩阵式键盘中每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通而是通过一个按键加以连接，到底这样做是出意何种目的呢？大家看下面电路图，单片机的整一个8位端口可以构成 4*4=16 个矩阵式按键，相比独立式按键接法多出了一倍，而且线数越多区别就越明显，假如再多加一条线就可以构成 20个按键的键盘，但是独立式按键接法只能多出1个按键。

由此可见，在需要的按键数量比较多时，采用矩阵法来连接键盘是非常合理的，矩阵式结构的键盘显然比独立式键盘复杂一些，单片机对其进行识别也要复杂一些。

确定矩阵式键盘上任何一个键被按下通常采用行扫描法。

行扫描法又称为逐行查询法它是一种最常用的多按键识别方法。

因此，我们就以行扫描法为例介绍矩阵式键盘的工作原理。

图5-4（4*4矩阵式按键的接法）首先，不断循环地给低四位独立的低电平，然后判断键盘中有无键按下。

将低位中其中一列线（P1.0～P1.3中其中一列）置低电平然后检测行线的状态（高4位，即P1.4～P1.7,由于线与关系，只要与低电平列线接通，即跳变成低电平），只要有一行的电平为低就延时一段时间以消除抖动，然后再次判断，假如依然为低电平，则表示键盘中真的有键被按下而且闭合的键位于低电平的4个按键之中任其一,若所有行线均为高电平则表示键盘中无键按下。

再其次，判断闭合键所在的具体位置。

在确认有键按下后 ,即可进入确定具体闭合键的过程。

其方法是: 依次将列线置为低电平，即在置某一根列线为低电平时,其它列线为高电平。

同时再逐行检测各行线的电平状态；若某行为低，则该行线与置为低电平的列线交叉处的按键就是闭合的按键。

下面图5-5是4*4矩阵式按键接法的软件算法操作流程。

下面程序按照上述算法流程去编写的，其电路如图5-6，只是在图5-5的基础上多加了P0端口的8只LED灯。

从键盘中检测到一个键值，然后将这个值写到LED数码管上显示。

实验三基于MCS-51单片机的独立按键和矩阵按键检测实验一、支撑课程目标目标1：掌握微机和单片机的基本原理、编程技术、中断技术、系统扩展、定时器、串行接口和其他输入/输出接口技术，并且了解典型的单片机应用系统的设计思想和实现方法。

目标2：初步具备自行拟定实验步骤、检查和故障排除、分析和综合实验结果以及撰写实验报告的能力。

目标4：掌握MCS-51单片机/STM32F103单片机系统仿真工具和仿真流程，了解常用实验仪器、设备的基本工作原理，了解其正确使用方法，具备利用电子仪器设备和专业仿真软件对复杂工程问题进行分析和设计的能力。

二、实验类型：验证型( )、设计型（√）、研究创新型（）三、预期学生学习的成果1、具有典型按键检测电路原理及消除抖动的必要性的认知。

2、理解程序设计消除抖动的实现过程。

3、掌握独立按键的程序查询检测编程实现。

4、掌握独立按键的中断检测编程实现。

5、理解矩阵键盘的行列扫描检测原理，具有矩阵键盘软硬件设计综合能力。

四、实验原理1、典型按键检测电路典型的按键检测电路具备检测按键的条件：检测引脚处在键按下前和后，要有电平变化，否则按键无法检测。

电路组成包括电源、上拉电阻、按键、接地组成，按下前，检测引脚高电平，按下后检测引脚低电平。

电阻防止按下电源短路，如图1（a）。

GND(a)(b)图 1 按键典型电路及对应检测电压2、按键抖动及消除如图1（b），理想条件下，按键未按下，在检测I/O端口是高电平，按下以后，检测I/O端口是低电平，手松后，按键弹起，检测I/O端口是高电平。

整个按键过程出现高电平到低电平又到高电平，有下降沿，也有上升沿。

实际过程中，由于人手的抖动，检测端电压如图1（c），检测电压出现“毛刺”抖动，假设单片机检测高电平阈值为VH，低电平阈值为VL，一次按键就会出现多次高电平到低电平变化，存在按键误检测可能。

常用消除办法之一：一旦检测到低电平，延迟u毫秒，u选择大于20，再次判断检测端是否是低电平，如果是，就判定为1次按键。