4×4矩阵键盘原理及其在单片机中的简单应用(基Proteus仿真)

实验四： 4 × 4键盘输入实验一、实验目的：1.学习非编码键盘的工作原理和键盘的扫描方式。

2.学习键盘的去抖方法和键盘应用程序的设计。

二、实验原理：键盘是单片机应用系统接受用户命令的重要方式。

单片机应用系统一般采用非编码键4*4矩阵盘，需要由软件根据键扫描得到的信息产生键值编码，以识别不同的键。

本板采用键盘，行信号分别为P1.0-P1.3 ，列信号分别为P1.4-P1.7 。

具体电路连接见下图对于键的识别一般采用逐行（列）扫描查询法，判断键盘有无键按下，由单片机I/O口向键盘送全扫描字，然后读入列线状态来判断。

程序及流程图：ORG 0000HAJMP MAINORG 0000HAJMP MAINORG 0030HMAIN:MOV P2,#0F7HMOV P1,#0F0HMOV R7,#100DJNZ R7,$MOV A,P1ANL A,#0F0HXRL A,#0F0HJZ MAINLCALL D10MSMOV A,#00HMOV R0,AMOV R1,AMOV R2,#0FEH SKEY0:MOV A,R2MOVP1,AMOVR7,#10DJNZ R7,$MOVA,P1ANLA,#0F0HXRLA,#0F0HJNZ LKEYINC R0MOVA,R2RL AMOVR2,AMOVA,R0CJNE A,#04H,SKEY0AJMP MAIN LKEY:JNB ACC,4,NEXT1MOVA,#00HMOVR1,AAJMP DKEYNEXT1:JNB ACC.5,NEXT2MOVA,#01HMOVR1,AAJMP DKEYNEXT2:JNB ACC.6,NEXT3MOVA,#02HMOVR1,AAJMP DKEYNEXT3:JNB ACC.7,MAINMOVA,#03HMOVR1,AAJMP DKEY DKEY:MOV A,R0MOVB,#04HMULABADDA,R1AJMP SQRSQR:MOVDPTR,#TABMOVC A,@A+DPTRMOVP0,AAJMP MAINTAB:DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H, 92H, 82H, 0F8H DB 80H, 90H, 88H, 83H, 0C6H,0A1H,86H, 8EH D10MS:MOV R6,#10L1:MOV R5,#248DJNZ R5,$DJNZ R6,L1RETEND流程图：结束三、思考题：总结 FPGA是如何识别按键的？与单片机读取键值有何不同？答：FPGA的所有 I/O 控制块允许每个 I/O 引脚单独配置为输入口 , 不过这种配置是系统自动完成的。

Protues 电路连接图如下所示：PS：矩阵键盘说明——4×4矩阵从左到右依次编码为1，,3，4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16 按下某一按键，Led数码管就会显示相应的数字。

Keil C51 程序如下：有点不足望改进。

O(∩_∩)O谢谢！！！////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// #include <reg51.h>#define uchar unsigned char //宏的定义变量类型uchar 代替unsigned char#define uint unsigned int //宏的定义变量类型uint 代替unsigned intuchar dis_buf; //显示缓存uchar temp;uchar l,h,j; //定义行列void delay0(uchar x); //x*0.14MS// 此表为LED 的字模0 1 2 3 4 5 6 78 9uchar code LED7Code[] = {0xc0,0xf9,~0x5B,~0x4F,~0x66,~0x6D,~0x7D,~0x07,~0x7F,~0x6F};/************************************************************** ** 延时子程序** * *************************************************************/void delay(uchar x){ uchar j;while((x--)!=0) //CPU执行x*12次,x=10{ for(j=0;j<50;j++){;}}}/************************************************************* * * * 键扫描子程序(4*4的矩阵) P1.4 P1.5 P1.6 P1.7为行** P1.0 P1.1 P1.2 P1.3为列** * *************************************************************/void keyscan(void){ temp=0;P1=0xF0; //高四位输入行为高电平列为低电delay(3); //延时temp=P1; //读P1口temp=temp&0xF0;//屏蔽低四位temp=~((temp>>4)|0xF0); //高四位取反无键按下取反应为0xf0if(temp==1) //0001 [1,1] 被拉低h=1;else if(temp==2) //0010[2,1] 被拉低h=2;else if(temp==4) //0100[3,1] 被拉低h=3;else if(temp==8) //1000[4,1] 被拉低h=4;dis_buf = h;dis_buf = (dis_buf<<4) & 0xf0; //行信息现存在第四位delay(10);P1=0x0F; //低四位输入列为高电平行为低电平delay(3); //延时temp=P1; //读P1口temp=temp&0x0F; //屏蔽高四位temp=~(temp|0xF0); //取反if(temp==1) //1列被拉低l=1;else if(temp==2) //2列被拉低l=2;else if(temp==4) //3列被拉低l=3;else if(temp==8) //4列被拉低l=4;l= l & 0x0f;delay(3);dis_buf= l | dis_buf;}/************************************************************** **判断键是否按下** **************************************************************/void keydown(void){P2=0xF0; //显示00P3=0xf0;//将高4位全部置1 低四位全部置0if(P1!=0xF0) //判断按键是否按下如果按钮按下会拉低P1其中的一个端口{keyscan(); //调用按键扫描程序}}void display( ){j=50;while(j){P2= 0x80;P0= LED7Code[0];delay(50);P2=0x01;P0= LED7Code[1];delay(50);P0=0xff;j--;}}void display1( ){j=50;while(j){P2= 0x80;P0= LED7Code[2];delay(50);P2=0x01;P0= LED7Code[1];delay(50);P0=0xff;j--;}}void display2( ){j=50;while(j){P2= 0x80;P0= LED7Code[3];delay(50);P2=0x01;P0= LED7Code[1];delay(50);P0=0xff;j--;}}void display3( ){j=50;while(j){P2= 0x80;P0= LED7Code[4];delay(50);P2=0x01;P0= LED7Code[1];delay(50);P0=0xff;j--;}}void display4( ){j=50;while(j){P2= 0x80;P0= LED7Code[5];delay(50);P2=0x01;P0= LED7Code[1];delay(50);P0=0xff;j--;}}void display5( ){j=50;while(j){P2= 0x80;P0= LED7Code[6];delay(50);P2=0x01;P0= LED7Code[1];delay(50);P0=0xff;j--;}}/************************************************************* * * * 主程序* * * *************************************************************/ void main(){P0=0xc0;delay(20); //延时while(1){ keydown(); //调用按键判断检测程序switch( dis_buf){case 0x11 : P2=0x80; P0= LED7Code[1]; break;case 0x12 : P2=0x80; P0= LED7Code[2]; break;case 0x13 : P2=0x80; P0= LED7Code[3]; break;case 0x14 : P2=0x80; P0= LED7Code[4]; break;case 0x21 : P2=0x80; P0= LED7Code[5]; break;case 0x22 : P2=0x80; P0= LED7Code[6]; break;case 0x23 : P2=0x80; P0= LED7Code[7]; break;case 0x24 : P2=0x80; P0= LED7Code[8]; break;case 0x31 : P2=0x80; P0= LED7Code[9]; break;case 0x32 : display();break;case 0x33 : P2 = LED7Code[1]; P0= LED7Code[1]; break;case 0x34 : display1(); break;case 0x41 : display2(); break;case 0x42 : display3();; break;case 0x43 : display4();; break;case 0x44 : display5();; break;}delay(250);}}//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////。

单片机原理及接口技术课程设计报告设计题目：计算器设计学号：100230205姓名：费博文指导教师：张扬信息与电气工程学院二零一三年七月计算器设计单片机体积小，功耗小，价格低，用途灵活，无处不在，属专用计算机。

是一种特殊器件，需经过专门学习方能掌握应用，应用中要设计专用的硬件和软件。

近年来，单片机以其体积小、价格廉、面向控制等独特优点，在各种工业控制、仪器仪表、设备、产品的自动化、智能化方面获得了广泛的应用。

与此同时，单片机应用系统的可靠性成为人们越来越关注的重要课题。

影响可靠性的因素是多方面的，如构成系统的元器件本身的可靠性、系统本身各部分之间的相互耦合因素等。

其中系统的抗干扰性能是系统可靠性的重要指标。

数学是科技进步的重要工具，数据的运算也随着科技的进步越发变得繁琐复杂，计算器的出现可以大大解放人在设计计算过程中的工作量，使计算的精度、速度得到改善，通过msc51单片机，矩阵键盘和LED数码管可以实现简单的四位数的四则运算和显示，并当运算结果超出范围时予以报错。

注：这一部分主要描述题目的背景和意义，对设计所采取的主要方法做一下简要描述。

字数不要太多，300-500字。

另注：本文要当做模板使用，不要随意更改字体、字号、行间距等，学会使用格式刷。

文中给出的各项内容都要在大家的报告中体现，可采用填空的方式使用本模板。

1. 设计任务结合实际情况，基于AT89C51单片机设计一个计算器。

该系统应满足的功能要求为：(1) 实现简单的四位十进制数字的四则运算；(2) 按键输入数字，运算法则；(3) LED数码管移位显示每次输入的数据和运算结果；(4) 当运算结果超出范围时实现报错。

主要硬件设备：AT89C51单片机、LED数码管、矩阵键盘。

注：这一部分需要写明系统功能需求，用到的主要硬件（参考实验箱的说明书）。

2. 整体方案设计计算器以AT89C51单片机作为整个系统的控制核心，应用其强大的I/O功能和计算速度，构成整个计算器。

单片机c语言程序设计---矩阵式键盘实验报告课程名称：单片机c语言设计实验类型：设计型实验实验项目名称：矩阵式键盘实验一、实验目的和要求1.掌握矩阵式键盘结构2.掌握矩阵式键盘工作原理3.掌握矩阵式键盘的两种常用编程方法，即扫描法和反转法二、实验内容和原理实验1.矩阵式键盘实验功能：用数码管显示4*4矩阵式键盘的按键值，当K1按下后，数码管显示数字0，当K2按下后，显示为1，以此类推，当按下K16，显示F。

（1）硬件设计电路原理图如下仿真所需元器件（2）proteus仿真通过Keil编译后，利用protues软件进行仿真。

在protues ISIS 编译环境中绘制仿真电路图，将编译好的“xxx.hex”文件加入AT89C51。

启动仿真，观察仿真结果。

操作方完成矩阵式键盘实验。

具体包括绘制仿真电路图、编写c源程序（反转法和扫描法）、进行仿真并观察仿真结果，需要保存原理图截图，保存c源程序，总结观察的仿真结果。

完成思考题。

三、实验方法与实验步骤1.按照硬件设计在protues上按照所给硬件设计绘制电路图。

2.在keil上进行编译后生成“xxx.hex”文件。

3.编译好的“xxx.hex”文件加入AT89C51。

启动仿真，观察仿真结果。

四、实验结果与分析void Scan_line()//扫描行{Delay(10);//消抖switch ( P1 ){case 0x0e: i=1;break;case 0x0d: i=2;break;case 0x0b: i=3;break;case 0x07: i=4;break;default: i=0;//未按下break;}}void Scan_list()//扫描列{Delay(10);//消抖switch ( P1 ){case 0x70: j=1;break;case 0xb0: j=2;break;case 0xd0: j=3;break;case 0xe0: j=4;break;default: j=0;//未按下break;}}void Show_Key(){if( i != 0 && j != 0 ) P0=table[ ( i - 1 ) * 4 + j - 1 ];else P0=0xff;}五、讨论和心得。

4乘4矩阵式键盘在单片机中的应用--C语言下图为4*4键盘的结果图，用单片机的P1口接4×4矩阵键盘，接法如图所示，用数码管显示按键的值，按下键S1,数码管显示0，按下S2,数码管显示1，按下S16，显示F。

先看程序代码：#include<reg51.h>#include<intrins.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code table[16] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//八段数码管对应0—F值。

void Delay_1ms(uint i)//1ms延时{uchar x, j;for(j=0;j<i;j++)for(x=0;x<=148;x++);}void delay()//消除按键抖动延时{int i,j;for(i=0; i<=10; i++)for(j=0; j<=2; j++);}uchar Keyscan(void){uchar i,j, temp, Buffer[4] = {0xfe, 0xfd, 0xfb, 0xf7};for(j=0; j<4; j++){P1 = Buffer[j];delay();temp = 0x10;for(i=0; i<4; i++){if(!(P1 & temp)){return (i+j*4);}temp <<= 1;}}}void Main(void){uchar Key_V alue; //读出的键值while(1){P1 = 0xf0;if(P1 != 0xf0){Delay_1ms(15); //按键消抖if(P1 != 0xf0){Key_Value = Keyscan();}}P0 = table[Key_V alue];//P0口输出数据到数码管}}代码分析：程序从Main开始执行，Key_V alue用来存放Keyscan();的返回值，Key_V alue为1，则数码管会显示1。

Protues 电路连接图如下所示：PS：矩阵键盘说明——4×4矩阵从左到右依次编码为1，,3，4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16按下某一按键，Led数码管就会显示相应的数字。

Keil C51 程序如下：有点不足望改进。

O(∩_∩)O谢谢！！！/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ///////////////////////////////////////////////////////////#include <reg51.h>#define uchar unsigned char //宏的定义变量类型 uchar 代替 unsigned char#define uint unsigned int //宏的定义变量类型 uint 代替 unsigned intuchar dis_buf; //显示缓存uchar temp;uchar l,h,j; //定义行列void delay0(uchar x); //x*0.14MS// 此表为 LED 的字模 0 1 2 3 4 5 6 78 9uchar code LED7Code[] = {0xc0,0xf9,~0x5B,~0x4F,~0x66,~0x6D,~0x7D,~0x07,~0x7F,~0x6F};/************************************************************* * ** 延时子程序 ** **************************************************************/void delay(uchar x){ uchar j;while((x--)!=0) //CPU执行x*12次,x=10{ for(j=0;j<50;j++){;}}}/************************************************************* * * * 键扫描子程序 (4*4的矩阵) P1.4 P1.5 P1.6 P1.7为行 * * P1.0 P1.1 P1.2 P1.3为列 ** * *************************************************************/void keyscan(void){ temp=0;P1=0xF0; //高四位输入行为高电平列为低电delay(3); //延时temp=P1; //读P1口temp=temp&0xF0;//屏蔽低四位temp=~((temp>>4)|0xF0); //高四位取反无键按下取反应为0xf0if(temp==1) //0001 [1,1] 被拉低h=1;else if(temp==2) //0010[2,1] 被拉低h=2;else if(temp==4) //0100[3,1] 被拉低h=3;else if(temp==8) //1000[4,1] 被拉低h=4;dis_buf = h;dis_buf = (dis_buf<<4) & 0xf0; //行信息现存在第四位delay(10);P1=0x0F; //低四位输入列为高电平行为低电平delay(3); //延时temp=P1; //读P1口temp=temp&0x0F; //屏蔽高四位temp=~(temp|0xF0); //取反if(temp==1) //1列被拉低l=1;else if(temp==2) //2列被拉低l=2;else if(temp==4) //3列被拉低l=3;else if(temp==8) //4列被拉低l=4;l= l & 0x0f;delay(3);dis_buf= l | dis_buf;}/************************************************************** **判断键是否按下 ** **************************************************************/void keydown(void){P2=0xF0; //显示00P3=0xf0;//将高4位全部置1 低四位全部置0if(P1!=0xF0) //判断按键是否按下如果按钮按下会拉低P1其中的一个端口{keyscan(); //调用按键扫描程序}}void display( ){j=50;while(j){P2= 0x80;P0= LED7Code[0];delay(50);P2=0x01;P0= LED7Code[1];delay(50);P0=0xff;j--;}}void display1( ){j=50;while(j){P2= 0x80;P0= LED7Code[2];delay(50);P2=0x01;P0= LED7Code[1];delay(50);P0=0xff;j--;}}void display2( ){j=50;while(j){P2= 0x80;P0= LED7Code[3];delay(50);P2=0x01;P0= LED7Code[1];delay(50);P0=0xff;j--;}}void display3( ){j=50;while(j){P2= 0x80;P0= LED7Code[4];delay(50);P2=0x01;P0= LED7Code[1];delay(50);P0=0xff;j--;}}void display4( ){j=50;while(j){P2= 0x80;P0= LED7Code[5];delay(50);P2=0x01;P0= LED7Code[1];delay(50);P0=0xff;j--;} }void display5( ){j=50;while(j){P2= 0x80;P0= LED7Code[6];delay(50);P2=0x01;P0= LED7Code[1];delay(50);P0=0xff;j--;}}/************************************************************** ** 主程序 ** **************************************************************/ void main(){P0=0xc0;delay(20); //延时while(1){ keydown(); //调用按键判断检测程序switch( dis_buf){case 0x11 : P2=0x80; P0= LED7Code[1]; break;case 0x12 : P2=0x80; P0= LED7Code[2]; break;case 0x13 : P2=0x80; P0= LED7Code[3]; break;case 0x14 : P2=0x80; P0= LED7Code[4]; break;case 0x21 : P2=0x80; P0= LED7Code[5]; break;case 0x22 : P2=0x80; P0= LED7Code[6]; break;case 0x23 : P2=0x80; P0= LED7Code[7]; break;case 0x24 : P2=0x80; P0= LED7Code[8]; break;case 0x31 : P2=0x80; P0= LED7Code[9]; break;case 0x32 : display();break;case 0x33 : P2 = LED7Code[1]; P0= LED7Code[1]; break;case 0x34 : display1(); break;case 0x41 : display2(); break;case 0x42 : display3();; break;case 0x43 : display4();; break;case 0x44 : display5();; break;}delay(250);}}/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ///////////////////////////////////////////////////////////////（注：本资料素材和资料部分来自网络，仅供参考。

5数码管显示4×4键盘矩阵按键实验数码管显示4×4键盘矩阵按键实验一、实验目的、原理及方法键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据、传送命令等功能，是人工干预单片机的主要手段。

该实验的目的在于了解键盘的工作原理，键盘按键的识别过程及识别方法，键盘与单片机的接口技术和编程。

键盘实质上是一组按键开关的集合。

通常，键盘开关利用了机械触点的合、断作用。

键的闭合与否，反映在行线输出电压上就是呈高电平或低电平，如果高电平表示键断开，低电平则表示键闭合，反之也可。

通过对行线电平高低状态的检测，便可确认按键按下与否。

为了确保CPU对一次按键动作只确认一次按键有效，还必须消除抖动。

当按键较多时会占用更多的控制器端口，为减少对端口的占用，可以使用行列式键盘接口，本实验中采用的4×4键盘矩阵可以大大减少对单片机的端口占用，但识别按键的代码比独立按键的代码要复杂一些。

在识别按键时使用了不同的扫描程序代码，程序运行时数码管会显示相应按键的键值0~F。

本实验中P1端口低4位连接是列线，高4位连接的是行线。

二、实验步聚及注意事项1、使用Proteus IS 7 Professional应用程序，建立一个.DSN文件2、在“库”下拉菜单中，选中“拾取元件”（快捷键P），分别选择以下元件：AT89C51、RX8、7SEG-COM-ANGRN、BUTTON。

3、构建仿真电路4、创建一个Keil应用程序：新建一个工程项目文件；为工程选择目标器件（AT89C51）；为工程项目创建源程序文件并输入程序代码；保存创建的源程序项目文件；把源程序文件添加到项目中。

5、把用户程序经过编译后生成的HEX文件添加到仿真电路中的处理器中（编辑元件→文件路径）三、实验仪器电脑一台，并装载软件：Proteus IS 7 Professional应用程序Keil应用程序四、数据记录及处理#include<reg< p="">51.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charUchar code dsy_code[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x 86,0x8e,0xFF};uchar Pre_keyno=16,keyno=16;void delayMS(char x){uchar i;while(x--)for(i=0;i<120;i++) ;}void keys_scan(){uchar tmp;P1=0x0f;delayMS(1);tmp=P1^0x0f;switch(tmp){case 1:keyno=0;break;case 2:keyno=1;break;case 4:keyno=2;break;case 8:keyno=3;break;default:keyno=16;}P1=0xf0;delayMS(1);tmp=P1>>4^0x0f;switch(tmp){case 1:keyno+=0;break;case 2:keyno+=4;break;case 4:keyno+=8;break;case 8:keyno+=12;break;}}main(){P0=0xff;while(1){P1=0xf0;if(P1!=0xf0)keys_scan();if(Pre_keyno!=keyno){P0=dsy_code[keyno];Pre_keyno=keyno;}delayMS(50);}}五、结果分析（自行填写，如：功能是否实现；整个过程中存在哪些问题；如何解决的….）</reg<>。

4×4矩阵键盘的工作原理与编程ME300B单片机学习开发系统应用之三---4×4矩阵键盘的工作原理与编程作者：山西太原贵国庆本文介绍如何在ME300B型51/AVR单片机学习开发系统上使用数码管显示4×4矩阵键盘的键值。

一、硬件工作原理的简单介绍该实验使用ME300B上的8位数码管显示电路和4×4矩阵键盘电路。

现将这二部分的电路工作原理进行简单的介绍：1、4×4矩阵键盘的工作原理矩阵键盘又称为行列式键盘，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。

在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。

这样键盘中按键的个数是4×4个。

这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。

图1为ME300B矩阵键盘电路图，行线接P1.4－P1.7，列线接P1.0－P1.3。

地显示。

图3 数码管电路数码管不同位显示的时间间隔可以通过调整延时程序的延时长短来完成。

数码管显示的时间间隔也能够确定数码管显示时的亮度，若显示的时间间隔长，显示时数码管的亮度将亮些，若显示的时间间隔短，显示时数码管的亮度将暗些。

若显示的时间间隔过长的话，数码管显示时将产生闪烁现象。

所以，在调整显示的时间间隔时，即要考虑到显示时数码管的亮度，又要数码管显示时不产生闪烁现象。

在ME300B单片机开发系统中使用数码管来显示信息时，要将JP2的2、3端短接。

见图3二、演示程序的编程方法1、4×4矩阵键盘的编程方法：1.1、先读取键盘的状态，得到按键的特征编码。

先从P1口的高四位输出低电平，低四位输出高电平，从P1口的低四位读取键盘状态。

再从P1口的低四位输出低电平，高四位输出高电平，从P1口的高四位读取键盘状态。

将两次读取结果组合起来就可以得到当前按键的特征编码。

使用上述方法我们得到16个键的特征编码。

举例说明如何得到按键的特征编码：假设“1”键被按下，找其按键的特征编码。