矩陣鍵盤是單片機外部設備中所使用的排布類似于矩陣的鍵盤組。矩陣式結構的鍵盤顯然比直接法要復雜一些，識別也要復雜一些，列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機的I/O口作為輸出端，而列線所接的I/O口則作為輸入。矩陣鍵盤的優點是節約單片機IO口，例如普通鍵盤8個IO口只能用作8個按鍵，而矩陣鍵盤能作16個按鍵。
本文以51單片機為載體介紹一種4*4矩陣鍵盤實現16個按鍵操作的原理、電路和軟件設計要點。
1、矩陣鍵盤的一般電路
 

圖 1 矩陣鍵盤電路
如圖 1 矩陣鍵盤電路 所示，4*4矩陣鍵盤有4行4列按鍵，單片機4個I/O口接矩陣鍵盤的行線，另外4個I/O口接矩陣鍵盤的列線，通過對行線列線的操作完成按鍵的識別和操作。
2、矩陣鍵盤的原理
矩陣鍵盤按鍵識別的流程一般是這樣的：
(1)置第1行為低電平（0），其余行為高電平，讀取列線數據，列線有低電平表示有按鍵按下。
(2)置第2行為低電平（0），其余行為高電平，讀取列線數據，列線有低電平表示有按鍵按下。
......
(N-1)根據行線列線的電平不同可以識別是否有按鍵按下，哪一個按鍵按下，獲取按鍵號。
(N)  根據按鍵號跳轉至對應的案件處理程序。
3、一個矩陣鍵盤程序的例子

圖 2為按鍵處理的主流程，思路是依次拉低按鍵的各個行，再讀取列線的數據，假如列線有低電平，則認為此行有按鍵按下，標記此行有按鍵按下并存入行值。
讀取列線數據的思路則是這樣，依次讀取第1-4列，假如讀取此列時為低電平，則標記并存入列值。

下面是部分代碼：

//（1）按鍵識別程序
void key()//按鍵掃描
{
unsigned char key_value_temp;//臨時按鍵值，默認1111 1111（二進制）
    key_value=0xff;  //鍵值
key_value_temp=0xff; //鍵值臨時變量
//矩陣鍵盤程序流程
/*
1、置第1行為0，其余行為高，讀取列線數據，列線有低電平表示有按鍵按下。
2、置第2行為0，其余行為高，讀取列線數據，列線有低電平表示有按鍵按下。
......
3、根據按鍵號跳轉至對應的處理程序
*/
//依次拉低第1234行，讀入列線數據
Pin_r_1=0; Pin_r_2=1;Pin_r_3=1;Pin_r_4=1; //拉低第1行。
//Pin_r_1第1行行線，Pin_r_2第2行行線，其余類似
key_value_temp=read_column();//讀列數據
if (key_value_temp != 0xff)  //表示第一行有按鍵按下
{key_value=key_value_temp & 0x1f; //獲取按鍵號，例如0001 1101表示第1行第2列的按鍵按下
}
Pin_r_1=1; Pin_r_2=0;Pin_r_3=1;Pin_r_4=1; //拉低第2行
key_value_temp=read_column();//讀列數據
if (key_value_temp != 0xff)  //表示第2行有按鍵按下
{key_value=key_value_temp & 0x2f; 
}


Pin_r_1=1; Pin_r_2=1;Pin_r_3=0;Pin_r_4=1; //拉低第3行
key_value_temp=read_column();//讀列數據
if (key_value_temp != 0xff)  //表示第3行有按鍵按下
{key_value=key_value_temp & 0x3f; 
}
Pin_r_1=1; Pin_r_2=1;Pin_r_3=1;Pin_r_4=0; //拉低第4行
key_value_temp=read_column();//讀列數據
if (key_value_temp != 0xff)  //表示第4行有按鍵按下
{key_value=key_value_temp & 0x4f; 
}
}


//（2）讀取列線數據
unsigned char read_column()//讀矩陣鍵盤的列
{unsigned char key_column;
key_column=0xff;
if(Pin_c_1==0 ) key_column=key_column & 0xfe;//1110 表示第1列按鍵按下。 key_column的低4位表示按鍵號，高4位常為1111
if(Pin_c_2==0 ) key_column=key_column & 0xfd;//1101 表示第2列按鍵按下。
if(Pin_c_3==0 ) key_column=key_column & 0xfb;//1011 表示第3列按鍵按下。
if(Pin_c_4==0 ) key_column=key_column & 0xf7;//0111 表示第4列按鍵按下。
return key_column;
}

以上程序對應的鍵值表如下：

最后在程序中處理鍵值跳轉至相應的操作即可。
有一個4*4矩陣鍵盤的proteus仿真例子實現了如下功能：
1、利用行掃描法讀取4x4矩陣鍵盤鍵值；
2、LCD1602上顯示按下的按鍵值。
地址為：
https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c.w4004-1807243189.12.bcd01dROFzTk&id=556293299691

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