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一个实时性高的4x4矩阵键盘算法

分类: 文章 • 2025-03-13 14:21:27

引言

这个办法是我大二搞直立智能车的时候想出来的，当时直立智能车需要用矩阵键盘调PID参数，但一般的矩阵键盘算法都有一个“去抖延时”和“等待按键松开”的步骤，在这个步骤里程序是陷入死循环的，只有松开按键，程序才会继续运行。一般来说，按一下按键再松开，程序就要停顿一秒左右。普通的单片机程序停顿一秒钟没问题，但直立车停顿一秒钟就倒了。

于是有了这么一个矩阵键盘算法，可以用空间换时间，按一下按键程序只需要停顿6~11毫秒。不需要中断，实时性高，支持组合键。

要使用这个矩阵键盘算法，只需要三步。

C51代码（矩阵键盘连接P3口）

1.定义全局变量

uchar key_TTL[16];
uint keys_val=0;
uint last_keys_val=0;
uchar max_TTL=3;

2.在key_spy()函数中添加按键功能

void key_spy()
{
    uint temp=0;
    //双循环扫描法 + 译码
    uchar k,l;
    for(l=0;l<4;l++){
        P3=~(0x01<<l);
        for(k=0;k<4;k++){
            if((P3&(0x10<<k))==0) key_TTL[k+l*4]+=2;
        }
    }
    //TTL去抖
    for(k=0;k<16;k++){
        if(key_TTL[k]>0)key_TTL[k]--;
        if(key_TTL[k]>=max_TTL){
            key_TTL[k]--;
            temp=temp|(1<<k);
        }
    }
    keys_val=temp;
    //按键功能
    if(keys_val!=last_keys_val){
        if(keys_val==((1<<0))){
            //TODO:按下了0号键
			
        }
        else if(keys_val==((1<<3)|(1<<4)|(1<<5))){
            //TODO:同时按下了3号键、4号键、5号键
			
        }
        //TODO:加入更多else if,以扩充矩阵键盘功能

    }
    last_keys_val=keys_val;
}

3.主循环中添加key_spy()函数

void main()
{
	
	while(1)
	{
		key_spy();
		//TODO:主循环的其他事物 
        
	}
}

原理介绍

软件去抖的原理

key_spy()函数是检测矩阵键盘用的，放在主循环里就每隔一段时间检测一次。

检测第一次，发现有个按键被按下了，这有可能是电磁干扰造成的，不管它。

隔不久，检测第二次，发现刚才那个按键还是被按下的，这有可能是其他什么干扰造成的，不管。

相同的间隔，检测第三次，发现刚才那个按键仍被按下，就说明这个按键真的是被按下的。

对每个按键，都需要有一个计数器，就是用于计数的变量，这个变量称为“存活时间”，Time To Live，简称TTL。

一个TTL计数器，就对应一个不确定的事件（按键被按下），这个不确定的事件只有两个状态，发生了和没发生。事件的状态可以被检测，但检测得不一定准。每检测到事件发生了，事件的存活时间TTL就加1。检测到事件没发生，事件的存活时间TTL就减1。TTL的值必须大于等于0，小于等于阈值。当TTL等于阈值，就可以认为事件一定发生了。当TTL等于零，可以认为事件一定没发生。这就可以作为软件去抖的方法。

一个实时性高的4x4矩阵键盘算法

给矩阵键盘的16个按键分别设置一个TTL计数器，就可以对16个按键进行去抖。

组合键的原理

矩阵键盘是否支持组合键，跟矩阵键盘的扫描方法有很大关系。

线反转法

线反转法不支持组合键：

void key_spy1()
{
	//线反转法
	uchar flag=1,key,k;	
	P3=0xf0;
	key=P3&0xf0;
	P3=0x0f;
	key|=(P3&0x0f);
	switch(key)
	{
		case 0xee: key_TTL[0]+=2; break;
		case 0xde: key_TTL[1]+=2; break;
		case 0xbe: key_TTL[2]+=2; break;
		case 0x7e: key_TTL[3]+=2; break;
		case 0xed: key_TTL[4]+=2; break;
		case 0xdd: key_TTL[5]+=2; break;
		case 0xbd: key_TTL[6]+=2; break;
		case 0x7d: key_TTL[7]+=2; break;
		case 0xeb: key_TTL[8]+=2; break;
		case 0xdb: key_TTL[9]+=2; break;
		case 0xbb: key_TTL[10]+=2; break;
		case 0x7b: key_TTL[11]+=2; break;
		case 0xe7: key_TTL[12]+=2; break;
		case 0xd7: key_TTL[13]+=2; break;
		case 0xb7: key_TTL[14]+=2; break;
		case 0x77: key_TTL[15]+=2; break;
		default:break;
	}

	//check TTL
	for(k=0;k<16;k++)
	{
		if(key_TTL[k]>0)key_TTL[k]--;
		if(key_TTL[k]>=max_TTL)//>=改为=，就能自动连点
		{
			key_TTL[k]--;
			key_val=k+1;
			flag=0;
		}
	}
	if(flag)key_val=0;//全局变量key_val即为键值
}

逐行扫描法

逐行扫描法支持跨行组合键，但不支持同行组合键：

一个实时性高的4x4矩阵键盘算法

void key_spy2()
{
	//逐行扫描法
	uchar flag=1,k;
	P3=0xfe;	
	switch(P3)
	{
		case 0xee: key_TTL[0]+=2; break;
		case 0xde: key_TTL[1]+=2; break;
		case 0xbe: key_TTL[2]+=2; break;
		case 0x7e: key_TTL[3]+=2; break;
	}
	P3=0xfd;	
	switch(P3)
	{
		case 0xed: key_TTL[4]+=2; break;
		case 0xdd: key_TTL[5]+=2; break;
		case 0xbd: key_TTL[6]+=2; break;
		case 0x7d: key_TTL[7]+=2; break;
	}
	P3=0xfb;	
	switch(P3)
	{
		case 0xeb: key_TTL[8]+=2; break;
		case 0xdb: key_TTL[9]+=2; break;
		case 0xbb: key_TTL[10]+=2; break;
		case 0x7b: key_TTL[11]+=2; break;
	}
	P3=0xf7;	
	switch(P3)
	{
		case 0xe7: key_TTL[12]+=2; break;
		case 0xd7: key_TTL[13]+=2; break;
		case 0xb7: key_TTL[14]+=2; break;
		case 0x77: key_TTL[15]+=2; break;
	}

	//check TTL
	for(k=0;k<16;k++)
	{
		if(key_TTL[k]>0)key_TTL[k]--;
		if(key_TTL[k]>=max_TTL)//>=改为=，就能自动连点
		{
			key_TTL[k]--;
			key_val=k+1;
			flag=0;
		}
	}
	if(flag)key_val=0;//全局变量key_val即为键值
}

双循环扫描法

双循环扫描法支持同行组合键，但不支持三角键

void key_spy3()
{
	//双循环扫描法
	uchar flag=1,k;
	P3=0xfe;P3=0xfe;//高四位设为输入
	OLED_write_bchar(0,0,P3);
	if((P3&0x80)==0) key_TTL[0]+=2;
	if((P3&0x40)==0) key_TTL[1]+=2;
	if((P3&0x20)==0) key_TTL[2]+=2;
	if((P3&0x10)==0) key_TTL[3]+=2;
	P3=0xfd;P3=0xfd;//高四位设为输入
	if((P3&0x80)==0) key_TTL[4]+=2;
	if((P3&0x40)==0) key_TTL[5]+=2;
	if((P3&0x20)==0) key_TTL[6]+=2;
	if((P3&0x10)==0) key_TTL[7]+=2;
	P3=0xfb;P3=0xfb;//高四位设为输入
	if((P3&0x80)==0) key_TTL[8]+=2;
	if((P3&0x40)==0) key_TTL[9]+=2;
	if((P3&0x20)==0) key_TTL[10]+=2;
	if((P3&0x10)==0) key_TTL[11]+=2;
	P3=0xf7;P3=0xf7;//高四位设为输入
	if((P3&0x80)==0) key_TTL[12]+=2;
	if((P3&0x40)==0) key_TTL[13]+=2;
	if((P3&0x20)==0) key_TTL[14]+=2;
	if((P3&0x10)==0) key_TTL[15]+=2;


	//check TTL
	for(k=0;k<16;k++)
	{
		if(key_TTL[k]>0)key_TTL[k]--;
		if(key_TTL[k]>=max_TTL)//>=改为=，就能自动连点
		{
			key_TTL[k]--;
			key_val=k+1;
			flag=0;
		}
	}
	if(flag)key_val=0;//全局变量key_val即为键值
}

双循环扫描法经过简化代码，并且附加上按键处理代码以后，就是上文的key_spy()函数。

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