矩阵键盘的行列扫描原理详解-电源网星球号

有的单片机应用需要使用的按键数量比较多，比如：密码锁，这时如果按照之前的设计，一个GPIO控制一个按键的话，有点浪费单片机资源，这时候我们常常需要使用矩阵键盘。

常见的矩阵键盘有如下两种：

后面的为薄膜按键。上图中，上面的按键按照5行*4列的布局排布，所以整个矩阵键盘共计引出了9（5+4）个引脚；下面的按键按照4行*4列的布局排布，所以整个矩阵键盘共计引出了8（4+4）个引脚；由此可以看出，按键数量越多，节省的IO口越多。

直插按键和薄膜按键两种方式的实现原理一样，本文我们以薄膜按键为例进行讲解。

薄膜按键(Metal dome array)，是一块带触点的PET薄片（包括金属弹片也叫锅仔片），用在PCB、FPC等线路板上作为开关使用，在使用者与仪器之间起到一个重要的触感型开关的作用。与传统的硅胶按键相比，薄膜按键具有更好的手感、更长的寿命，可以间接地提高使用导电膜的各类型开关的生产效率。薄膜按键上的触点位于PCB板上的导电部位(大部分位于线路板上的金手指上方），当按键受到外力按压时，触点的中心点下凹，接触到PCB上的线路，从而形成回路，电流通过，整个产品就得以正常工作。

薄膜按键与传统硅胶按键相比较具有以下优势：

触感更好，使用寿命更长久；
按键键薄、柔软、防护性能好；
薄膜按键触板位于导电部位，按下会凹进去进而接触到PCB上的线路从而触发开关；
导电薄膜上面布满了金属点进行连接，按下薄膜按键就能启动对应的功能；
薄膜按键以成本低、工艺简单和手感好。

有专门定制薄膜按键的商家，可以随意定制外观。

薄膜按键的内部结构如下图所示：

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有的矩阵键盘后面有3M背胶，可撕下粘纸，粘贴在光滑表面上，方便固定。

硬件连接

按键扫描原理

对于4*4的薄膜按键，只需要8个标准IO口，即可实现16个按键扫描，独立输入。

各种矩阵键盘的驱动方式类似，我们以4*4的矩阵键盘为例，看看它的驱动方式。

矩阵按键扫描原理：

行列扫描：

我们先将四行对应的GPIO引脚设为输出模式，并输出高电平；
将四列对应的GPIO引脚设为下拉输入模式，没有按键按下状态时，这四个引脚读取默认返回0；

如果有一个按键被按下，那么这四列中就会有一个GPIO引脚读取返回1，此时能够得到被按下的键所在的列；

假如被点击的按键为第三行第三列的按键

为了进一步知道，被按下的键所在行，我们依次改变输出高电平的行，比如先让第一行输出高电平，另外三行输出低电平，如果四列的GPIO返回的值没有高电平，则被按下的键不在第一行；

类似上一步操作，接下来让第二行输出高电平，然后其他行输出低电平；

然后第三行输出高电平，其他行低电平；第四行输出高电平，其他行输出低电平；当某行为高电平时，四列对应的GPIO读取有返回1，则该行即为被按下行；

由于上面得出了被按下的列和行，那么行列的交叉即可得出被按下的键。上面实例可知，我们被按下的键为第三行、第三列对应的键。

这种方式获得按键键值的方式即为行列扫描。

按键扫描的代码实现如下：

/*
假定Row为输出，Col为输入；
如果有按键被按下，则输入(Col)一定有非0值；
四个输出(Row)依次改变，每次仅有一个IO为高电平，如果此时输入(Col)不为0的，那么即可确定此行列值即为按键值；
*/
int Value44Key(void)      //定义矩阵键盘的返回值，返回值对应相关功能，
{
  int KeyValue = 0;      //KeyValue是最后返回的按键数值
  
  GPIORow_Output(0);    //全部置高
  
  if(KEY44_Scan()!=0)    //如果没有按键按下，返回值为-1
  {
    return -1;
  }
  else            //有按键按下
  {
    delay_ms(5);      //延时5ms去抖动
    if(KEY44_Scan() == 0x00)  //如果延时5ms后输入0， 则刚刚是抖动产生的
    {
      return -1;    //所以还是返回 -1
    }
  }
 
  GPIORow_Output(1);    //第一行置高 
  switch(KEY44_Scan())    //对应的输入值判断不同的按键值
  {
    case COL1_KEY_PRES:
      KeyValue = 1;
      break;
    case COL2_KEY_PRES:
      KeyValue = 2;
      break;
    case COL3_KEY_PRES:
      KeyValue = 3;
      break;
    case COL4_KEY_PRES:
      KeyValue = 4;
      break;
  }
 
  GPIORow_Output(2);    //第二行置高
  switch(KEY44_Scan())    //对应的输入值判断不同的按键值
  {
    case COL1_KEY_PRES:
      KeyValue = 5;
      break;
    case COL2_KEY_PRES:
      KeyValue = 6;
      break;
    case COL3_KEY_PRES:
      KeyValue = 7;
      break;
    case COL4_KEY_PRES:
      KeyValue = 8;
      break;
  }
 
  GPIORow_Output(3);    //第三行置高
  switch(KEY44_Scan())    //对应的输入值判断不同的按键值
  {
    case COL1_KEY_PRES:
      KeyValue = 9;
      break;
    case COL2_KEY_PRES:
      KeyValue = 10;
      break;
    case COL3_KEY_PRES:
      KeyValue = 11;
      break;
    case COL4_KEY_PRES:
      KeyValue = 12;
      break;
  }
 
  GPIORow_Output(4);    //第四行置高
  switch(KEY44_Scan())    //对应的输入值判断不同的按键值
  {
    case COL1_KEY_PRES:
      KeyValue = 13;
      break;
    case COL2_KEY_PRES:
      KeyValue = 14;
      break;
    case COL3_KEY_PRES:
      KeyValue = 15;
      break;
    case COL4_KEY_PRES:
      KeyValue = 16;
      break;
  }
 
  return KeyValue;
}

这种行列扫描的方式实现的按键驱动，实际应用中，如果程序过于复杂，那么按键键值的获取可能不是很及时，有时可能会出现按下无响应的状态。

STM32的外部中断特别多，每个GPIO都可以作为外部中断，各位可以尝试一下，使用中断的方式，如何实现矩阵键盘的驱动呢？