8.4.5 矩陣按鍵的掃描

我們講獨(dú)立按鍵掃描的時(shí)候，大家已經(jīng)簡(jiǎn)單認(rèn)識(shí)了矩陣按鍵是什么樣子了。矩陣按鍵相當(dāng)于4組每組各4個(gè)獨(dú)立按鍵，一共是16個(gè)按鍵。那我們?nèi)绾螀^(qū)分這些按鍵呢？想一下我們生活所在的地球，要想確定我們所在的位置，就要借助經(jīng)緯線，而矩陣按鍵就是通過(guò)行線和列線來(lái)確定哪個(gè)按鍵被按下的。那么在程序中我們又如何進(jìn)行這項(xiàng)操作呢？

前邊講過(guò)，按鍵按下通常都會(huì)保持100ms以上，如果在按鍵掃描中斷中，我們每次讓矩陣按鍵的一個(gè)KeyOut輸出低電平，其它三個(gè)輸出高電平，判斷當(dāng)前所有KeyIn的狀態(tài)，下次中斷時(shí)再讓下一個(gè)KeyOut輸出低電平，其它三個(gè)輸出高電平，再次判斷所有KeyIn，通過(guò)快速的中斷不停的循環(huán)進(jìn)行判斷，就可以最終確定哪個(gè)按鍵按下了，這個(gè)原理是不是跟數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描有點(diǎn)類似？數(shù)碼管我們?cè)趧?dòng)態(tài)賦值，而按鍵這里我們?cè)趧?dòng)態(tài)讀取狀態(tài)。

至于掃描間隔時(shí)間和消抖時(shí)間，因?yàn)楝F(xiàn)在有4個(gè)KeyOut輸出，要中斷4次才能完成一次全部按鍵的掃描，顯然再采用2ms中斷判斷8次掃描值的方式時(shí)間就太長(zhǎng)了（248=64ms），那么我們就改用1ms中斷判斷4次采樣值，這樣消抖時(shí)間還是16ms(144)。下面就用程序?qū)崿F(xiàn)出來(lái)，程序循環(huán)掃描板子上的K1～K16這16個(gè)矩陣按鍵，分離出按鍵動(dòng)作并在按鍵按下時(shí)把當(dāng)前按鍵的編號(hào)顯示在一位數(shù)碼管上（用0~F表示，顯示值=按鍵編號(hào)-1）。

這個(gè)程序完成了矩陣按鍵的掃描、消抖、動(dòng)作分離的全部?jī)?nèi)容，希望大家認(rèn)真研究一下，徹底掌握矩陣按鍵的原理和應(yīng)用方法。在程序中還有兩點(diǎn)值得說(shuō)明一下。

首先，可能你已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，中斷函數(shù)中掃描KeyIn輸入和切換KeyOut輸出的順序與前面提到的順序不同，程序中我首先對(duì)所有的KeyIn輸入做了掃描、消抖，然后才切換到了下一次的KeyOut輸出，也就是說(shuō)我們中斷每次掃描的實(shí)際是上一次輸出選擇的那行按鍵，這是為什么呢？因?yàn)槿魏?a target="_blank">信號(hào)從輸出到穩(wěn)定都需要一個(gè)時(shí)間，有時(shí)它足夠快而有時(shí)卻不夠快，這取決于具體的電路設(shè)計(jì)，我們這里的輸入輸出順序的顛倒就是為了讓輸出信號(hào)有足夠的時(shí)間（一次中斷間隔）來(lái)穩(wěn)定，并有足夠的時(shí)間來(lái)完成它對(duì)輸入的影響，當(dāng)你的按鍵電路中還有硬件電容消抖時(shí)，這樣處理就是絕對(duì)必要的了，雖然這樣使得程序理解起來(lái)有點(diǎn)繞，但它的適應(yīng)性是最好的，換個(gè)說(shuō)法就是，這段程序足夠“健壯”，足以應(yīng)對(duì)各種惡劣情況。

其次，是一點(diǎn)小小的編程技巧。注意看keyout = keyout & 0x03;這一行，在這里我是要讓keyout在0～3之間變化，加到4就自動(dòng)歸零，按照常規(guī)你可以用前面講過(guò)的if語(yǔ)句輕松實(shí)現(xiàn)，但是你現(xiàn)在看一下這樣程序是不是同樣可以做到這一點(diǎn)呢？因?yàn)?、1、2、3這四個(gè)數(shù)值正好占用2個(gè)二進(jìn)制的位，所以我們把一個(gè)字節(jié)的高6位一直清零的話，這個(gè)字節(jié)的值自然就是一種到4歸零的效果了?？匆幌?，這樣一句代碼比if語(yǔ)句要更為簡(jiǎn)潔吧，而效果完全一樣。

8.5 簡(jiǎn)易加法計(jì)算器

學(xué)到這里，我們已經(jīng)掌握了一種顯示設(shè)備和一種輸入設(shè)備的使用，那么是不是可以來(lái)做點(diǎn)綜合性的實(shí)驗(yàn)了。好吧，那我們就來(lái)做一個(gè)簡(jiǎn)易的加法計(jì)算器，用程序?qū)崿F(xiàn)從板子上標(biāo)有0～9數(shù)字的按鍵輸入相應(yīng)數(shù)字，該數(shù)字要實(shí)時(shí)顯示到數(shù)碼管上，用標(biāo)有向上箭頭的按鍵代替加號(hào)，按下加號(hào)后可以再輸入一串?dāng)?shù)字，然后回車鍵計(jì)算加法結(jié)果，并同時(shí)顯示到數(shù)碼管上。雖然這遠(yuǎn)不是一個(gè)完善的計(jì)算器程序，但作為初學(xué)者也足夠你研究一陣子了。

首先，本程序相對(duì)于之前的例程要復(fù)雜得多，需要完成的工作也多得多，所以我們把各個(gè)子功能都做成獨(dú)立的函數(shù)，以使程序便于編寫(xiě)和維護(hù)。大家分析程序的時(shí)候就從主函數(shù)和中斷函數(shù)入手，隨著程序的流程進(jìn)行就可以了。大家可以體會(huì)體會(huì)劃分函數(shù)的好處，想想如果還是只有主函數(shù)和中斷函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的話程序會(huì)是什么樣子。

其次，大家可以看到我們?cè)侔丫仃嚢存I掃描分離出動(dòng)作以后，并沒(méi)有直接使用行列數(shù)所組成的數(shù)值作為分支判斷執(zhí)行動(dòng)作的依據(jù)，而是把抽象的行列數(shù)轉(zhuǎn)換為了一種叫做標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)鍵碼（就是電腦鍵盤(pán)的編碼）的數(shù)據(jù)，然后用得到的這個(gè)數(shù)據(jù)作為下一步分支判斷執(zhí)行動(dòng)作的依據(jù)，為什么多此一舉呢？有兩層含義：第一，盡量讓自己設(shè)計(jì)的東西（包括硬件和軟件）向已有的行業(yè)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)看齊，這樣有助于別人理解認(rèn)可你的設(shè)計(jì)，也有助于你的設(shè)計(jì)與別人的設(shè)計(jì)相對(duì)接，畢竟標(biāo)準(zhǔn)就是為此而生的嘛。第二，有助于程序的層次化而方便維護(hù)與移植，比如我們現(xiàn)在用的按鍵是44的，但如果后續(xù)又增加了一行成了45的，那么由行列數(shù)組成的編號(hào)可能就變了，我們就要在程序的各個(gè)分支中查找修改，稍不留神就會(huì)出錯(cuò)，而采用這種轉(zhuǎn)換后，我們則只需要維護(hù)KeyCodeMap這樣一個(gè)數(shù)組表格就行了，看上去就像是把程序的底層驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用層的功能實(shí)現(xiàn)函數(shù)分離開(kāi)了，應(yīng)用層不用關(guān)心底層的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，底層改變后也無(wú)需在應(yīng)用層中做相應(yīng)修改，兩層程序之間是一種標(biāo)準(zhǔn)化的接口。這就是程序的層次化，而層次化是構(gòu)建復(fù)雜系統(tǒng)的必備條件，那么現(xiàn)在就先通過(guò)簡(jiǎn)單的示例來(lái)學(xué)習(xí)一下吧。

作為初學(xué)者針對(duì)這種程序的學(xué)習(xí)方式是，先從頭到尾讀一到三遍，邊讀邊理解，然后邊抄邊理解，徹底理解透徹后，自己嘗試獨(dú)立寫(xiě)出來(lái)。完全采用記憶模式來(lái)學(xué)習(xí)這種例程，一兩個(gè)例程你可能感覺(jué)不到什么提高，當(dāng)這種例程背過(guò)上百八十個(gè)的時(shí)候，厚積薄發(fā)的感覺(jué)就來(lái)了。同時(shí)，在抄讀的過(guò)程中也要注意學(xué)習(xí)編程規(guī)范，這些可都是無(wú)形的財(cái)富，可以為你日后的研發(fā)工作加分的哦。

8.6 練習(xí)題

1、理解單片機(jī)最小系統(tǒng)三要素電路設(shè)計(jì)規(guī)則。

2、掌握函數(shù)間相互調(diào)用的方法和規(guī)則。

3、學(xué)會(huì)獨(dú)立按鍵和矩陣按鍵的電路設(shè)計(jì)方法和軟件編程思路。

4、用一個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)碼管數(shù)字從F~0遞減的變化程序。

5、用矩陣按鍵做一個(gè)簡(jiǎn)易減法計(jì)算器。