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，列線有低電平表示此行有按鍵按下。

（2）置第2行為低電平（0），其余行為高電平，讀取列線數據，列線有低電平表示此行有按鍵按下。

。..。..

（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按鍵處理程序。

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

//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。