有的單片機(jī)應(yīng)用需要使用的按鍵數(shù)量比較多，比如：密碼鎖，這時如果按照之前的設(shè)計，一個GPIO控制一個按鍵的話，有點(diǎn)浪費(fèi)單片機(jī)資源，這時候我們常常需要使用矩陣鍵盤。
常見的矩陣鍵盤有如下兩種：
后面的為薄膜按鍵。上圖中，上面的按鍵按照5行*4列的布局排布，所以整個矩陣鍵盤共計引出了9（5+4）個引腳；下面的按鍵按照4行*4列的布局排布，所以整個矩陣鍵盤共計引出了8（4+4）個引腳；由此可以看出，按鍵數(shù)量越多，節(jié)省的IO口越多。
直插按鍵和薄膜按鍵兩種方式的實現(xiàn)原理一樣，本文我們以薄膜按鍵為例進(jìn)行講解。
薄膜按鍵(Metal dome array)，是一塊帶觸點(diǎn)的PET薄片（包括金屬彈片也叫鍋仔片），用在PCB、FPC等線路板上作為開關(guān)使用，在使用者與儀器之間起到一個重要的觸感型開關(guān)的作用。與傳統(tǒng)的硅膠按鍵相比，薄膜按鍵具有更好的手感、更長的壽命，可以間接地提高使用導(dǎo)電膜的各類型開關(guān)的生產(chǎn)效率。薄膜按鍵上的觸點(diǎn)位于PCB板上的導(dǎo)電部位(大部分位于線路板上的金手指上方），當(dāng)按鍵受到外力按壓時，觸點(diǎn)的中心點(diǎn)下凹，接觸到PCB上的線路，從而形成回路，電流通過，整個產(chǎn)品就得以正常工作。
薄膜按鍵與傳統(tǒng)硅膠按鍵相比較具有以下優(yōu)勢：
- 觸感更好，使用壽命更長久；
- 按鍵鍵薄、柔軟、防護(hù)性能好；
- 薄膜按鍵觸板位于導(dǎo)電部位，按下會凹進(jìn)去進(jìn)而接觸到PCB上的線路從而觸發(fā)開關(guān)；
- 導(dǎo)電薄膜上面布滿了金屬點(diǎn)進(jìn)行連接，按下薄膜按鍵就能啟動對應(yīng)的功能；
- 薄膜按鍵以成本低、工藝簡單和手感好。
有專門定制薄膜按鍵的商家，可以隨意定制外觀。
薄膜按鍵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示：
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有的矩陣鍵盤后面有3M背膠，可撕下粘紙，粘貼在光滑表面上，方便固定。
硬件連接
按鍵掃描原理
對于4*4的薄膜按鍵，只需要8個標(biāo)準(zhǔn)IO口，即可實現(xiàn)16個按鍵掃描，獨(dú)立輸入。
各種矩陣鍵盤的驅(qū)動方式類似，我們以4*4的矩陣鍵盤為例，看看它的驅(qū)動方式。
矩陣按鍵掃描原理：
行列掃描：
- 我們先將四行對應(yīng)的GPIO引腳設(shè)為輸出模式，并輸出高電平；
- 將四列對應(yīng)的GPIO引腳設(shè)為下拉輸入模式，沒有按鍵按下狀態(tài)時，這四個引腳讀取默認(rèn)返回0；
- 如果有一個按鍵被按下，那么這四列中就會有一個GPIO引腳讀取返回1，此時能夠得到被按下的鍵所在的列；
假如被點(diǎn)擊的按鍵為第三行第三列的按鍵
- 為了進(jìn)一步知道，被按下的鍵所在行，我們依次改變輸出高電平的行，比如先讓第一行輸出高電平，另外三行輸出低電平，如果四列的GPIO返回的值沒有高電平，則被按下的鍵不在第一行；
- 類似上一步操作，接下來讓第二行輸出高電平，然后其他行輸出低電平；
- 然后第三行輸出高電平，其他行低電平；第四行輸出高電平，其他行輸出低電平；當(dāng)某行為高電平時，四列對應(yīng)的GPIO讀取有返回1，則該行即為被按下行；
- 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鍵。上面實例可知，我們被按下的鍵為第三行、第三列對應(yīng)的鍵。
這種方式獲得按鍵鍵值的方式即為行列掃描。
按鍵掃描的代碼實現(xiàn)如下：
/*
假定Row為輸出，Col為輸入；
如果有按鍵被按下，則輸入(Col)一定有非0值；
四個輸出(Row)依次改變，每次僅有一個IO為高電平，如果此時輸入(Col)不為0的，那么即可確定此行列值即為按鍵值；
*/
int Value44Key(void) //定義矩陣鍵盤的返回值，返回值對應(yīng)相關(guān)功能，
{
int KeyValue = 0; //KeyValue是最后返回的按鍵數(shù)值
GPIORow_Output(0); //全部置高
if(KEY44_Scan()!=0) //如果沒有按鍵按下，返回值為-1
{
return -1;
}
else //有按鍵按下
{
delay_ms(5); //延時5ms去抖動
if(KEY44_Scan() == 0x00) //如果延時5ms后輸入0， 則剛剛是抖動產(chǎn)生的
{
return -1; //所以還是返回 -1
}
}
GPIORow_Output(1); //第一行置高
switch(KEY44_Scan()) //對應(yīng)的輸入值判斷不同的按鍵值
{
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()) //對應(yīng)的輸入值判斷不同的按鍵值
{
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()) //對應(yīng)的輸入值判斷不同的按鍵值
{
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()) //對應(yīng)的輸入值判斷不同的按鍵值
{
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;
}這種行列掃描的方式實現(xiàn)的按鍵驅(qū)動，實際應(yīng)用中，如果程序過于復(fù)雜，那么按鍵鍵值的獲取可能不是很及時，有時可能會出現(xiàn)按下無響應(yīng)的狀態(tài)。
STM32的外部中斷特別多，每個GPIO都可以作為外部中斷，各位可以嘗試一下，使用中斷的方式，如何實現(xiàn)矩陣鍵盤的驅(qū)動呢？