【51单片机】矩阵键盘逐行扫描法〈C语言+Keil5+Proteus仿真〉

一、环境

我用的是Keil5做编译工具，用proteus仿真。除了Keil5不知道有没有其他好用的能生成.hex文件的软件（要单片机运行是需要生成.hex文件的），Proteus则是一款很好用的仿真软件，原件很多。当然，之前有试过multisim14，也是非常不错的软件，自带有可以编写代码的文本编辑器，但没找到我想要的原件。所以选择了Proteus。

二、硬件部分

我们可以先打开Proteus：

1. Proteus新建工程

点击开始界面的创建工程，先创建一个Proteus的工程。

（注意：最好每个项目单独一个文件夹，后期的文件很乱很杂）

工程名写好，选择好文件夹，后面的可以一直下一步。

2. 添加元件

可以直接点红色箭头或者先点击“元件模式”然后点击“P”进入元件库。

可以输入80C51进行筛选，我用的是第一个80C51。

再找到筛选keypad，我用的是keypad-smallcalc。

接着找LED，选择的是LED-BARGRAPH-GRN，作为输出，也方便调试。

选好的元件就在这了。然后点击就能放置元件。

3.连接线路

4、硬件效果

当然，红色和蓝色的点不是接上线就有的，这是仿真之后的效果。其中，红色是高电平，蓝色是低电平，无色是无电平或脉冲不稳定，黄色为短路。

注意：Proteus的部分原件默认接了电源和接地，所以找不到电源和接地管脚。比如T80C51就是默认了接电源接地，所以没有20、40管脚。

三、软件部分

刚刚完成了硬件部分，和真实的硬件一样，我们都需要有程序才能让单片机工作。现在我们来用Keil5编写程序。虽然课程是用的汇编，但由于个人不太习惯汇编的程序，所以我尝试的是C语言。目标是做成一个简单的计算器。

1、Keil5新建工程

菜单栏的project下的new uVision project，选择好芯片**T80C51，**选择好地址 （可以和Proteus的工程放一个文件夹）。

然后新建一个.c源文件，并把源文件添加到工程的 Source Group内。

2、代码：

（1 思路分析

想要做一个计算器，其中有“+、-、*、/ ” 。最开始我想到的是数字和运算符分开存放，然后再处理。后来发现无法预测输入的数字位数（因为每次只能输入一位，也不能像在黑窗口那样回车）。于是我决定把数字变成字符，跟运算符存放在一个char数列里，再分析处理数列，找出数字和运算符。

（2 添加头文件

添加头文件，并设置全局变量。

#include<reg51.h>

int cro[4] = {0xFE,0xFD,0xFB,0xF7};//存放行值。分别表示是P2.0口低电平，P2.1低电平…………

char indata[50];//用于存放键盘输入的字符数列

int len=0;//数列的长度

int fnum=0;//用于存放第一个操作数（处理数列得到的数字）

int lnum=0;//用于存放第二个操作数（处理数字得到的数字）

int ans=0;//存放计算结果

char op;//存放运算符

这是51单片机的头文件，里面包含了51单片机的存储器、端口等

（3 延时程序

在单片机中延时程序经常用到，延时的方法也很多，有硬件延时、软件延时，汇编中可能会用nop，或者

MOV R0,100

DJNZ R0,$

在C语言中可以通过空循环来延时，就像下面这样。当然也有其他方法。

void delay_ms(int n){

     int i,j;

     for(i = 0; i < n; i++)

     for(j = 0; j < 1000; j++);

}//这里的值只是大概写的，n==1时不一定真是1ms。也可以算准确值。

如果一个循环够用或者容易控制时间的话，可以不用嵌套。

（4 键盘扫描程序

最先尝试的是矩阵键盘的线路反转法，但是中间出了些问题，暂时放弃了，改用 逐行扫描法。

根据书上的原理，结合以上面的电路图 写出程序。

可见，我们的键盘连接了P2端口，低4位为行，高四位为列，LED则连接的P1端口。以此为例。

先使行端口（即P2端口低四位）输出低电平，读列值。若读入的列值不为0FFH，则有键按下

int keyscan(){

     int temp;

     P2 = 0xf0;//给P12口送入11110000B

     temp = P2 & 0xf0;//读取列值

}

注意：在C语言里，二进制是前面加0b或0B，八进制是加0，十六进制加0x或0X。如十进制123，二进制0b123或0B123，八进制0123，十六进制0x123或0X123。

这样就能完成 行输出低电平，读取列值的操作。如果列值不为0xf0，表示有键按下，有一位变成低电平。

当有键按下时，可以加10毫秒延时去抖。再进行逐行扫描。

扫描的过程是第四位逐位输出低电平，读不为0xff 的列值

int keyscan(){

     int n;

     int row;

     int temp;

     P2 = 0xf0;

     temp = P2 & 0xf0;

     if(temp != 0xf0){

         delay_ms(10)//这里需要加10毫秒延时去抖，

         for(n = 0; n < 4; n++ ){//遍历，低4位逐位输出0，直到找到按下键的列值

             P2 = cro[n];//P2口低位输出0

             rol = P2 & 0xf0;//读高四维

             if(rol != 0xf0){

                 return (row|(cro[n]&0x0f));//找到按下键的列值后合成键码，并返回

                 break;

             }

         }

     }

}

这就是逐行扫描的主要程序。

（5 配置按键功能

这时候我们发现，键码找对了，该怎么让它执行特定的程序呢？比如现在按"1"，它并不代表"1"这个数。这个时候我们就需要给键配置一个功能或者含义。

我是这样定义的：

void act(int key){

     switch(key){

         case 0x77:indata[len++] = '+';P1 = 0x80;break;//输入的是运算符，输出运算符按键对应的行。并存放到前面定义的数组里，长度＋1

         case 0xB7: show(); break;//”=“键的功能是展示运算结果

         case 0xD7:indata[len++] = '0';P1 = 0x00;break;//输入的是数字，输出对应的二进制数

         case 0xE7:clear(); break;//清零键的功能是清零

         case 0x7B:indata[len++] = '-';P1 = 0x40;break;

         case 0xBB:indata[len++] = '3';P1 = 0x03;break;

         case 0xDB:indata[len++] = '2';P1 = 0x02;break;

         case 0xEB:indata[len++] = '1';P1 = 0x01;break;

         case 0x7D:indata[len++] = '*';P1 = 0x20;break;

         case 0xBD:indata[len++] = '6';P1 = 0x06;break;

         case 0xDD:indata[len++] = '5';P1 = 0x05;break;

         case 0xED:indata[len++] = '4';P1 = 0x04;break;

         case 0x7E:indata[len++] = '/';P1 = 0x10;break;

         case 0xBE:indata[len++] = '9';P1 = 0x09;break;

         case 0xDE:indata[len++] = '8';P1 = 0x08;break;

         case 0xEE:indata[len++] = '7';P1 = 0x07;break;

         default:break;

     }

}

到这里我们的基本要求已经完成。接下来是完善的部分。

（6 补坑

刚才用到而没有定义的函数，show（）clear（）。现在就让我们来把这两个函数写出来。

首先是"="号键的功能函数show（）

void show(){

     decode();//这是一个把存放按键的字符数组变成可以运算的数字的函数。

     operat();//把字符型的数字变成int型的数字后，就该计算了。这是运算函数。

     P1 = ans;//最终要把运算结果输出到LED。由于之前定义的是全局变量，所以不需要传参数

}

接下来是清零按键的功能，清零。

void clear(){

     int i;

     for(i=0;i<len;i++){//清空数组。数组没清空可能会影响第二次计算。

          indata[i] = '';

     }

     len=0;

     fnum=0;

     lnum=0;

     ans=0;

     op = '';

     for(i=0;i<3;i++){//LED闪烁三次，作为提醒。

         P1 = 0xff;

         delay_ms(20);

         P1 = 0x00;

         delay_ms(20);

     }

}

（7 深度补坑

前面的确做到了按哪个键输出对应的值。但是！！！我们怎么会满足于此呢？说好的计算器呢？

对！下面就来把运算功能的坑填一填。

首先是把字符数组的数据变成可以数学运算的数字。

void decode(){

     int i;

     int j;

     for(i = 0; i<len;i++){//先找到第一个数

         if(indata[i] >= '0' && indata[i] <= '9')

             fnum = fnum*10 + (indata[i]-'0');

         else break;

     }

     if(indata[i] == '+' || indata[i]=='-'||indata[i]=='*'||indata[i]=='/'){//然后找到中间的运算符

          op = indata[i];i++;

     }

     for(j = i; j<len;j++){//再找到第二个操作数。

          lnum = lnum*10 + (indata[j]-'0');

     }

}

是不是so easy?确实，都是基础。可能我的算法还不够好。暂且这么看着吧，提供一个思路。

然后，然后的然后就是该运算了。这个也非常简单，用一个多分支语句就能搞定了。

void operat(){

     switch(op){

         case '+':ans = fnum + lnum;break;

         case '-':ans = fnum - lnum;break;

         case '*':ans = fnum * lnum;break;

         case '/':ans = fnum / lnum;break;

     }

}

这样就能实现运算功能了。

（8 程序入口

最后我们只差一个程序入口函数了。把main() 函数加进去我们的程序就大功告成了。

void main(){

     while(1)

     {

         act(keyscan());

         delay_ms(70);

     }

}

以上就是我编写时的思路和实现。

四、让程序跑起来

现在我们硬件搭建好了，软件也实现了，接下来就是让软件在硬件中跑起来。

1、生成.hex文件

先点击这个"Option for target"。

然后找到"Output"里的"Creat HEX File"，把复选框勾上，然后编译的时候就能生成.hex文件。

例如这个

当然，这个文件也可能生成在"Object"文件夹里。

记住.hex文件的地址。

2、单片机添加程序文件

在Proteus中双击51单片机，进入单片机的属性窗口

点击"ProgramFile"后面的框选择文件，把刚才得到的.hex文件添加进去。点击左下角的开始仿真按键就可以试试自己写的程序的运行效果了。

输入了12 * 2 ，输出的是11000B，即24D；按下清零，LED闪烁提醒。功能基本实现。

五、 总结

这次时第一次用C写单片机，先前学的C似乎又能发挥作用了。但是没目前这个程序还是比较粗糙，可以再改进一下，比如可以做个连续运算的计算器，或者增加其他不一样的功能，包括多义键，以及输出设备LED也可以优化。

在这个过程中，我也发现自己的算法比较朴实无华，都是些常规的逻辑。希望有其他的做法的小伙伴一起讨论。