前述

  • 在闲暇的时候逛B站发现某UP使用了移位寄存器实现1*N矩阵键盘，就想着蛮简单的自己也动手弄一弄才发现踩的坑还挺多的。
  • 今天就从图的设计到程序的编写来实现
  • 今天所使用的单片机型号是MCU51，至于为什么不用STM32等其他主流主控芯片。因为懒的配置GPIO。直接修改寄存器就好了。但是其他单片机也是一样的方法

需要准备的工具

  • Proteus主要用于仿真
  • Keil5主要用于开发编写程序
  • 74HC165芯片手册

芯片手册分析

  • 打开芯片手册就可以直接的看到芯片的基本功能

  • 该芯片工作电压在2v ~ 6v

  • 并行输入转串行输出

  • 主要应用在 视频的驱动，输出扩展，和今天要做的矩阵键盘

  • 内部逻辑图

  • 从图中可以看出使用的是RS锁存器进行数据的存储

  • 前面的了解一下即可，重要的还是芯片的管脚

  • 可以从下图看到每个管脚对应的作用

  • A-G：并行输入端

  • SER：串行输入端

  • Qh：串行输出端

  • Vcc：电源

  • GND：地线

  • CLK：时钟信号

  • 芯片的真值表也是很重要的

  • 真值表可以让我们编写程序来操作芯片工作

仿真部分

  • 仿真使用的是Proteus，从芯片手册可以看到如果需要使用时钟上升沿当作移位信号那么CLK INH就直接接地即可。下面是Proteus的连接

  • 画叉叉的地方就是一个多输出端的电阻

  • 这里我将两个芯片级联了，达到扩展16个输入端。还可以不断级联扩展并且还是只需要3根线也就是说不管级联多少都只需要3个IO口读取数据

  • 上面那个芯片的Qh连接到了P10口，P10就是数据的输入主要用来扫描寄存器里的数据

  • 根据真值表，两个INH连接地线即可，用于配合工作

  • SH/LD非是用来控制输入还是移位，连接到了P12

  • CLK用于控制操作芯片工作，连接到了P11

  • 最上面的示波器只是为了方便我们分析程序找出问题

程序编写

  • 引入头文件和定义宏用于后面方便移植
1
2
3
4
5
6
7
8
#include <REG51RD2.H>

#define SH_LD P1_2
#define CLK P1_1
#define OUT P1_0

typedef unsigned int u16;
typedef unsigned char u8;
  • 主要部分，扫描键盘输入
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24

u16 KEY_Scan(void){
	
	u8 i;
	u16 key;
	key = 0;
	
	CLK = 1; //Set clock to 1
	SH_LD = 0; //Read input
	SH_LD = 1; // Stop reead input
	key |= OUT;
	
	for(i=0;i<15;i++){
		
		CLK = 0; // Set clock to 0 to read data
		CLK = 1; // Set clock to 1 to prefer next scan for data
		key <<= 1;
		key |= OUT;
	}
	
	CLK = 0;
	return key;
}

  • 代码逻辑

    1. 置时钟为高电平
    2. 根据真值表设置SH/LD非获取用户输入的数据
    3. 将数据锁起来，停止用户输入
    4. 获取最高位数据存放到key中
    5. 循环依次获取每个寄存器的值放到key中，每循环一次左移1是为了不让后面的数据把当前数据替换掉。CLK = 0，CLK = 1是为了产生一个上升沿的信号
    6. 最后停止芯片的时钟
    7. 返回key，key存放的就是用户输入键盘的状态每一个比特位为一个按键的状态

  • 这里key我使用了一个u16的数据类型是因为刚好有16个按键，每个按键的状态刚好对应了每一位比特位

  • 如果是要扩展32个按键可以使用unsigned long要是64个按键或更多按键可以使用一个unsigned long的数组存放

  • 主函数，对按键状态取反是因为由于按键是低电平有效，反转后变成到高电平有效方便后期处理

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
int main(void){
	
	while(1){
		u16 key = ~KEY_Scan();
		
		u8 num = KeyToNum(key);
		if (num != -1)
			LED_ShowNum(num);	
		Delayms(10);
	}
}

  • 完整代码
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80

#include <REG51RD2.H>

#define SH_LD P1_2
#define CLK P1_1
#define OUT P1_0

typedef unsigned int u16;
typedef unsigned char u8;

void Delayms(unsigned char x)		//@12.000MHz
{
	unsigned char i, j;
	do{
		i = 2;
		j = 239;
		do
		{
			while (--j);
		} while (--i);
	} while(--x);
}


void LED_ShowNum(u8 num){
	u8 i,j;
	i = num / 10;
	j = num % 10;
	P2 &= 0;
	P2 |= j;
	P2 <<= 4;
	P2 |= i;
}


u16 KEY_Scan(void){
	
	u8 i;
	u16 key;
	key = 0;
	
	CLK = 1; //Set clock to 1
	SH_LD = 0; //Read input
	SH_LD = 1; // Stop reead input
	key |= OUT;
	
	for(i=0;i<15;i++){
		
		CLK = 0; // Set clock to 0 to read data
		CLK = 1; // Set clock to 1 to prefer next scan for data
		key <<= 1;
		key |= OUT;
	}
	
	CLK = 0;
	return key;
}

u8 KeyToNum(u16 key){
	u8 i;
	for(i=0;i<16;i++)
		if (((key >> i) & 0x01) == 0x01)
			return i+1;
	return -1;
}

int main(void){
	
	while(1){
		u16 key = ~KEY_Scan();
		
		u8 num = KeyToNum(key);
		if (num != -1)
			LED_ShowNum(num);	
			
		Delayms(10);
	}
}