函数进阶与按键（2）

8.4.5 矩阵按键的扫描

我们讲独立按键扫描的时候，大家已经简单认识了矩阵按键是什么样子了。矩阵按键相当于4组每组各4个独立按键，一共是16个按键。那我们如何区分这些按键呢？想一下我们生活所在的地球，要想确定我们所在的位置，就要借助经纬线，而矩阵按键就是通过行线和列线来确定哪个按键被按下的。那么在程序中我们又如何进行这项操作呢？

前边讲过，按键按下通常都会保持100ms以上，如果在按键扫描中断中，我们每次让矩阵按键的一个KeyOut输出低电平，其它三个输出高电平，判断当前所有KeyIn的状态，下次中断时再让下一个KeyOut输出低电平，其它三个输出高电平，再次判断所有KeyIn，通过快速的中断不停的循环进行判断，就可以最终确定哪个按键按下了，这个原理是不是跟数码管动态扫描有点类似？数码管我们在动态赋值，而按键这里我们在动态读取状态。

至于扫描间隔时间和消抖时间，因为现在有4个KeyOut输出，要中断4次才能完成一次全部按键的扫描，显然再采用2ms中断判断8次扫描值的方式时间就太长了（248=64ms），那么我们就改用1ms中断判断4次采样值，这样消抖时间还是16ms(144)。下面就用程序实现出来，程序循环扫描板子上的K1～K16这16个矩阵按键，分离出按键动作并在按键按下时把当前按键的编号显示在一位数码管上（用0~F表示，显示值=按键编号-1）。

这个程序完成了矩阵按键的扫描、消抖、动作分离的全部内容，希望大家认真研究一下，彻底掌握矩阵按键的原理和应用方法。在程序中还有两点值得说明一下。

首先，可能你已经发现了，中断函数中扫描KeyIn输入和切换KeyOut输出的顺序与前面提到的顺序不同，程序中我首先对所有的KeyIn输入做了扫描、消抖，然后才切换到了下一次的KeyOut输出，也就是说我们中断每次扫描的实际是上一次输出选择的那行按键，这是为什么呢？因为任何信号从输出到稳定都需要一个时间，有时它足够快而有时却不够快，这取决于具体的电路设计，我们这里的输入输出顺序的颠倒就是为了让输出信号有足够的时间（一次中断间隔）来稳定，并有足够的时间来完成它对输入的影响，当你的按键电路中还有硬件电容消抖时，这样处理就是绝对必要的了，虽然这样使得程序理解起来有点绕，但它的适应性是最好的，换个说法就是，这段程序足够“健壮”，足以应对各种恶劣情况。

其次，是一点小小的编程技巧。注意看keyout = keyout & 0x03;这一行，在这里我是要让keyout在0～3之间变化，加到4就自动归零，按照常规你可以用前面讲过的if语句轻松实现，但是你现在看一下这样程序是不是同样可以做到这一点呢？因为0、1、2、3这四个数值正好占用2个二进制的位，所以我们把一个字节的高6位一直清零的话，这个字节的值自然就是一种到4归零的效果了。看一下，这样一句代码比if语句要更为简洁吧，而效果完全一样。

8.5 简易加法计算器

学到这里，我们已经掌握了一种显示设备和一种输入设备的使用，那么是不是可以来做点综合性的实验了。好吧，那我们就来做一个简易的加法计算器，用程序实现从板子上标有0～9数字的按键输入相应数字，该数字要实时显示到数码管上，用标有向上箭头的按键代替加号，按下加号后可以再输入一串数字，然后回车键计算加法结果，并同时显示到数码管上。虽然这远不是一个完善的计算器程序，但作为初学者也足够你研究一阵子了。

首先，本程序相对于之前的例程要复杂得多，需要完成的工作也多得多，所以我们把各个子功能都做成独立的函数，以使程序便于编写和维护。大家分析程序的时候就从主函数和中断函数入手，随着程序的流程进行就可以了。大家可以体会体会划分函数的好处，想想如果还是只有主函数和中断函数来实现的话程序会是什么样子。

其次，大家可以看到我们再把矩阵按键扫描分离出动作以后，并没有直接使用行列数所组成的数值作为分支判断执行动作的依据，而是把抽象的行列数转换为了一种叫做标准键盘键码（就是电脑键盘的编码）的数据，然后用得到的这个数据作为下一步分支判断执行动作的依据，为什么多此一举呢？有两层含义：第一，尽量让自己设计的东西（包括硬件和软件）向已有的行业规范或标准看齐，这样有助于别人理解认可你的设计，也有助于你的设计与别人的设计相对接，毕竟标准就是为此而生的嘛。第二，有助于程序的层次化而方便维护与移植，比如我们现在用的按键是44的，但如果后续又增加了一行成了45的，那么由行列数组成的编号可能就变了，我们就要在程序的各个分支中查找修改，稍不留神就会出错，而采用这种转换后，我们则只需要维护KeyCodeMap这样一个数组表格就行了，看上去就像是把程序的底层驱动与应用层的功能实现函数分离开了，应用层不用关心底层的实现细节，底层改变后也无需在应用层中做相应修改，两层程序之间是一种标准化的接口。这就是程序的层次化，而层次化是构建复杂系统的必备条件，那么现在就先通过简单的示例来学习一下吧。

作为初学者针对这种程序的学习方式是，先从头到尾读一到三遍，边读边理解，然后边抄边理解，彻底理解透彻后，自己尝试独立写出来。完全采用记忆模式来学习这种例程，一两个例程你可能感觉不到什么提高，当这种例程背过上百八十个的时候，厚积薄发的感觉就来了。同时，在抄读的过程中也要注意学习编程规范，这些可都是无形的财富，可以为你日后的研发工作加分的哦。

8.6 练习题

1、理解单片机最小系统三要素电路设计规则。

2、掌握函数间相互调用的方法和规则。

3、学会独立按键和矩阵按键的电路设计方法和软件编程思路。

4、用一个按键实现一个数码管数字从F~0递减的变化程序。

5、用矩阵按键做一个简易减法计算器。