STC8单片机矩阵按键控制的功能实现-EW帮帮网

STC8 单片机矩阵按键控制：从原理到功能实现（附完整代码）

在单片机项目中，当需要多个按键（如 6 个以上）时，传统 “一对一 IO 口” 的独立按键方案会严重浪费 IO 资源。而矩阵按键通过 “行 / 列交叉扫描”，仅需N+M个 IO 口即可实现N×M个按键功能（如 4 行 4 列仅需 8 个 IO，实现 16 个按键），是高按键数量场景的最优选择。

一、矩阵按键核心原理（先搞懂再动手）

矩阵按键由 “行线” 和 “列线” 交叉组成，按键两端分别接在一条行线和一条列线上（如 4×4 矩阵：4 条行线 + 4 条列线，共 16 个交叉点，对应 16 个按键）。其检测核心是 **“逐行拉低 + 逐列检测”**：

行线控制：将某一行线拉低（输出低电平），其他行线拉高（输出高电平）；
列线检测：读取所有列线的电平，若某一列线为低电平，说明 “当前拉低的行线” 与 “该列线” 交叉处的按键被按下；
循环扫描：依次拉低每一行，重复步骤 2，即可检测所有按键的按下状态。

以 4×4 矩阵为例，若 “行 2 拉低时，列 3 检测到低电平”，则对应按键为 “行 2 列 3”（需提前定义按键编号与行 / 列的对应关系）。

二、项目硬件清单与接线（4×4 矩阵为例）

STC8 单片机 IO 口充足，推荐选择 P1 口（8 个 IO）实现 4×4 矩阵按键（4 行 + 4 列），硬件成本极低，仅需按键、杜邦线和面包板：

硬件模块	规格 / 型号	作用说明
STC8 单片机	STC8A8K64U（或同系列）	主控，实现按键扫描与功能控制
矩阵按键	4×4 薄膜按键（或独立按键搭建）	输入设备，提供 16 个按键控制信号
面包板 + 杜邦线	通用规格	搭建电路，连接单片机与按键
上拉电阻（可选）	10kΩ（4 个）	若行 / 列线无内部上拉，需外接确保电平稳定

硬件接线图（关键！按此接线避免错误）

STC8 的 P1 口分为 “行线” 和 “列线”，建议将高 4 位设为行线（输出），低 4 位设为列线（输入），接线如下：

STC8 单片机引脚	矩阵按键引脚	角色	备注
P34	行 1（Row1）	输出	控制该行电平（拉低 / 拉高）
P35	行 2（Row2）	输出	-
P40	行 3（Row3）	输出	-
P41	行 4（Row4）	输出	-
P03	列 1（Col1）	输入	检测该列电平（判断按键是否按下）
P06	列 2（Col2）	输入	-
P07	列 3（Col3）	输入	-
P17	列 4（Col4）	输入	-
GND	矩阵按键 GND	接地	所有按键的公共端需接地

注意：STC8 的 IO 口可配置为 “准双向口”（默认），准双向口作输入时需先拉高（避免电平不确定），因此列线无需额外上拉电阻（软件拉高即可）。

三、软件核心实现（从扫描到功能）

矩阵按键的软件核心是 **“消抖 + 扫描 + 按键编码”**：消抖避免按键机械抖动导致误触发，扫描获取按键位置，编码将 “行 / 列坐标” 转为便于使用的按键编号（如 0-15）。以下代码基于 Keil C51 开发，兼容 STC8 全系列单片机。

1. 第一步：基础定义与消抖函数（避免误触发）

按键按下时会有 10-20ms 的机械抖动（电平反复跳变），需通过 “延时消抖” 或 “多次检测” 确保按键状态稳定。这里采用 “延时消抖”（简单易懂，适合新手）。

代码文件：`MatrixKey.h`（头文件）

#ifndef __MATRIX_KEYS__
#define __MATRIX_KEYS__

#include "GPIO.h"

#define MK_USE_DOWN 	1
#define MK_USE_UP	 	1
// 只是做声明，用户使用的时候，相应开关打开，函数同时一定要定义
// 按下的回调函数
void MK_on_keydown(u8 row, u8 col);
// 抬起的回调函数
void MK_on_keyup(u8 row, u8 col);

// 初始化
void MK_init();

// 扫描按键
void MK_scan();

#endif

代码文件：`MatrixKey.c`（延时消抖函数）//在按键后面加个NOP10();就好

// 扫描按键
void MK_scan() {
	u8 r, c;

	for (r = 0; r < 4; r++) { // 检查行  r = 0~3
		NOP2(); // 可选的延时，可以不写
		row_out(r); // 设置行引脚
		for (c = 0; c < 4; c++) { // 列
			if (IS_KEY_UP(r, c) && col_in(c) == DOWN) { // 上一次抬起，当前按下，按下才有效
				SET_KEY_DOWN(r, c);  // 保存状态
				// printf("第 %d 行第 %d 列 按下\n", (int)(r+1), (int)(c+1));
				#if MK_USE_DOWN
				MK_on_keydown(r, c);
				#endif
				
			} else if (IS_KEY_DOWN(r, c) && col_in(c) == UP) { // 上一次按下，当前抬起，抬起才有效
				SET_KEY_UP(r, c);
				// printf("第 %d 行第 %d 列 抬起\n", (int)(r+1), (int)(c+1));
				#if MK_USE_UP
				MK_on_keyup(r, c);
				#endif
			}
		}	
	}
}

2. 第二步：矩阵按键扫描函数（核心算法）

扫描函数通过 “逐行拉低→逐列检测” 实现按键位置识别，步骤如下：

初始化行线（全部拉高）、列线（全部拉高，确保输入电平稳定）；
逐行拉低当前行，其他行保持拉高；
检测所有列线，若某列电平为低，说明对应按键按下，进行消抖后返回按键编号；
若所有行扫描完成无低电平，返回 “无按键”（KEY_NONE）。

代码片段：`MatrixKey.c`（扫描函数实现）

#include "MatrixKeys.h"

#define		COL1	P03  // 列引脚
#define		COL2	P06
#define		COL3	P07
#define		COL4	P17
#define		ROW1	P34	 // 行引脚
#define		ROW2	P35
#define		ROW3	P40
#define		ROW4	P41

#define		DOWN	0
#define		UP		1

u16 states = 0xffff;  // 每个按键都是1，都是抬起

#define  IS_KEY_UP(r, c)   		((states >> (r*4+c) & 1) == 1)   // 取出第n位，判断是1
#define  IS_KEY_DOWN(r, c) 		((states >> (r*4+c) & 1) == 0)   // 取出第n位，判断是0
#define  SET_KEY_UP(r, c)   	(states |= (1 << (r*4+c)))    // 第n位置1
#define  SET_KEY_DOWN(r, c) 	(states &= ~(1 << (r*4+c)))  // 第n位置0

void row_out(u8 r) {
	COL4 = COL3 = COL2 = COL1 = 1;
	ROW1 = r == 0 ? 0 : 1;
	ROW2 = r == 1 ? 0 : 1;
	ROW3 = r == 2 ? 0 : 1;
	ROW4 = r == 3 ? 0 : 1;
}

u8 col_in(u8 c) {
	if (c == 0) return COL1; // 返回列引脚的电平的值
	if (c == 1) return COL2;
	if (c == 2) return COL3;
	if (c == 3) return COL4;

	return 0;
}

// 初始化
void MK_init() {
	// P03 06 07
	P0_MODE_IO_PU(GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7);
	// P17
	P1_MODE_IO_PU(GPIO_Pin_7);
	// P34 35
	P3_MODE_IO_PU(GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5);
	// P40 41
	P4_MODE_IO_PU(GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1);
}

// 扫描按键
void MK_scan() {
	u8 r, c;

	for (r = 0; r < 4; r++) { // 检查行  r = 0~3
		NOP2(); // 可选的延时，可以不写
		row_out(r); // 设置行引脚
		for (c = 0; c < 4; c++) { // 列
			if (IS_KEY_UP(r, c) && col_in(c) == DOWN) { // 上一次抬起，当前按下，按下才有效
				SET_KEY_DOWN(r, c);  // 保存状态
				// printf("第 %d 行第 %d 列 按下\n", (int)(r+1), (int)(c+1));
				#if MK_USE_DOWN
				MK_on_keydown(r, c);
				#endif
				
			} else if (IS_KEY_DOWN(r, c) && col_in(c) == UP) { // 上一次按下，当前抬起，抬起才有效
				SET_KEY_UP(r, c);
				// printf("第 %d 行第 %d 列 抬起\n", (int)(r+1), (int)(c+1));
				#if MK_USE_UP
				MK_on_keyup(r, c);
				#endif
			}
		}	
	}
}

优化说明：代码中 “等待按键释放”（

while(COLx == 0)

）可避免长按导致的重复触发，若需要 “长按连发” 功能，可删除该句，并在主函数中通过定时判断长按时间。

3. 第三步：主函数实现（按键功能控制）

主函数通过循环调用扫描函数获取按键状态，再根据按键编号执行对应功能（这里以 “控制 LED 亮灭” 为例，实际可替换为 “调节屏幕显示、控制电机、设置参数” 等功能）。

代码文件：`main.c`（功能实现）

#include    "GPIO.h"
#include	"Delay.h"
#include 	"UART.h"	// 串口配置 UART_Configuration
#include 	"NVIC.h"	// 中断初始化NVIC_UART1_Init
#include 	"Switch.h"  // 引脚切换 UART1_SW_P30_P31

#include "MatrixKeys.h"

void GPIO_config() { 
    GPIO_InitTypeDef info;
	// ===== UART1  P30  P31  准双向
    info.Mode = GPIO_PullUp; 				// 准双向
    info.Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;   	// 引脚
    GPIO_Inilize(GPIO_P3, &info);
}

// 串口配置函数的定义
void UART_config(void) {
	// >>> 记得添加 NVIC.c, UART.c, UART_Isr.c <<<
    COMx_InitDefine		COMx_InitStructure;					//结构定义
    COMx_InitStructure.UART_Mode      = UART_8bit_BRTx;	//模式, UART_ShiftRight,UART_8bit_BRTx,UART_9bit,UART_9bit_BRTx
    COMx_InitStructure.UART_BRT_Use   = BRT_Timer1;			//选择波特率发生器, BRT_Timer1, BRT_Timer2 (注意: 串口2固定使用BRT_Timer2)
    COMx_InitStructure.UART_BaudRate  = 115200ul;			//波特率, 一般 110 ~ 115200
    COMx_InitStructure.UART_RxEnable  = ENABLE;				//接收允许,   ENABLE或DISABLE
    COMx_InitStructure.BaudRateDouble = DISABLE;			//波特率加倍, ENABLE或DISABLE
    UART_Configuration(UART1, &COMx_InitStructure);		//初始化串口1 UART1,UART2,UART3,UART4

  	NVIC_UART1_Init(ENABLE,Priority_1);		//中断使能, ENABLE/DISABLE; 优先级(低到高) Priority_0,Priority_1,Priority_2,Priority_3
    UART1_SW(UART1_SW_P30_P31);		// 引脚选择, UART1_SW_P30_P31,UART1_SW_P36_P37,UART1_SW_P16_P17,UART1_SW_P43_P44
}

// 按下的回调函数
void MK_on_keydown(u8 r, u8 c) {
//	printf("第 %d 行第 %d 列 按下\n", (int)(r+1), (int)(c+1));
	
	if (r == 0 && c == 0) { // 从0开始计算
		printf("===========key1按下=========\n");
	} else if ((r+1) == 4 && (c+1) == 4) { // 从1开始
		printf("===========key16按下=========\n");
	}
}

// 抬起的回调函数
void MK_on_keyup(u8 r, u8 c) {
//	printf("第 %d 行第 %d 列 抬起\n", (int)(r+1), (int)(c+1));
	
	if (r == 0 && c == 0) {
		printf("===========key1抬起=========\n");
	} else if ((r+1) == 4 && (c+1) == 4) {
		printf("===========key16抬起=========\n");
	}
}

void main() {
	EA = 1; // 使能中断总开关
	
    GPIO_config(); // GPIO配置
	UART_config(); // 串口配置
	
	MK_init();  // 矩阵按键
	
    while (1){
		MK_scan();
		delay_ms(20);
    }
    
}

四、常见问题排查（避坑指南）

所有按键无响应：

检查接线：行线 / 列线是否接反，GND 是否接好；
检查 IO 口方向：行线是否设为输出，列线是否先拉高（准双向口输入需先拉高）；
测试延时函数：若延时过短，消抖不彻底，可适当增加消抖时间（如改为 30ms）。

按键误触发（按下 A 键触发 B 键）：

排查硬件短路：行线与列线是否有短路（面包板接触不良可能导致）；
优化扫描逻辑：确保 “扫描完一行后恢复为高电平”（避免相邻行干扰）。

按键按下后无释放（一直触发）：

检查 “等待按键释放” 代码：若删除了while(COLx == 0)，需在主函数中增加 “按键释放检测”；
检查按键机械故障：更换按键或清理按键触点（避免触点粘连）。

五、功能拓展（从基础到实用）

长按功能：在扫描函数中记录 “按键按下时间”，若按下时间超过 500ms，判定为长按，执行对应功能（如长按 “上键” 快速调节数值）；
组合按键：检测多个按键同时按下（如 “KEY_0+KEY_1”），执行特殊功能（如系统复位）；
中断扫描：将列线设为外部中断引脚，仅当列线电平变化时触发中断，再扫描行线，降低 CPU 占用率（适合多任务场景）；
结合屏幕显示：将按键功能与前文的 ISP/OLED 屏幕结合，如按下按键切换显示界面、修改时间参数等。

STC8单片机矩阵按键控制的功能实现

STC8 单片机矩阵按键控制：从原理到功能实现（附完整代码）

一、矩阵按键核心原理（先搞懂再动手）

二、项目硬件清单与接线（4×4 矩阵为例）

硬件接线图（关键！按此接线避免错误）

三、软件核心实现（从扫描到功能）

1. 第一步：基础定义与消抖函数（避免误触发）

代码文件：`MatrixKey.h`（头文件）

代码文件：`MatrixKey.c`（延时消抖函数）//在按键后面加个NOP10();就好

2. 第二步：矩阵按键扫描函数（核心算法）

代码片段：`MatrixKey.c`（扫描函数实现）

3. 第三步：主函数实现（按键功能控制）

代码文件：`main.c`（功能实现）

四、常见问题排查（避坑指南）

五、功能拓展（从基础到实用）

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1. 第一步：基础定义与消抖函数（避免误触发）

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代码文件：MatrixKey.c（延时消抖函数）//在按键后面加个NOP10();就好

2. 第二步：矩阵按键扫描函数（核心算法）

代码片段：MatrixKey.c（扫描函数实现）

3. 第三步：主函数实现（按键功能控制）

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