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前言

在上篇文章【51單片機】〈C語言+Keil5+Proteus仿真〉矩陣鍵盤逐行掃描法-20210414中，提到了矩陣鍵盤的線反轉法，但是在仿真上出現(xiàn)了一些問題，導致沒能做出來。當時都已經(jīng)開始懷疑自己，課本上的雖然是匯編寫的代碼段，但是我用C來實現(xiàn)居然會出錯，不禁讓我陷入沉思……后來經(jīng)過不斷地控制變量反復實驗，終于我發(fā)現(xiàn)，這是仿真軟件的問題，與我無瓜。
主要體現(xiàn)在逐行掃描法可以完美運行，一換到線反轉法就出錯。所以這篇文章主要用于記錄矩陣鍵盤線反轉法的仿真實現(xiàn)。

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一、實驗環(huán)境

由于目前學校的實驗課程尚未開始，即使實驗課程開始我也不會用實驗室的器材來記錄，所以CSDN上的學習記錄必將長期或絕大部分用軟件仿真來實現(xiàn)。其實不論是仿真還是實際操作，其原理和目的都是一樣的。

• Proteus 8 Professional
  這是一個常用的仿真軟件，具體操作在這篇講矩陣鍵盤的逐行掃描法中寫到過，可以作為參考。其實，Proteus也可以寫程序，但是同樣需要先下載安裝有Keil才能使用C語言寫，否則只能是匯編語言。匯編語言程序我也能寫，但是現(xiàn)在還是更傾向于用C。
• Keil5
  這是一個比較常用的單片機程序的編譯軟件，支持C、匯編以及其他語言的文件，軟件界面類似VC++6.0。使用中的注意事項有：
  • 不能很好地支持中文！！！連中文的注釋都有可能亂碼，文件名也最好發(fā)放棄中文命名的習慣，軟件有可能找不到中文命名的源文件地址！導致編譯失敗等等問題。（估計是只有我才有這樣的習慣吧……）
  • 一定要記得添加源文件到項目中，這是基本操作了。但是我還是會偶爾忘記。
  • 一定要記得在“option of target”的“output”中勾選創(chuàng)建.hex文件，并且要記得創(chuàng)建的位置。

好了，具體操作不在贅述，上面的提到的文章有。下面開始正題。

二、拙

1、硬件

一開始，我以為可以按照逐行掃描法時一樣的電路進行操作。所以選擇的硬件都沒變：Keypad-Smallcalc(鍵盤)，80C51（芯片），Respack（排阻），Led-Bargraph-GRN（Led）以及電源端和接地端。所用到的原件如圖：

然后一頓操作猛如虎，我按照上次逐行掃描法的方式連線，即：
每次看著整整齊齊的線路圖，倒還挺舒服的。是不是連線也相當簡單？因為掛載的設備少，而且功能也比較簡單，所以我們就不用擴展接口芯片了，直接用8051的P1口連接就按盤，P0口連接Led即可。
注意：P0口要有上拉電阻才能輸出高電平。

2、軟件程序

在電路的基礎上，我還是想實現(xiàn)一個計算器的基本功能。上次用逐行掃描法做的計算器只能計算兩個數(shù)的計算，現(xiàn)在至少得進步一下才能看到新東西。所以這次琢磨中，實現(xiàn)了連續(xù)運算的功能。

1）線反轉法和逐行掃描法

首先我們先來捋一捋鍵盤檢測的流程：

• 先行輸?shù)碗娖剑蟹较蜃x入列值。當沒有鍵按下時，列值應該為高電平，即FH。若有鍵按下，則列值不全為高電平。如行方向輸入低電平0000B，若讀入列值為1111B則表示沒有鍵被按下，若為0111B則表示第一列右鍵按下。
• 去抖動。去抖動是因為按鍵在電平變化是會出現(xiàn)尖峰抖動，影響程序判定按下的次數(shù)。所以需要對這段尖峰進行處理。常見的方法有硬件除抖動和軟件除抖動。軟件除抖動最簡單的辦法就是==“不能解決它就不要面對它”==。所以我們在程序中加入延時程序，忽略這段抖動就可以了。
• 再讀一次列值，若為列值不全為高電平則表示的確有鍵按下。然后就是鍵盤分析程序。一種是逐行掃描法，另一種是線反轉法。
• 逐行掃描法：既然我知道了有鍵按下，那我就逐行送入低電平，讀列值。若這一列輸入低電平，而列值全為高電平，則被按下的鍵不在這一行。換下一行。若列值有低電平，則保存此時的行值和列值。進行其他計算得到鍵碼。
• 線反轉法：測試時讀入的列值不全為高電平，則保存列值。然后行列的電平反轉，即列輸出低電平，讀行值。這時得到一個行值和一個列值，兩個數(shù)即代表了一個鍵的鍵碼。

上次的鍵盤程序我用了逐行掃描法，這次我們就用線反轉法。下面我們來測試一下程序。

2）線反轉法程序

void keyscan(){
	int temp;
	while(1){
	P1=0xf0;//P1口第四位輸出低電平，即行值設為全0
	if((P1&0xf0)!=0xf0){//列值不全為高電平
		delayms(5);//去抖動
		temp=P1&0xf0;//讀入列值
		P1=0x0f;//列值設為低電平
		temp |= (P1&0x0f);//把行值（第四位）和列值（高四位）位或得到唯一指向按鍵的鍵碼
		P0=temp;//在Led上輸出鍵碼
		while(P1!=0x0f);
		}
	}
}

按鍵分析程序已經(jīng)完成，寫一個主程序和延時程序試試線反轉法效果。

#include<reg51.h>
void delayms(int n){
   int i;
   int j;
   for(i=0;i<n;i++)
      for(j=0;j<120;j++);
   }
 
 void main(void){ 
   // Write your code here
	P0=0x00;
	while(1){
		keyscan();
		delayms(50);
	}
}

然后我就此進行了測試。發(fā)現(xiàn)這效果不對呀。

我發(fā)現(xiàn)按下不同的鍵，Led顯示的鍵碼低4為永遠是全1。于是我又把行列的順序換了再進行測試。即列先給低電平，讀行值，有鍵按下再行給低電平讀列值。

void keyscan(){
	int temp;
	while(1){
	P1=0x0f;//P1口高四位輸出低電平，即列值設為全0
	if((P1&0x0f)!=0x0f){//讀入行值不全為高電平
		delayms(5);//去抖動
		temp=P1&0x0f;//讀入行值
		P1=0xf0;//行值設為低電平
		temp |= (P1&0xf0);//把行值（第四位）和列值（高四位）位或得到唯一指向按鍵的鍵碼
		P0=temp;//在Led上輸出鍵碼
		while(P1!=0xf0);
		}
	}
}

然后這次是不一樣的情況，它轉移了。

變成高4位全為高電平，低4位顯示正確的情形。由此判斷它只是有第一次讀P1口的值有效，而第二次出錯。于是這個問題糾結了我好幾天。最終我發(fā)現(xiàn)了這個keypad-smallcalc 鍵盤有問題。

三、悟

后來通過不斷嘗試，想找出代碼的問題，但是按照課本的匯編來說，這個邏輯并沒有問題。于是我用button做了一個矩鍵盤，就沒有問題了。

1、換一個鍵盤

用button做的鍵盤有一種原始的感覺，畢竟沒有封裝到一起。所以它是這樣的。
用相同的代碼，再看看效果：

由此可見，Led高4位顯示的是列值，低4位顯示行值，也就是說線反轉法的額程序沒有問題，是可以實現(xiàn)的。
以上，就是對線反轉法的實驗探討。下面把完整的功能實現(xiàn)。

2、加入如鍵盤功能

首先，我們想到：有了鍵碼，就應該分配每個鍵的意義。用代碼表示則只需要一個多分支語句。

void act(int key){
	switch(key){
		case 0x77:clear();break;//清零，并用流水燈來提示。
		case 0xB7:savedata(0);break;//數(shù)字鍵的功能是把數(shù)字保存起來
		case 0xD7:output();break;//等于號的功能是顯示結果ans
		case 0xE7:saveop('+');break;//按下運算符鍵，可以對前面輸入的兩個數(shù)進行計算，并把新的運算符保存起來。進而可以進行連續(xù)運算。
		case 0x7B:savedata(1);break;
		case 0xBB:savedata(2);break;
		case 0xDB:savedata(3);break;
		case 0xEB:saveop('-');break;
		case 0x7D:savedata(4);break;
		case 0xBD:savedata(5);break;
		case 0xDD:savedata(6);break;
		case 0xED:saveop('*');break;
		case 0x7E:savedata(7);break;
		case 0xBE:savedata(8);break;
		case 0xDE:savedata(9);break;
		case 0xEE:saveop('/');break;
	}
}

下面是對每一個功能函數(shù)的定義：

#include<reg51.h>

int ans=0;//存放計算結果
int num=0;//存放新的操作數(shù)
char op='\0';//存放運算符

void operat(){
	switch(op){
		case '+':ans=ans+num;break;
		case '-':ans=ans-num;break;
		case '*':ans=ans*num;break;
		case '/':ans=(num==0)?0xff:(ans/num);break;//注意，這里需要有一個除0的處理。否則可能除0會出現(xiàn)除零錯誤。前面逐行掃描法沒有注意到。
		default:ans=0xff;
	}
}
	 
void saveop(char p){
	if(op!='\0'){//如果不是第一個運算符，即前面已經(jīng)有了兩個數(shù)
		operat();//則先對已有的ans和num計算
	}
	op=p;
	P0=ans;//展示結果
}
	 
void savedata(int n){
	if(op=='\0'){	//如果還沒有輸入過運算符，則這是第一個數(shù)，存到ans內
		ans=ans*10+n;//把輸入的數(shù)轉換成一個數(shù)
		P0=ans;
	}
	else{
		num=num*10+n;//不是第一個數(shù)則存到num中
		P0=num;
	}
}



int keyscan(){
	int temp;
	P1=0xf0;
	if((P1&0xf0)!=0xf0){
		delayms(5);
		if((P1&0xf0)!=0xf0){
			temp=P1&0xf0;
			P1=0x0f;
			temp |= (P1&0x0f);
			delayms(20);
			}
		return temp;
	}
	else return 0xff;
}
void turnLight(){//跑馬燈
	int light=0x03;
	int i;
	int n;
	P2=0x0f;
	for(n=0;n<3;n++){
		for(i=0;i<8;i++){
			P0=light;
			light=(light>>(8-1))|(light<<1);//我發(fā)現(xiàn)<<和>>移位操作不是循環(huán)的，會丟失被移出去的數(shù)。
			delayms(10);
		}
	}
	P0=0;
}
void clear(){//清零函數(shù)
	ans=0;
	num=0;
	op='\0';
	turnLight();
}
void show(int m){//顯示函數(shù)
	P0=m;
	num=0;
}
void output(){//輸出的函數(shù)。即顯示和等于的功能不同。按下等于之后實際上是要把num清零的，防止num的值影響后面的輸入。而show函數(shù)不用，只是顯示當前的值。
	operat();
	op='\0';
	num=0;
	show(ans);
}

最后是程序的入口

void main(void){ 
	while(1){
		act(keyscan());
		delayms(30);
	}
}

但這就完成了。這次的功能實現(xiàn)是連續(xù)運算。比如12+13==>25-10==>15*2==> =30這樣的操作。

3、效果

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總結

這次的核心是把線反轉法實現(xiàn)，附加的實現(xiàn)了連續(xù)運算。也算是上次的后續(xù)吧。但是我還想再把七段數(shù)碼管加進來顯示，讓I/O更人性化。畢竟看二進制還要轉換，不如用十進制，我們熟悉的方式顯示。后面幾天我也會再學習學習七段數(shù)碼管的使用，爭取早點把這個計算器完善。
把自己學習的歷程發(fā)出來也是一種很好的記錄方式，也希望能跟小伙伴一起學習。