单片机实验：矩阵式键盘输入检测程序设计与实现

本实验将设计一个矩阵式键盘输入检测程序，使用单片机实现对 4x4 矩阵式键盘的输入识别，并通过 LED 指示灯或数码管显示按键值。

一、实验目的

掌握矩阵式键盘的工作原理。
学习使用单片机控制 LED 指示灯和数码管显示。
练习汇编语言程序设计。

二、实验原理

矩阵式键盘由行线和列线构成，每个按键对应一个行线和一个列线。通过控制行线和列线的高低电平，可以识别按键是否被按下。

三、实验步骤

将矩阵式键盘连接到单片机上。
初始化端口，设置输入和输出方向。
循环检测键盘是否有按键按下。
如果有按键按下，则根据按键的值点亮相应的 LED 指示灯或者在数码管上显示按键的值。
等待一段时间后，清除 LED 指示灯或者数码管上的显示。

四、程序设计方法

设置端口方向和初始状态。
设计一个扫描函数，用来检测键盘是否有按键按下。
通过扫描函数检测到按键按下后，根据按键的值点亮 LED 指示灯或者在数码管上显示按键的值。
等待一段时间后，清除 LED 指示灯或者数码管上的显示。
循环执行扫描函数。

五、硬件原理图

见下图

六、流程图

见下图

七、汇编代码

; 矩阵式键盘输入检测程序

; 定义端口
KEY_PORT    equ P1      ; 键盘输入端口
LED_PORT    equ P2      ; LED 指示灯输出端口
DIG_PORT    equ P3      ; 数码管输出端口

; 定义常量
DELAY_TIME  equ 1000    ; 延时时间

; 初始化端口
    MOV     KEY_PORT, #0FFH  ; 设置端口为输入
    MOV     LED_PORT, #0     ; 设置 LED 输出端口为低电平
    MOV     DIG_PORT, #0     ; 设置数码管输出端口为低电平

; 扫描函数
SCAN:
    MOV     A, #0FH         ; 设置 A 寄存器为 0FH，用来检测列
    MOV     KEY_PORT, A     ; 将 A 寄存器的值输出到端口
    NOP                     ; 等待一段时间
    MOV     A, KEY_PORT     ; 读取键盘输入端口
    ANL     A, #0FH         ; 与 0FH 进行与运算，得到列的值
    CJNE    A, #0FH, SCAN   ; 如果列的值不等于 0FH，则表示有按键按下，跳转到处理函数

; 处理函数
PROCESS:
    MOV     C, #1           ; 设置进位标志为 1
    MOV     A, KEY_PORT     ; 读取键盘输入端口
    SUBB    A, #0F0H        ; 减去 0F0H，得到行的值
    JC      ROW1            ; 如果行的值小于等于 3，则跳转到 ROW1
    ADD     A, #4           ; 如果行的值大于 3，则加上 4，表示第二行
ROW1:
    MOV     R1, A           ; 将行的值保存到 R1 寄存器中
    MOV     A, #0FH         ; 设置 A 寄存器为 0FH，用来检测列
    MOV     KEY_PORT, A     ; 将 A 寄存器的值输出到端口
    NOP                     ; 等待一段时间
    MOV     A, KEY_PORT     ; 读取键盘输入端口
    SWAP    A               ; 将 A 寄存器的值左右交换
    ANL     A, #0FH         ; 与 0FH 进行与运算，得到列的值
    CJNE    A, #0FH, PROCESS ; 如果列的值不等于 0FH，则表示有按键按下，跳转到处理函数

; 处理按键值
    MOV     C, #1           ; 设置进位标志为 1
    MOV     A, KEY_PORT     ; 读取键盘输入端口
    SUBB    A, #0F0H        ; 减去 0F0H，得到行的值
    JC      ROW2            ; 如果行的值小于等于 3，则跳转到 ROW2
    ADD     A, #4           ; 如果行的值大于 3，则加上 4，表示第二行
ROW2:
    MOV     R0, A           ; 将行的值保存到 R0 寄存器中
    MOV     A, #0FH         ; 设置 A 寄存器为 0FH，用来检测列
    MOV     KEY_PORT, A     ; 将 A 寄存器的值输出到端口
    NOP                     ; 等待一段时间
    MOV     A, KEY_PORT     ; 读取键盘输入端口
    SWAP    A               ; 将 A 寄存器的值左右交换
    ANL     A, #0FH         ; 与 0FH 进行与运算，得到列的值
    MOV     R2, A           ; 将列的值保存到 R2 寄存器中
    MOV     A, R0           ; 将行的值移动到 A 寄存器中
    MOV     R3, #10         ; 将 R3 寄存器设置为 10，用来计算数码管显示值
    MUL     AB              ; 将行的值乘以 10
    ADD     A, R2           ; 加上列的值
    MOV     R2, A           ; 将结果保存到 R2 寄存器中

; 显示按键值
    MOV     A, R2           ; 将按键值移动到 A 寄存器中
    ANL     A, #0FH         ; 与 0FH 进行与运算，得到低四位
    MOV     LED_PORT, A     ; 将低四位输出到 LED 指示灯
    MOV     A, R2           ; 将按键值移动到 A 寄存器中
    DIV     AB              ; 将按键值除以 10，得到高位
    MOV     R1, A           ; 将高位保存到 R1 寄存器中
    MOV     A, R1           ; 将高位移动到 A 寄存器中
    ADD     A, #30H         ; 加上 30H，将其转换为 ASCII 码
    MOV     DIG_PORT, A     ; 将 ASCII 码输出到数码管
    ACALL   DELAY           ; 延时一段时间
    MOV     LED_PORT, #0     ; 清除 LED 指示灯
    MOV     DIG_PORT, #0     ; 清除数码管显示
    ACALL   DELAY           ; 延时一段时间
    SJMP    SCAN            ; 跳转到扫描函数

; 延时函数
DELAY:
    MOV     R4, #DELAY_TIME ; 将延时时间设置到 R4 寄存器中
DELAY_LOOP:
    DJNZ    R4, DELAY_LOOP  ; 延时循环
    RET

八、实验总结

通过本实验，我们学习了矩阵式键盘的工作原理，掌握了使用单片机控制 LED 指示灯和数码管显示的方法，并练习了汇编语言程序设计。

九、注意事项

矩阵式键盘的连接方式要正确。
单片机的端口配置要正确。
汇编代码要严格按照语法规则编写。
实验过程中要注意安全，避免触电或损坏设备。