[嵌入式]STM32玩矩阵开关（输入和输出）

一、代码设计

1. 最常用的矩阵代码

#include<stm32f10x.h>
#include "delay.h"
#include "sys.h"

/********************************
    硬件连接：
    PA0 ----------> C4
    PA1 ----------> C3
    PA2 ----------> C2
    PA3 ----------> C1
    PA4 ----------> R1
    PA5 ----------> R2
    PA6 ----------> R3
    PA7 ----------> R4
********************************/
/********************************
    矩阵的对应关系：
         A3    A2  A1   A0
          |    |    |    |
A7-->    S1   S2   S3   S4
    
A6-->    S5   S6   S7   S8
    
A5-->    S9   S10  S11  S12
    
A4-->    S13  S14  S15  S16
    
    
********************************/

#define KEY_IN()   (GPIO_ReadInputData(GPIOA)&0x00f0)       //读取按键的输入管脚GPIOA4-7 读出行号

void KEY_Init(){
    GPIO_InitTypeDef a;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);   //配置时钟给GPIOA
   
    //   上拉输入模式默认情况下是高电平，用于检测低电平的输入（就是变化结果只有0，要么不变1）
    a.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7; 
	a.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz; 
	a.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;    //上拉输入 必须要配置输出寄存器为1
	GPIO_Init(GPIOA, &a);
    GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7); //还必须需要配置输出寄存器的值
   
    //key的输出管脚配置
    a.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_0;	
  	a.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;    //推挽输出
  	a.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  //高速响应
  	GPIO_Init(GPIOA, &a);    //没有配置输出寄存器，配置模式推挽输出默认未配置输出寄存器情况下为0，故不配置
}

int key_scan_lie(){
    u8 i=0;
    u16 pin=0x0001;   //根据GPIO_Pin_x找的规律
    
    //大体是先送“1”  ，本着“1碰1”上拉输入不变的方式进行扫描；每扫描一次需要重新复原，防止影响别的扫描操作；
    for(;i<4;i++,pin<<=1){
        GPIO_SetBits(GPIOA,pin);   //置为1    
        
        //这样写的原因是：当高电平3.3V遇到高电平3.3V电平变化为高电平；输入管脚为上拉输入模式
        if(KEY_IN() == 0xf0){
            GPIO_ResetBits(GPIOA,pin);  //复原 变0
            return 4-i;     //返回对应的列号
        }
        
        GPIO_ResetBits(GPIOA,pin);  //复原 变0
    }
    
    return (-16); //未扫描出列号的返回值
}

/*****************************
直接调用这个函数即可，返回对应按键的值
*****************************/
u8 key4x4_scan(){
    u8 key_value = 0;
    if(KEY_IN()!=0xf0){
        delay_ms(20);   //消抖，这么没事可说的
        if(  (key_value=KEY_IN()) !=  0xf0){   //赋值并判断
            
            // 先读出数据对应行号   0xe0  0111,0000   即PA7的管脚被变化成0
            switch(key_value){
                case 0xe0: key_value= 0*4 + key_scan_lie() ;  break;
                case 0xd0: key_value= 1*4 + key_scan_lie() ;  break;
                case 0xb0: key_value= 2*4 + key_scan_lie() ;  break;
                case 0x70: key_value= 3*4 + key_scan_lie() ;  break;
            }
            
            while(KEY_IN() != 0xf0);   //等待按键松开
        }
    }
    
    return key_value;   //返回对应的按键值:0表示未按下，负数表示扫描了行但列没扫描成功，正数表示按键按下返回正确的值
}

2. 可管脚不连续的矩阵开关；八个Pin可以乱连的写法，修改驱动则只需要修改KEY_IN和KEY_OUT

#include<stm32f10x.h>
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "oled.h"
#include <stdio.h>

#define KEY_IN()   (GPIO_ReadInputData(GPIOA)&0x00f0)       //读取按键的输入管脚GPIOA4-7 读出行号

#define KEY_IN_0()      GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_4)    //该函数读出的结果只有0和1
#define KEY_IN_1()      GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_5)
#define KEY_IN_2()      GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_6)
#define KEY_IN_3()      GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_7)

#define KEY_OUT_0(x)     do{ if(x){GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);}    \
                            else{GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);}    \
                        }while(0)                   
#define KEY_OUT_1(x)     do{ if(x){GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1);}    \
                            else{GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1);}    \
                        }while(0)                   
#define KEY_OUT_2(x)     do{ if(x){GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2);}    \
                            else{GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2);}    \
                        }while(0)                   
#define KEY_OUT_3(x)     do{ if(x){GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_3);}    \
                            else{GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_3);}    \
                        }while(0)

/********************************
    矩阵的对应关系：    OUT
         A3    A2  A1   A0    1
          |    |    |    |
IN:A4--> S1   S2   S3   S4
    
A5-->    S5   S6   S7   S8
    
A6-->    S9   S10  S11  S12
    
A7-->    S13  S14  S15  S16
    
    硬件连接输入上图：没变，但可以使矩阵管脚不连续
********************************/
void KEY_Init(){
    GPIO_InitTypeDef a;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);   //配置时钟给GPIOA
   
    //   上拉输入模式默认情况下是高电平，用于检测低电平的输入（就是变化结果只有0，要么不变1）
    a.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7; 
	a.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz; 
	a.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;    //上拉输入 必须要配置输出寄存器为1
	GPIO_Init(GPIOA, &a);
    GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7); //还必须需要配置输出寄存器的值
   
    //key的输出管脚配置
    a.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_0;	
  	a.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;    //推挽输出
  	a.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  //高速响应
  	GPIO_Init(GPIOA, &a);    //没有配置输出寄存器，配置模式推挽输出默认未配置输出寄存器情况下为0，故不配置
}

判断的按键输入管脚的状态，-1表示无输入，有输入返回对应的输入管脚口
int key_scan(const int rs){   //行扫描
    int rt=-1;   //返回的结果
    
    rt= KEY_IN_0()==rs ? 0 :  \
        KEY_IN_1()==rs ? 1 :  \
        KEY_IN_2()==rs ? 2 :  \
        KEY_IN_3()==rs ? 3 : -1;
   
    return rt;
}

/*****************************
直接调用这个函数即可，返回对应按键的值
*****************************/
u8 key4x4_scan(){
    u8 key_value=0;
    int key_x=-1,key_y=-1;
    
    if(key_scan(0)!= -1){//按键变动
        delay_ms(20);
        if( (key_x=key_scan(0)) != -1){   //先行扫描结果并赋值, “变”判断条件输入“变”  ,将扫描的结果赋值给key_x
            
            /***     列扫描  ，将扫描的结果赋值给key_y          ****/
            //扫描第4列的
            KEY_OUT_0(1);
            key_y = key_scan(0) == -1 ? 4 : -1;
            KEY_OUT_0(0);   //还原
            if(key_y != -1) goto done;
            
            //扫描第3列的
            KEY_OUT_1(1);
            key_y = key_scan(0) == -1 ? 3 : -1;
            KEY_OUT_1(0);   //还原
            if(key_y != -1) goto done;
            
            //扫描第2列的
            KEY_OUT_2(1);
            key_y = key_scan(0) == -1 ? 2 : -1;
            KEY_OUT_2(0);   //还原
            if(key_y != -1) goto done;
            
            //扫描第1列的
            KEY_OUT_3(1);
            key_y = key_scan(0) == -1 ? 1 : -1;
            KEY_OUT_3(0);   //还原
//            if(key_y != -1) goto done;
        }
           
        done: while(key_scan(0)!= -1);   //等待按键松开
        
        key_value= (key_x== -1 || key_y== -1) ? 0 : key_x*4 + key_y;
           
    }
    return key_value;   //返回对应的键值  0表示未按下，正数表示得到对应的值
}

二、总结

1. 输出寄存器IDR的使用说明：在未配置任何模式下读取Pin是1状态（感觉是高阻态）

2. 在STM32F103C8T6核心板使用时读出管脚不对劲，PA14的管脚为0；PA14原理是被SWD下载口占用，所有才不一样；参考链接

3. 矩阵开关的思想：4个输入和4个输出：2x2的4种方式扫描；

   • 上拉输入，推挽输出0；行变化后扫描列变化
     • 3个给输出端为0，一个输出端给1；（上拉电阻的电平）1对1电平为1，上拉输入无法读入，即“ 没变化 ”。找出要找的位置；
     • 3个给输出端为1，一个输出端给0；（上拉电阻的电平）1对0电平为0，上拉输入读入变化，即“ 有变化 ”。找出要找的位置；
   • 下拉输入，推挽输出1；
     • 3个给输出端为1，一个输出端给0；（下拉电阻的电平）0对0电平为0，下拉输入无法读入，即“ 没变化 ”。找出要找的位置；
     • 3个给输出端为0，一个输出端给1；（下拉电阻的电平）0对1电平为1，上拉输入读入变化，即“ 有变化 ”。找出要找的位置；

4. 我采用的是：上拉输入推挽输出0,3输出0,1输出0的无变化找位置；还有等待尝试…