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矩阵键盘＆基于51（UcosII）计算器小项目

2022-08-10 12:34:00 【不知足额】

矩阵键盘

最近要给学弟学妹（应该没有）培训矩阵键盘，正好写一写我写矩阵键盘的思路，顺便分享一个之前做的基于ucosii的计算器小项目

原理

原理就不介绍了，CSDN有很多分享的，推荐两篇参考一下：

参考：矩阵键盘_丹山起凤的博客-CSDN博客_矩阵键盘
参考：一文带你详解矩阵键盘工作原理_Z小旋的博客-CSDN博客_矩阵键盘工作原理

代码

行列扫描法：

原理：

我习惯用x，y轴，把矩阵键盘抽象成二元函数

  1. 先对列扫描，行端口输出低电平，列端口输出高电平。读取列端口（是否被拉低）获取列值；

  2. 再对行扫描，列端口输出低电平，行端口输出高电平。读取行端口（是否被拉低）获取行值。

  3. 最后通过行值和列值计算得出键值。

PS：可通过方程组解出键值与行列值关系，参考下图设方程：ax+by+c=key_num（a，b，c为系数，x和y为行列值，key_num为键值，解出记得带入验证）

PS：行列坐标可自定义，只需要解出对应的计算公式即可

1 	2	3	4		S7	S11	S15	S19
5	6	7	8		S6	S10	S14	S18
9	10	11	12		S5	S9	S13	S17
13	14	15	16		S4	S8	S12	S16

如下图：

​ S7: 1 * a + 4 * b + c = 1; S4: 1 * a + 1 * b + c = 13; S16: 4 * a + 1 * b + c = 16

解得： x + 4 * y - 16 = key_num

矩阵键盘原理图

源码：

/*********4*4键盘扫描*********** 对应键值关系 1 2 3 4 S7 S11 S15 S19 5 6 7 8 S6 S10 S14 S18 9 10 11 12 S5 S9 S13 S17 13 14 15 16 S4 S8 S12 S16 在stc15上无P36 P37，对应的是P42 P44！！！！！！！！ 函数返回值为0-16 ***************************/
unsigned char key_scanf()
{
    
	uchar x=0,y=0;
    //io口赋值
	P30=0;P31=0;P32=0;P33=0;//拉低行
	P34=1;P35=1;P42=1;P44=1;//拉高列
	if(!(P34&P35&P42&P44))//判断是否有按下
	{
    
		Delay20us();		//消抖
		if(!(P34&P35&P42&P44))//再次判断是否有按下
		{
    
			if(!P34)
				x=4;
			if(!P35)
				x=3;
			if(!P42)
				x=2;
			if(!P44)
				x=1;//获得列值
			P30=1;P31=1;P32=1;P33=1;//拉高行
			P34=0;P35=0;P42=0;P44=0;//拉低列
			if(!P30)
				y=1;
			if(!P31)
				y=2;
			if(!P32)
				y=3;
			if(!P33)
				y=4;//获取行值
			while(!(P30&P31&P32&P33));//等待释放
			return (x-4*y+16);	//计算键值
		}
	}
	return 0;//无按键按下返回0
}

计算方法2：

在使用Proteus仿真时，上一种计算方法效果不太好，不清楚原因，在网上查到了一种方法用仿真效果还可以。
仿真计算器按键
源码：

unsigned char code a[]={
    0xFE,0xFD,0xFB,0xF7};
//按键扫描函数
int Sacn_Key(void)
{
    
 	unsigned char row,col,i;
 	P1=0xf0;
 	if((P1&0xf0)!=0xf0)
 	{
    
	   	//delay(10);
   		if((P1&0xf0)!=0xf0)
		{
    
			row=P1^0xf0;          //确定行线
			i=0;
			P1=a[i];	          //精确定位
			while(i<4)
			{
    
	 			if((P1&0xf0)!=0xf0)
	  			{
    
	   				col=~(P1&0xff);	  //确定列线
	   				break;            //已定位后提前退出 
	  			}
				else 
	  			{
    
	   				i++;
	   				P1=a[i];
	  			}
			}
		}
		else 
		{
    
			return 0;
		}
	
		while((P1&0xf0)!=0xf0);

		return (row|col);	 		//行线与列线组合后返回
 	}
 	else return 0;	         		//无键按下时返回0
}

这种扫描方法可以配合一个解析程序分析按下的按键，我用的是switch函数实现，按键参考上图：

//解析按键扫描函数的值
char coding(int k)
{
    
	char res;
	switch (k)
	{
    
		case 0: res = 0; break;
		case 17:res = '7';break;
		case 18:res = '4';break;
		case 20:res = '1';break;
		case 24:res = ' ';break;
		case 33:res = '8';break;
		case 34:res = '5';break;
		case 36:res = '2';break;
		case 40:res = '0';break;
		case 65:res = '9';break;
		case 66:res = '6';break;
		case 68:res = '3';break;
		case 72:res = '=';break;
		case 129:res = '/';break;
		case 130:res = '*';break;
		case 132:res = '-';break;
		case 136:res = '+';break;
	}
	return res;
}

小项目：基于51的计算器：

简介：

基于Proteus仿真，51芯片，搭载ucosii。完整仿真工程及项目代码打包好会上传滴（会在文章末尾）。
仿真图
PS：1. 小黑框Virtual Terminal 在菜单栏Debug中最后一个哦

​ 2. 仿真要把串口波特率配置成19200（双击原理图上的那个外接的黑框框），点击ok

设计思路：

  1. 三个任务：计算任务，输出任务，按键任务

    • 计算任务：获得算式，传送结果
    • 输出任务：串口输出需要显示的内容
    • 按键任务：检测矩阵键盘，获取输入内容

  2. 结构体

    用于存储输入算式，由按键任务投递到计算任务

    typedef struct {
      
	int num1;//数字1
	int num2;//数字2
	char cal;//运算符
}my_cal_t;
my_cal_t my_cc;

  3. 邮箱

    计算器结构体邮箱：用于按键函数输出计算任务给计算任务

    串口输出数据邮箱：串口输出数据邮箱，用于输出内容到虚拟串口

    OS_EVENT * Num_Box;//计算器结构体邮箱
OS_EVENT * Mes_Box;//串口显示数据邮箱代码实现：

代码：

部分代码：

  1. 主函数

    //初始化系统，初始化外设，初始化任务，启动调度
void main(void)
{
      
    OSInit();
    
    InitTimer0();
    InitSerial();
    InitSerialBuffer();
	
	Num_Box = OSMboxCreate((void*)0);
	Mes_Box = OSMboxCreate((void*)0);
    //矩阵键盘任务
    OSTaskCreate(TaskStartyya, (void *)0, &TaskStartStkyya[0],4);
	//计算任务
    OSTaskCreate(TaskStartyyb, (void *)0, &TaskStartStkyyb[0],3);
	//串口显示任务
	OSTaskCreate(TaskStartyyc, (void *)0, &TaskStartStkyyc[0],2);
    
    OSStart();
}

  2. 键盘任务

    //循环获取计算公式，投递至邮箱
for(;;){
      
		my_cc.num1 = 0;
		my_cc.num2 = 0;
		my_cc.cal = 0;
		PrintStr("\nPlease enter num1 (end by /,*,+,-):\n");
		//数字一及运算符输入
		for(i = 0;i < 4;)
		{
      //循环获取按键
			temp = 0;
			temp = Sacn_Key();
			t = coding(temp);
			//判断是否为运算符
			if(t == '/'||t == '*'||t == '+'||t == '-')
			{
      
				sprintf(txt, "%c", t);
				OSMboxPost(Mes_Box, txt);
				my_cc.cal = t;
				break;
			}
			//判断输入是否为数字
			if(t <= '9'&&t >= '0')
			{
      
				num1[i] = t - 0x30;
				sprintf(txt, "%d", num1[i]);
				OSMboxPost(Mes_Box, txt);
				i++;
				if(i==4)
				{
      
					//输入满4位退出，获取运算符号
					PrintStr("\nPlease enter /,*,+,-\n");
					//循环等待运算符输入
					while(1)
					{
      
						temp = Sacn_Key();
						t = coding(temp);
						if(t == '/'||t == '*'||t == '+'||t == '-')
						{
      
							my_cc.cal = t;
							sprintf(txt, "%c", t);
							OSMboxPost(Mes_Box, txt);
							break;
							//是运算符，退出数字一输入
						}
					}
				}
			}
			OSTimeDlyHMSM(0,0,0,10);
		}
		//计算数字一
		for(temp=0;temp<i;temp++)
		{
      
			my_cc.num1*=10;
			my_cc.num1+=num1[temp];
		}
		//输入数字二
		PrintStr("\nPlease enter num2 (end by =):\n");
		for(i = 0;i < 4;)
		{
      
			temp = 0;
			temp = Sacn_Key();
			t = coding(temp);
			//判断是否输入等于号
			if(t == '=')
			{
      
				break;
			}
			//判断是否输入数字
			if(t <= '9'&&t >= '0')
			{
      
				num2[i] = t - 0x30;
				sprintf(txt, "%d", num2[i]);
				OSMboxPost(Mes_Box, txt);
				i++;
			}
			OSTimeDlyHMSM(0,0,0,10);
		}
		//计算数字二
		for(temp=0;temp<i;temp++)
		{
      
			my_cc.num2*=10;
			my_cc.num2+=num2[temp];
			
		}
		//将结构体投入邮箱
		OSMboxPost(Num_Box, &my_cc);
    }

  3. 计算任务

    //挂死等着按键任务唤醒，计算完了把结果投递输出任务
for(;;){
      
		//等待邮箱
		cc = OSMboxPend(Num_Box,0,&err);
		res = 0;
		//PrintStr("\nok\n");
		//根据运算符计算结果
		switch (cc->cal)
		{
      
			case '/':if(cc->num2 == 0)
					{
      	
						sprintf(txt,"\nillegal value!\n",res);
						OSMboxPost(Mes_Box, txt);
						continue;
					}
					else{
      res=(float)cc->num1/(float)cc->num2;}break;
			case '*':res=cc->num1*cc->num2;break;
			case '+':res=cc->num1+cc->num2;break;
			case '-':res=cc->num1-cc->num2;break;
		}
		//输出结果
		sprintf(txt,"\nresult is %.02f\n",res);
		OSMboxPost(Mes_Box, txt);   
    }

  4. 输出任务

    //没啥实际意义，简单封装了的任务
void TaskStartyyc(void *yydata) reentrant
{
      
	char *txt;
	int err;
    yydata=yydata; 
    
    for(;;){
      
		//接收邮件，并用串口打印
		txt = OSMboxPend(Mes_Box,0,&err);
		PrintStr(txt);
    }    
}

感想

因为写的比较急，我自己都感觉代码很粗糙，很多地方可能还需要推敲；当然因为写的急，功能也很局限，只能进行双目计算。考虑到用的51系列芯片，还跑了ucosii，所以后期完善可能会换成32来仿真。这个工程我用的是移植好的，下载下来删删改改就用上了，不是自己移植的都很难修改，很多文件都有权限，所以经供参考了。

目前我的改进思路：

  1. 用栈代替结构体（万物皆为数据结构）
  2. 优化输出任务（还没想好，大体就是可以移植数码管或者其他显示方式）
  3. …

仿真工程和项目源码正在打包上传中，可以关注公众号，发送：计算器，自动回复云盘链接。欢迎留言讨论~请添加图片描述

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