3.门锁_STM32_矩阵按键设备实现

概述

需求来源：

门锁肯定是要输入密码，这个门锁提供了两个输入密码的方式：一个是蓝牙输入，一个是按键输入。对于按键输入，采用矩阵按键来实现。矩阵按键是为了模拟触摸屏的按键输入，后续如果项目结束前还有时间就更新为触摸屏按键输入。

矩阵按键开发整体思路：

由于矩阵按键就是GPIO的控制，所以不进行芯片和设备的分层编写，控制写在同一个文件中，最终向应用层提供一个接口。

代码层级关系： 

矩阵按键控制裸机实现

1、矩阵按键控制原理

原理及实物：

本次使用的是4*4的矩阵按键，它一共有8个引脚。其中4个引脚连接行、4个引脚连接列，我们根据读取到的按键是哪一行哪一列，就可以定位出是哪一个按键按下。在这8个引脚中，需要一组为输出，一组为输入。比如：行引脚为输出、列引脚为输入。或者反之。

实物图如下：

测试方法：

有的矩阵键盘它会给你标注哪几个引脚是行，哪几个引脚是列。但这个矩阵键盘没有，但可以知道的是要么是上面四个引脚为行，要么是下面四个引脚为行。所以我们先对这个矩阵键盘的引脚与行列关系进行测试：

1. 首先任意一端接5v，用万用表测量按下后哪一个按键为高电平，从而可以判断接5v的引脚控制的是哪一行或者哪一列。
2. 之后再移动一个引脚，以同样的方法测电平。这样可以得到整个矩阵按键的引脚与行列控制关系。

本次使用的矩阵键盘的引脚与行列控制关系如下：

获取按键行列信息的方法：

有了上述的对应关系，我们选择让列引脚进行输出，行引脚进行输入。检测的电平为低电平，即：GPIO输出低电平，输入端检测到低电平为按下。扫描方法如下：

1. 首先第0列(pin3)进行拉低其余引脚拉高，然后第0~3(pin4~pin7)行进行读取电平，看是谁按下。有按下就记录下行和列的位置。
2. 之后依次类推，总共进行4次这个操作。
3. 根据行和列的位置，计算按键的序号。

2、配置STM32的GPIO

矩阵按键引脚与GPIO的对应关系如下：

使用STM32CubeMx对STM32进行GPIO的初始化配置。

注意：最终GPIO读取的有效电平为低电平，因此输入模式下应该配置上拉电阻。

3、编写STM32控制Key文件

创建两个文件matrix_key.c、matrix_key.h。这两个文件主要实现读取按键的功能，向上为应用层提供读取按键接口。

3.1 引脚宏定义

将按键的引脚与GPIO引脚以宏定义的方式进行声明，这方便后续改变矩阵按键的接线。

具体宏定义如下：

//矩阵键盘接线
#define MATRIX_KEY_PORT_0 GPIOB
#define MATRIX_KEY_PIN_0 	GPIO_PIN_0
#define MATRIX_KEY_PORT_1 GPIOB
#define MATRIX_KEY_PIN_1 	GPIO_PIN_1
#define MATRIX_KEY_PORT_2 GPIOB
#define MATRIX_KEY_PIN_2 	GPIO_PIN_2
#define MATRIX_KEY_PORT_3 GPIOB
#define MATRIX_KEY_PIN_3 	GPIO_PIN_9
#define MATRIX_KEY_PORT_4 GPIOB
#define MATRIX_KEY_PIN_4 	GPIO_PIN_5
#define MATRIX_KEY_PORT_5 GPIOB
#define MATRIX_KEY_PIN_5 	GPIO_PIN_6
#define MATRIX_KEY_PORT_6 GPIOB
#define MATRIX_KEY_PIN_6 	GPIO_PIN_7
#define MATRIX_KEY_PORT_7 GPIOB
#define MATRIX_KEY_PIN_7 	GPIO_PIN_8

3.2 Matrix_Key_SetCol()

在前面分析中，是将列依次拉低，总共需要重复4次。因此需要提供一个将指定列设置为低的函数。

具体函数实现如下：

/*
 * Matrix_Key_SetCol:设置当前扫描的列,PIN0对应右起第一列
 * param i:当前扫描的列数
 * @ret  -1--err  0--success
*/
int Matrix_Key_SetCol(int i){
	
	//1.参数有效性判断
	//按键只有0~4列
	if(i < 0 || i > 3){
		printf("col err\r\n");
		return -1;
	}
	//2.设置相应列扫描
	switch(i){
		case 3:
			GPIOB->BRR |= MATRIX_KEY_PIN_0;
			GPIOB->BSRR |= (MATRIX_KEY_PIN_1|MATRIX_KEY_PIN_2|MATRIX_KEY_PIN_3);
			break;
		case 2:
			GPIOB->BRR |= MATRIX_KEY_PIN_1;
			GPIOB->BSRR |= (MATRIX_KEY_PIN_0|MATRIX_KEY_PIN_2|MATRIX_KEY_PIN_3);
			break;
		case 1:
			GPIOB->BRR |= MATRIX_KEY_PIN_2;
			GPIOB->BSRR |= (MATRIX_KEY_PIN_0|MATRIX_KEY_PIN_1|MATRIX_KEY_PIN_3);
			break;
		case 0:
			GPIOB->BRR |= MATRIX_KEY_PIN_3;
			GPIOB->BSRR |= (MATRIX_KEY_PIN_0|MATRIX_KEY_PIN_1|MATRIX_KEY_PIN_2);
			
			break;
	}
	return 0;
}

3.3 Matrix_Key_RowScan()

在前面分析中，读取行是依次获取的，需要提供一个行扫描的函数。

具体函数实现如下：

/*
 * Matrix_Key_RowScan:获取指定行状态,PIN4对应上面第一行
 * param i:当前扫描的行数
 * @ret  0--没有按键按下  other--按下行的序号
*/
int Matrix_Key_RowScan(void){
	
	//依次判断每一行是否有按下
	if(Matrix_Key_isDown(MATRIX_KEY_PORT_4,MATRIX_KEY_PIN_4)){
		return 1;
	}
	if(Matrix_Key_isDown(MATRIX_KEY_PORT_5,MATRIX_KEY_PIN_5)){
		return 2;
	}
	if(Matrix_Key_isDown(MATRIX_KEY_PORT_6,MATRIX_KEY_PIN_6)){
		return 3;
	}
	if(Matrix_Key_isDown(MATRIX_KEY_PORT_7,MATRIX_KEY_PIN_7)){
		return 4;
	}
	return 0;
}

3.4 Matrix_Key_isDown()

与普通按键扫描一样，按键按下的判断需要进行消抖，将消抖单编写一个函数。

具体函数实现如下：

/*
 * Matrix_Key_isDown:判断指定的按键IO是否按下
 * @ret  0--UP  1--DOWN
*/
int Matrix_Key_isDown(GPIO_TypeDef* KEY_Port,uint32_t KEY_Pin){
	
	if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_Port,KEY_Pin) == GPIO_PIN_RESET){
		HAL_Delay(10);
		if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_Port,KEY_Pin) == GPIO_PIN_RESET){
			return 1;
		}
	}
	return 0;
}

3.5 Matrix_Key_Scan()

有了行列扫描函数，就可以进行按键值的判断。对于应用层，我们只需要一个按下按键的序号，其他的并不关心，所以封装一个如下的接口函数。

具体函数实现如下：

/*
 * Matrix_Key_Scan:矩阵按键接口
 * @ret  0--没有按下  other--按键的序号
*/
int Matrix_Key_Scan(){

	int col;
	int row;
	
	//1.扫描是哪一行哪一列产生的按键
	for(col=0;col<4;col++){
		Matrix_Key_SetCol(col);
		row = Matrix_Key_RowScan();
		if(row != 0){
			break;
		}
	}
	if(col == 4){//没扫描到按键
		return 0;
	}
	//2.计算是哪个按键值
	return ((row-1)*4+(col+1));
	
}

3.6 最终接口函数

在测试中，发现接口函数在按键按下时会不停的输出按键序号，我们只想让他输出一次，因此对接口函数进行了又一次的封装。

具体函数实现如下：

/*
 * Matrix_Key_GetDownNum:矩阵按键接口
 * @ret  0--没有按下  other--按键的序号 
*/
int Matrix_Key_GetDownNum(){
	
	int key_down_num = 0;
	int res = 0;
	static int key_up = 1;
	
	key_down_num = Matrix_Key_Scan();
	if(key_down_num != 0){
		if( key_up == 1){
			key_up = 0;
			res = key_down_num;
			//printf("key_down_num = %d\r\n",key_down_num);
		}
	}else{
		key_up = 1;
	}
	return res;
}