有的單片機應用需要使用的按鍵數量比較多，比如：密碼鎖，這時如果按照之前的設計，一個GPIO控制一個按鍵的話，有點浪費單片機資源，這時候我們常常需要使用矩陣鍵盤。

常見的矩陣鍵盤有如下兩種：

后面的為薄膜按鍵。上圖中，上面的按鍵按照5行*4列的布局排布，所以整個矩陣鍵盤共計引出了9（5+4）個引腳；下面的按鍵按照4行*4列的布局排布，所以整個矩陣鍵盤共計引出了8（4+4）個引腳；由此可以看出，按鍵數量越多，節省的IO口越多。

直插按鍵和薄膜按鍵兩種方式的實現原理一樣，本文我們以薄膜按鍵為例進行講解。

薄膜按鍵(Metal dome array)，是一塊帶觸點的PET薄片（包括金屬彈片也叫鍋仔片），用在PCB、FPC等線路板上作為開關使用，在使用者與儀器之間起到一個重要的觸感型開關的作用。與傳統的硅膠按鍵相比，薄膜按鍵具有更好的手感、更長的壽命，可以間接地提高使用導電膜的各類型開關的生產效率。薄膜按鍵上的觸點位于PCB板上的導電部位(大部分位于線路板上的金手指上方），當按鍵受到外力按壓時，觸點的中心點下凹，接觸到PCB上的線路，從而形成回路，電流通過，整個產品就得以正常工作。

薄膜按鍵與傳統硅膠按鍵相比較具有以下優勢：

1. 觸感更好，使用壽命更長久；
2. 按鍵鍵薄、柔軟、防護性能好；
3. 薄膜按鍵觸板位于導電部位，按下會凹進去進而接觸到PCB上的線路從而觸發開關；
4. 導電薄膜上面布滿了金屬點進行連接，按下薄膜按鍵就能啟動對應的功能；
5. 薄膜按鍵以成本低、工藝簡單和手感好。

有專門定制薄膜按鍵的商家，可以隨意定制外觀。

薄膜按鍵的內部結構如下圖所示：

注：圖片來源于網絡，侵權請后臺聯系號主刪除。

有的矩陣鍵盤后面有3M背膠，可撕下粘紙，粘貼在光滑表面上，方便固定。

硬件連接

按鍵掃描原理

對于4*4的薄膜按鍵，只需要8個標準IO口，即可實現16個按鍵掃描，獨立輸入。

各種矩陣鍵盤的驅動方式類似，我們以4*4的矩陣鍵盤為例，看看它的驅動方式。

矩陣按鍵掃描原理：

行列掃描：

• 我們先將四行對應的GPIO引腳設為輸出模式，并輸出高電平；
• 將四列對應的GPIO引腳設為下拉輸入模式，沒有按鍵按下狀態時，這四個引腳讀取默認返回0；

• 如果有一個按鍵被按下，那么這四列中就會有一個GPIO引腳讀取返回1，此時能夠得到被按下的鍵所在的列；

假如被點擊的按鍵為第三行第三列的按鍵

• 為了進一步知道，被按下的鍵所在行，我們依次改變輸出高電平的行，比如先讓第一行輸出高電平，另外三行輸出低電平，如果四列的GPIO返回的值沒有高電平，則被按下的鍵不在第一行；

• 類似上一步操作，接下來讓第二行輸出高電平，然后其他行輸出低電平；

• 然后第三行輸出高電平，其他行低電平；第四行輸出高電平，其他行輸出低電平；當某行為高電平時，四列對應的GPIO讀取有返回1，則該行即為被按下行；

• 由于上面得出了被按下的列和行，那么行列的交叉即可得出被按下的鍵。上面實例可知，我們被按下的鍵為第三行、第三列對應的鍵。

這種方式獲得按鍵鍵值的方式即為行列掃描。

按鍵掃描的代碼實現如下：

/*
假定Row為輸出，Col為輸入；
如果有按鍵被按下，則輸入(Col)一定有非0值；
四個輸出(Row)依次改變，每次僅有一個IO為高電平，如果此時輸入(Col)不為0的，那么即可確定此行列值即為按鍵值；
*/
int Value44Key(void)      //定義矩陣鍵盤的返回值，返回值對應相關功能，
{
  int KeyValue = 0;      //KeyValue是最后返回的按鍵數值
  
  GPIORow_Output(0);    //全部置高
  
  if(KEY44_Scan()!=0)    //如果沒有按鍵按下，返回值為-1
  {
    return -1;
  }
  else            //有按鍵按下
  {
    delay_ms(5);      //延時5ms去抖動
    if(KEY44_Scan() == 0x00)  //如果延時5ms后輸入0， 則剛剛是抖動產生的
    {
      return -1;    //所以還是返回 -1
    }
  }
 
  GPIORow_Output(1);    //第一行置高 
  switch(KEY44_Scan())    //對應的輸入值判斷不同的按鍵值
  {
    case COL1_KEY_PRES:
      KeyValue = 1;
      break;
    case COL2_KEY_PRES:
      KeyValue = 2;
      break;
    case COL3_KEY_PRES:
      KeyValue = 3;
      break;
    case COL4_KEY_PRES:
      KeyValue = 4;
      break;
  }
 
  GPIORow_Output(2);    //第二行置高
  switch(KEY44_Scan())    //對應的輸入值判斷不同的按鍵值
  {
    case COL1_KEY_PRES:
      KeyValue = 5;
      break;
    case COL2_KEY_PRES:
      KeyValue = 6;
      break;
    case COL3_KEY_PRES:
      KeyValue = 7;
      break;
    case COL4_KEY_PRES:
      KeyValue = 8;
      break;
  }
 
  GPIORow_Output(3);    //第三行置高
  switch(KEY44_Scan())    //對應的輸入值判斷不同的按鍵值
  {
    case COL1_KEY_PRES:
      KeyValue = 9;
      break;
    case COL2_KEY_PRES:
      KeyValue = 10;
      break;
    case COL3_KEY_PRES:
      KeyValue = 11;
      break;
    case COL4_KEY_PRES:
      KeyValue = 12;
      break;
  }
 
  GPIORow_Output(4);    //第四行置高
  switch(KEY44_Scan())    //對應的輸入值判斷不同的按鍵值
  {
    case COL1_KEY_PRES:
      KeyValue = 13;
      break;
    case COL2_KEY_PRES:
      KeyValue = 14;
      break;
    case COL3_KEY_PRES:
      KeyValue = 15;
      break;
    case COL4_KEY_PRES:
      KeyValue = 16;
      break;
  }
 
  return KeyValue;
}

這種行列掃描的方式實現的按鍵驅動，實際應用中，如果程序過于復雜，那么按鍵鍵值的獲取可能不是很及時，有時可能會出現按下無響應的狀態。

STM32的外部中斷特別多，每個GPIO都可以作為外部中斷，各位可以嘗試一下，使用中斷的方式，如何實現矩陣鍵盤的驅動呢？