PIC单片机C语言键盘输入应用：人机交互与数据采集，轻松获取用户输入

# 1. PIC单片机C语言概述

PIC单片机是一种广泛应用于嵌入式系统的微控制器，以其低功耗、高性能和易于编程等特点著称。C语言作为一种高级语言，具有结构化、模块化和可移植性等优势，非常适合PIC单片机的编程。本章将概述PIC单片机C语言编程的基本概念，包括开发环境、数据类型、变量和常量、运算符和表达式等内容。

# 2. 键盘输入接口与驱动

### 2.1 键盘接口硬件电路

#### 2.1.1 按键的行列扫描原理

行列扫描是一种广泛用于键盘输入的扫描方式。其原理是将键盘按键排列成矩阵形式，每一行和每一列都连接到单片机的输入/输出引脚。通过逐行逐列地扫描键盘，可以检测到哪个按键被按下。

#### 2.1.2 扫描电路的设计与实现

键盘扫描电路通常由以下部分组成：

- **按键矩阵：**按按键矩阵排列，行和列分别连接到单片机的输入/输出引脚。
- **扫描控制器：**负责逐行逐列地扫描键盘矩阵，检测按键状态。
- **中断电路：**当检测到按键按下时，产生中断信号，通知单片机处理按键事件。

### 2.2 键盘输入驱动程序

#### 2.2.1 键盘扫描算法

键盘扫描算法是键盘输入驱动程序的核心。其目的是逐行逐列地扫描键盘矩阵，检测按键状态。常见的键盘扫描算法有：

- **逐行扫描：**逐行扫描键盘矩阵，每一行都作为输出，其他行作为输入。
- **逐列扫描：**逐列扫描键盘矩阵，每一列都作为输出，其他列作为输入。
- **混合扫描：**结合逐行和逐列扫描，提高扫描效率。

#### 2.2.2 按键状态检测与处理

当扫描到按键按下时，需要检测按键状态并处理按键事件。按键状态检测通常通过读取按键矩阵的输入值来实现。按键事件处理则根据应用需求，可以包括：

- **按键消抖：**消除按键按下时的抖动，防止误触发。
- **按键重复：**当按键长时间按下时，产生重复按键事件。
- **按键冲突检测：**当多个按键同时按下时，检测按键冲突并处理。

// 按键扫描算法
void keyboard_scan() {
    for (int row = 0; row < ROW_COUNT; row++) {
        // 设置当前行作为输出，其他行作为输入
        GPIO_SetPinMode(GPIO_PORT_A, row, GPIO_PIN_MODE_OUTPUT);
        GPIO_WritePin(GPIO_PORT_A, row, GPIO_PIN_STATE_LOW);

        for (int col = 0; col < COL_COUNT; col++) {
            // 读取当前列的输入值
            if (GPIO_ReadPin(GPIO_PORT_B, col) == GPIO_PIN_STATE_LOW) {
                // 检测到按键按下
                key_pressed(row, col);
            }
        }

        // 扫描下一行
        GPIO_WritePin(GPIO_PORT_A, row, GPIO_PIN_STATE_HIGH);
    }
}

// 按键消抖
void key_debounce(int row, int col) {
    // 等待按键稳定
    delay_ms(DEBOUNCE_TIME);

    // 再次读取按键状态
    if (GPIO_ReadPin(GPIO_PORT_B, col) == GPIO_PIN_STATE_LOW) {
        // 按键仍然按下，触发按键事件
        key_event(row, col);
    }
}

# 3.1 字符输入与显示

#### 3.1.1 字符输入的实现

字符输入是人机交互中非常重要的功能，它允许用户通过键盘输入文本信息。在PIC单片机中，字符输入可以通过以下步骤实现：

1. **初始化键盘接口硬件：**首先，需要初始化键盘接口硬件，包括设置键盘扫描引脚的输入输出方向、扫描频率等参数。
2. **扫描键盘：**使用键盘扫描算法扫描键盘矩阵，检测是否有按键被按下。
3. **获取按键值：**如果检测到按键按下，则获取按键值，通常使用一个查表来将按键矩阵位置映射为按键值。
4. **处理按键值：**对获取的按键值进行处理，例如将大写字母转换为小写字母、处理特殊字符等。

以下代码展示了字符输入的实现：

#define KEY_ROW_NUM 4
#define KEY_COL_NUM 4

// 键盘扫描矩阵
const uint8_t key_matrix[KEY_ROW_NUM][KEY_COL_NUM] = {
    {'1', '2', '3', 'A'},
    {'4', '5', '6', 'B'},
    {'7', '8', '9', 'C'},
    {'*', '0', '#', 'D'}
};

// 键盘扫描算法