矩阵键盘（4×4，行列扫描）

4×4 阵列键盘用 8 根 IO 接 16 个按键（2n 根口线接 n² 个键），软件本质 = 扫描 + 去抖 + 映射表。本文含轮询/中断两种扫描写法、键位映射实测反推法，以及把它做成计算器的状态机设计（洋桃1号 2026-09-19 实测）。

#一、元信息

#二、接线表

#三、扫描原理（轮询版）

官方 KEYPAD4x4_Read() 的核心流程：

1. 行拉低、列读：4 行全部拉低，按键把某行某列连通，被拉低的列说明交叉处被按下；
2. 20ms 去抖：机械按键抖动约 5~20ms；
3. 两次反向扫描相或：先"行输出列输入"读一次，再 Init2 反转（列输出行输入）读一次，两次读数 a|b 相或——即使接线有交叉或杂散电流也能稳定得到唯一键值，代价是读两次；
4. 查表得键号：switch(编码) 把 0x77~0xEE 的总线码翻译成键号 1~16，0 = 无键；
5. 等松手（阻塞）：while(任一行为低) + 20ms——意味着快速连按会漏键（该实现方式的固有特性）。

cu8 KEYPAD4x4_Read(void){
    u8 a = 0, b = 0;
    KEYPAD4x4_Init();                    /* 行=输出，列=上拉输入 */
    GPIO_ResetBits(PORT, KEY1|KEY2|KEY3|KEY4);   /* 4 行拉低 */
    if(任一列为低){ delay_ms(20); if(仍为低) a = GPIO_ReadInputData(PORT) & 0xff; }
    KEYPAD4x4_Init2();                   /* 反转：列=输出，行=输入 */
    GPIO_ResetBits(PORT, KEYa|KEYb|KEYc|KEYd);   /* 4 列拉低 */
    delay_ms(10);
    b = GPIO_ReadInputData(PORT) & 0xff;
    a = a | b;                           /* 两次读数相或 */
    switch(a){ case 0xee: b=16; break; ... case 0x77: b=1; break; default: b=0; }
    while(任一行为低);                    /* 等松手（阻塞） */
    delay_ms(20);
    return b;
}

#四、键位映射（实测反推，勿猜）

矩阵键盘的行列接法由 PCB 走线决定，键号不是自然顺序。实测 4 个点就能解出来：设键号 = a×行 + b×列 + c，代入 (行1,列4)→1、(行1,列2)→9、(行4,列4)→4、(行4,列1)→16，解得 键号 = (4-列)×4 + 行（列优先、列序反）。完整对照：

经验：不要假设键号顺序，实测几个点反推，或直接打印原始 0x77~0xEE 编码表。

#五、应用：计算器状态机（2026-09-19 实测通过）

按键功能：0~9 数字、A/B/C/* = + − ÷ ×、# 清除"正在输入的这个数"（只删尾部连续数字，操作数和运算符保留）、D 求值。屏幕两行实时刷新：第 4 行表达式（超 16 字符左截断 + 居中）、第 6 行结果。

cstatic const char KEYMAP[17] = {
    0,
    '1','2','3','+',        /* 1..4   : 1 2 3 A(+) */
    '4','5','6','-',        /* 5..8   : 4 5 6 B(-) */
    '7','8','9','/',        /* 9..12  : 7 8 9 C(/) */
    '*','0','c','='         /* 13..16 : * 0 #(clear) D(=) */
};

while(1){
    s = KEYPAD4x4_Read();                 /* 0=无键，1..16=键号 */
    if(s == 0 || s > 16) continue;
    c = KEYMAP[s];
    if(c >= '0' && c <= '9'){             /* ① 数字 */
        if(hasResult){ len = 0; expr[0]=0; result[0]=0; hasResult=0; } /* 刚算完→新计算 */
        if(len < EXPR_MAX){ expr[len++] = c; expr[len] = 0; }
    }
    else if(c == 'c'){                    /* ② # 清当前输入的数 */
        while(len > 0 && expr[len-1] >= '0' && expr[len-1] <= '9') len--;
        expr[len] = 0;
    }
    else if(c == '='){                    /* ③ D 求值 */
        float v = eval_expr(expr, &ok);
        if(ok) fmt_num(result, v); else strcpy(result, "Error");
        hasResult = 1;
    }
    else{                                 /* ④ 运算符 */
        if(len == 0 && result[0]){ strcpy(expr, result); len = strlen(expr); } /* 结果续算 */
        if(len > 0 && !is_op(expr[len-1])){
            if(count_op(expr) >= 1){      /* 已有 A op B → 先算中间结果（链式） */
                float v = eval_expr(expr, &ok);
                if(ok){ fmt_num(result, v); strcpy(expr, result); len = strlen(expr); }
            }
            if(len < EXPR_MAX - 1){ expr[len++] = c; expr[len] = 0; }
        }else if(len > 0 && is_op(expr[len-1])){
            expr[len-1] = c;              /* 连按运算符 → 覆盖 */
        }
        hasResult = 0;
    }
    show_expr(); show_result();           /* 每次操作实时刷新 */
}

求值与格式化：eval_expr 找第一个运算符、解析左右操作数、除零返回 Error；fmt_num 能整除显整数、除不尽显 2 位小数。

实测用例（全部通过）：

#六、中断版（demo36：EXTI + volatile）

与轮询版硬件相同、功能相同，唯一区别是触发方式：4 根列线（PA4~PA7）配成下降沿外部中断（按下拉低列线正好产生下降沿）。

c/* 中断服务函数只置标志，不做任何耗时的事 */
void EXTI4_IRQHandler(void){
    if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line4) != RESET){
        INT_MARK = 1;                        /* 只置标志，立刻返回 */
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line4);
    }
}
/* 主循环干重活：平时完全空闲，有键才扫描+去抖+计算+显示 */
while(1){
    if(INT_MARK == 0) continue;
    INT_MARK = 0;
    s = KEYPAD4x4_Read();
    if(s != 0 && s <= 16){ /* 计算器逻辑 + 显示 */ }
}

⚠️ 中断和主循环共享的变量必须加 volatile：官方源码 u8 INT_MARK; 没加，编译器可能优化掉主循环对标志的重复读取。改造时已补 volatile u8 INT_MARK;。

这就是嵌入式最经典的「中断置标志 + 主循环处理」结构：ISR 里绝不能放延时、扫描、显示这类耗时操作。

#七、踩坑清单

1. 键号顺序不是自然顺序：行列接法由 PCB 决定，实测 4 点反推映射（见上），不要靠猜。
2. 阻塞式扫描会漏键：KEYPAD4x4_Read() 内含"等松手"，快速连按/长按期间的新按键被丢。要做长按连加需改非阻塞定时扫描 + 状态保持。
3. 共用引脚干扰：PA0/PA1 同时挂板载 KEY1/KEY2 和 TTP224 触摸键 A/B；本板 TTP224 已故障（4 键全亮锁死），出现"乱键号/无响应"优先怀疑它，而不是键盘本身。
4. 行列接反：按键仍有反应但键号全错——用实测反推法适配即可。
5. 中断共享标志没加 volatile：编译器优化掉重复读取，主循环读不到中断的修改。
6. float 精度不够：单精度 24 位尾数约 7 位有效数字，输入 49046869（8 位）存进去就被舍入、结果失真 → 计算器求值用 double（53 位尾数约 15 位）。
7. 解析器不认小数点：结果 3.33 续算时表达式带 .，逐字符解析 a*10+(c-'0') 把 . 当数字（ASCII 46−48 = −2）→ 算出 2832。修：解析函数区分整数/小数部分。
8. UV4 是 GUI 程序：命令行编译必须 Start-Process -Wait，否则可能烧到旧 hex。
9. pyocd 报 identical：用 --erase chip 强制全片擦写。

#八、相关链接

• 触摸按键（TTP223 x4）——同功能域的单键输入方案，PA0~PA3 共用引脚的另一个主人
• 定时器与中断：1 秒心跳与五阶段状态机——「中断置标志 + 主循环处理」同款结构
• 温湿度传感器（DHT11，单总线）——同批实测的 OLED 显示模块
• 文章：STM32 低功耗三兄弟实测

#九、参考库/链接

• 洋桃1号官方例程：demo00\35_KEYPAD4X4\（轮询版）、36_KEYPAD_INT\（中断版）
• 4×4 薄膜键盘 datasheet（引脚定义各行列对应关系）

#十、更新日志