Матричная клавиатура arduino. Использование клавиатуры совместно с Arduino
Гайд по использованию мембранной клавиатуры с Arduino
Еще одним устройством, при помощи которого можно взаимодействовать с микроконтроллером Arduino , является клавиатура. Такую клавиатуру можно достать, к примеру, разобрав старый телефон или просто купив в магазине электротехники.
Клавиатуры бывают разных форм и размеров. Самые распространенные – это с расположением кнопок 3х4 или 4х4 . В продаже есть также клавиатуры с кнопками не только для цифр, но также для букв и даже слов.
Описание
Такие клавиатуры очень популярны среди тех, кто занимается проектами на базе Arduino . Они очень дешевые, и их можно использовать вместе с любым микроконтроллером.
Где купить?
Купить клавиатуру можно на eBay (к примеру, ), и она обойдется вам всего в пару долларов.
Как это работает?
Мембранная клавиатура – это матрица, состоящая из кнопок, расположенных рядами и столбцами. Таким образом, каждая кнопка находится в каком-нибудь столбце или ряду (см. картинку ниже). 12 -кнопочная клавиатура состоит из 4 рядов и 3 столбцов. Цифра «1» стоит на перекрестии 1 ряда и 1 столбца (Р1С1 ), «2» – это Р1С2 , «3» – Р1С3 , «звездочка» – Р4С1 , «9» – Р3С3 и т.д.
Необходимые компоненты
Для нашего проекта понадобятся следующие компоненты:
- Одна плата Arduino (см. на eBay)
- Одна мембранная клавиатура (см. на eBay)
- Провода-перемычки
Схема
Подсоедините эти компоненты друг к другу как показано на картинке ниже. Если ваша клавиатура выглядит по-другому, то подключите ее согласно информации из ее даташита (его можно найти в сети или спросить у продавца).
Установка библиотеки
Для нашего проекта понадобится библиотека «Keypad». Чтобы установить ее, выполните следующее:
- Загрузите отсюда ZIP -архив с библиотекой.
- Распакуйте ZIP -архив.
- Установите библиотеку в IDE Arduino, переместив распакованную папку в папку «libraries» IDE Arduino .
- Перезапустите IDE Arduino .
Если ваша клавиатура не работает с кодом ниже, то ее нужно подключить не так, как на картинке выше, а в соответствии с даташитом. Даташит можно найти в сети или спросить у продавца, у которого вы купили свою клавиатуру.
Примечание: Если у вашей клавиатуры другое количество клавиш, вам нужно будет поменять значения во 3-ей и 4-ой строчках кода. Кроме того, после этого нужно будет поменять значения в массиве, который расположен на строчках с 5-ой по 10-ую .
const byte ROWS = 4 ; // количество рядов
const byte COLS = 3 ; // количество столбцов
char keys[ ROWS] [ COLS] = {
{ "1" , "2" , "3" } ,
{ "4" , "5" , "6" } ,
{ "7" , "8" , "9" } ,
{ "#" , "0" , "*" }
byte rowPins[ ROWS] = { 8 , 7 , 6 , 5 } ; // контакты для рядов:
// R1 = D8, R2 = D7,
// R3 = D6, R4 = D5
byte colPins[ COLS] = { 4 , 3 , 2 } ; // контакты для столбцов:
#include "Keypad.h"
Эта статья посвящена матричной клавиатуре. Я расскажу об устройстве клавиатуры, её возможностях. И, конечно, статья содержит программный код с подробными пояснениями.
Собственно матричная клавиатурка.
Схема.
Все предельно просто. Если ни одна из кнопок не нажата, то между вертикальными линиями (1, 2, 3, 4) и горизонтальными линиями (5, 6, 7, 8) нет контакта. Нажатие кнопочки приводит к возникновению контакта между одной из вертикальных линий (1, 2, 3, 4) и одной из горизонтальных линий (5, 6, 7, 8). Например, нажатие кнопки S1 приводит к возникновению контакта между линиями 4 и 5.
Впрочем, никто не запрещает подключать эту клавиатурку к контроллеру через резисторы ом в 500. Это поспособствует защите контроллера от ошибок при подключении, а также программных ошибок.
Как работать с этой клавиатурой? Самая первая мысль, что приходит в голову, заключается в том, чтобы сконфигурировать выводы ардуино к которым подключены линии 1, 2, 3 и 4 как вход с включенным подтягивающим резистором. А выводы ардуино к которым подключены линии 5, 6, 7 и 8 сконфигурировать как выход и установить на них логический ноль. Пока ни одна из кнопок не нажата, на выводах ардуино связанных с линиями 1, 2, 3 и 4 будет логическая единица. Если кнопку нажать, то на одном из выводов ардуино связанном с линией 1, 2, 3 или 4 установится логический ноль. Но с любой из этих линий связано сразу четыре кнопки. Чтобы узнать какая конкретно кнопка нажата нужно изменить настройки. Выводы ардуино к которым подключены линии 1, 2, 3 и 4 следует сконфигурировать как выход и установить на них логический ноль. А выводы ардуино к которым подключены линии 5, 6, 7 и 8 необходимо сконфигурировать как вход с включенным подтягивающим резистором. Теперь логический ноль будет на одном из выводов ардуино связанном с линией 5, 6, 7 или 8. С каждой из этих линий также связано сразу четыре кнопки. Однако у каждой из линий 5, 6, 7 и 8 есть лишь одна общая кнопка с каждой из линий 1, 2, 3 и 4. Кнопка, которая нажата, находится на пересечении линий на которых читается логический ноль при первом и при втором варианте настроек.
Для наглядности опишу как это все будет работать при нажатии кнопки S2. Выводы ардуино к которым подключены линии 1, 2, 3 и 4 сконфигурированы как вход с включенным подтягивающим резистором. Выводы ардуино к которым подключены линии 5, 6, 7 и 8 сконфигурированы как выход и на них установлен логический ноль. На выводах ардуино связанных с линиями 1, 2 и 4 будет читаться логическая единица. На выводе ардуино связанном с линией 3 будет читаться логический ноль. Такое возможно при нажатии одной из кнопок S2, S6, S10 и S14. Теперь настройки меняются. Выводы ардуино к которым подключены линии 1, 2, 3 и 4 сконфигурированы как выход и на них установлен логический ноль. Выводы ардуино к которым подключены линии 5, 6, 7 и 8 сконфигурированы как вход с включенным подтягивающим резистором. На выводах ардуино связанных с линиями 6, 7 и 8 будет читаться логическая единица. На выводе ардуино связанном с линией 5 будет читаться логический ноль. Такое возможно при нажатии одной из кнопок S1, S2, S3 или S4. У линий 3 и 5 есть лишь одна общая кнопка. Это кнопка S2. Нажатая кнопка находится на пересечении линий 3 и 5.
Программа.
////////////////////////
//
// Arduino Uno
//
////////////////////////
//
// Sketch: Matrix Keyboard
//
// Keyboard --- Arduino Uno
//
// 1 --- D11
// 2 --- D10
// 3 --- D9
// 4 --- D8
// 5 --- A0 (D14)
// 6 --- A1 (D15)
// 7 --- A2 (D16)
// 8 --- A3 (D17)
#include
Результат работы программы можно наблюдать в мониторе порта Arduino IDE.
Основным недостатком описанного алгоритма является некорректная работа при одновременном нажатии нескольких кнопок. Здесь нужно сказать, что есть алгоритм для матричной клавиатуры позволяющий корректно обрабатывать одновременное нажатие двух кнопок. Но про него я расскажу как нибудь позже.
Arduino и матричная клавиатура
Клавиатура позволяет пользователям вводить данные во время работы программы. Это очень полезное и удобное устройство ввода. В радиолюбительских проектах также зачастую требуется вводить какую-либо пользовательскую информацию, и в этом случае прекрасно подойдет простая матричная клавиатура.
В этом обучающем проекте будет показано, как подключить 12-кнопочную матричную клавиатуру к Arduino и запрограммировать плату для работы с ней.
Мембранные клавиатуры являются экономичным решением для многих приложений. Они довольно тонкие и могут легко монтироваться там, где они нужны. Клавиатура с 12 кнопками имеет три столбца и четыре ряда. При нажатии этой кнопки один из выходов строки будет выведен на один из выходов столбца. Из этой информации Arduino может определить, какая кнопка была нажата. Например, при нажатии клавиши 1 столбец 1 и строка 1 замыкаются. Arduino обнаружит это, и в программе будет индицирована цифра 1. Порядок расположения строк и столбцов внутри клавиатуры показан на рисунке ниже.
В данном случае воспользуемся платой Arduino Mega 2560, подключим к ее выводам с 1 по 7 линии матричной клавиатуры 3x4 и будем выводить получаемые с нее данные в последовательный порт. Схема подключения платы Arduino Mega 2560 и матричной клавиатуры показана ниже.
Код (скетч) взаимодействия Arduino и матричной клавиатуры представлен далее.
#include "Keypad.h" const byte Rows= 4; // число строк 4 const byte Cols= 3; // число столбцов 3 // расположение цифр и символов в матрице: char keymap= { {"1", "2", "3"}, {"4", "5", "6"}, {"7", "8", "9"}, {"*", "0", "#"} }; // подключение к линиям Arduino: byte rPins= {A6,A5,A4,A3}; // строки с 0 по 3 byte cPins= {A2,A1,A0}; // столбцы с 0 по 2 // инициализация класса Keypad Keypad kpd= Keypad(makeKeymap(keymap), rPins, cPins, Rows, Cols); void setup() { Serial.begin(9600); // включаем последовательный монитор } // если клавиша нажата, ее номер сохраняется в переменной keypressed // если номер клавиши не равен NO_KEY, тогда он выводится в последовательный монитор void loop() { char keypressed = kpd.getKey(); if (keypressed != NO_KEY) { Serial.println(keypressed); } }
Это очень простой пример, но он наглядно демонстрирует, насколько легко можно подключить клавиатуру к вашему проекту и довольно эффективно ее использовать. Вы можете использовать этот тип ввода для многих разных проектов, в том числе для ввода пароля, ввода задания ШИМ-сигнала, ввода времени срабатывания таймера или будильника.
Иногда мы сталкиваемся с проблемой нехватки портов на Arduino. Чаще всего это относится к моделям с небольшим количеством выводов. Для этого была придумана матричная клавиатура. Такая система работает в компьютерных клавиатурах, калькуляторах, телефонах и других устройств, в которых используется большое количество кнопок.
Для Arduino чаще всего используются такие клавиатуры:
Самыми распространенными являются 16 кнопочные клавиатуры 4x4. Принцип их работы достаточно прост, Arduino поочередно подает логическую единицу на каждый 4 столбцов, в этот момент 4 входа Arduino считывают значения, и только на один вход подается высокий уровень. Это довольно просто, если знать возможности управления портами вывода в Arduino , а так же портами входа/ввода.
Для программирования можно использовать специализированную библиотеку Keypad, но в этой статье мы не будем её использовать для большего понимания работы с матричной клавиатуры.
Подключаем клавиатуру в любые порты ввода/вывода.
На красные порты будем подавать сигналы, а с синих будем их принимать. Зачастую на синие провода подводят подтягивающие резисторы, но мы их подключим внутри микроконтроллера Arduino .
В программе будем вычислять нажатую кнопку и записывать её в Serial порт.
В данном методе есть один значительный недостаток: контроллер уже не может выполнять других задач стандартными методами. Эта проблем решается подключением матричной клавиатуры с использованием прерываний .
Int PinOut {5, 4, 3, 2}; // пины выходы int PinIn {9, 8, 7, 6}; // пины входа int val = 0; const char value { {"1", "4", "7", "*"}, {"2", "5", "8", "0" }, {"3", "6", "9", "#"}, {"A", "B", "C", "D"} }; // двойной массив, обозначающий кнопку int b = 0; // переменная, куда кладется число из массива(номер кнопки) void setup() { pinMode (2, OUTPUT); // инициализируем порты на выход (подают нули на столбцы) pinMode (3, OUTPUT); pinMode (4, OUTPUT); pinMode (5, OUTPUT); pinMode (6, INPUT); // инициализируем порты на вход с подтяжкой к плюсу (принимают нули на строках) digitalWrite(6, HIGH); pinMode (7, INPUT); digitalWrite(7, HIGH); pinMode (8, INPUT); digitalWrite(8, HIGH); pinMode (9, INPUT); digitalWrite(9, HIGH); Serial.begin(9600); // открываем Serial порт } void matrix () // создаем функцию для чтения кнопок { for (int i = 1; i <= 4; i++) // цикл, передающий 0 по всем столбцам { digitalWrite(PinOut, LOW); // если i меньше 4 , то отправляем 0 на ножку for (int j = 1; j <= 4; j++) // цикл, принимающих 0 по строкам { if (digitalRead(PinIn) == LOW) // если один из указанных портов входа равен 0, то.. { Serial.println(value); // то b равно значению из двойного массива delay(175); } } digitalWrite(PinOut, HIGH); // подаём обратно высокий уровень } } void loop() { matrix(); // используем функцию опроса матричной клавиатуры }
С использованием библиотеки считывание данных с цифровой клавиатуры упрощается.
#include