【雕爷学编程】Arduino动手做（131）---跑马灯矩阵键盘模块

news2024/11/18 7:47:48

37款传感器与执行器的提法，在网络上广泛流传，其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止这37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和执行器模块，依照实践出真知（一定要动手做）的理念，以学习和交流为目的，这里准备逐一动手尝试系列实验，不管成功（程序走通）与否，都会记录下来—小小的进步或是搞不掂的问题，希望能够抛砖引玉。

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
实验一百三十一：YL-004老款20按键独立键盘 跑马灯矩阵键盘模块

在这里插入图片描述
4X4矩阵键盘

是单片机外部设备中所使用的排布类似于矩阵的键盘组。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。由于电路设计时需要更多的外部输入，单独的控制一个按键需要浪费很多的IO资源，所以就有了矩阵键盘，常用的矩阵键盘有4X4和8X8,其中用的最多的是4X4。

工作原理

矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。这样键盘中按键的个数是4X4个。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。由于单片机IO端口具有线与的功能，因此当任意一个按键按下时，行和列都有一根线被线与，通过运算就可以得出按键的坐标从而判断按键键值。

在这里插入图片描述
行列扫描法原理
1、使行线为编程的输入线，列线是输出线，拉低所有的列线，判断行线的变化，如果有按键按下，按键按下的对应行线被拉低，否则所有的行线都为高电平。
2、在第一步判断有键按下后， 延时10ms消除机械抖动，再次读取行值，如果此行线还处于低电平状态则进入下 一步，否则返回第一步重新判断。
3、开始扫描按键位置，采用逐 行扫描，每间隔1ms的时间，分别拉低第一列，第二列，第三列，第四 列，无论拉低哪一列其他三列都为高电平，读取行值找到按键的位置，分别把行值和列值储存在寄存器里。
4、从寄存器中找到行值和列 值并把其合并，得到按键值，对此按键值进行编码，按照从第一行第一个一直到第四行第四个逐行进行编码，编码值从“0000” 至“1111” ， 再进行译码，最后显示按键号码。

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4*4矩阵键盘+4位独立按键+8位跑马灯组合模块

在这里插入图片描述
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4*4矩阵键盘+4位独立按键+8位跑马灯组合模块参考电原理图

在这里插入图片描述
模块上4*4矩阵键盘有一个8脚的端口，理论上可以直接插到Arduino的0-7脚上，但0,1脚用于串口通信，所以只能选择2~13脚，这里选用了2-9脚。

Keypad Pin L1 –> Arduino Pin 2 （行）

Keypad Pin L2 –> Arduino Pin 3

Keypad Pin L3 –> Arduino Pin 4

Keypad Pin L4 –> Arduino Pin 5

Keypad Pin R1 –> Arduino Pin 6 （列）

Keypad Pin R2 –> Arduino Pin 7

Keypad Pin R3 –> Arduino Pin 8

Keypad Pin R4 –> Arduino Pin 9

测试矩阵键盘部分接线示意图

在这里插入图片描述

矩阵键盘所需库文件
在Arduino IDE 1.8.10 或者以上版本中, 项目->加载库->管理库中搜索Keypad，然后安装即可。
也可以下载库（需要下载库文件 https://github.com/Chris–A/Keypad），然后手动添加到IDE中。

在这里插入图片描述
Arduino实验开源代码

/*

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）

实验一百三十一：YL-004老款20按键独立键盘 跑马灯矩阵键盘模块

程序之一：测试矩阵键盘部分

*/



#include <Keypad.h>

const byte ROWS = 4;

const byte COLS = 4;

char hexaKeys[ROWS][COLS] = {

  {'1','2','3','A'},

  {'4','5','6','B'},

  {'7','8','9','C'},

  {'*','0','#','D'}

};

byte rowPins[ROWS] = {2, 3, 4, 5};

byte colPins[COLS] = {6, 7, 8, 9};

Keypad customKeypad = Keypad( makeKeymap(hexaKeys), rowPins, colPins, ROWS, COLS);

void setup(){

  Serial.begin(9600);

}

void loop(){

  char customKey = customKeypad.getKey();

  if (customKey){

  Serial.println(customKey);

  }

}

串口输出16位矩阵键值

在这里插入图片描述

程序之二：矩阵键盘部分测试每个按键的按下与松开

/*

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）

 实验一百三十一：YL-004老款20按键独立键盘 跑马灯矩阵键盘模块

  程序之二：矩阵键盘部分测试每个按键的按下与松开

*/



#include "Adafruit_Keypad.h"

const byte ROWS = 4; // 行

const byte COLS = 4; // 列

//定义键盘按钮上的符号

char hexaKeys[ROWS][COLS] = {

  {'1', '2', '3', 'A'},

  {'4', '5', '6', 'B'},

  {'7', '8', '9', 'C'},

  {'*', '0', '#', 'D'}

};

byte rowPins[ROWS] = {2, 3, 4, 5}; //连接到键盘的行插脚

byte colPins[COLS] = {6, 7, 8, 9}; //连接到键盘的列插脚

//初始化类NewKeypad的实例

Adafruit_Keypad customKeypad = Adafruit_Keypad( makeKeymap(hexaKeys), rowPins, colPins, ROWS, COLS);

void setup() {

  Serial.begin(9600);

  customKeypad.begin();

}

void loop() {

  //把你的主代码放在这里，重复运行

  customKeypad.tick();

  while (customKeypad.available()) {

  keypadEvent e = customKeypad.read();

  Serial.print((char)e.bit.KEY);

  if (e.bit.EVENT == KEY_JUST_PRESSED) Serial.println(" pressed");

  else if (e.bit.EVENT == KEY_JUST_RELEASED) Serial.println(" released");

  }

  delay(10);

}

实验串口返回情况

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程序之三：矩阵键盘部分测试按键’*'和 '#'控制LED灯（板载13脚）

/*

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）

 实验一百三十一：YL-004老款20按键独立键盘 跑马灯矩阵键盘模块

  程序之三：矩阵键盘部分测试按键'*'和 '#'控制LED灯（板载13脚）

*/



#include <Keypad.h>

const byte ROWS = 4; //四行

const byte COLS = 3; //三列

//定义键盘按钮上的符号

char keys[ROWS][COLS] = {

  {'1', '2', '3'},

  {'4', '5', '6'},

  {'7', '8', '9'},

  {'*', '0', '#'}

};

byte rowPins[ROWS] = {2, 3, 4, 5}; //连接到键盘的行插脚

byte colPins[COLS] = {6, 7, 8};  //连接到键盘的列插脚

Keypad keypad = Keypad( makeKeymap(keys), rowPins, colPins, ROWS, COLS );

byte ledPin = 13;

boolean blink = false;

boolean ledPin_state;

void setup() {

  Serial.begin(9600);

  pinMode(ledPin, OUTPUT);          // 将数字管脚设置为输出

  digitalWrite(ledPin, HIGH);        // 打开LED

  ledPin_state = digitalRead(ledPin);  // 存储初始LED状态。当LED亮起时为高

  keypad.addEventListener(keypadEvent); // 为此键盘添加事件侦听器

}

void loop() {

  char key = keypad.getKey();

  if (key) {

  Serial.println(key);

  }

  if (blink) {

  digitalWrite(ledPin, !digitalRead(ledPin));  // 将LED引脚从Hi2Lo或Lo2Hi更改

  delay(100);

  }

}

// 处理一些特殊事件

void keypadEvent(KeypadEvent key) {

  switch (keypad.getState()) {

  case PRESSED:

    if (key == '#') {

      digitalWrite(ledPin, !digitalRead(ledPin));

      ledPin_state = digitalRead(ledPin);      // 记住LED状态，亮或不亮

    }

    break;

  case RELEASED:

    if (key == '*') {

      digitalWrite(ledPin, ledPin_state);  // 从开始闪烁前恢复LED状态

      blink = false;

    }

    break;

  case HOLD:

    if (key == '*') {

      blink = true;  // 按住*键时，LED闪烁

    }

    break;

  }

}

'#‘键控制LED灯自锁开关，’*'键按下时LED闪烁，松开熄灭

在这里插入图片描述
测试跑马灯部分接线示意图

在这里插入图片描述
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程序之四：测试跑马灯部分，循环逐个点亮，逐个熄灭

/*

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）

 实验一百三十一：YL-004老款20按键独立键盘 跑马灯矩阵键盘模块

  程序之四：测试跑马灯部分，循环逐个点亮，逐个熄灭

*/



int BASE = 6 ;

int NUM = 8;

void setup(){

  for (int i = BASE; i < BASE + NUM; i ++)

  {

  pinMode(i, OUTPUT);

  }

}

void loop(){

  for (int i = BASE; i < BASE + NUM; i ++)

  {

  digitalWrite(i, LOW);

  delay(200);

  }

  for (int i = BASE; i < BASE + NUM; i ++)

  {

  digitalWrite(i, HIGH);

  delay(200);

  }

}

Arduino实验场景图

在这里插入图片描述
程序之五：测试跑马灯部分，循环单个熄灭

/*

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）

 实验一百三十一：YL-004老款20按键独立键盘 跑马灯矩阵键盘模块

  程序之五：测试跑马灯部分，循环单个熄灭

*/



byte ledPin[] = {6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13};

int ledDelay(300);

int direction = 1;

int currentLED = 0;

unsigned long changeTime;

void setup() {

  for (int x = 0; x <= 7; x++)

  pinMode(ledPin[x], OUTPUT); //数组从0开始分配存储单元，这里要非常注意循环变量的初值和终值，0－7刚好循环至8

  changeTime = millis();

}

void loop() {

  if ((millis() - changeTime) > ledDelay)

  { changeLED(); //运行时间如果超过一个数量的延时时间，则由函数changeLED()控制LED点亮的变化

  changeTime = millis();

  }

}

void changeLED() {

  for (int x = 0; x <= 7; x++)

  { digitalWrite(ledPin[x], LOW); //8只LED灯低平信号，熄灭

  }

  digitalWrite(ledPin[currentLED], HIGH); //设当前LED高平信号，点亮

  currentLED += direction; //当前值增加为direction表示的值

  if (currentLED == 7) {

  direction = -1; //当前灯为第8只灯，currentLED当前值改为－1，改变亮灯方向

  }

  if (currentLED == 0) {

  direction = 1; //当前灯为第1只灯，currentLED当前值为+1，从第1只灯开始计数

  }

}

测试独立按键部分+跑马灯部分

在这里插入图片描述
程序之六：测试独立按键部分+跑马灯部分，按键控制跑马灯

/*

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）

 实验一百三十一：YL-004老款20按键独立键盘 跑马灯矩阵键盘模块

  程序之六：测试独立按键部分+跑马灯部分，按键控制跑马灯

*/



int buttonPin = 2 ;  // 定义按键引脚

int BASE = 6;      // 定义第一个LED引脚

int NUM = 8;      // LED 的总数

int val;

void setup()

{

  Serial.begin(9600);

  pinMode(buttonPin, INPUT);

  for (int i = BASE; i < BASE + NUM; i ++)

  {

  pinMode(i, OUTPUT);  // 设定LED引脚为输出引脚

  }

}

void loop()

{

  liangdeng();        // 循环亮灯子程序

  delay(200);        // 每次循环间隔时间

  miedeng();          // LED全灭子程序

}

void liangdeng()

{

  for (int i = BASE; i < BASE + NUM; i ++)

  {

  digitalWrite(i, LOW);  //设定LED引脚逐个输出高电平逐个点亮

  val = digitalRead(buttonPin);  // 储存按键变换量

  if (val == HIGH)      //判断是否按下按键，弱已按下按键跳出当前循环

  {

    val = HIGH;

    break;

  }

  delay(200);      //延时

  }

}

void miedeng()

{

  for (int i = BASE; i < BASE + NUM; i ++)

  {

  digitalWrite(i, HIGH);  //设定LED引脚逐个输出低电平逐个点亮

  }

}

实验开源图形编程（Mind+、编玩边学）

在这里插入图片描述

实验开源仿真编程（Linkboy V4.62）
在这里插入图片描述

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