“实验五：矩阵键盘实验”的版本间的差异
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=== 程序运行 === | === 程序运行 === | ||
2024年12月5日 (四) 11:46的版本
目录
扫描原理
矩阵键盘的结构相较于独立键盘复杂一些，单片机对其进行的识别也会复杂一些。矩阵键盘的扫描方式有两种：行列扫描法和逐行/逐列扫描法。行列扫描法也称为线反法，适用于矩阵键盘受单片机连续的I/O口控制的情况;逐行/逐列扫描法适用于矩阵键盘被接入了单片机的任意I/O口的情况。在实际单片机应用中更为常用的是行列扫描法。 下面以4*4矩阵键盘为例，其中四条行线（第一行开始）接入单片机的P1.0-P1.3，四条列线（第一列开始）接入P1.4-P1.7。
行列扫描法
- 使P1口的高四位输出高电平，低四位输出低电平，此时列线被拉高，行线被拉低。假设有按键按下，则某一列的电平将会被拉低，此时读取P1口高四位（四个列）的电平，若读取到的值不全为高电平，说明有按键按下，可通过读取到的值判断是第几列。再使P1口的高四位输出低电平，低四位输出高电平，读取P1口低四位（四个行）的电平，此时读取到的值不再全为高电平，可通过读取到的值判断是第几行。将两次读取的结果组合起来就可以得到当前按键的键值，从而确定按下按键的位置。
逐行/逐列扫描法
- 逐行/逐列扫描法本质和行列扫描法类似，即给某一行/某一列输出低电平，其余七个全部为高电平，此时读取电平变化，若由低电平则说明有按键键按下，可根据读取的键值判断按键按下的位置。
- 具体操作如下：将第一行置为低电平，其余三行和四列置为高电平。读取列线的数据，若列线不全为高电平表示第一行有按键按下，可根据读取的数据判断是第一行的哪一列按键按下;若列线全为高电平，则将第二行置为低电平，其余三行和四列置为高电平，读取列线的数据，判断是否有按键按下。重复上述动作，并以此类推。
Arduino
实验现象
- 串口输出按下按键的键值
电路连接
主要程序
int R[] = {2,3,4,5};
int C[] = {6,7,8,9};
void setup() {
Serial.begin(9600);
for (int i = 0; i < 4; i++)
{
pinMode(R[i], INPUT_PULLUP);
pinMode(C[i], OUTPUT);
}
}
void loop() {
//列线输出0
for (int i = 0; i < 4; i++)
{
digitalWrite(C[i], LOW);
}
if (!digitalRead(R[0]) || !digitalRead(R[1]) || !digitalRead(R[2])|| !digitalRead(R[3]))
{
delay(10);
if (!digitalRead(R[0]) || !digitalRead(R[1]) || !digitalRead(R[2])|| !digitalRead(R[3]))
{
digitalWrite(C[0], LOW);//扫描第一列
digitalWrite(C[1], HIGH);
digitalWrite(C[2], HIGH);
digitalWrite(C[3], HIGH);
for (int j = 0; j < 4; j++)
{
if (!digitalRead(R[j]))
{
Serial.print("S");
Serial.print(j * 4 + 1);//在串口监视器中输出键盘编号
Serial.println(" has been pressed");
while (!digitalRead(R[j]));
Serial.println("The button has been loosened");
}
}
digitalWrite(C[0], HIGH);//扫描第二列
digitalWrite(C[1], LOW);
digitalWrite(C[2], HIGH);
digitalWrite(C[3], HIGH);
for (int j = 0; j < 4; j++)
{
if (!digitalRead(R[j]))
{
Serial.print("S");
Serial.print( j * 4 + 2);
Serial.println(" has been pressed");
while (!digitalRead(R[j]));
Serial.println("The button has been loosened");
}
}
digitalWrite(C[0], HIGH);//扫描第三列
digitalWrite(C[1], HIGH);
digitalWrite(C[2], LOW);
digitalWrite(C[3], HIGH);
for (int j = 0; j < 4; j++)
{
if (!digitalRead(R[j]))
{
Serial.print("S");
Serial.print(j * 4 + 3);
Serial.println(" has been pressed");
while (!digitalRead(R[j]));
Serial.println("The button has been loosened");
}
}
digitalWrite(C[0], HIGH);//扫描第三列
digitalWrite(C[1], HIGH);
digitalWrite(C[2], HIGH);
digitalWrite(C[3], LOW);
for (int j = 0; j < 4; j++)
{
if (!digitalRead(R[j]))
{
Serial.print("S");
Serial.print(j * 4 + 4);
Serial.println(" has been pressed");
while (!digitalRead(R[j]));
Serial.println("The button has been loosened");
}
}
}
}
}
注意事项
- 需将按键连接引脚配置为输入上拉模式，这样该引脚在没有外接信号输入的情况可下保持高电位，则写为：pinMode(9, INPUT_PULLUP)；
- 若单纯写为：pinMode(9, INPUT)，则该引脚的状态会不稳定。出现0和1无规律变化，从而影响程序判断。
树莓派
电路连接
程序运行
Python
- 安装gpiozero库
- 可以使下面命令来安装该库
sudo apt update sudo apt install python3-gpiozero
- 其它树莓派上的系统可以使下面命令来安装该库：
sudo pip3 install gpiozero
- 运行以下语句可以查看树莓派GPIO口定义
pinout
- 下载树莓派参考例程，将文件解压后拷贝放在用户名目录下，运行
cd raspberrypi/5/python_gpiozero python button.py
- 此时可看见树莓派在正确运行矩阵键盘程序，按下任意按键串口打印对应的键值。若想退出，按ctrl+C即可
- 指令说明：gpiozero.ButtonBoard(pin, pull_up, active_state, bounce_time, hold_time, hold_repeat)
- 主要参数：
- pin：GPIO口编号；
- pull_up: 内部上下拉电阻设置，
- 设置为True（默认）时，GPIO引脚被拉高，需将按键的另一端接地。
- 设置为Flase时，GPIO引脚被拉高低，需将按键的另一端接3V3
- 设置为None时，GPIO引脚悬空，gpiozero无法猜测活动状态，必须设置active_state
- active_state:
- 设置为True时，当硬件引脚状态为“高”，软件显示引脚状态也为“高”
- 设置为False时，则输入的极性相反，当硬件引脚状态为“高”，软件显示引脚状态为“低”
- 当pull_up设置为None时，使用该参数设置未知的引脚活动状态
- 当pull_up设置为True或者False时，引脚的活动状态被将自动赋值
- bounce_time: 软件消抖时间。一般开关在大约20ms内信号不稳定，存在所谓的“开关抖动
- 设置为None时，将不执行软件抖动补偿，否则该参数是组件在初始更改后忽略的时间长度（秒）,默认1s
- hold_time: 按下按钮后直到触发when_held的时间，单位秒
- hold_repeat:
- 如果为True，则只要按钮持续被按下when_held会每隔hold_time时间持续被触发
- 如果为False，则when_held只会触发一次；
- 主要参数：
- 指令说明：LEDBoard(pin, pwm, active_high, initial_value)
- 主要参数：
- pin: GPIO口编号，
- pwm:
- 如果为True，则为每个引脚构造PWMLED实例。
- 如果为False（默认值），则构造常规LED实例。
- active_high: 内部上下拉电阻设置，
- 设置为True（默认）时，on（）将引脚设置为High，off（）将引脚设置为LOW。
- 设置为Flase时，on（）将引脚设置为LOW，off（）将引脚设置为High。
- initial_value:
- 如果为False（默认值），则所有LED初始状态为关闭。
- 如果为“None”，则所有LED初始状态不稳定。
- 如果为True，则所有LED初始状态为关闭打开。
- 主要参数：
- 更多指令请查看gpiozero文档
