【Arduino】108种传感器模块系列实验（资料+代码+图形+仿真）

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实验二十六：4X4矩阵键盘模块（轻触式按键）

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。

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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。

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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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4X4矩阵4管脚直插按键键盘
（1）体积小；
（2）节省空间；
（3）使用方便；
（4）共计16按键；
（5）单片机外扩键盘的上佳选择。

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矩阵键盘所需库文件
在Arduino IDE 1.8.0 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。
也可以在下载库（需要下载库文件 https://github.com/Chris--A/Keypad），然后手动添加到IDE中。

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安装4*4矩阵键盘
4*4矩阵键盘有一个8孔的排母，理论上可以直接插到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 R1 –> Arduino Pin 2
Keypad Pin R2 –> Arduino Pin 3
Keypad Pin R3 –> Arduino Pin 4
Keypad Pin R4 –> Arduino Pin 5
Keypad Pin C1 –> Arduino Pin 6
Keypad Pin C2 –> Arduino Pin 7
Keypad Pin C3 –> Arduino Pin 8
Keypad Pin C4 –> Arduino Pin 9

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1. /*
   
2. 【Arduino】37种传感器模块系列实验（26）
   
3. 实验二十六：4X4矩阵键盘模块（12键示例代码）
   
4. */
   
5. 
   
6. #include <Keypad.h>
   
7. 
   
8. const byte ROWS = 4;
   
9. const byte COLS = 3;
   
10. 
    
11. char keys[ROWS][COLS] = {
    
12.   {'1','2','3'},
    
13.   {'4','5','6'},
    
14.   {'7','8','9'},
    
15.   {'#','0','*'}
    
16. };
    
17. byte rowPins[ROWS] = {5, 4, 3, 2};
    
18. byte colPins[COLS] = {8, 7, 6};
    
19. 
    
20. Keypad keypad = Keypad( makeKeymap(keys), rowPins, colPins, ROWS, COLS );
    
21. 
    
22. void setup(){
    
23.   Serial.begin(9600);
    
24. }
    
25. 
    
26. void loop(){
    
27.   char key = keypad.getKey();
    
28. 
    
29.   if (key != NO_KEY){
    
30.     Serial.println(key);
    
31.   }
    
32. }

复制代码

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这是一个非常简单的示例，可以看到将键盘输入添加到Arduino程序中是多么容易。也可以将此类输入用于许多不同的项目，包括：
●    门锁
●    输入PWM
●    闹钟
●    安全锁等

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1. /*
   
2. 【Arduino】37种传感器模块系列实验（26）
   
3. 实验二十六：4X4矩阵键盘模块（16键示例代码）
   
4. */
   
5. 
   
6. #include <Keypad.h>
   
7. 
   
8. const byte ROWS = 4;
   
9. const byte COLS = 4;
   
10. 
    
11. char hexaKeys[ROWS][COLS] = {
    
12.   {'1','2','3','A'},
    
13.   {'4','5','6','B'},
    
14.   {'7','8','9','C'},
    
15.   {'*','0','#','D'}
    
16. };
    
17. 
    
18. byte rowPins[ROWS] = {2, 3, 4, 5};
    
19. byte colPins[COLS] = {6, 7, 8, 9};
    
20. 
    
21. Keypad customKeypad = Keypad( makeKeymap(hexaKeys), rowPins, colPins, ROWS, COLS);
    
22. 
    
23. void setup(){
    
24.   Serial.begin(9600);
    
25. }
    
26. 
    
27. void loop(){
    
28.   char customKey = customKeypad.getKey();
    
29. 
    
30.   if (customKey){
    
31.     Serial.println(customKey);
    
32.   }
    
33. }

复制代码

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程序思路
1
#include <Keypad.h>   //加载库

2
const byte ROWS = 4;
const byte COLS = 4;
char keys[ROWS][COLS] = {
  {'1','2','3','A'},
  {'4','5','6','B'},
  {'7','8','9','C'},
  {'*','0','#','D'}
};//建立二维数组，用于设置按键的输出字符

3
byte rowPins[ROWS] = {2,3,4,5};   //定义行引脚
byte colPins[COLS] = {6,7,8,9};     //定义列引脚

4
Keypad keypad = Keypad( makeKeymap(keys), rowPins, colPins, ROWS, COLS ); //实例化Keypad 对象

5
char key = keypad.getKey();//新建一个key 变量 用于获取键盘当前的值