Arduino 4x4 矩阵键盘讲义

1. 概述

矩阵键盘是一种常见的输入设备，它通过行和列的交叉点来检测按键是否被按下。本讲义将指导你如何使用Arduino来控制一个4x4矩阵键盘。

2. 材料清单

Arduino开发板（例如Arduino Uno）
4x4矩阵键盘模块
连接线
面包板（可选）

3. 准备工作

确保Arduino开发板已安装最新版本的Arduino IDE。
安装Keypad库，可以通过Arduino IDE的库管理器搜索并安装。

4. 连接键盘

PM - Clavier 16 touches souple (matriciel) - DuinoEDU

上图中从左至右依次是：行1，行2，行3，行4，列1，列2，列3，列4，控制引脚

将4x4矩阵键盘的行和列引脚连接到Arduino开发板的相应数字引脚上。以下是示例连接：

键盘行1 -> Arduino 11
键盘行2 -> Arduino 10
键盘行3 -> Arduino 9
键盘行4 -> Arduino 8
键盘列1 -> Arduino 7
键盘列2 -> Arduino 6
键盘列3 -> Arduino 5
键盘列4 -> Arduino 4

5. 编写代码

以下是用于控制4x4矩阵键盘的Arduino代码示例：

#include <Key.h>
#include <Keypad.h>

const byte rows = 4;  // 键盘的行数
const byte cols = 4;  // 键盘的列数

// 定义键盘按键布局
char key[rows][cols] = {
  {'1','2','3','+'},
  {'4','5','6','-'},
  {'7','8','9','*'},
  {'=','0','.','/'}
};

// 定义行和列的引脚
byte rowPin[rows] = {11,10,9,8};//行
byte colPin[cols] = {7,6,5,4};//列

// 初始化Keypad对象
Keypad k = Keypad(makeKeymap(key), rowPin, colPin, rows, cols);

void setup() {
  // 初始化串行通信
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // 检测按键是否被按下
  char keys = k.getKey();
  if(keys) {
    // 如果按键被按下，打印按键值
    Serial.println(keys);
  }
  // 延迟200毫秒，防止抖动
  delay(200);
}

6. 代码解析

6.1 包含库

#include <Key.h>
#include <Keypad.h>

这两行代码是预处理指令，它们告诉编译器在编译过程中包含Keypad库的头文件。Key.h和Keypad.h是Keypad库的两个主要文件，提供了创建和操作矩阵键盘所需的函数和定义。

6.2 定义常量

const byte rows = 4;  // 键盘的行数
const byte cols = 4;  // 键盘的列数

这里定义了两个常量rows和cols，分别代表键盘的行数和列数。在本例中，键盘是4x4的，所以两个常量都被设置为4。

6.3 定义键盘布局

char key[rows][cols] = {
  {'1','2','3','+'},
  {'4','5','6','-'},
  {'7','8','9','*'},
  {'=','0','.','/'}
};

这是一个二维字符数组，定义了键盘上每个按键对应的字符。数组的每一行对应键盘的一行，每一列对应键盘的一列。例如，第一行第一列的按键对应字符'1'。

6.4 定义引脚

byte rowPin[rows] = {11,10,9,8};
byte colPin[cols] = {7,6,5,4};

这里定义了两个数组rowPin和colPin，分别存储连接到键盘行和列的Arduino引脚编号。这些引脚将用于检测按键是否被按下。

6.5 初始化Keypad对象

Keypad k = Keypad(makeKeymap(key), rowPin, colPin, rows, cols);

这行代码创建了一个Keypad对象k，它是使用Keypad库来控制键盘的核心。makeKeymap(key)函数将key数组转换为Keypad库所需的格式。rowPin、colPin、rows和cols分别传递给Keypad对象，以初始化键盘布局和引脚配置。

6.6 `setup()`函数

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

setup()函数是Arduino程序的入口点，它在程序开始运行时执行一次。这里，它设置了串行通信的波特率，这里是9600波特率，用于与计算机通信。

6.7 `loop()`函数

void loop() {
  char keys = k.getKey();
  if(keys) {
    Serial.println(keys);
  }
  delay(200);
}

loop()函数是Arduino程序的主要循环，它将不断重复执行。在本例中：

char keys = k.getKey();：调用Keypad对象的getKey()方法来检测是否有按键被按下，并存储按下的按键字符。
if(keys) { ... }：如果检测到按键（即keys不为0），则执行大括号内的代码。
Serial.println(keys);：将按下的按键字符通过串行端口打印出来，这样可以通过Arduino IDE的串行监视器看到按键输入。
delay(200);：在每次循环结束时添加200毫秒的延迟，以避免按键抖动或误触发。

7. 测试

将编写好的代码上传到Arduino开发板。
打开Arduino IDE的串行监视器，设置波特率与代码中的设置相匹配。
按下键盘上的任意键，观察串行监视器输出的按键值。

8. 扩展

你可以修改key数组来自定义键盘的按键布局。
可以添加更多的功能，例如按键长按检测、组合键等。

9. 注意事项

确保所有连接都已正确焊接或插接。
在修改代码之前，确保理解每一部分的功能。