Обычная кнопочная клавиатура для ардуино. Использование клавиатуры совместно с Arduino

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.

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 void setup() { DDRB = 0b00000000; PORTB = 0b00000000; DDRC = 0b00000000; PORTC = 0b00000000; DDRD = 0b00000000; PORTD = 0b00000000; Serial.begin(9600); } void loop() { unsigned char x = 4, y = 4; DDRB = 0b00000000; PORTB = 0b00001111; _delay_us(10); // Wait 10 us DDRC = 0b00001111; PORTC = 0b00000000; _delay_us(10); // Wait 10 us if ((PINB & 0b00000001) == 0) x = 0; if ((PINB & 0b00000010) == 0) x = 1; if ((PINB & 0b00000100) == 0) x = 2; if ((PINB & 0b00001000) == 0) x = 3; DDRC = 0b00000000; PORTC = 0b00001111; _delay_us(10); // Wait 10 us DDRB = 0b00001111; PORTB = 0b00000000; _delay_us(10); // Wait 10 us if ((PINC & 0b00000001) == 0) y = 0; if ((PINC & 0b00000010) == 0) y = 1; if ((PINC & 0b00000100) == 0) y = 2; if ((PINC & 0b00001000) == 0) y = 3; if (x != 4 && y != 4) Serial.println(((y*4)+x+1)); _delay_ms(1000); // Wait 1000 ms } // // End // ////////////////////////
Результат работы программы можно наблюдать в мониторе порта Arduino IDE.

Матричная клавиатура и ардуино. Очень интересное и своеобразное сочетание. Глядя на матрицу представляется множество устройств, которые могут быть исполнены с помощью небольшой клавиатуры: умный дом, различные охранные системы и системы управления. В общем большой спектр возможностей, который может быть ограничен лишь вашей фантазией.

Как подключить матричную клавиатуру к Arduino? Легко! Сейчас мы это Вам докажем. А также подключим сервоприводы к Arduino, и будем ими управлять, посылая команды с клавиатуры.

Для урока нам потребуется:

1. Сервоприводы 2шт.
2. Матричная клавиатура
3. Соединительные провода "папа - папа"

Цель урока:

Научиться подключать и работать с клавиатурой. Мы подключим клавиатуру к Arduino, Также в Arduino будут подключены два сервопривода. С помощью управляющих команд, которые будут подаваться с клавиатуры, сервоприводы будут вращаться.

Краткая теория:

Клавиатура типа 4x4. Имеет 16 кнопок с индивидуальными обозначениями. Цифры от 0 до 9, а также символы: " A " , " B " , " C " , " D " и " * ", " # ".

Ход работы:

Для начала давайте соединим клавиатуру и Arduino. Это делается по схеме указанной ниже:

Также для работы нам потребуется подключить сервоприводы. Сервопривод имеет 3 провода, обычно это: коричневый (подключается к GND), красный (подключается к 5V) и оранжевый (управляющий, в данном случае один сервопривод подключается к 11 пину, другой - к 10).

После того, как схема была собрана, можно переходить к написанию скетча. В данном скетче используется библиотека Keypad, необходимая для подключения клавиатуры. Ее вы можете скачать нажав на кнопку .

И так, скетч. Открываем Arduino IDE и вставляем следующий скетч:

#include // Подключаем библиотеку
#include //используем библиотеку для работы с сервоприводом
Servo servo; //объявляем переменную servo типа Servo
Servo servo2; //объявляем переменную servo2 типа Servo
const byte ROWS = 4; // 4 строки
const byte COLS = 4; // 4 столбца
char keys = {
{"1","2","3","A"},
{"4","5","6","B"},
{"7","8","9","C"},
{"*","0","#","D"}
};
byte rowPins = {2,3, 4, 5};
byte colPins = {6, 7, 8, 9};
Keypad keypad = Keypad(makeKeymap(keys), rowPins, colPins, ROWS, COLS);
int n1=0;
int n2=0;

Void setup(){
Serial.begin(9600);
servo.attach(11); //привязываем привод к порту 11
servo2.attach(10); //привязываем привод к порту 10
}
void loop(){
servo.write(n1); //ставим вал под 0
servo2.write(n2); //ставим вал под 0
char key = keypad.getKey();
if (key == "1") {
n1 = n1 + 45;
if (n1 > 180)
{ n1 = 0; }
}
else if (key == "2")
{ n1 = n1 - 45;
if (n1 < 0) { n1=180; }
}
else if (key == "3")
{ n1 = n1 + 90;
if (n1 > 180) { n1=0; }
}
else if (key == "4")
{ n2 = n2 + 45;
if (n2 > 180) { n2 = 0; }
}
else if (key == "5")
{ n2 = n2 - 45;
if (n2 < 0) { n2=180; }
}
else if (key == "6")
{ n2 = n2 + 90;
if (n2 > 180) { n2=0; }
}
​} ​

​Загружаем скетч в Arduino. И теперь нажимаем на кнопки 1 - 6. Кнопки с 1 по 3, отвечают за первый сервопривод, а кнопки с 4 по 6 - за вторую. При нажатии на кнопки 1, 2, 3, 4 сервоприводы будут менять свой угол поворота на 45 градусов, а при нажатии на 5 и 6 - на угол 90 градусов.

«. Сегодня подключаем матричную клавиатуру к плате Arduino, а также рассматриваем интересные схемы с ней. Сделать такую клавиатуру можно и самому из кнопок и печатной платы. В статье видео-инструкция, листинги программ, схемы подключения и необходимые компоненты.

Большая часть текста содержит объяснение программного кода, его можно скачать либо посмотреть видео под статьей.

Сделать такую клавиатуру можно и самому. Для этого понадобится печатная плата, 12 или 16 обычных кнопок и соединительные провода. Я же буду использовать готовую.

Для чего нужна матричная клавиатура?

Для примера возьмем обычную кнопку. Как вы знаете, это простейшее электромеханическое устройство. Чтобы подключить ее к плате, нужно использовать стягивающий резистор, а также задействовать по одному контакту питания и «земли». Нажатием такой кнопки можно выполнить определенное действие, например можно управлять светодиодом, различными приводами, механизмами и так далее. А что, если нам необходимо подключить несколько кнопок? Тогда придется задействовать больше контактов и большее число проводов, да и без макетной платы уже не обойтись, плюс еще резисторы придется использовать в большем количестве.

Для этого и придумали такую клавиатуру, чтобы упростить подключение большего числа кнопок. Такие устройства встречаются везде — в клавиатурах компьютеров, калькуляторах и так далее.

Подключать ее к плате следует 8 выводами, каждый из них считывает значения с определенных строк и столбцов. Подключать их следует к выводам на панели Digital. Я подключу, например, к выводам от 2 до 9 включительно. Нулевой и первый трогать не желательно, поскольку они предназначены для UART интерфейса (например, для подключения блютуз-модуля). Рациональнее оставить их свободными.

Так выглядит самая простая схема с использованием клавиатуры. Для более удобной работы с ней была написана библиотека Кейпад. Скачать ее, а также другие скетчи можно .

После того, как вы установили в библиотеку, можно зайти в Ардуино IDE (программа с сайта Arduino) и посмотреть примеры скетчей.

Возьмем самый простой скетч для ознакомления. Он позволяет считывать значение с клавиатуры при нажатии определенной клавиши и выводить их в порт. В данном случае это монитор порта на компьютере.

#include // подключаем нашу библиотеку




{"2","5","8","0"},
{"3","6","9","#"},
{"A","B","C","D"}
};




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

if (customKey){
Serial.println(customKey);
}
}

Скетч очень простой. Стоит отметить первые строчки кода. Сначала подключаем библиотеку, затем указываем сколько строк и столбцов у клавиатуры, а потом нужно правильно расположить названия клавиш, чтобы было удобнее работать.

Если это сделать неправильно, то, например, при нажатии цифры 4, в порт выйдет цифра 6 или любой другой символ. Это можно определить опытным путем и расположить символы, как они расположены на клавиатуре.

В функции void setup указываем скорость последовательного соединения с монитором порта 9600 бод . Функция нужна только для подачи питания на модули. В функции Void Loop прописываем условие. Переменная Char используется для хранения только одного символа, например, 1, А или 5, что подходит к ситуации. Если нажатие зафиксировано, то происходит вывод символа в монитор порта с помощью функции Serial Print. В скобках нужно указывать, какую переменную выводим в порт. Если все сделано верно, в мониторе порта получим символ, на который нажимали. Не забудьте в мониторе порта внизу справа указать скорость передачи данных такую же, как в скетче.

Схема с дисплеем и матричной клавиатурой

Давайте выведем данные на дисплей.

Я использую дисплей, сопряженный с модулем I2C, который упрощает подключение. Для работы с дисплеем с шиной I2C необходимо установить еще одну библиотеку. Скачать ее можно .

Далее нужно указать размерность дисплея. Используемый в примере дисплей вмещает по 16 символов в каждой из 2-ух строк, это я и указываю. В функции Void Setup нужно подать питание на дисплей и включить подсветку. Делается это с помощью двух функций: lcd.begin и lcd.backlight .

#include // подключаем нашу библиотеку
#include
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
const byte ROWS = 4; //число строк у нашей клавиатуры
const byte COLS = 4; //число столбцов у нашей клавиатуры
char hexaKeys = {
{"S","4","7","*"}, // здесь мы располагаем названия наших клавиш, как на клавиатуре,для удобства пользования
{"O","5","8","0"},
{"S","6","9","#"},
{"I","B","C","D"}
};
byte rowPins = {5, 4, 3, 2}; //к каким выводам подключаем управление строками
byte colPins = {9, 8, 7, 6}; //к каким выводам подключаем управление столбцами
//initialize an instance of class NewKeypad
Keypad customKeypad = Keypad(makeKeymap(hexaKeys), rowPins, colPins, ROWS, COLS);
void setup(){
Serial.begin(9600);
lcd.begin(); // Инициализируем экран
lcd.backlight();
}
void loop(){
char customKey = customKeypad.getKey();
if (customKey){
Serial.println(customKey);
lcd.setCursor(1,4); //устанавливаем курсор
lcd.print(customKey);
}
}

В функции Voil Loop нужно в самом условии прописать строчку lcd.print для вывода данных на дисплей. И еще нужно предварительно установить положение курсора. В скобках идут 2 цифры: первая — это номер символа, а вторая — номер строки. Нужно помнить, что у этого дисплея отсчет строк и столбцов начинается не с единицы, а с нуля. То есть здесь имеются строчки под номерами 0 и 1, а не 1 и 2, как может показаться сначала. Затем загрузим код в плату и посмотрим, что будет.

Так как дисплей работает по интерфейсу I2C, подключаем к аналоговым выводам. Выходы SDA и SCL соответственно подключаем к А4 и А5, а остальные два — это уже питание и «земля».

Как видим, нажимая на любой символ, видим его отображение на дисплее.

Чтобы стереть строчку, вспомним калькулятор. Когда нужно было удалить значение, мы нажимали на кнопку сброса. Нажмем на такую кнопку в плате и можем заново набирать символы.

Подключение клавиатуры к Arduino и управляющее действие

Последняя схема в уроке — выполнение заданного действия при нажатии определенной клавиши. Это основная цель подключения матричной клавиатуры к Arduino. По этой теме будут две отдельные статьи и видео, описывающие более сложные и интересные схемы. А сейчас знакомимся с этим модулем и запоминаем построение кода с его использованием.

Попробуем при нажатии определенной клавиши включать или выключать светодиод. Добавляем его в схему.

Подключение светодиода

Я буду использовать макетную плату и резистор (желательно использовать от 150 до 220 Ом). Двумя перемычками замкну схему, подключив их к пинам питания и земли на плате Ардуино.

Схема будет работать так: при нажатии на 1 включается светодиод, при нажатии на 2 — выключается.

Светодиод в примере подключен к пину 8 на плате Ардуино.

#include
const byte ROWS = 4; // Four rows
const byte COLS = 4; // Three columns
char keys = { // Define the Keymap
{"1","4","7","*"}, // здесь мы располагаем названия наших клавиш, как на клавиатуре,для удобства пользования
{"2","5","8","0"},
{"3","6","9","#"},
{"A","B","C","D"}
};
byte rowPins = { 5, 4, 3, 2 };// Connect keypad ROW0, ROW1, ROW2 and ROW3 to these Arduino pins.
byte colPins = { 9, 8, 7 ,6}; // Connect keypad COL0, COL1 and COL2 to these Arduino pins.
Keypad kpd = Keypad(makeKeymap(keys), rowPins, colPins, ROWS, COLS);// Create the Keypad
#define ledpin 8
void setup()
{
pinMode(ledpin,OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
char key = kpd.getKey();
if(key) // Check for a valid key.
{
switch (key)
{
case "1":
digitalWrite(ledpin, HIGH);
break;
case "2":
digitalWrite(ledpin, LOW);
break;
}
}
}

Давайте разберем скетч.

Возьмем первый скетч урока и просто его дополним. В начале с помощью полезной функции Define присвоим название подключенному к пину 8 светодиоду ledpin . В функции Void setup указываем сигнал со светодиода как выход.

Если бы не библиотека Кейпад для клавиатуры, пришлось бы прописывать то же самое для 8 пинов, с которыми связана клавиатура. В функции void loop условие. Нажатие определенной клавиши «приравнивается» к значению переменной key. Оператор Switch сравнивает значения переменной key и «дает» определенные команды в зависимости от этого значения. Состоит он из двух вспомогательных операторов Case и Break . Проще говоря, если будет найдено значение переменной, равное 1 , то будет выполняться действие. Оператор break служит командой выхода из оператора Case .

Соответственно при нажатии на 1 будет выполняться максимальная подача напряжения на светодиод и он будет гореть. При нажатии на 2 он гореть не будет. Это указывается в функции Digitat write , где в скобках задается название переменной и «указание» ей. Можно таким образом написать определенные команды для каждой кнопки и управлять большим количеством светодиодов или создать команду для включения всех светодиодов сразу.

Клавиатуры позволяют пользователям вводить данные во время выполнения программы. Данная статья показывает вам, как подключить к Arduino 12-кнопочную клавиатуру, и как использовать библиотеку Keypad.h.

Клавиатура часто требуется для обеспечения ввода данных в систему на Arduino, и мембранные клавиатуры являются экономичным решением для многих приложений. Они довольно тонкие и могут быть легко установлены везде, где они необходимы.

В данной статье мы покажем, как использовать 12-кнопочную цифровую клавиатуру, похожую на ту, что вы можете увидеть на телефоне. 12-кнопочная клавиатура имеет три столбца и четыре строки. Нажатие кнопки замыкает вывод одной из строк с выводом одного из столбцов. Из этой информации Arduino может определить, какая кнопка была нажата. Например, когда нажата кнопка 1, замкнуты столбец 1 и строка 1. Arduino определит это и введет в программу 1.

На рисунке ниже показано, как внутри клавиатуры расположены строки и столбцы.

Эксперимент

В данном эксперименте мы продемонстрируем работу с библиотекой " keypad.h " для Arduino. Когда пользователь нажимает на кнопку на клавиатуре, программа отображает соответствующее значение в мониторе последовательного порта.

Необходимые комплектующие

• перемычки (необязательно);
• макетная плата (необязательно).

Схема соединений

Подключите клавиатуру к плате Arduino, как показано на рисунке ниже.

Код

Заключение

Это очень простой пример, но я думаю, вы смогли увидеть, как легко получить в программе на Arduino данные ввода с клавиатуры. Вы можете использовать этот тип ввода во многих различных проектах, в том числе.

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.

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.