【Arduino】168种传感器模块系列实验（140）---跑马灯矩阵键盘模块

37款传感器与模块的提法，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37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和模块，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，这里准备逐一动手试试做实验，不管成功与否，都会记录下来---小小的进步或是搞不定的问题，希望能够抛砖引玉。

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料+代码+图形+仿真）
实验一百四十：YL-004老款20按键独立键盘 跑马灯矩阵键盘模块
（4*4矩阵键盘+4位独立按键+8位跑马灯组合模块）

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。

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。

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。

矩阵键盘所需库文件<Keypad>
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。

4*4矩阵键盘+4位独立按键+8位跑马灯组合模块

4*4矩阵键盘+4位独立按键+8位跑马灯组合模块

测试矩阵键盘部分接线示意图

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

程序之一：测试矩阵键盘部分

1. /*
   
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3. 实验一百四十：YL-004老款20按键独立键盘 跑马灯矩阵键盘模块
   
4. 程序之一：测试矩阵键盘部分
   
5. */
   
6. 
   
7. #include <Keypad.h>
   
8. 
   
9. const byte ROWS = 4;
   
10. const byte COLS = 4;
    
11. 
    
12. char hexaKeys[ROWS][COLS] = {
    
13.   {'1','2','3','A'},
    
14.   {'4','5','6','B'},
    
15.   {'7','8','9','C'},
    
16.   {'*','0','#','D'}
    
17. };
    
18. 
    
19. byte rowPins[ROWS] = {2, 3, 4, 5};
    
20. byte colPins[COLS] = {6, 7, 8, 9};
    
21. 
    
22. Keypad customKeypad = Keypad( makeKeymap(hexaKeys), rowPins, colPins, ROWS, COLS);
    
23. 
    
24. void setup(){
    
25.   Serial.begin(9600);
    
26. }
    
27. 
    
28. void loop(){
    
29.   char customKey = customKeypad.getKey();
    
30. 
    
31.   if (customKey){
    
32.     Serial.println(customKey);
    
33.   }
    
34. }

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串口输出16位矩阵键值

程序之二：矩阵键盘部分测试每个按键的按下与松开

1. /*
   
2.   【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料+代码+图形+仿真）
   
3.   实验一百四十：YL-004老款20按键独立键盘 跑马灯矩阵键盘模块
   
4.   程序之二：矩阵键盘部分测试每个按键的按下与松开
   
5. */
   
6. 
   
7. #include "Adafruit_Keypad.h"
   
8. 
   
9. const byte ROWS = 4; // 行
   
10. const byte COLS = 4; // 列
    
11. //定义键盘按钮上的符号
    
12. char hexaKeys[ROWS][COLS] = {
    
13.   {'1', '2', '3', 'A'},
    
14.   {'4', '5', '6', 'B'},
    
15.   {'7', '8', '9', 'C'},
    
16.   {'*', '0', '#', 'D'}
    
17. };
    
18. 
    
19. byte rowPins[ROWS] = {2, 3, 4, 5}; //连接到键盘的行插脚
    
20. byte colPins[COLS] = {6, 7, 8, 9}; //连接到键盘的列插脚
    
21. 
    
22. //初始化类NewKeypad的实例
    
23. Adafruit_Keypad customKeypad = Adafruit_Keypad( makeKeymap(hexaKeys), rowPins, colPins, ROWS, COLS);
    
24. 
    
25. void setup() {
    
26.   Serial.begin(9600);
    
27.   customKeypad.begin();
    
28. 
    
29. }
    
30. 
    
31. void loop() {
    
32.   //把你的主代码放在这里，重复运行
    
33.   customKeypad.tick();
    
34. 
    
35.   while (customKeypad.available()) {
    
36.     keypadEvent e = customKeypad.read();
    
37.     Serial.print((char)e.bit.KEY);
    
38.     if (e.bit.EVENT == KEY_JUST_PRESSED) Serial.println(" pressed");
    
39.     else if (e.bit.EVENT == KEY_JUST_RELEASED) Serial.println(" released");
    
40.   }
    
41. 
    
42.   delay(10);
    
43. }

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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）

1. /*
   
2.   【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料+代码+图形+仿真）
   
3.   实验一百四十：YL-004老款20按键独立键盘 跑马灯矩阵键盘模块
   
4.   程序之三：矩阵键盘部分测试按键'*'和 '#'控制LED灯（板载13脚）
   
5. */
   
6. 
   
7. #include <Keypad.h>
   
8. 
   
9. const byte ROWS = 4; //四行
   
10. const byte COLS = 3; //三列
    
11. //定义键盘按钮上的符号
    
12. char keys[ROWS][COLS] = {
    
13.   {'1', '2', '3'},
    
14.   {'4', '5', '6'},
    
15.   {'7', '8', '9'},
    
16.   {'*', '0', '#'}
    
17. };
    
18. 
    
19. byte rowPins[ROWS] = {2, 3, 4, 5}; //连接到键盘的行插脚
    
20. byte colPins[COLS] = {6, 7, 8};  //连接到键盘的列插脚
    
21. 
    
22. Keypad keypad = Keypad( makeKeymap(keys), rowPins, colPins, ROWS, COLS );
    
23. byte ledPin = 13;
    
24. 
    
25. boolean blink = false;
    
26. boolean ledPin_state;
    
27. 
    
28. void setup() {
    
29.   Serial.begin(9600);
    
30.   pinMode(ledPin, OUTPUT);              // 将数字管脚设置为输出
    
31.   digitalWrite(ledPin, HIGH);           // 打开LED
    
32.   ledPin_state = digitalRead(ledPin);   // 存储初始LED状态。当LED亮起时为高
    
33.   keypad.addEventListener(keypadEvent); // 为此键盘添加事件侦听器
    
34. }
    
35. 
    
36. void loop() {
    
37.   char key = keypad.getKey();
    
38. 
    
39.   if (key) {
    
40.     Serial.println(key);
    
41.   }
    
42.   if (blink) {
    
43.     digitalWrite(ledPin, !digitalRead(ledPin));   // 将LED引脚从Hi2Lo或Lo2Hi更改
    
44.     delay(100);
    
45.   }
    
46. }
    
47. 
    
48. // 处理一些特殊事件
    
49. void keypadEvent(KeypadEvent key) {
    
50.   switch (keypad.getState()) {
    
51.     case PRESSED:
    
52.       if (key == '#') {
    
53.         digitalWrite(ledPin, !digitalRead(ledPin));
    
54.         ledPin_state = digitalRead(ledPin);        // 记住LED状态，亮或不亮
    
55.       }
    
56.       break;
    
57. 
    
58.     case RELEASED:
    
59.       if (key == '*') {
    
60.         digitalWrite(ledPin, ledPin_state);   // 从开始闪烁前恢复LED状态
    
61.         blink = false;
    
62.       }
    
63.       break;
    
64. 
    
65.     case HOLD:
    
66.       if (key == '*') {
    
67.         blink = true;    // 按住*键时，LED闪烁
    
68.       }
    
69.       break;
    
70.   }
    
71. }

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'#'键控制LED灯自锁开关，'*'键按下时LED闪烁，松开熄灭

测试跑马灯部分接线示意图

程序之四：测试跑马灯部分，循环逐个点亮，逐个熄灭

1. /*
   
2.   【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料+代码+图形+仿真）
   
3.   实验一百四十：YL-004老款20按键独立键盘 跑马灯矩阵键盘模块
   
4.   程序之四：测试跑马灯部分，循环逐个点亮，逐个熄灭
   
5. */
   
6. 
   
7. int BASE = 6 ;
   
8. int NUM = 8;
   
9. 
   
10. void setup()
    
11. {
    
12.   for (int i = BASE; i < BASE + NUM; i ++)
    
13.   {
    
14.     pinMode(i, OUTPUT);
    
15.   }
    
16. }
    
17. 
    
18. void loop()
    
19. {
    
20.   for (int i = BASE; i < BASE + NUM; i ++)
    
21.   {
    
22.     digitalWrite(i, LOW);
    
23.     delay(200);
    
24.   }
    
25.   for (int i = BASE; i < BASE + NUM; i ++)
    
26.   {
    
27.     digitalWrite(i, HIGH);
    
28.     delay(200);
    
29.   }
    
30. }

复制代码

1. /*
   
2.   【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料+代码+图形+仿真）
   
3.   实验一百四十：YL-004老款20按键独立键盘 跑马灯矩阵键盘模块
   
4.   程序之五：测试跑马灯部分，循环单个熄灭
   
5. */
   
6. 
   
7. byte ledPin[] = {6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13};
   
8. int ledDelay(300);
   
9. int direction = 1;
   
10. int currentLED = 0;
    
11. unsigned long changeTime;
    
12. void setup() {
    
13.   for (int x = 0; x <= 7; x++)
    
14.     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
    
15.   changeTime = millis();
    
16. }
    
17. 
    
18. void loop() {
    
19.   if ((millis() - changeTime) > ledDelay)
    
20.   { 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
    
21.     changeTime = millis();
    
22.   }
    
23. }
    
24. 
    
25. 
    
26. 
    
27. void changeLED() {
    
28.   for (int x = 0; x <= 7; x++)
    
29.   { digitalWrite(ledPin[x], LOW); //8只LED灯低平信号，熄灭
    
30.   }
    
31.   digitalWrite(ledPin[currentLED], HIGH); //设当前LED高平信号，点亮
    
32.   currentLED += direction; //当前值增加为direction表示的值
    
33.   if (currentLED == 7) {
    
34.     direction = -1; //当前灯为第8只灯，currentLED当前值改为－1，改变亮灯方向
    
35.   }
    
36.   if (currentLED == 0) {
    
37.     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
    
38.   }
    
39. 
    
40. }

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测试独立按键部分+跑马灯部分

程序之六：测试独立按键部分+跑马灯部分，按键控制跑马灯

1. /*
   
2.   【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料+代码+图形+仿真）
   
3.   实验一百四十：YL-004老款20按键独立键盘 跑马灯矩阵键盘模块
   
4.   程序之六：测试独立按键部分+跑马灯部分，按键控制跑马灯
   
5. */
   
6. 
   
7. int buttonPin = 2 ;   // 定义按键引脚
   
8. int BASE = 6;        // 定义第一个LED引脚
   
9. int NUM = 8;         // LED 的总数
   
10. int val;
    
11. 
    
12. void setup()
    
13. {
    
14.   Serial.begin(9600);
    
15.   pinMode(buttonPin, INPUT);
    
16.   for (int i = BASE; i < BASE + NUM; i ++)
    
17.   {
    
18.     pinMode(i, OUTPUT);   // 设定LED引脚为输出引脚
    
19.   }
    
20. }
    
21. 
    
22. void loop()
    
23. {
    
24.   liangdeng();            // 循环亮灯子程序
    
25.   delay(200);             // 每次循环间隔时间
    
26.   miedeng();              // LED全灭子程序
    
27. }
    
28. 
    
29. void liangdeng()
    
30. {
    
31.   for (int i = BASE; i < BASE + NUM; i ++)
    
32.   {
    
33.     digitalWrite(i, LOW);  //设定LED引脚逐个输出高电平逐个点亮
    
34.     val = digitalRead(buttonPin);   // 储存按键变换量
    
35.     if (val == HIGH)          //判断是否按下按键，弱已按下按键跳出当前循环
    
36.     {
    
37.       val = HIGH;
    
38.       break;
    
39.     }
    
40.     delay(200);        //延时
    
41.   }
    
42. }
    
43. 
    
44. void miedeng()
    
45. {
    
46.   for (int i = BASE; i < BASE + NUM; i ++)
    
47.   {
    
48.     digitalWrite(i, HIGH);    //设定LED引脚逐个输出低电平逐个点亮
    
49.   }
    
50. }
    

复制代码

编玩边学开源图形编程

实验开源仿真编程（linkboy3.6）