Használati útmutató: Billentyűzet csatlakoztatása + kód

Az egyik korábbi blogbejegyzésünkben bemutattuk, milyen egyszerűen lehet csatlakoztatni egy szegmenses kijelzőt. A mai bejegyzésben egy egyszerű programot készítünk, amellyel a billentyűzeten megnyomott számokat jelenítjük meg a szegmenses kijelzőn. Egy 4×4-es, 16 gombos AVR billentyűzettel fogunk dolgozni, ahogy az az alábbi ábrán is látható:

Ebben a blogban megpróbáljuk elmagyarázni egy ilyen billentyűzet működési elvét. Ha Önnek csak a billentyűzet használata a fontos, és nem kíván belemerülni a működés elméletébe, ugorjon lejjebb a „Könyvtár használata” című részhez.

A billentyűzet működési elve

A billentyűzeten 16 gomb található, 4 sorba és 4 oszlopba rendezve. A billentyűzet belső kapcsolása a következőképpen néz ki:

Alaphelyzetben, amikor egyik gomb sincs lenyomva, a sorok és oszlopok elektromosan nincsenek összekapcsolva. Gombnyomáskor a megfelelő sor és oszlop vezető összekapcsolódik.

Annak meghatározásához, hogy melyik sorban történt a gombnyomás, a billentyűzet oszlopaihoz csatlakoztatott pineket kimeneti módba állítjuk és HIGH szintre húzzuk. A sorokhoz csatlakoztatott pineket bemenetként konfiguráljuk, és ellenőrizzük, hogy bármelyik soron megjelenik-e a HIGH szint. Ha igen, akkor tudjuk, hogy az adott sor valamelyik gombját megnyomták.

Ezt követően hasonló módon meghatározzuk, melyik oszlopban volt a gombnyomás. Az oszlopokat bemenetre állítjuk, a sorokat kimenetre és HIGH szintre kapcsoljuk. Leolvassuk, melyik oszloppinen jelenik meg HIGH, így megkapjuk a pontos oszlopot.

A sor és oszlop beolvasása a programban közvetlen egymás után történik, ez mikro­szekundumos nagyságrendű, így pontosan detektálható, melyik gombot nyomták meg.

Ilyen módon az Arduino képes meghatározni a sor és oszlop koordinátákat, ahol a gombnyomás történt. Az alábbi táblázat mutatja, melyik sor és oszlop lesz HIGH állapotban az egyes gombok lenyomásakor, ha a bekötés az ábrán látható módon történt.

Ennél a felismerési módszernél előfordulhat, hogy problémák lépnek fel több gomb egyidejű lenyomásakor, illetve nagyon gyors gombnyomások esetén. Ezek kezelhetők összetettebb programozással vagy kiegészítő hardverrel.

Most bemutatjuk, hogyan kell bekötni a billentyűzetet és a 7 szegmenses kijelzőt, valamint hogyan lehet programot írni a megnyomott gombok megjelenítésére. 

Az alábbi táblázat meghatározza, hogy a billentyűzet sorait (R1–R4) és oszlopait (C1–C4) mely Arduino pinekhez kell csatlakoztatni.

Az ábra segítségével láthatjuk, hogy az egyes számjegyek megjelenítéséhez mely szegmenseket kell felkapcsolni. Részletesebb információkért ajánljuk a korábbi blogbejegyzésünket a szegmenses kijelzőkről.

Program:

//definujeme do ktorých pinov zapojíme jednotlivé segmenty 7-segmentoveho displeja
#define segA 11
#define segB 10
#define segDP A0
#define segC A1
#define segD A2
#define segE A3
#define segF 12
#define segG 13


//zapojenie riadkov a stĺpcov klávesnice do pinov
int R1 = 9;
int R2 = 8;
int R3 = 7;
int R4 = 6;
int C1 = 5;
int C2 = 4;
int C3 = 3;
int C4 = 2;

//piny, do ktorých je zapojený 7-segmentový displej, nastavíme na hodnotu OUTPUT
void setup() {
  for(int i = 0 ; i < 14; i++) {
    pinMode(i, OUTPUT);
  }

  pinMode(A0, OUTPUT); //desatinná bodka, pre náš účel nie je tento pin potrebný
  pinMode(A1, OUTPUT);
  pinMode(A2, OUTPUT);
  pinMode(A3, OUTPUT);
}

//podľa toho, ktorým riadkom a stĺpcom preteká prúd vypíšeme čísla na displeji. 
//ak nestlačíme žiadne tlačidlo, na displeji nebude svietiť žiadny segment
void loop() {
   int stlpec = zisti_ktory_stlpec(); //==2
   int riadok = zisti_ktory_riadok(); //==2  

   if(riadok == 1 && stlpec == 1 ) {
     vypis_jednotku();
   }
   if(riadok == 1 && stlpec == 2 ) {
     vypis_dvojku();
   }
   if(riadok == 1 && stlpec == 3 ) {
     vypis_trojku();
   } //podobnym spôsobom by sme vedeli vypísať aj ďalšie čísla
   else {
     vynuluj_segmentovku();
   }
}


int zisti_ktory_riadok() { 
  pinMode(C1, OUTPUT);
  pinMode(C2, OUTPUT);
  pinMode(C3, OUTPUT);
  pinMode(C4, OUTPUT);

  digitalWrite(C1,LOW);
  digitalWrite(C2,LOW);
  digitalWrite(C3,LOW);
  digitalWrite(C4,LOW);

  pinMode(R1, INPUT_PULLUP);
  pinMode(R2, INPUT_PULLUP);
  pinMode(R3, INPUT_PULLUP);
  pinMode(R4, INPUT_PULLUP);

  if(digitalRead(R1) == LOW) {
    return 1;
  }
  if(digitalRead(R2) == LOW) {
    return 2;
  }
    if(digitalRead(R3) == LOW) {
    return 3;
  }
  if(digitalRead(R4) == LOW) {
    return 4;
  }
  return 0;
}

int zisti_ktory_stlpec() { 
  pinMode(R1, OUTPUT);
  pinMode(R2, OUTPUT);
  pinMode(R3, OUTPUT);
  pinMode(R4, OUTPUT);

  digitalWrite(R1, LOW);
  digitalWrite(R2, LOW);
  digitalWrite(R3, LOW);
  digitalWrite(R4, LOW);

  pinMode(C1, INPUT_PULLUP);
  pinMode(C2, INPUT_PULLUP);
  pinMode(C3, INPUT_PULLUP);
  pinMode(C4, INPUT_PULLUP);

  if(digitalRead(C1) == LOW) {
     return 1;
  }
  if(digitalRead(C2) == LOW) {
     return 2;
  }
  if(digitalRead(C3) == LOW) {
     return 3;
  }
  if(digitalRead(C4) == LOW) {
     return 4;
  }  
  return 0;
}



//funkcia zabezpečujúca aby segmenty displeja boli zhasnuté
void vynuluj_segmentovku () { 
  for (int i = 10; i < 14; i++) {
    digitalWrite(i, LOW);
  }

  digitalWrite(A0, LOW);
  digitalWrite(A1, LOW);
  digitalWrite(A2, LOW);
  digitalWrite(A3, LOW);
}

//nižšie sú definované funkcie na rozsvietenie jednotlivých segmentov podľa toho akú číslicu chceme mať na displeji práve zobrazenú
//zastavíme sa pri číslici 3, aby kód nebol príliš dlhý no podobne by sa dalo pokračovať aj na ďalšie číslice

void vypis_jednotku () {
  digitalWrite(segB, HIGH);
  digitalWrite(segC, HIGH);
}

void vypis_dvojku () {
  digitalWrite(segA, HIGH);
  digitalWrite(segB, HIGH);
  digitalWrite(segG, HIGH);
  digitalWrite(segE, HIGH);
  digitalWrite(segD, HIGH);
}

void vypis_trojku () {
  digitalWrite(segA, HIGH);
  digitalWrite(segB, HIGH);
  digitalWrite(segG, HIGH);
  digitalWrite(segC, HIGH);
  digitalWrite(segD, HIGH);
}

Könyvtár használata

Ebben a részben egy már elkészült, más által írt könyvtárat fogunk használni. Ajánlott könyvtár:
keypad.zip
A könyvtárat importálni kell, vagy ki kell csomagolni, majd bemásolni az Arduino IDE telepítési mappájába a következő útvonalra: Arduino/libraries

Kód a könyvtár használatával:

#include <Keypad.h>

const byte rows = 4; //počet riadkov
const byte cols = 4; //počet stĺpcov
char keys[rows][cols] = {
  {'1','2','3','A'},
  {'4','5','6','B'},
  {'7','8','9','C'},
  {'*','0','#','D'}
};
byte rowPins[rows] = {9, 8, 7, 6}; //piny pre pripojenie riadkov
byte colPins[cols] = {5, 4, 3, 2}; //piny pre pripojenie stĺpcov

Keypad keypad = Keypad( makeKeymap(keys), rowPins, colPins, rows, cols );

void setup(){
  Serial.begin(9600);  //nadviažeme komunikáciu s PC
}

void loop(){
  char key = keypad.getKey(); //použijeme vstavanú funkciu

  if (key != NO_KEY){
    Serial.println(key);  //ak sme niečo stlačili, vypíšeme to v počítači
  }
}

A könyvtár funkciói:
void begin(makeKeymap(userKeymap)) – a billentyűzet inicializálása
char waitForKey() – várok a billentyű lenyomására; amikor ez megtörténik, visszakapjuk a lenyomott billentyű karakterét.
char getKey() – nem blokkoló függvény – nem vár a billentyű lenyomására, de ha gombnyomás történik, visszaadja a lenyomott billentyű karakterét.
KeyState getState() – visszaadja az aktuális billentyűállapotot: IDLE, PRESSED, RELEASED, HOLD
boolean keyStateChanged() – true/false értéket ad vissza annak alapján, történt-e állapotváltozás
setHoldTime(unsigned int time) – gombnyomás időtartamának beállítása (ms), amelyet tényleges lenyomásként kell érzékelni
setDebounceTime(unsigned int time) – gombnyomás „pergésének” (bounce) szűrési ideje (ms)
addEventListener(keypadEvent) – függvény csak akkor használható, ha a használt mikrokontroller támogatja a megszakításokat.
Javasoljuk, hogy próbálja ki a következő példakódot: Examples → Keypad → Examples → EventSerialKeypad

Felhasznált források és további olvasnivaló

https://www.hackster.io/
https://www.circuitbasics.com/
https://www.teachmemicro.com/
https://playground.arduino.cc/