Arduino 4×4薄膜鍵盤模組實驗（二）：減少佔用Arduino的數位接腳

連接一個4×4薄膜鍵盤要佔用8個數位腳，若數位腳不夠用，大致有下列幾個解決方法：

• 使用專屬IC連接鍵盤，像74C922，是一個16鍵的解碼IC，能將8個鍵盤輸入腳，降低成5個接腳（4個資料輸出腳，1個「有新的資料」訊號腳）。
• 擴充數位腳，例如，利用PCF8574這個IC，透過I²C匯流排擴充數位介面，從這裡可下載Arduino的PCF8574程式庫。“I2C port Expander and 74C922 Keypad Decoders”這篇文章介紹了使用PCF8574擴充Arduino的數位腳，並採用74C922解碼鍵盤訊號的例子。
• 使用並列轉串列的IC（位移暫存器），像74HC165，這一篇文章包含使用74HC165連接10個按鈕輸入的例子。

把4×4按鍵轉換成類比訊號輸出

還有一種簡單、經濟的解決方法：使用數個電阻構成分壓電路，不同的按鍵將產生不同的電壓輸出，因此只須佔用一個Arduino的類比輸入腳。

此電路的運作原理如下：若按下按鍵“1”，電阻1KΩ將和10KΩ構成分壓電路：

若按下按鍵“5”，則是1KΩ+1KΩ+220Ω，共2220Ω和10KΩ形成分壓電路：

按鍵的分壓電阻值可以自行配置，不一定要採用上圖的1KΩ和220Ω電阻值，底下是另一個功能相同的電路（取自Microchip論壇的這一篇討論文），電阻值配置不同，按鍵產生的電壓值也和上圖不同，你要自行測試每個按鍵被Arduino的analogRead()指令讀取到的數值。這個電路的輸出端連接一個由電阻和電容構成的簡易消除彈跳（濾波）電路：

實驗材料與麵包板接線示範

本單元的實驗材料如下：

• Arduino Uno控制板，一片
• 4×4薄膜鍵盤（或者類似款式的鍵盤）×1
• 電阻：220Ω（紅紅棕）×3、1KΩ（棕黑紅）×4、10KΩ（棕黑橙）×1

麵包板接線示範：

輸出類比訊號的按鍵程式

本單元程式採用ExperimentalTechnik網站的Matrix Keypad文章提供的程式庫，這個程式庫必須搭配上面的電阻配置。請先下載AnalogMatrixKeypad程式庫，將它解壓縮到Arduino的libraries資料夾，再上傳這個程式碼：

#include <AnalogMatrixKeypad.h>

// 初始化鍵盤物件，按鍵電路接在A0腳。
AnalogMatrixKeypad keypad(A0);

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

void loop(){
  char key = keypad.readKey();   // 讀取按鍵輸入
  
  if (key != KEY_NOT_PRESSED) {  // 如果不是「沒有按鍵被按下」… 
     Serial.println(key);          // 顯示按鍵的字元
  }
}

編譯並上傳程式碼之後，開啟序列埠監控視窗，再按下薄膜鍵盤的任何按鍵，將能在序列埠監控視窗顯示該按鍵的字元。

未完，待續…

延伸閱讀

• Arduino 4×4薄膜鍵盤模組實驗（一）：按鍵掃描程式原理說明
• 《超圖解Arduino 互動設計入門》第二版內容更新說明