树莓派是一个让不是纯玩硬件的工程师在想玩硬件的时候,能够提供一个比较舒适的工具。但是,我和好几个也有玩树莓派的同学交流过,发现大家都是玩的纯软件,也就是都只是用树莓派玩 Linux。而我认为树莓派强大的地方在于它提供的各种扩展接口,例如 USB/GPIO口等,纯玩 Linux 能力还是差了些,比较难玩出一些花样来。这篇文章就介绍一下我是如何使用 GPIO 口来使用 4×4 的键盘的。

在介绍功能之前,肯定是要先看下原材料的,这里就直接给出一个列表好了:

这里的 4×4 矩阵键盘我用的是比较 low 的那种,也许你印象中的可能是这样的:

4_m_4_matrix_keyboard_01.jpg

但是,事实上,我用的是这样的:

4_m_4_matrix_keyboard_02.jpg

哈哈,虽然外貌不一样,但是,对于使用是不影响的,因为内部的工作原理是一致的,所以没关系。然后需要说一下的就是它们的工作原理,这里给出一个内部示意图:

4_m_4_matrix_keyboard_inner.jpg

这是一份电路示意图,示意得比较简单,可以看到有 8 个针口,分别是 1-8 口,然后分别对应于 4 行 4 列,可能这里你会有点疑惑,按照二进制来说,16个按钮,应该是 2 的 4 次方就够了,为什么要8个口。这里给你解释一下工作原理你就知道了.

这款键盘是非自带电源的,也就是无源的。那么我们怎么知道按下了那个键盘呢?工作原理是这样的:

我们可以在示意图中看到,其实行和列在按键未按下之前是不相通的,但是,一旦将键按下,那么行和列就通了,这样我们就可以从行的接收结果中知道按下了哪一列,然后在列的接收结果中知道按下了哪一行。

因此,按照这些规则,我们就可以连接键盘和 GPIO 口:

raspberry_gpio.png

1 - GPIO 4
2 - GPIO 17
3 - GPIO 21
4 - GPIO 22

5 - GPIO 25
6 - GPIO 24
7 - GPIO 23
8 - GPIO 18

然后我就是使用 python 的 GPIO模块进行编写代码了:

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import RPi.GPIO as GPIO

class keypad():
    # CONSTANTS
    KEYPAD = [
        [1,   2,   3, "A"],
        [4,   5,   6, "B"],
        [7,   8,   9, "C"],
        ["*", 0, "#", "D"]
    ]

    COLUMN      = [25, 24, 23, 18]
    ROW         = [22, 21, 17, 4]

    def __init__(self):
        GPIO.setmode(GPIO.BCM)

    def getKey(self):
        # Set all columns as output low
        for j in range(len(self.COLUMN)):
            GPIO.setup(self.COLUMN[j], GPIO.OUT)
            GPIO.output(self.COLUMN[j], GPIO.LOW)

        # Set all rows as input
        for i in range(len(self.ROW)):
            GPIO.setup(self.ROW[i], GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)

        # Scan rows for pushed key/button
        # A valid key press should set "rowVal"  between 0 and 3.
        rowVal = -1
        for i in range(len(self.ROW)):
            tmpRead = GPIO.input(self.ROW[i])
            if tmpRead == 0:
                rowVal = i

        # if rowVal is not 0 thru 3 then no button was pressed and we can exit
        if rowVal <0 or rowVal >3:
            self.exit()
            return

        # Convert columns to input
        for j in range(len(self.COLUMN)):
                GPIO.setup(self.COLUMN[j], GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)

        # Switch the i-th row found from scan to output
        GPIO.setup(self.ROW[rowVal], GPIO.OUT)
        GPIO.output(self.ROW[rowVal], GPIO.HIGH)

        # Scan columns for still-pushed key/button
        # A valid key press should set "colVal"  between 0 and 3.
        colVal = -1
        for j in range(len(self.COLUMN)):
            tmpRead = GPIO.input(self.COLUMN[j])
            if tmpRead == 1:
                colVal=j

        # if colVal is not 0 thru 3 then no button was pressed and we can exit
        if colVal < 0 or colVal > 3:
            self.exit()
            return

        # Return the value of the key pressed
        self.exit()
        return self.KEYPAD[rowVal][colVal]

    def exit(self):
        # Reinitialize all rows and columns as input at exit
        for i in range(len(self.ROW)):
                GPIO.setup(self.ROW[i], GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
        for j in range(len(self.COLUMN)):
                GPIO.setup(self.COLUMN[j], GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)

if __name__ == '__main__':
    # Initialize the keypad class
    kp = keypad()

    # Loop while waiting for a keypress
    digit = None
    while digit == None:
        digit = kp.getKey()

    # Print the result
    print digit

将这段代码保存为 keyboard4_4.py,然后执行它

python keyboard4_4.py

你随便按下一个键,就会发现屏幕中打印出你按下的那个键了。