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2.1.5 Tastatur
==================

Einführung
------------

Eine Tastatur ist eine rechteckige Anordnung von Schaltflächen. In diesem Projekt werden wir Eingabezeichen verwenden.

Komponenten
-----------------

.. image:: media/list_2.1.5_keypad.png


Prinzip
---------

**Tastenfeld**

Eine Tastatur ist eine rechteckige Anordnung von 12 oder 16 AUS- (EIN) Tasten. 
Der Zugriff auf ihre Kontakte erfolgt über einen Header, 
der zum Anschluss mit einem Flachbandkabel oder zum Einsetzen in eine Leiterplatte geeignet ist. 
Bei einigen Tastaturen ist jede Taste mit einem separaten Kontakt in der Kopfzeile verbunden, 
während alle Tasten eine gemeinsame Masse haben.

.. image:: media/image314.png


Häufiger sind die Tasten Matrix kodiert, was bedeutet, 
dass jede von ihnen ein eindeutiges Leiterpaar in einer Matrix überbrückt. 
Diese Konfiguration eignet sich zum Abfragen durch einen Mikrocontroller, 
der so programmiert werden kann, 
dass er nacheinander einen Ausgangsimpuls an jeden der vier horizontalen Drähte sendet. 
Während jedes Impulses werden die verbleibenden vier vertikalen Drähte nacheinander überprüft, 
um festzustellen, welcher, falls vorhanden, ein Signal führt. 
Pullup- oder Pulldown-Widerstände sollten zu den Eingangsleitungen hinzugefügt werden, 
um zu verhindern, dass sich die Eingänge des Mikrocontrollers unvorhersehbar verhalten, 
wenn kein Signal vorhanden ist.

Schematische Darstellung
-----------------------------------------

.. image:: media/image315.png


.. image:: media/image316.png


Experimentelle Verfahren
--------------------------------

Schritt 1: Bauen Sie die Schaltung auf.

.. image:: media/image186.png
    :width: 800



Für Benutzer in C-Sprache
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

Schritt 2: Öffnen Sie die Kodedatei.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/c/2.1.5/

Schritt 3: Kompilieren Sie die Kode.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    gcc 2.1.5_Keypad.cpp -lwiringPi

Schritt 4: Ausführen.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo ./a.out

Nachdem die Kode ausgeführt wurde, 
werden die Werte der gedrückten Tasten auf der Tastatur (Tastenwert) auf dem Bildschirm gedruckt.

**Code**

.. code-block:: c

    #include <wiringPi.h>
    #include <stdio.h>

    #define ROWS  4 
    #define COLS  4
    #define BUTTON_NUM (ROWS * COLS)

    unsigned char KEYS[BUTTON_NUM] {  
    '1','2','3','A',
    '4','5','6','B',
    '7','8','9','C',
    '*','0','#','D'};

    unsigned char rowPins[ROWS] = {1, 4, 5, 6}; 
    unsigned char colPins[COLS] = {12, 3, 2, 0};

    void keyRead(unsigned char* result);
    bool keyCompare(unsigned char* a, unsigned char* b);
    void keyCopy(unsigned char* a, unsigned char* b);
    void keyPrint(unsigned char* a);
    void keyClear(unsigned char* a);
    int keyIndexOf(const char value);

    void init(void) {
        for(int i=0 ; i<4 ; i++) {
            pinMode(rowPins[i], OUTPUT);
            pinMode(colPins[i], INPUT);
        }
    }

    int main(void){
        unsigned char pressed_keys[BUTTON_NUM];
        unsigned char last_key_pressed[BUTTON_NUM];

        if(wiringPiSetup() == -1){ //when initialize wiring failed,print message to screen
            printf("setup wiringPi failed !");
            return 1; 
        }
        init();
        while(1){
            keyRead(pressed_keys);
            bool comp = keyCompare(pressed_keys, last_key_pressed);
            if (!comp){
                keyPrint(pressed_keys);
                keyCopy(last_key_pressed, pressed_keys);
            }
            delay(100);
        }
        return 0;  
    }

    void keyRead(unsigned char* result){
        int index;
        int count = 0;
        keyClear(result);
        for(int i=0 ; i<ROWS ; i++ ){
            digitalWrite(rowPins[i], HIGH);
            for(int j =0 ; j < COLS ; j++){
                index = i * ROWS + j;
                if(digitalRead(colPins[j]) == 1){
                    result[count]=KEYS[index];
                    count += 1;
                }
            }
            delay(1);
            digitalWrite(rowPins[i], LOW);
        }
    }

    bool keyCompare(unsigned char* a, unsigned char* b){
        for (int i=0; i<BUTTON_NUM; i++){
            if (a[i] != b[i]){
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

    void keyCopy(unsigned char* a, unsigned char* b){
        for (int i=0; i<BUTTON_NUM; i++){
            a[i] = b[i];
        }
    }

    void keyPrint(unsigned char* a){
        if (a[0] != 0){
            printf("%c",a[0]);
        }
        for (int i=1; i<BUTTON_NUM; i++){
            if (a[i] != 0){
                printf(", %c",a[i]);
            }
        }
        printf("\n");
    }

    void keyClear(unsigned char* a){
        for (int i=0; i<BUTTON_NUM; i++){
            a[i] = 0;
        }
    }

    int keyIndexOf(const char value){
        for (int i=0; i<BUTTON_NUM; i++){
            if ((const char)KEYS[i] == value){
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

**Code Erklärung**

.. code-block:: c

    unsigned char KEYS[BUTTON_NUM] {  
    '1','2','3','A',
    '4','5','6','B',
    '7','8','9','C',
    '*','0','#','D'};

    unsigned char rowPins[ROWS] = {1, 4, 5, 6}; 
    unsigned char colPins[COLS] = {12, 3, 2, 0};

Deklarieren Sie jede Taste der Matrixtastatur zu den Array- ``keys[]`` und definieren Sie die Pins für jede Zeile und Spalte.

.. code-block:: c

    while(1){
            keyRead(pressed_keys);
            bool comp = keyCompare(pressed_keys, last_key_pressed);
            if (!comp){
                keyPrint(pressed_keys);
                keyCopy(last_key_pressed, pressed_keys);
            }
            delay(100);
        }

Dies ist der Teil der Hauptfunktion, der den Tastenwert liest und druckt.

Die Funktion ``keys[]`` liest den Status jeder Taste.

Mit ``KeyCompare()`` und ``keyCopy()`` wird beurteilt, ob sich der Status einer Schaltfläche geändert hat (dh eine Schaltfläche wurde gedrückt oder losgelassen).

``keyPrint()`` druckt den Tastenwert der Taste, deren aktueller Niveau hoch ist (die Taste wird gedrückt).


.. code-block:: c

    void keyRead(unsigned char* result){
        int index;
        int count = 0;
        keyClear(result);
        for(int i=0 ; i<ROWS ; i++ ){
            digitalWrite(rowPins[i], HIGH);
            for(int j =0 ; j < COLS ; j++){
                index = i * ROWS + j;
                if(digitalRead(colPins[j]) == 1){
                    result[count]=KEYS[index];
                    count += 1;
                }
            }
            delay(1);
            digitalWrite(rowPins[i], LOW);
        }
    }

Diese Funktion weist jeder Zeile nacheinander eine hohe Ebene zu, 
und wenn die Taste in der Spalte gedrückt wird, erhält die Spalte, 
in der sich die Taste befindet, eine hohe Ebene. 
Nach der zweischichtigen Schleifenbeurteilung generiert die Schlüsselzustandskompilierung ein Array ( ``reasult[]`` ).

Beim Drücken von Taste 3:

.. image:: media/image187.png


``rowPin[0]`` writes in the high level, and ``colPin[2]`` gets the high level.
``colPin[0]`` , ``colPin[1]`` , ``colPin[3]`` get the low level.

This gives us 0,0,1,0. When ``rowPin[1]`` , ``rowPin[2]`` and ``rowPin[3]`` are
written in high level, ``colPin[0]`` ~ ``colPin[4]`` will get low level.

After the loop judgment is completed, an array will be generated:


``rowPin[0]`` schreibt auf der hohen Ebene und ``colPin[2]`` erhält die hohe Ebene. 
``colPin[0]`` , ``colPin[1]`` , ``colPin[3]`` erhalten den niedrigen Wert.

Dies gibt uns 0,0,1,0. 
Wenn ``rowPin[1]`` , ``rowPin[2]`` und ``rowPin[3]`` auf hoher Ebene geschrieben werden, 
wird ``colPin[0]`` ~ ``colPin[4]`` auf niedriger Ebene.

Nach Abschluss der Schleifenbeurteilung wird ein Array generiert:

.. code-block:: c

    result[BUTTON_NUM] {  
    0, 0, 1, 0,
    0, 0, 0, 0,
    0, 0, 0, 0,
    0, 0, 0, 0};

.. code-block:: c

    bool keyCompare(unsigned char* a, unsigned char* b){
        for (int i=0; i<BUTTON_NUM; i++){
            if (a[i] != b[i]){
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

    void keyCopy(unsigned char* a, unsigned char* b){
        for (int i=0; i<BUTTON_NUM; i++){
            a[i] = b[i];
        }
    }


Diese beiden Funktionen werden verwendet, um zu beurteilen, 
ob sich der Tastenstatus geändert hat. Wenn Sie beispielsweise Ihre Hand loslassen, 
wenn Sie ‚3‘ oder ‚2‘ drücken, gibt ``keyCompare()`` false zurück.

Mit ``KeyCopy()`` wird der aktuelle Schaltflächenwert für ein Array ( ``last_key_pressed[BUTTON_NUM]`` ) nach 
jedem Vergleich neu geschrieben. So können wir sie beim nächsten Mal vergleichen.

.. code-block:: c

    void keyPrint(unsigned char* a){
    //printf("{");
        if (a[0] != 0){
            printf("%c",a[0]);
        }
        for (int i=1; i<BUTTON_NUM; i++){
            if (a[i] != 0){
                printf(", %c",a[i]);
            }
        }
        printf("\n");
    }

Mit dieser Funktion wird der Wert der aktuell gedrückten Taste gedruckt. Wenn die Taste ‚1‘ gedrückt wird, wird die ‚1‘ gedruckt. Wenn die Taste ‚1‘ gedrückt wird und die Taste ‚3‘ gedrückt wird, wird die ‚1, 3‘ gedruckt.

Für Python-Sprachbenutzer
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

Schritt 2: Öffnen Sie die Kodedatei.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/python/

Schritt 3: Ausführen.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    sudo python3 2.1.5_Keypad.py

Nachdem die Kode ausgeführt wurde, 
werden die Werte der gedrückten Tasten auf der Tastatur (Tastenwert) auf dem Bildschirm gedruckt.



**Code**

.. note::

    Sie können den folgenden Code **Ändern/Zurücksetzen/Kopieren/Ausführen/Stoppen** . Zuvor müssen Sie jedoch zu einem Quellcodepfad wie ``davinci-kit-for-raspberry-pi/python`` gehen.
    
.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

    import RPi.GPIO as GPIO
    import time

    class Keypad():

        def __init__(self, rowsPins, colsPins, keys):
            self.rowsPins = rowsPins
            self.colsPins = colsPins
            self.keys = keys
            GPIO.setwarnings(False)
            GPIO.setmode(GPIO.BCM)
            GPIO.setup(self.rowsPins, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW)
            GPIO.setup(self.colsPins, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)

        def read(self):
            pressed_keys = []
            for i, row in enumerate(self.rowsPins):
                GPIO.output(row, GPIO.HIGH)
                for j, col in enumerate(self.colsPins):
                    index = i * len(self.colsPins) + j
                    if (GPIO.input(col) == 1):
                        pressed_keys.append(self.keys[index])
                GPIO.output(row, GPIO.LOW)
            return pressed_keys

    def setup():
        global keypad, last_key_pressed
        rowsPins = [18,23,24,25]
        colsPins = [10,22,27,17]
        keys = ["1","2","3","A",
                "4","5","6","B",
                "7","8","9","C",
                "*","0","#","D"]
        keypad = Keypad(rowsPins, colsPins, keys)
        last_key_pressed = []

    def loop():
        global keypad, last_key_pressed
        pressed_keys = keypad.read()
        if len(pressed_keys) != 0 and last_key_pressed != pressed_keys:
            print(pressed_keys)
        last_key_pressed = pressed_keys
        time.sleep(0.1)

    # Define a destroy function for clean up everything after the script finished
    def destroy():
        # Release resource
        GPIO.cleanup() 

    if __name__ == '__main__':     # Program start from here
        try:
            setup()
            while True:
                loop()
        except KeyboardInterrupt:   # When 'Ctrl+C' is pressed, the program destroy() will be executed.
            destroy()



**Code Erklärung**

.. code-block:: python

    def setup():
        global keypad, last_key_pressed
        rowsPins = [18,23,24,25]
        colsPins = [10,22,27,17]
        keys = ["1","2","3","A",
                "4","5","6","B",
                "7","8","9","C",
                "*","0","#","D"]
        keypad = Keypad(rowsPins, colsPins, keys)
        last_key_pressed = []

Deklarieren Sie jede Taste der Matrixtastatur zu den Array- ``keys[]`` und definieren Sie die Pins für jede Zeile und Spalte.

.. code-block:: python

    def loop():
        global keypad, last_key_pressed
        pressed_keys = keypad.read()
        if len(pressed_keys) != 0 and last_key_pressed != pressed_keys:
            print(pressed_keys)
        last_key_pressed = pressed_keys
        time.sleep(0.1)



Dies ist der Teil der Hauptfunktion, der den Tastenwert liest und druckt.

Die Funktion ``keyRead()`` liest den Status jeder Taste.

Die Anweisung if ``len(pressed_keys) != 0 and last_key_pressed != pressed_keys`` wird zur Beurteilung verwendet

ob eine Taste gedrückt wird und der Status der gedrückten Taste. (Wenn Sie ‚3‘ drücken, während Sie ‚1‘ drücken, ist das Urteil haltbar.)

Druckt den Wert der aktuell gedrückten Taste, wenn die Bedingung haltbar ist.

Die Anweisung ``last_key_pressed = pressed_keys`` weist einem Array ``last_key_pressed`` den Status jeder Beurteilung zu, um die nächste Runde der bedingten Beurteilung zu erleichtern.


.. code-block:: python

    def read(self):
            pressed_keys = []
            for i, row in enumerate(self.rowsPins):
                GPIO.output(row, GPIO.HIGH)
                for j, col in enumerate(self.colsPins):
                    index = i * len(self.colsPins) + j
                    if (GPIO.input(col) == 1):
                        pressed_keys.append(self.keys[index])
                GPIO.output(row, GPIO.LOW)
            return pressed_keys

Diese Funktion weist jeder Zeile nacheinander eine hohe Ebene zu, und wenn die Schaltfläche in der Spalte gedrückt wird, erhält die Spalte, in der sich die Taste befindet, eine hohe Ebene. Nachdem die Zweischichtschleife beurteilt wurde, wird der Wert der Schaltfläche, deren Status 1 ist, im Array press_keys gespeichert.

Wenn Sie die Taste ‚3‘ drücken:

.. image:: media/image187.png


rowPins[0] is written in high level, and colPins[2] gets high level.

colPins[0]、colPins[1]、colPins[3] get low level.

There are four states:0, 0, 1, 0; and we write \'3\' into pressed_keys.

When rowPins[1] , rowPins[2] , rowPins[3] are written into high level,
colPins[0] ~ colPins[4] get low level.

The loop stopped, there returns pressed_keys = \'3\'.

If you press the buttons \'1\' and \'3\', there will return pressed_keys =
[\'1\',\'3\'].




``rowPins[0]`` wird auf hoher Ebene geschrieben, und ``colPins[2]`` wird auf hoher Ebene geschrieben.

``colPins[0]`` 、 ``colPins[1]`` 、 ``colPins[3]`` erhalten einen niedrigen Wert.

Es gibt vier Zustände: 0, 0, 1, 0; und wir schreiben ‚3‘ in press_keys.

Wenn ``rowPins[1]`` , ``rowPins[2]`` , ``rowPins[3]`` auf eine hohe Ebene geschrieben werden, 
erhalten ``colPins[0]`` ~ ``colPins[4]`` eine niedrige Ebene.

Die Schleife wurde gestoppt, dort wird ``press_keys = '3'`` zurückgegeben.

Wenn Sie die Tasten ‚1‘ und ‚3‘ drücken, wird ``pressed_keys = ['1','3']`` zurückgegeben.

Phänomen Bild
------------------

.. image:: media/image188.jpeg