4.2 4x4キーパッド

4x4キーボード、別名マトリックスキーボードは、単一のパネルに16キーが配置されたマトリックスです。

このキーパッドは、主にデジタル入力が必要なデバイスに見られます。例えば、電卓、テレビのリモートコントロール、押しボタン式の電話、自動販売機、ATM、ダイヤル錠、デジタルドアロックなどです。

このプロジェクトでは、押されたキーを特定し、関連するキーの値を取得する方法を学びます。

• 4x4キーパッド

• E.161 - Wikipedia

必要なコンポーネント

このプロジェクトでは、以下のコンポーネントが必要です。

一式を購入するのは確かに便利です、リンクはこちら：

名前	このキットに含まれるアイテム	リンク
ケプラーキット	450以上	Kepler Kit

以下のリンクから個別にも購入可能です。

SN	コンポーネント	数量	リンク
1	Raspberry Pi Pico W	1	BUY
2	マイクロUSBケーブル	1
3	ブレッドボード	1	BUY
4	ジャンパーワイヤー	数本	BUY
5	抵抗器	4(10KΩ)	BUY
6	4x4キーパッド	1	BUY

回路図

マトリックスキーボードの各列には4つのプルダウン抵抗が接続されており、キーが押されていない場合にG6〜G9が安定した低レベルになるようにしています。

キーボードの行（G2〜G5）は高レベルに設定されています。もしG6〜G9のいずれかが高レベルで読み取られた場合、どのキーが押されたかがわかります。

例えば、G6が高レベルで読み取られた場合、数字のキー1が押されています。これは、数字のキー1の制御ピンがG2とG6であり、数字のキー1が押されたときにG2とG6が接続され、G6も高レベルになるからです。

配線

配線を容易にするため、上記の図では、マトリックスキーボードの列と10K抵抗が同時にG6〜G9の位置にある穴に挿入されています。

コード

注釈

• kepler-kit-main/micropython のパスにある 4.2_4x4_keypad.py ファイルを開くか、このコードをThonnyにコピーして、「Run Current Script」をクリックするか、単にF5キーを押して実行します。

• 右下隅にある「MicroPython（Raspberry Pi Pico）」のインタープリタをクリックするのを忘れないでください。

• 詳細なチュートリアルについては、 コードを直接開いて実行する を参照してください。

import machine
import time

characters = [["1","2","3","A"],["4","5","6","B"],["7","8","9","C"],["*","0","#","D"]]

pin = [2,3,4,5]
row = []
for i in range(4):
    row.append(None)
    row[i] = machine.Pin(pin[i], machine.Pin.OUT)

pin = [6,7,8,9]
col = []
for i in range(4):
    col.append(None)
    col[i] = machine.Pin(pin[i], machine.Pin.IN)

def readKey():
    key = []
    for i in range(4):
        row[i].high()
        for j in range(4):
            if(col[j].value() == 1):
                key.append(characters[i][j])
        row[i].low()
    if key == [] :
        return None
    else:
        return key

last_key = None
while True:
    current_key = readKey()
    if current_key == last_key:
        continue
    last_key = current_key
    if current_key != None:
        print(current_key)
    time.sleep(0.1)

プログラムを実行すると、Shellがキーパッドで押したキーを出力します。

仕組み

import machine
import time

characters = [["1","2","3","A"],["4","5","6","B"],["7","8","9","C"],["*","0","#","D"]]

pin = [2,3,4,5]
row = []
for i in range(4):
    row.append(None)
    row[i] = machine.Pin(pin[i], machine.Pin.OUT)

pin = [6,7,8,9]
col = []
for i in range(4):
    col.append(None)
    col[i] = machine.Pin(pin[i], machine.Pin.IN)

マトリックスキーボードの各キーを配列 characters[] に宣言し、各行と列のピンを定義します。

last_key = None
while True:
    current_key = readKey()
    if current_key == last_key:
        continue
    last_key = current_key
    if current_key != None:
        print(current_key)
    time.sleep(0.1)

これは、ボタンの値を読み取り、出力するメイン関数の一部です。

関数 readKey() は、各ボタンの状態を読み取ります。

if current_key != None および if current_key == last_key の文は、キーが押されているかどうかと、押されたボタンの状態を判断するために使用されます。 （例えば、'1'を押しているときに'3'を押すと、判断が成立します。）

条件が成立すると、現在押されているキーの値を出力します。

last_key = current_key の文は、各判断の状態を配列 last_key に割り当て、次の条件判断に備えます。

def readKey():
    key = []
    for i in range(4):
        row[i].high()
        for j in range(4):
            if(col[j].value() == 1):
                key.append(characters[i][j])
        row[i].low()
    if key == [] :
        return None
    else:
        return key

この関数は、各行に順番に高レベルを割り当てます。ボタンが押されると、キーの位置する列が高レベルになります。 二層のループの判断後、状態が1のボタンの値が配列 key に格納されます。

キー'3'を押す場合：

row[0] が高レベルに書き込まれ、 col[2] が高レベルになります。

col[0] 、 col[1] 、 col[3] は低レベルになります。

四つの状態があります：0、0、1、0；そして、'3'を pressed_keys に書き込みます。

row[1] 、 row[2] 、 row[3] が高レベルに書き込まれると、 col[0] ~ col[4] は低レベルになります。

ループが停止し、key = '3'が返されます。

ボタン'1'と'3'を押すと、key = ['1','3']が返されます。