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.. _2.1.8_c_pi5:

2.1.8 キーパッド
==================

はじめに
------------

キーパッドはボタンの矩形配列です。このプロジェクトでは、それを使用して文字を入力します。

必要な部品
------------------------------

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。

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

キット全体を購入すると非常に便利です。リンクは以下のとおりです：

.. list-table::
    :widths: 20 20 20
    :header-rows: 1

    *   - 名前	
        - このキットのアイテム
        - リンク
    *   - Raphael Kit
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

以下のリンクから個別に購入することもできます。

.. list-table::
    :widths: 30 20
    :header-rows: 1

    *   - コンポーネントの紹介
        - 購入リンク

    *   - :ref:`cpn_gpio_board`
        - |link_gpio_board_buy|
    *   - :ref:`cpn_breadboard`
        - |link_breadboard_buy|
    *   - :ref:`cpn_wires`
        - |link_wires_buy|
    *   - :ref:`cpn_resistor`
        - |link_resistor_buy|
    *   - :ref:`cpn_keypad`
        - \-

回路図
-----------------

.. image:: ../img/image315.png

.. image:: ../img/image316.png

実験手順
-----------------------

**ステップ1:** 回路を組み立てます。

.. image:: ../img/image186.png

**ステップ2:** コードファイルを開きます。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/c/2.1.8/

**ステップ3:** コードをコンパイルします。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    gcc 2.1.8_Keypad.cpp -lwiringPi

**ステップ4:** 実行します。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo ./a.out

コードを実行した後、キーパッドの押されたボタンの値（ボタン値）が画面に表示されます。

.. note::

    実行後に動作しない、またはエラーメッセージ「wiringPi.h: No such file or directory」が表示された場合は、 :ref:`install_wiringpi_pi5` を参照してください。

**コード**

.. 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;
    }

**コード説明**

.. 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};

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

.. 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);
        }

これは、ボタン値を読み取り、印刷するメイン関数の部分です。

関数 ``keyRead()`` は、各ボタンの状態を読み取ります。

``KeyCompare()`` および ``keyCopy()`` は、ボタンの状態が変わったかどうか（つまり、ボタンが押されたか、またはリリースされたか）を判断するために使用されます。

``keyPrint()`` は、現在のレベルが高レベルであるボタン（ボタンが押されている）のボタン値を印刷します。

.. 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);
        }
    }

この関数は、各行に順番に高レベルを割り当て、列のキーが押されると、キーが位置している列が高レベルを取得します。2層のループ判断の後、キーの状態のコンパイルが配列( ``reasult[]`` )を生成します。

「3」のボタンを押すと：

.. image:: ../img/image187.png

``RowPin [0]`` には高レベルが書き込まれ、colPin[2] は高レベルを取得します。 ``ColPin [0]`` , colPin[1], colPin[3] は低レベルを取得します。

これにより、0,0,1,0が得られます。rowPin[1]、rowPin[2]、rowPin[3]に高レベルが書き込まれると、colPin[0]〜colPin[4]は低レベルを取得します。

ループ判断が完了すると、配列が生成されます：

.. 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];
        }
    }

これらの2つの関数は、キーの状態が変わったかどうかを判断するために使用されます。例えば、「3」を押して手を放したときや「2」を押したとき、keyCompare()はfalseを返します。

KeyCopy()は、各比較の後に、a配列(last_key_pressed[BUTTON_NUM])に現在のボタン値を再書きするために使用されます。これにより、次回の比較が可能になります。

.. 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");
    }

この関数は、現在押されているボタンの値を印刷するために使用されます。ボタン「1」が押されている場合、「1」が印刷されます。ボタン「1」が押され、ボタン「3」が押されている場合、「1, 3」が印刷されます。

現象の画像
------------------


.. image:: ../img/image188.jpeg