در کنار lcd های کاراکتری ، صفحه کلید ماتریسی یکی از پرکاربردترین لوازمی است که کاربران از آنها در مدارات میکروکنترلری استفاده می کنند و توسط آنها می توانند از دنیای بیرون به میکروکنترلر دیتا ارسال کرده و آن را پردازش کنند.
صفحه کلید ماتریسی متشکل از تعداد زیادی کلید است ، که بصورت ماتریسی روی هم قرار گرفته اند و ماتریسی بودن کلید ها به ما این امکان را می دهد تا علاوه بر بهرمندی از تعداد زیادی کلید ، تعداد کمی از پایه های میکروکنترلرها را اشغال کنیم .
صفحه کلید ماتریسی در ابعاد و اندازه های مختلفی در بازار وجود دارند. که از پرکاربردترین آنها می توان صفحه کلید ماتریسی ۴*۴ یا شانزده کلید و صفحه کلید ماتریسی ۴*۳ یا دوازده کلید را نام برد .
در پایان آموزش برنامه نوشته شده برای اسکن صفحه کلید ماتریسی ۴*۴ را به یک کتابخانه تبدیل می کنیم تا کاربران براحتی بتوانند تنها با بکاربردن چند دستور ساده عمل کلید خوانی را انجام دهند .
موضوعاتی که در این مقاله به آنها پرداخته خواهد شد :
آموزش اسکن صفحه کلید ماتریسی 4*4 با avr
برای اسکن صفحه کلید ماتریسی 4*4 از الگوریتمی بسیار ساده استفاده شده است . به این صورت که صفحه کلید ماتریسی 4X4 به یک جدول جمع اعداد تشبیه شده است .
اعدادی در سطرها و ستون های صفحه کلید ماتریسی 4×4 قرار داده شده است . که از حاصل جمع آنها موقعیت کلید فشرده شده بدست می آید .
در این روش مقدار کلید فشرده شده طی دو مرحله بدست می آید که در ادامه به آن خواهیم پرداخت . شکل زیر نحوه اتصال یک صفحه کلید ماتریسی 4X4 به یکی از پورتهای میکرو کنترلر avr را نشان می دهد .
مرحله اول اسکن صفحه کلید ماتریسی 4X4
در مرحله اول اسکن صفحه کلید ماتریسی 4X4 پایه هایی را که به ستون های صفحه کلید ماتریسی 4×4 وصل کرده ایم به عنوان پایه های خروجی و پایه هایی را که به سطر های صفحه کلید ماتریسی 4*4 وصل کرده ایم به عنوان پایه های ورودی تعریف می کنیم .
سپس مقدار صفر منطقی را روی پایه های خروجی قرار می دهیم و در نهایت شروع به اسکن پایه هایی که به عنوان ورودی تعریف شده اند می کنیم . اگر مقدار پایه ای صفر باشد به منزله این است که کلیدی در آن سطر فشرده شده و مقدار متناظر با آن سطر را از جدول جمعی که تشکیل داده بودیم در یک متغییر ذخیره می کنیم .
unsigned char row; DDRx =0XF0; // 4 OUT 4 IN PORTx=0X0F; // key columns all low and active pull ups on rows enabled if(PINx.3==0) row=0; if(PINx.2==0) row=4; if(PINx.1==0) row=8; if(PINx.0==0) row=12;
مرحله دوم اسکن صفحه کلید ماتریسی 4X4
در مرحله دوم برعکس مرحله اول عمل می کنیم پایه هایی را که به ستون های صفحه کلید ماتریسی ۴*۴ وصل کرده ایم به عنوان پایه های ورودی تعریف می کنیم و پایه هایی را که به سطرهای صفحه کلید ماتریسی ۴*۴ وصل کرده ایم به عنوان پایه های خروجی تعریف می کنیم .
سپس مقدار صفر منطقی را روی پایه های خروجی قرار می دهیم و در نهایت شروع به اسکن پایه هایی که به عنوان ورودی تعریف شده اند می کنیم و اگر مقدار پایه ای صفر باشد به منزله این است که کلیدی در آن ستون فشرده شده و مقدار متناظر با آن ستون را از جدول جمعی که تشکیل داده بودیم در یک متغییر دیگر ذخیره می کنیم .
unsigned char column; DDRx =0X0F; // 4 IN 4 OUT / change port configuration PORTx=0XF0; // enable pull ups on columns and write 0s to rows if(PINx.7==0) column =0; if(PINx.6==0) column =1; if(PINx.5==0) column =2; if(PINx.4==0) column =3;
بعد از مراحل اسکن صفحه کلید ماتریسی 4X4 ، برای مشخص کردن موقعیت کلید فشرده شده ، کافیست تا اعدادی را که از دو مرحله قبل در متغییرهای row , column ذخیره کردیم با یکدیگر جمع کنیم . در پایان نیز با تعریف یک آرایه شانزده رقمی و قرار دادن مقادیر asci اعداد در آن می توان کاراکتر متناظر با صفحه کلید را از درون این آرایه جهت نمایش روی lcd کاراکتری استخراج کرد .
flash char kbd_table[16]={‘۱’,’۲′,’۳′,’A
‘۴’,’۵’,’۶’,’B’,
‘۷’,’۸’,’۹’,’C’,
‘*’,’۰’,’#’,’D’};
char key;
key=kbd_table [ row + column ];
برای درک بهتر مسئله به ذکر یک مثال می پردازیم :
فرض می کنیم کلید شماره ۹ از روی صفحه کلید ماتریسی ۴*۴ را فشرده ایم طبق مرحله اول اسکن صفحه کلید ، P.1 از پایه های پورت ما برابر با مقدار صفر می شود و با توجه به دستور if(PINx.1==0) row=8 مقدار ۸ در متغییر row جا می گیرد .
در مرحله دوم اسکن صفحه کلید ، P.6 از پایه های پورت ما برابر با مقدار صفر می شود و با توجه به دستور if(PINx.6==0) column =1 مقدار ۱ در متغییر column جا می گیرد و در نهایت با جمع دو متغییر row+column عدد ۹ بدست می آید که همان مقدار کلید فشرده شده است .
معرفی توابع کتابخانه اسکن صفحه کلید ماتریسی ۴*۴ با نرم افزار codevision
تابع kbd_init
الگوی این تابع به شکل زیر می باشد :
void kbd_init(void);
این تابع جهت initializes یا مقدار دهی اولیه پورت می باشد .
تابع debounce
الگوی این تابع به شکل زیر می باشد :
void debounce(unsigned char Debouncing_time);
این تابع دارای یک پارامتر با نام Debouncing_time است که مقدار آن از ۰ تا ۲۰۰ بر حسب میلی ثانیه می باشد و یک تاخیر از ۰ تا ۲۰۰ میلی ثانیه بعد از فشرده شدن هر کلید بوجود می آورد تا لرزشی که در هنگام فشرده شدن کلید پدید می آید از بین برود و این لرزش به منزله فشرده شدن کلید طلقی نگردد .
اگر مقداری بیشتر از ۲۰۰ به آرگومان این تابع بدهیم حداکثر تاخیر یعنی همان ۲۰۰ میلی ثانیه منظور می گردد ، مناسب ترین مقدار برای جلوگیری از لرزش کلیدمقدار ۱۰۰ میلی ثانیه می باشد . مقدار Debouncing_time بصورت پیش فرض ۱۰۰ قرار داده شده .
تابع waitkey
الگوی این تابع به شکل زیر می باشد :
void waitkey(void);
این تابع منتظر فشرده شدن کلید می ماند .
تابع waitnokey
الگوی این تابع به شکل زیر می باشد :
void waitnokey(void);
این تابع منتظر می ماند تا کلید فشرده شده رها شود یا به عبارتی فشرده نشدن کلیدها را چک می کند .
تابع readkey
الگوی این تابع به شکل زیر می باشد :
char readkey(void);
این تابع صفحه کلید را اسکن می کند و اگر کلیدی فشرده شده باشد مقدار آن را می خواند .
تابع getkey
الگوی این تابع به شکل زیر می باشد :
char getkey(void);
این تابع اصلی ترین تابع می باشد که ما برای اسکن صفحه کلید ماتریسی ۴*۴ از آن استفاده می کنیم ، این تابع ترکیبی از توابعی است که قبلا ذکر شد .
این تابع منتظر فشرده شدن کلید می ماند و پس از فشرده شدن کلید عمل debounce گیری را انجام می دهد سپس صفحه کلید را اسکن کرده و مقدار کلید فشرده شده را می خواند و درنهایت منتظر می ماند تا کلید فشرده شده رها شود .
تابع getnum
الگوی این تابع به شکل زیر می باشد :
char getnum(void);
عملکرد این تابع شبیه عملکرد تابع getkey می باشد با این تفاوت که فقط مقادیر کاراکتر های ۰ تا ۹ را برمی گرداند .
اگر مقادیر خوانده شده از صفحه کلید ، متناظر با کلید فشرده شده توسط شما نبود . فایل کتابخانه ای keypad.lib را توسط محیط کدویژن باز نموده و با جابجایی کاراکترها در جدول kbd_lib این مشکل را برطرف نمایید .
اسکن صفحه کلید ماتریسی ۴*۴ و نمایش بر روی lcd 2*16
ابتدا از پوشه library که پیوست این مقاله می باشد فایل هدر keypad.h را در پوشه inc و فایل کتابخانه ای keypad.lib را در پوشه lib در مسیری که نرم افزار کدویژن را نصب کرده اید کوپی کنید .
سپس نرم افزار کدویژن را اجرا کرده و توسط کدویزارد از زبانه Chip آی سی مورد نظر و از قسمت Alphanumeric LCD پیکربندی LCD را انجام داده و در ادامه با ذخیره فایل تولید شده توسط codewizard بستری را برای برنامه نویسی خود فراهم کنید.
سپس با استفاده از دستور پیش پردازنده <include <keypad.h# فایل هدر keypad را به برنامه خود اضافه کنید . حال نوبت به معرفی پورتی که قرار است کیپد ۴*۴ را به آن متصل کنیم می رسد .
برای سادگی و قابل فهم بودن پیکربندی keypad روی پورت مورد نظر ، از الگوی پیکربندی lcd کاراکتری که در ورژن های قدیمیتر کدویژن و به زبان اسمبلی استفاده می شد بکار گرفته شده است ، برای انجام پیکربندی ابتدا باید آدرس پورتهای خروجی میکروکنترلر AVR را بدانیم.
الگوی پیکربندی lcd کاراکتری به شکل زیر می باشد :
#asm .equ __lcd_port=0x18 ;portb #endasm #include <lcd.h>;
الگوی پیکربندی ۴*۴ keypad به شکل زیر می باشد :
#asm .equ __kbd_port=0x1b ;porta #endasm #include <keypad.h>;
نمایش کلید فشرده شده بر روی lcd کاراکتری
/****************************************************
Project : 4 x 4 Keypad - polling
Version : 1
Date : 4/5/2013
Author : hossein ghiasvand
Company : http://www.micronik.ir
E-mail :hossein.ghiasvand@gmail.com
Chip type : ATmega16
Program type : Application
AVR Core Clock frequency: 8.000000 MHz
Memory model : Small
External RAM size : 0
Data Stack size : 256
****************************************************/
#include <mega16.h>
#include <delay.h>
#include <alcd.h>
#asm
.equ __kbd_port=0x1b ;PORTA
#endasm
#include <keypad.h>
void main(void)
{
lcd_init(16);
kbd_init();
while (1)
{
unsigned char keypressed;
lcd_clear();
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("Enter Key:");
lcd_gotoxy(0,1);
_lcd_write_data(0x0f); //Cursor blanked
while(1)
{
keypressed=getkey();
lcd_putchar(keypressed);
if(keypressed=='C') break; //'C'-----> clear screen
}
}
}
در مثال ذکر شده اسکن صفحه کلید ماتریسی ۴*۴ به روش polling یا سرکشی صورت می پذیرد ، یعنی میکروکنترلر باید دائما به پورتی که کیپد به آن متصل شده سرکشی کند تا فشرده شدن کلیدی را متوجه شود .
این عمل باعث اشغال شدن cpu می شود و از کارایی میکروکنترلر avr کاسته می شود ، برای رفع این مشکل از روشی به نام wake up در اسکن صفحه کلید ۴*۴ استفاده می کنیم .
در این روش با استفاده از چهار عدد دیود 1N4148 سطرهای کیپد ( P.0 تا P.3) را به یکی از وقفه های خارجی میکروکنترلر متصل می کنیم و با فعال سازی وقفه خارجی ، هنگامی که کلیدی فشرده شود زیر برنامه وقفه خارجی اتفاق می افتد و با نوشتن دستورات مربوط به کلید خوانی در زیر برنامه وقفه ، مقدار کلید فشرده شده را بدون نیاز به سرکشی دائم و اشغال شدن cpu میکروکنترلر بدست می آورد .
مثال :
ابتدا با استفاده از چهار عدد دیود 1N4148 پینهای صفر تا سه از پورتی که کیپد به آن متصل شده را مطابق شکل به پایه INT0 میکروکنترلر وصل کنید . سپس PIND.2 که ورودی وقفه خارجی صفر است را به عنوان ورودی و مقاومت poll up آن را فعال نموده و وقفه خارجی صفر را در مد low level قرار دهید . در این مثال lcd روی PORTB پیکربندی شده .
/****************************************************
Project : 4 x 4 Keypad - Wake-up on Keypress
Version : 2
Date : 4/5/2013
Author : hossein ghiasvand
Company : http://www.micronik.ir
E-mail :hossein.ghiasvand@gmail.com
Comments:
• ۱۶ Key Pushbutton Pad in 4 x 4 Matrix
Chip type : ATmega16
Program type : Application
AVR Core Clock frequency: 8.000000 MHz
Memory model : Small
External RAM size : 0
Data Stack size : 256
****************************************************/
#include <mega16.h>
#include <delay.h>
#include <alcd.h>
#include <keypad.h>
#asm
.equ __kbd_port=0x1b ;PORTA
#endasm
_Bool wakeup=0;
char k;
void main(void)
{
DDRD=0X00;
PORTD=0Xff;
MCUCR=0x30;
GIMSK=0x40;
lcd_init(16);
lcd_clear();
kbd_init();
#asm("sei")
while (1)
{
if(wakeup){
k=getkey();
wakeup=0;
lcd_putchar(k);
if( k=='C') lcd_clear(); //'C'-----> clear
};
// Place your code here
}
}
interrupt [EXT_INT0] void ext_int0_isr(void)
{
wakeup=1;
}
برای کاربرانی که از میکروکنترلر stm32 استفاده می کنند یک کتابخانه کاملا استاندارد برای کیپدهای 4*4 و 4*3 آماده کرده ایم که به راحتی می توانید در پروژه های خود از آن استفاده نمایید .
همچنین توسط کتابخانه کیپد پروژه قفل رمز دیجیتال انجام شده با آنالیز سورس کد این پروژه شما با بخشهای مختلف میکروکنترلر stm32 و استفاده در کنار هم آشنا خواهید شد .
قابلیت های کتابخانه صفحه کلید 4*4 و 4*3 برای STM32
اتصال پایه های صفحه کلید به پایه های دلخواه از میکروکنترلر
پیکربندی پایه ها در محیط نرم افزار stm32cubemx ، بدون نیاز تغییر در کتابخانه
قابل استفاده در keil و stm32cubeide
نوشته شده توسط توابع HAL
به همراه کتابخانه LCD کاراکتری ، مثال و راهنمای استفاده
پروژه قفل رمزدار دیجیتال توسط STM32
قابلیت نمایش رمز تایپ شده تا 8 رقم بر روی LCD کاراکتری
قابلیت پاک کردن رمز و کاراکترهای تایپ شده بر روی LCD
قفل شدن اتوماتیک ، در صورت عدم تایپ بعد از 15 ثانیه
قابلیت تغییر رمز عبور و ذخیره در حافظه EEPROM Emulation میکروکنترلر STM32
قابلیت بازنشانی رمز عبور به رمز پیشفرض با نگهداشتن کلید مخفی به مدت 6 ثانیه
به همراه کتابخانه کیپد و LCD کاراکتری برای STM32
