实验中的矩阵键盘是树莓派基础实验套件里其中一个模块，
后面会讲解里面其他的实验，感兴趣的可以看看。

概述

矩阵键盘作为单片机的外接设备，当所需的按键数量较多时，为减少I/O口的占用，提高单片机的利用率，通常会将按键排成矩阵形式。即在矩阵键盘中，每条水平线与垂直线之间是通过一个按键连接的，这样单片机的一个8位端口就可以控制4*4=16个矩阵式按键，相较于直接用端口控制按键的方法多出一倍。而且当线路越多时，区别就越明显。

原理

矩阵键盘的结构相较于独立键盘复杂一些，单片机对其进行的识别也会复杂一些。矩阵键盘的扫描方式有两种：行列扫描法和逐行/逐列扫描法。行列扫描法也称为线反法，适用于矩阵键盘受单片机连续的I/O口控制的情况;逐行/逐列扫描法适用于矩阵键盘被接入了单片机的任意I/O口的情况。在实际单片机应用中更为常用的是行列扫描法。 下面以4*4矩阵键盘为例，其中四条行线（第一行开始）接入单片机的P1.0-P1.3，四条列线（第一列开始）接入P1.4-P1.7。

扫描原理

- 行列扫描法

• 使P1口的高四位输出高电平，低四位输出低电平，此时列线被拉高，行线被拉低。假设有按键按下，则某一列的电平将会被拉低，此时读取P1口高四位（四个列）的电平，若读取到的值不全为高电平，说明有按键按下，可通过读取到的值判断是第几列。再使P1口的高四位输出低电平，低四位输出高电平，读取P1口低四位（四个行）的电平，此时读取到的值不再全为高电平，可通过读取到的值判断是第几行。将两次读取的结果组合起来就可以得到当前按键的键值，从而确定按下按键的位置。

- 逐行/逐列扫描法

• 逐行/逐列扫描法本质和行列扫描法类似，即给某一行/某一列输出低电平，其余七个全部为高电平，此时读取电平变化，若由低电平则说明有按键键按下，可根据读取的键值判断按键按下的位置。

• 具体操作如下：将第一行置为低电平，其余三行和四列置为高电平。读取列线的数据，若列线不全为高电平表示第一行有按键按下，可根据读取的数据判断是第一行的哪一列按键按下;若列线全为高电平，则将第二行置为低电平，其余三行和四列置为高电平，读取列线的数据，判断是否有按键按下。重复上述动作，并以此类推。

Arduino程序

- 实验现象

• 串口输出按下按键的键值

- 电路连接

-主要程序

- 注意事项

• 需将按键连接引脚配置为输入上拉模式，这样该引脚在没有外接信号输入的情况可下保持高电位，则写为：pinMode(9,
  INPUT_PULLUP)；
• 若单纯写为：pinMode(9, INPUT)，则该引脚的状态会不稳定。出现0和1无规律变化，从而影响程序判断。

树莓派程序

- 电路连接

- 程序运行
- Python

• 安装gpiozero库
• 可以使下面命令来安装该库
  
• 其它树莓派上的系统可以使下面命令来安装该库：
  
• 运行以下语句可以查看树莓派GPIO口定义
  
• 下载树莓派参考例程，将文件解压后拷贝放在用户名目录下，运行
  
• 此时可看见树莓派在正确运行矩阵键盘程序，按下任意按键串口打印对应的键值。若想退出，按ctrl+C即可

- 指令说明：gpiozero.ButtonBoard(pin, pull_up, active_state, bounce_time,hold_time, hold_repeat)

- 主要参数

• pin：GPIO口编号；

• pull_up: 内部上下拉电阻设置

  • 设置为True（默认）时，GPIO引脚被拉高，需将按键的另一端接地。
  • 设置为Flase时，GPIO引脚被拉高低，需将按键的另一端接3V3
  • 设置为None时，GPIO引脚悬空，gpiozero无法猜测活动状态，必须设置active_state

• active_state:

  • 设置为True时，当硬件引脚状态为“高”，软件显示引脚状态也为“高”
  • 设置为False时，则输入的极性相反，当硬件引脚状态为“高”，软件显示引脚状态为“低”
  • 当pull_up设置为None时，使用该参数设置未知的引脚活动状态
  • 当pull_up设置为True或者False时，引脚的活动状态被将自动赋值

• bounce_time: 软件消抖时间。一般开关在大约20ms内信号不稳定，存在所谓的“开关抖动

  • 设置为None时，将不执行软件抖动补偿，否则该参数是组件在初始更改后忽略的时间长度（秒）,默认1s

• hold_time: 按下按钮后直到触发when_held的时间，单位秒

• hold_repeat

  • 如果为True，则只要按钮持续被按下when_held会每隔hold_time时间持续被触发

  • 如果为False，则when_held只会触发一次；

- 指令说明：LEDBoard(pin, pwm, active_high, initial_value)
- 主要参数

• pin: GPIO口编号，

• pwm：

  • 如果为True，则为每个引脚构造PWMLED实例。

  • 如果为False（默认值），则构造常规LED实例。

• active_high: 内部上下拉电阻设置，

  • 设置为True（默认）时，on（）将引脚设置为High，off（）将引脚设置为LOW。

  • 设置为Flase时，on（）将引脚设置为LOW，off（）将引脚设置为High。

• initial_value：

  • 如果为False（默认值），则所有LED初始状态为关闭。

  • 如果为“None”，则所有LED初始状态不稳定。

  • 如果为True，则所有LED初始状态为关闭打开。
    -更多指令请查看gpiozero文档

资料链接

矩阵键盘资料链接
树莓派基础实验套件资料链接