WFduino第39課4×4薄膜鍵盤(密碼鎖)(原稿)

4×4薄膜鍵盤：
是一款常見的薄膜按鍵模組，由16個按鍵（開關）交織而成，4×4按鍵模組有8個接腳，分別排成列、行兩組。(註1)

圖片來源：https://swf.com.tw/images/books/arduino/keypad/keypad_4x4.png

接線圖：

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一、上拉電阻原理

在Arduino上使用開關來控制電路，讀取資料時，如果直接使用[INPUT]指令輸入，常常因為受到環境雜訊的影響，會發生讀取訊號不穩定的現象(沒有動作卻有時讀取到 HIGH ，有時卻讀取到 LOW)，造成讀取判斷錯誤。為了確保它在穩定的狀態,，必須接個上拉電阻或下拉電阻。(註2)

上拉電阻：

如上圖，5V接電阻(一般接10Kꭥ)，再接開關、接地，中間引出接數位腳D5輸入。

使用下面積木宣告

注意：

當按鍵開關未接通時，數位腳D5讀取到高電位(1)，當開關接通時，數位腳D5讀取到低電位(0)。

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內建了上拉電阻

其實arduino在數位腳位都已經內建了上拉電阻，只要使用下面的宣告[INPUT_PULLUP]

就可以取代上面的外接電阻，電路圖變成下面

接線圖：

按鍵開關可以直接接數位腳D5輸入，省去外接上拉電阻的麻煩 。

注意：

當按鍵開關未接通時，數位腳D5讀取到高電位(1)，當開關接通時，數位腳D5讀取到低電位(0)。

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二、測試腳位程式

以下為每一個按鍵讀取功能測試。

數位腳D4、D5、D6、D7負責供電，每一次只有一個腳位為0，就是上圖的接地。

數位腳D8、D9、D10、D11負責讀取數位訊號，就是上圖的D5。

當按下某一個按鍵時，D8、D9、D10、D11只有一個會讀取到低電位(0)，其他沒有按下的按鍵都讀取到高電位(1)，就可以知道是按下哪一個按鍵。

(一)按鍵147＊

先設定數位腳D8、D9、D10、D11為[INPUT_PULLUP]。

[等待0.5秒]，因為內定數位腳位為OUTPUT，所以每個腳位下面都要加上等待0.5秒，讓腳位可以正確改變成上拉電阻模式。

建立變數[密碼]，讓按鍵的值可以顯示出來。

[同時輸出：腳位4輸出1，腳位5輸出1，腳位6輸出1，腳位7輸出0]，數位腳D4、D5、D6輸出高電位(1)，數位腳D7出低電位(0)，就是只有第1行的按鍵[147＊]按下去會接地，可以讀取到低電位(0)。

[重複無限次]，檢查按鍵按下了沒有。

如果按下某一個按鍵時，D8、D9、D10、D11只有一個會讀取到低電位(0)，就顯示對應的符號。

程式下載：147＊.sb2

(二)按鍵2580

先設定數位腳D8、D9、D10、D11為[INPUT_PULLUP]。

[等待0.5秒]，因為內定數位腳位為OUTPUT，所以每個腳位下面都要加上等待0.5秒，讓腳位可以正確改變成上拉電阻模式。

建立變數[密碼]，讓按鍵的值可以顯示出來。

[同時輸出：腳位4輸出1，腳位5輸出1，腳位6輸出0，腳位7輸出1]，數位腳D4、D5、D7輸出高電位(1)，數位腳D6出低電位(0)，就是只有第2行的按鍵[2580]按下去會接地，可以讀取到低電位(0)。

[重複無限次]，檢查按鍵按下了沒有。

如果按下某一個按鍵時，D8、D9、D10、D11只有一個會讀取到低電位(0)，就顯示對應的符號。

程式下載：2580.sb2

(三)按鍵369＃

先設定數位腳D8、D9、D10、D11為[INPUT_PULLUP]。

[等待0.5秒]，因為內定數位腳位為OUTPUT，所以每個腳位下面都要加上等待0.5秒，讓腳位可以正確改變成上拉電阻模式。

建立變數[密碼]，讓按鍵的值可以顯示出來。

[同時輸出：腳位4輸出1，腳位5輸出0，腳位6輸出1，腳位7輸出1]，數位腳D4、D6、D7輸出高電位(1)，數位腳D5出低電位(0)，就是只有第3行的按鍵[369＃]按下去會接地，可以讀取到低電位(0)。

[重複無限次]，檢查按鍵按下了沒有。

如果按下某一個按鍵時，D8、D9、D10、D11只有一個會讀取到低電位(0)，就顯示對應的符號。

程式下載：369＃.sb2

(四)按鍵ABCD

先設定數位腳D8、D9、D10、D11為[INPUT_PULLUP]。

[等待0.5秒]，因為內定數位腳位為OUTPUT，所以每個腳位下面都要加上等待0.5秒，讓腳位可以正確改變成上拉電阻模式。

建立變數[密碼]，讓按鍵的值可以顯示出來。

[同時輸出：腳位4輸出0，腳位5輸出1，腳位6輸出1，腳位7輸出1]，數位腳D5、D6、D7輸出高電位(1)，數位腳D4出低電位(0)，就是只有第3行的按鍵[ABCD]按下去會接地，可以讀取到低電位(0)。

[重複無限次]，檢查按鍵按下了沒有。

如果按下某一個按鍵時，D8、D9、D10、D11只有一個會讀取到低電位(0)，就顯示對應的符號。

程式下載：ABCD.sb2

三、讀取全部的按鍵

確定每一個按鍵的對應關係後，就可以寫一個程式來讀取按鍵結果。

先設定數位腳D8、D9、D10、D11為[INPUT_PULLUP]。

[等待0.5秒]，因為內定數位腳位為OUTPUT，所以每個腳位下面都要加上等待0.5秒，讓腳位可以正確改變成上拉電阻模式。

建立變數[密碼]，讓按鍵的值可以顯示出來。

將上面測試的4個程式稍微修改，分別做成[函式積木]，[掃描1]、[掃描2]、[掃描3]、[掃描4]，分別代表掃描的按鍵行列。

[按鍵程式]：重複無限次的檢查按鍵按下了沒有。

一開始先設定密碼為[Z]，然後檢查按鍵時去比對密碼是否有改變，如果按下了按鍵，密碼會換成按鍵符號，然後廣播[按鍵1]，說出按下的按鍵符號，然後停止程式。

程式下載：全部.sb2

四、連續輸入

上一個程式按下按鍵後，程式就會停止。需要重新再按一次綠旗重新執行程式。

請將程式修改成可以連續按鍵輸入。

修改上一個程式，將按鍵後[停止全部程式]改成[停止腳色的其他程式]，然後繼續執行[按鍵程式]，讓程式變成可以連續輸出。

程式下載：連續輸入.sb2

五、紀錄輸入

上一個程式按鍵輸入，顯示結果後，就不見了。

請修改程式，將每一次按鍵的結果記錄下來。

主程式同上。

建立一個[輸入清單]儲存按鍵輸入的結果。

程式下載：紀錄輸入.sb2

六、密碼開門(密碼鎖)

設計一個程式可以比對按鍵結果，如果按鍵輸入和密碼相同就開門。

除了主角小貓之外，再新增門1、門2，兩個腳色，當成門，當密碼符合後，就打開門。

小貓腳色：

主程式同上。

再建立一個[密碼清單]，儲存預設密碼。範例是3個密碼。

一開始先將[密碼清單]隱藏，不要讓人看到。

然後跟前面程式一樣，輪流輸入密碼，當輸入完3個密碼以後，[廣播訊息(比對)]，比對按鍵輸入結果和預設密碼是否相符。

[當收到訊息(比對)]，輪流比對3個密碼，如果全對，就[廣播訊息(開門)]，否則就請重新按鍵輸入。

[當收到訊息(開門)]，將[密碼清單]顯示，並顯示及說出[新年快樂]。

門1腳色：

一開始先顯示，定位到擋住螢幕左邊。

[當收到訊息(開門)]，慢慢往左移動，有開門的感覺，門打開後就隱藏。

門2腳色：

一開始先顯示，定位到擋住螢幕右邊。

[當收到訊息(開門)]，慢慢往右移動，有開門的感覺，門打開後就隱藏。

程式下載：密碼開門.sb2　　　

延伸：

1.可以增加[當收到訊息(開門)]，就輸出一個訊號給電鎖開關，就變成真正的電子密碼門鎖了。

2.可以增加[當收到訊息(開門)]，就輸出一個訊號給 [繼電器] (第13課)，就變成電子密碼開關了，可以控制家電用品。

3.可以使用 [ 伺服馬達為腳位(…)轉動角度為(…)度]  的指令積木，用來控制伺服馬達的轉動角度。當輸入不同的密碼，可以轉動不同的角度，可以觸動不同的開關，做出不同的動作。(第11課)

4.小朋友想想看，按鍵開關還有什麼用途？

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註1：參考資料：https://swf.com.tw/?p=917

註2：

資料來源：http://yehnan.blogspot.tw/2013/09/arduinotilt-ball-switch.html

註3：

讀取資料時，常常因為受到環境雜訊的影響，會發生讀取訊號不穩定的現象(有時讀取到 HIGH 有時卻讀取到 LOW)，造成讀取判斷錯誤。為了確保它在穩定的狀態,，必須接個上拉電阻或下拉電阻。

詳細說明請參考：http://blog.ilc.edu.tw/blog/blog/868/post/97509/656348

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相關連結：

新DiFi課程目錄
http://blog.ilc.edu.tw/blog/blog/868/post/104089/678192

WFduino(Arduino)課程目錄
http://blog.ilc.edu.tw/blog/blog/868/post/97509/641433 

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