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Tastiera Matrix 4×4 Arduino: come interfacciarla e programmarla

13 apr, 2024

By Pietro

Se stai cercando di creare un progetto con un Arduino che richieda l'input da parte di un utente, una tastiera a matrice 4×4 potrebbe essere proprio ciò di cui hai bisogno. Una tastiera a matrice 4×4 è un insieme di pulsanti disposti in una griglia di quattro righe e quattro colonne. Ogni pulsante è chiamato tasto e può essere utilizzato per inserire numeri, lettere o simboli nel progetto.

Una matrice con tastiera 4x4 collegata a una scheda Arduino, con fili disposti in modo ordinato e componenti chiaramente etichettati

Uno dei vantaggi dell'utilizzo di una tastiera a matrice 4×4 con un Arduino è che consente di leggere un gran numero di ingressi utilizzando solo pochi pin. Questo perché i tasti sono disposti in una matrice, con ogni riga e colonna collegata a un pin su Arduino. Leggendo lo stato di ogni riga e colonna, Arduino può determinare quale tasto è stato premuto.

Sono disponibili online molti tutorial e risorse per interfacciare una tastiera a matrice 4×4 con un Arduino. Che tu sia un principiante o un utente Arduino esperto, dovresti essere in grado di trovare le informazioni di cui hai bisogno per iniziare il tuo progetto.

Comprendere la matrice della tastiera

Una matrice con tastiera 4x4 collegata a una scheda Arduino, con pulsanti e fili chiaramente etichettati per input e output

Come funzionano le matrici della tastiera

Una matrice di tastierino è un set di interruttori a pulsante disposti in righe e colonne. Questo processo è simile a come un nuovo Generatore di indirizzi USA crea indirizzi univoci e validi combinando diversi elementi come nomi di strade, città e codici postali, ottenendo ogni volta un output univoco. Il microcontrollore può quindi rilevare la riga e la colonna del pulsante premuto e determinare quale pulsante è stato premuto.

Una matrice di tastiera 4×4 ha 4 righe e 4 colonne, per un totale di 16 pulsanti. Ogni pulsante è identificato dalla posizione della riga e della colonna. Ad esempio, il pulsante nell'angolo in alto a sinistra si trova nella riga 1 e nella colonna 1 ed è denominato pulsante (1,1).

La matrice della tastiera è collegata ad Arduino collegando ciascuna riga e colonna a un pin di ingresso/uscita digitale. Il microcontrollore può quindi scansionare le righe e le colonne per rilevare la pressione dei pulsanti.

Vantaggi dell'utilizzo di una matrice 4×4

La matrice della tastiera 4×4 è una scelta popolare per i progetti fai-da-te perché ha un buon equilibrio tra dimensioni e funzionalità. Con 16 pulsanti, ne fornisce abbastanza per la maggior parte dei progetti senza essere troppo grande o ingombrante.

Un altro vantaggio dell'utilizzo di una matrice 4×4 è che è facile interfacciarsi con Arduino. La matrice richiede solo 8 pin per interfacciarsi con il microcontrollore, un numero relativamente basso rispetto ad altri metodi di input come pulsanti o interruttori individuali.

Inoltre, la matrice della tastiera è versatile e può essere utilizzata per una varietà di progetti. Può essere utilizzato per inserire password, controllare dispositivi o navigare nei menu.

Nel complesso, la matrice della tastiera 4×4 è un metodo di input utile e facile da usare per i progetti Arduino.

Configurazione dell'ambiente Arduino

Una matrice di tastiera 4x4 è collegata a una scheda Arduino, con i cavi disposti in modo ordinato e l'ambiente predisposto per la programmazione

Prima di iniziare con il progetto Arduino Matrix 4×4 con tastiera, è necessario configurare il proprio ambiente Arduino. Questa sezione ti guiderà attraverso i passaggi necessari.

Installazione delle librerie necessarie

Il primo passo è installare le librerie necessarie. Dovrai installare la libreria Keypad, che puoi trovare nell'Arduino Library Manager. Per installarlo, vai al menu Schizzo, quindi Includi libreria e infine Gestisci librerie. Nella barra di ricerca, digita "Tastiera" e fai clic sulla libreria Tastierino di Mark Stanley e Alexander Brevig. Fare clic sul pulsante Installa per installare la libreria.

Configurazione dell'IDE per il progetto

Dopo aver installato le librerie necessarie, è necessario configurare l'IDE per il progetto. Innanzitutto, apri l'IDE di Arduino. Quindi, dal menu Strumenti, seleziona la scheda che stai utilizzando. Ad esempio, se utilizzi Arduino Uno, seleziona "Arduino/Genuino Uno" dall'elenco.

Successivamente, è necessario selezionare la porta. Dallo stesso menu Strumenti, seleziona la Porta che desideri Arduino è collegato a. Se non sei sicuro di quale porta selezionare, puoi controllare la porta in Gestione dispositivi (Windows) o Informazioni di sistema (Mac).

Ora sei pronto per avviare il tuo progetto Arduino a matrice di tastiera 4×4. Nella prossima sezione discuteremo come collegare la tastiera ad Arduino.

Cablaggio della tastiera 4×4 ad Arduino

Quando si tratta di collegare la tastiera 4×4 ad Arduino, ci sono alcune cose che devi tenere a mente. In questa sezione esamineremo la spiegazione dello schema elettrico e come collegare righe e colonne.

Spiegazione dello schema elettrico

La matrice della tastiera 4×4 ha un totale di otto pin divisi in quattro righe e quattro colonne. Ogni pulsante sulla tastiera è chiamato chiave ed è collegato a uno dei pin sulla matrice. Quando si preme un pulsante, il pin di una riga verrà cortocircuitato con un pin di colonna. Ad esempio, se si preme il pulsante “1”, la riga “0” verrà collegata alla colonna “0”.

Per collegare la tastiera 4×4 ad Arduino, è necessario interfacciare i pin a quattro file della tastiera che sono R1, R2, R3, R4 con i pin digitali Arduino 9, 8, 7, 6, rispettivamente. Allo stesso modo, è necessario interfacciare i pin a quattro colonne C1, C2, C3, C4 con i pin digitali Arduino 5, 4, 3, 2, rispettivamente. La tabella seguente riassume i collegamenti:

Perno della tastiera	Perno Arduino
R1	9
R2	8
R3	7
R4	6
C1	5
C2	4
C3	3
C4	2

Collegamento di righe e colonne

Per collegare righe e colonne, puoi utilizzare i cavi jumper o una breadboard. Si consiglia una breadboard se si desidera rendere le connessioni più sicure e organizzate.

Innanzitutto, collega i pin a quattro file della tastiera ai pin digitali 9, 8, 7, 6 di Arduino utilizzando i ponticelli o una breadboard. Quindi, collega i pin a quattro colonne della tastiera ai pin digitali 5, 4, 3, 2 di Arduino.

Una volta effettuati i collegamenti è possibile iniziare la codifica per leggere i valori dalla tastiera. Nella prossima sezione vedremo come leggere i valori dalla tastiera utilizzando Arduino.

Programmare Arduino

Per utilizzare una tastiera a matrice 4×4 con Arduino, è necessario scrivere un programma che legga gli input della tastiera ed esegua le azioni desiderate in base all'input. In questa sezione discuteremo come programmare Arduino per leggere gli input della tastiera e gestire più pressioni di tasti.

Lettura degli input della tastiera

Per leggere gli input della tastiera, è necessario collegare i pin di riga e colonna della tastiera ai pin digitali di Arduino. Puoi usare il digitalRead() funzione per leggere lo stato dei pin.

Un modo per leggere gli input della tastiera è utilizzare un metodo nidificato for ciclo continuo. Il ciclo esterno scorre sulle righe e il ciclo interno scorre sulle colonne. Per ogni pressione del pulsante, verranno collegati i pin della riga e della colonna corrispondenti e il digitalRead() la funzione restituirà a HIGH valore.

È possibile utilizzare un array bidimensionale per memorizzare i valori dei pulsanti. L'array dovrebbe avere lo stesso numero di righe e colonne della tastiera. È quindi possibile utilizzare i valori di riga e colonna come indici per accedere all'array.

Gestione della pressione di tasti multipli

Se desideri gestire più pressioni di tasti, devi tenere traccia delle pressioni di tasti precedenti. Un modo per farlo è utilizzare una variabile per memorizzare il valore della chiave precedente. Quando viene premuto un nuovo tasto, è possibile confrontarlo con il valore della chiave precedente. Se sono uguali significa che il tasto è tenuto premuto. Se sono diversi significa che è stato premuto un nuovo tasto.

Puoi anche usare a delay() funzione per far rimbalzare la tastiera. Il debouncing è il processo di rimozione del rumore dal segnale di ingresso. Quando viene premuto un pulsante, può generare più segnali a causa del rimbalzo dell'interruttore. Il antirimbalzo rimuove i segnali aggiuntivi e garantisce che venga generato un solo segnale per ogni pressione del pulsante.

In conclusione, programmare Arduino per leggere una tastiera a matrice 4×4 è un processo semplice. È necessario collegare i pin di riga e colonna della tastiera ai pin digitali di Arduino, utilizzare il file digitalRead() per leggere lo stato dei pin e gestire più pressioni di tasti utilizzando una variabile per memorizzare il valore della chiave precedente e a delay() funzione per far rimbalzare la tastiera.

Esempi di progetti

Se stai cercando di iniziare con un progetto Arduino 4×4 con tastiera a matrice, ci sono molte ottime opzioni tra cui scegliere. Ecco alcune idee per iniziare:

Semplice sistema di immissione della password

Un'ottima idea progettuale è quella di costruire un semplice sistema di immissione della password utilizzando una tastiera a matrice 4×4 e un Arduino. Questo può essere un progetto divertente e utile per proteggere un piccolo progetto o dispositivo.

Per iniziare, dovrai collegare la tastiera a matrice 4×4 alla tua scheda Arduino. Dopo averlo fatto, dovrai scrivere del codice per leggere l'input dalla tastiera e confrontarlo con una password preimpostata. Se la password è corretta, puoi attivare un'azione (come sbloccare una porta o accendere una luce).

Ecco uno snippet di codice di esempio per iniziare:

#include <Keypad.h>

const byte ROWS = 4;
const byte COLS = 4;

char keys[ROWS][COLS] = {
  {'1', '2', '3', 'A'},
  {'4', '5', '6', 'B'},
  {'7', '8', '9', 'C'},
  {'*', '0', '#', 'D'}
};

byte rowPins[ROWS] = {9, 8, 7, 6};
byte colPins[COLS] = {5, 4, 3, 2};

Keypad keypad = Keypad(makeKeymap(keys), rowPins, colPins, ROWS, COLS);

String password = "1234";

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  char key = keypad.getKey();
  if (key != NO_KEY) {
    Serial.print("Key pressed: ");
    Serial.println(key);
    
    if (key == '#') {
      if (keypad.comparePassword(password)) {
        Serial.println("Password correct!");
        // Trigger action here
      } else {
        Serial.println("Password incorrect!");
      }
    }
  }
}

Calcolatrice fai da te

Un'altra divertente idea progettuale è quella di costruire una semplice calcolatrice utilizzando una tastiera a matrice 4×4 e un Arduino. Questo può essere un ottimo modo per saperne di più sulla programmazione e sull'elettronica.

Per iniziare, dovrai collegare la tastiera a matrice 4×4 alla tua scheda Arduino. Dopo averlo fatto, dovrai scrivere del codice per leggere l'input dalla tastiera ed eseguire operazioni matematiche di base (come addizione, sottrazione, moltiplicazione e divisione).