Programa 3 - Leitura de teclado matriz 4x4

2. Implementação do código por varredura

Neste tutorial é apresentada a implementação de um programa para a leitura um teclado matricial de 4 linhas e 4 colunas. Primeiramente é implementado o código com o uso da técnica de varredura, após por interrupção.

1. Introdução

O teclado utilizado neste tutorial é semelhante ao mostrado na fig. 1, encontrado em diversas aplicações comerciais e industriais, como caixas eletrônicos e IHM (Interfaces Homem Máquina). O uso deste tipo de teclado visa economizar a quantidade de pinos utilizados no MCU, onde normalmente seria usada uma entrada digital para conectar cada chave. Sendo assim, seriam necessárias 16 entradas para conectar as 16 teclas, o que é uma quantidade grande de pinos.

Figura 1. teclado matricial 4x4.

Fonte: Dx.com

O diagrama deste teclado, visto na Fig. 2, mostra que há uma matriz de contatos formada por 4 linhas e 4 colunas. Quando uma tecla é pressionada a conexão mecânica é fechada, conectando uma linha à uma coluna, como mostra a Fig. 3, quando a tecla n° 1 é pressionada.

Figura 2. Esquema de ligação das teclas.

Fonte: Elaborado pelo autor.

Figura 3. Tecla pressionada.

Fonte: Elaborado pelo autor.

Para que um circuito digital perceba o pressionamento de uma tecla, é necessário transmitir um nível lógico para uma entrada digital. Portanto, precisamos, por exemplo, transmitir um nível lógico "alto", do pino 1 para o pino 5. Para que as demais teclas sejam percebidas por um circuito, cada linha precisa ser energizada para que as colunas transmitam o nível "alto" para cada tecla pressionada.

Figura 4. Ligações do teclado 4x4.

Fonte: Elaborado pelo autor.

Tabela 1. Lista de conexões

LIN1 = PD0
LIN2 = PD1

LIN3 = PD2

LIN4 = PD3

COL1 = PD4

COL2 = PD5

COL3 = PD6

COL4 = PD7

Fonte: Elaborado pelo autor.

O circuito mostrado na Fig. 4, mostra o esquema de ligações usado para este exemplo, com algumas precauções adicionais. A Tabela 1, lista as conexões feitas entre a placa e o teclado usado.

Em cada linha temos um resistor no valor de 220 Ohms para evitar um curto-circuito caso as teclas 1 e 4 sejam pressionadas ao mesmo tempo. Os resistores de 10 KOhms garantem que os pinos "COL" sejam mantidos em um nível lógico estável, evitando que os mesmos fiquem flutuando.

A placa atual permite habilitar resistores de pulldown internos ao MCU, eliminando a necessidade de adicionar estes 4 resistores externamente.

2. Implementação do código por varredura

Antes de conectar o circuito na placa é necessário configurar os pinos do MCU, usando a tela de configuração, como apresentado na Figura 5. Com o código gerado, é necessário adicionar o código para efetuar a varredura das teclas como no trecho abaixo.

Programa 1

while (1) {

/* USER CODE END WHILE */

/* USER CODE BEGIN 3 */

HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_0, 1);

i_tecla = 255;

i = 0;

do {

HAL_Delay(2);

if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOD, GPIO_PIN_4) == 1) { //chave pressionada?

i_tecla = 1; //pressionou a tecla '1'

}

if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOD, GPIO_PIN_5) == 1) { //chave pressionada?

i_tecla = 2; //pressionou a tecla '2'

}

if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOD, GPIO_PIN_6) == 1) { //chave pressionada?

i_tecla = 3; //pressionou a tecla '3'

}

if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOD, GPIO_PIN_7) == 1) { //chave pressionada?

i_tecla = 10; //pressionou a tecla 'A'

}

i++;

} while (i < 10 && i_tecla == 255);

if (i_tecla != 255)

i_tecla_ant = i_tecla;

i_tecla = 255;

HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_0, 0);

HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_1, 1);

i = 0;

do {

HAL_Delay(2);

if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOD, GPIO_PIN_4) == 1) { //chave pressionada?

i_tecla = 4; //pressionou a tecla '4'

}

if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOD, GPIO_PIN_5) == 1) { //chave pressionada?

i_tecla = 5; //pressionou a tecla '5'

}

if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOD, GPIO_PIN_6) == 1) { //chave pressionada?

i_tecla = 6; //pressionou a tecla '6'

}

if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOD, GPIO_PIN_7) == 1) { //chave pressionada?

i_tecla = 11; //pressionou a tecla 'B'

}

i++;

} while (i < 10 && i_tecla == 255);

if (i_tecla != 255)

i_tecla_ant = i_tecla;

i_tecla = 255;

HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_1, 0);

}

O trecho do programa acima mantém cada linha do teclado ativa por um tempo de 20ms, permitindo a varredura das 4 teclas da linha ativa. Quando uma tecla é pressionada a variável i_tecla recebe o valor e após o laço este valor é armazenado em i_tecla_ant.

3.Leitura por interrupção

A utilização de interrupção torna a varredura das teclas mais ágil e libera o laço principal para implementação de outras tarefas. O método de configuração da interrupção é o mesmo descrito no tutorial Programa 1 - pisca LED e ler tecla . A diferença para o exemplo atual está na necessidade de configurar mais pinos como fonte de interrupção (COL1 a COL4). A Figura 5 mostra a configuração de cada pino que deve gerar interrupção.

Figura 5. Habilitação de interrupção para PD4.

Fonte: Elaborado pelo autor.

Cada pino precisa ser configurado para habilitar o resistor interno de pulldown e GPIO Mode para habilitar a interrupção na borda de subida do sinal no pino, como visto na Figura 6.

Figura 6. Configuração dos pinos de interrupção.

Fonte: Elaborado pelo autor.

O código do laço principal fica reduzido a poucas linhas que realizam o acionamento dos sinais de linha, como visto no código abaixo.

laço principal

int main(void)

{

/* USER CODE BEGIN 1 */

/* USER CODE END 1 */

/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */

HAL_Init();

/* USER CODE BEGIN Init */

/* USER CODE END Init */

/* Configure the system clock */

SystemClock_Config();

/* USER CODE BEGIN SysInit */

/* USER CODE END SysInit */

/* Initialize all configured peripherals */

MX_GPIO_Init();

/* USER CODE BEGIN 2 */

/* USER CODE END 2 */

/* Infinite loop */

/* USER CODE BEGIN WHILE */

while (1)

{

/* USER CODE END WHILE */

/* USER CODE BEGIN 3 */

gi_linha=1;

HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_0, 1);

HAL_Delay(20);

HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_0, 0);

HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_1, 1);

gi_linha=2;

HAL_Delay(20);

HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_1, 0);

HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_2, 1);

gi_linha=3;

HAL_Delay(20);

HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_2, 0);

HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_3, 1);

gi_linha=4;

HAL_Delay(20);

HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_3, 0);

}

/* USER CODE END 3 */

}

O código da rotina de tratamento da interrupção fica como visto a seguir.

Rotina de tratamento de interrupção

/* USER CODE BEGIN 4 */

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) {

switch(GPIO_Pin){

case GPIO_PIN_4:

HAL_GPIO_TogglePin(GPIOG, GPIO_PIN_13);

HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_4);

switch(gi_linha){

case 1:

gi_tecla=1;

break;

case 2:

gi_tecla=4;

break;

case 3:

gi_tecla=7;

break;

case 4:

gi_tecla=15;

break;

}

break;

case GPIO_PIN_5:

HAL_GPIO_TogglePin(GPIOG, GPIO_PIN_13);

HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_5);

switch(gi_linha){

case 1:

gi_tecla=2;

break;

case 2:

gi_tecla=5;

break;

case 3:

gi_tecla=8;

break;

case 4:

gi_tecla=0;

break;

}

break;

case GPIO_PIN_6:

HAL_GPIO_TogglePin(GPIOG, GPIO_PIN_13);

HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_6);

switch(gi_linha){

case 1:

gi_tecla=3;

break;

case 2:

gi_tecla=6;

break;

case 3:

gi_tecla=9;

break;

case 4:

gi_tecla=16;

break;

}

break;

case GPIO_PIN_7:

HAL_GPIO_TogglePin(GPIOG, GPIO_PIN_13);

HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_7);

switch(gi_linha){

case 1:

gi_tecla=10;

break;

case 2:

gi_tecla=11;

break;

case 3:

gi_tecla=12;

break;

case 4:

gi_tecla=13;

break;

}

break;

}

/* USER CODE END 4 */