Arduino 搭配 4 x 4 矩陣陣列 16 鍵薄膜開關使用範例與教學

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Arduino 搭配 4x4 薄膜開關鍵盤 (Membrane Switch Keypad) 使用範例與教學

什麼是矩陣鍵盤？

矩陣鍵盤是一種鍵盤，其按鍵排列方式如同矩陣，常作為微控制器（MCU）的外部設備。與普通鍵盤相比，矩陣鍵盤的結構更為複雜，其識別方式也較為特殊。在電路中，列線通常透過電阻連接至電源正極，而 MCU 的 I/O 埠與行線相連作為輸出端，列線的 I/O 埠則作為輸入端。

產品連結: 4 x 4 矩陣陣列 16 鍵薄膜開關小鍵盤鍵盤兼容 Arduino/AVR/PIC

為什麼選擇矩陣鍵盤？

在設計電路時，對外部輸入的需求較多。如果每個按鍵獨立控制，會消耗大量的 I/O 資源，因此採用矩陣鍵盤來有效減少 I/O 埠的使用量。常見的矩陣鍵盤有 4x4 和 8x8 類型，其中 4x4 型鍵盤的應用更為廣泛。

透過矩陣設計，若鍵盤上按鍵數量較多，可以將按鍵排列為矩陣形式，減少 I/O 埠的使用。例如，對於 4x4 的鍵盤，4 個行線與 4 個列線可構成 16 個按鍵（4x4=16），相比每個按鍵獨立連接，能有效降低硬體資源的需求。

矩陣鍵盤的內部結構：

矩陣鍵盤的每條水平線與垂直線在交點處並非直接相連，而是透過按鍵觸點連接。這使得在有限的 I/O 埠數量下，可支持更多按鍵操作。例如，利用 4x4 的設計，只需 8 根連接線便可實現 16 個按鍵，比直接使用獨立按鍵的設計效率更高。

薄膜鍵盤的應用與優勢

薄膜鍵盤（Membrane Keyboard）是薄膜開關的一種應用，透過陣列式按鍵設計實現高效的操作。這種鍵盤結合了實用性與美觀性，結構由面板、上層電路、隔離層及底層電路組成，具有以下優勢：

美觀與現代化設計
體積小、重量輕
防潮、防塵、防油污、防酸鹼
抗震性能優異
壽命長

典型應用場景：

薄膜鍵盤因其功能多樣且耐用，廣泛應用於以下領域：

醫療設備
電腦控制系統
數位機床
電子秤
通訊設備
影印機、冰箱、微波爐
電風扇、洗衣機
電子遊戲機

總之，無論是功能密集的工業設備還是日常家電，薄膜矩陣鍵盤都能以其高效設計與出色性能，成為解決多按鍵輸入需求的理想選擇！

主要特性

優勢：

藝術化外觀與原創設計：造型美觀，兼具實用與時尚感。
輕巧設計：小尺寸、薄且輕便，幫助鍵盤實現輕薄短小與高智能化。
強大防護性：防潮、防塵、防油、防有害氣體、抗酸、防震，具備優異的密封性能。
耐用性佳：壽命長，耐彎曲，適合長期使用。

電子性能

額定電流： 35V（DC），100mA，1W
接觸電阻： 10Ω~500Ω
絕緣電阻： 100MΩ（100V）
耐電壓： 250VRms（50~60Hz，1 分鐘）
電擊抖動： <5ms
壽命： 觸控類型 ≥ 1 百萬次

機械性能

工作電壓： 觸控類型：170g
切換行程： 觸控類型：0.6~1.5mm

環境參數

工作溫度： -40°C ~ +80°C
儲存溫度： -40°C ~ +80°C
濕度條件： 40°C, 90％~95％, 240 小時
振動性能： 20G，最大值（10~200Hz，符合 Mil-SLD-202 M204，條件 B）

這些特性使薄膜鍵盤在多樣應用場景中具備卓越的耐用性與穩定性，是高要求環境下的理想選擇！

工作原理

當按鍵未被按下時，輸出端處於高電位，表示沒有按鍵被觸發，而行線的輸出為低電位。一旦按鍵被按下，輸入線的電位將被拉低。因此，透過讀取輸入線的狀態，可以判斷是否有按鍵被按下。

Arduino 實驗步驟

產品連結: 4 x 4 矩陣陣列 16 鍵薄膜開關小鍵盤鍵盤兼容 Arduino/AVR/PIC

步驟 1：連接電路

步驟 2：編譯並上傳程式碼
在上傳程式碼之前，請先匯入所需的函式庫檔案。點擊 「工具」 => 「匯入函式庫」 => 「管理函式庫…」。

搜尋 「Keypad」，展開選項，然後點擊 「安裝」。

程式碼

#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 );
void setup(){
Serial.begin(9600);
}
void loop(){
char key = keypad.getKey();
if (key != NO_KEY){
Serial.println(key);
}
}

#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 );

void setup(){

Serial.begin(9600);

}

void loop(){

char key = keypad.getKey();

if (key != NO_KEY){

Serial.println(key);

}

您可以嘗試按壓 KeyPad 按鈕，你會在 Serial 輸出畫面看到你剛按下對應的數字或字元。

Arduino 搭配 4 x 4 矩陣陣列 16 鍵薄膜開關使用範例與教學