【雕爷学编程】Arduino动手做（90）---4X4矩阵薄膜键盘模块2

37款传感器与模块的提法，在网络上广泛流传，其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和执行器模块，依照实践出真知（一定要动手做）的理念，以学习和交流为目的，这里准备逐一动手试试多做实验，不管成功与否，都会记录下来——小小的进步或是搞不掂的问题，希望能够抛砖引玉。

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
实验九十：4x4按键模块 轻触开关4*4薄膜矩阵形键盘单片机外扩外接控制键盘

知识点：薄膜开关、矩阵键盘与薄膜键盘主要参数
一、薄膜开关（英文membrane switch）
又称轻触式键盘，采用平面多层组合而成的整体密封结构，是将按键开关、面板、标记、符号显示及衬板密封在一起的集光、机、电一体化的一种新型电子元器件，是电子产品外观结构根本性的变革，它可取代常规分立元件的按键，更可靠地执行操作系统的任务。薄膜开关具有良好的防水、防尘、防油、防有害气体侵蚀、性能稳定可靠、重量轻、体积小、寿命长、装联方便，面板可洗涤而字符不受损伤，色彩丰富，美观大方等优点。使用薄膜开关令您的产品更具时代特色。薄膜开关主要类型薄膜开关面板是一种由刚性或柔性印制电路板为基体，安装上有手感或无手感按键，再覆以印刷有彩色装饰性图案的塑料（聚碳酸酯PC、聚酯PET等）薄膜面板构成的、集开关功能和装饰性功能为一体的电子部件，是一种新型的人机对话界面。其开关电路与整机的连接方式可采用焊接或插接的方式来完成。

二、矩阵键盘（英文Matrix keyboard）
矩阵键盘是单片机外部设备中所使用的排布类似于矩阵的键盘组。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。由于电路设计时需要更多的外部输入，单独的控制一个按键需要浪费很多的IO资源，所以就有了矩阵键盘，常用的矩阵键盘有44和88,其中用的最多的是4*4。

组成结构，在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。

三、薄膜键盘（英文membrane keyboard）
是薄膜开关范畴的一例，按键较多且排列整齐有序的薄膜开关，人们习惯称之为薄膜键盘。薄膜键盘是近年来国际流行的一种集装饰性与功能性为一体的一个操作系统。由面板、上电路、隔离层、下电路四部分组成。薄膜键盘外形美观、新颖，体积小、重量轻，密封性强。具有防潮、防尘、防油污、耐酸碱、抗震及使用寿命长等特点。广泛应用于，医疗仪器，计算机控制，数码机床，电子衡器，邮电通讯，复印机，电冰箱，微波炉，电风扇，洗衣机，电子游戏机等领域。

优点
1.外形美观、新颖；
2.体积小、厚度薄、重量轻、更有利于笔记本型电脑键盘向轻、薄、短、小和　高智能化方向发展。
3.防潮、防尘、防油污及有害气体，密封性强、耐酸碱抗震。
4.使用寿命长、耐弯折。

四、薄膜开关的结构
一般来说，常见的薄膜开关主要由6层材料组成，按照从表到里的顺序分别是面板、面胶、上电路和下电路、隔离夹胶层、以及底胶。

1、面板层
面板层一般在低于0.25MM的PET、PC等无色透光片材丝印上精美图案和文字制作而成，因面板层最主要的作用在于起标识和按键作用，所以选用材料必须具有高透明度、高油墨附着力、高弹性、高韧性等特点。

2、面胶层
面胶最主要的作用是将面板层与电路层紧密相连，以达到密封和连接的效果，此层一般要求厚度在0.05—0.15MM之间，具有高强的粘性和防老化性；在生产中，一般选用专用的薄膜开关双面胶，有些薄膜开关要求能防水防高温，因此面胶也必须根据需要而使用不同性质的材料。

3、控制电路上层和下层
此层均采用性能良好的聚酯薄膜(PET)作为开关电路图形的载体并在其上用特殊的工艺丝印上导电银浆和导电碳浆，使其具有导电性能，其厚度一般在0.05–0.175MM以内，最常见的是用0.125MM PET。

4、夹胶层
它是处于上电路与下电路层之间并起密封和连接的作用，一般采用PET双面胶，其厚度有0.05–0.2MM不等； 在选择此层材质的时候应充分考虑产品的整体厚度，绝缘性，电路按键包手感和密封性。

5、背面胶层
背胶的采用与薄膜开关与何种材质相粘贴紧密相关，比较常采用的有普通双面胶、3M胶、防水胶等。

五、薄膜开关的技术参数
1、电气性能
（1）工作电压：≤50V（DC）
（2）工作电流：≤100mA
（3）接触电阻：0.5~10Ω
（4）绝缘电阻：≥100MΩ（100V/DC）
（5）基材耐压：2kV（DC）
（6）回弹时间：≤6ms
（7）回路电阻：50Ω、150Ω、350Ω三档，或以用户需要确定。
（8）绝缘油墨耐压：100V/DC

2、机械性能
（1）可靠性使用寿命：>100万次
（2）闭合位移：0.1~0.4mm（无触觉型） 0.4~1.0mm（触感型）
（3）健标作力：15~750g力
（4）导电银浆迁移：在55℃，温度90%，56小时后，二线间为10MΩ/50VDC
（5）银浆线上无氧化，无杂质
（6）银浆线宽≥0.3mm，最小间隔0.3mm，线路毛边<1/3，线路缺口<1/4线宽
（7）引脚间距标准 2.54 2.50 1.27 1.25 1.0 0.5mm
（8）引出线抗曲度，用d=10mm钢棍压滚80次线路不断。

3、环境性能
（1）工作温度：－20℃～+70℃
（2）存贮温度：－40℃～+85℃ 温度95%±5%
（3）大 气 压：86～106KPa

4、印刷指标
（1）印刷尺寸偏差±0.10mm，外型边线不清编差±0.1mm
（2）套色偏差±0.11mm/100mm，绝缘油墨全部覆盖银浆线路
（3）无油墨散，字迹无残缺
（4）色差不大于二级
（5）不得有折痕、脱漆
（6）透明窗透明清洁，色泽均匀，不得有刮伤、针孔、杂质。

六、矩阵键盘识别方法
这样，当按键没有按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。

1、行扫描法，又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法。
（1）判断键盘中有无键按下 将全部行线Y0-Y3置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。
（2）判断闭合键所在的位置 在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。

2、高低电平翻转法
首先让P1口高四位为1，低四位为0。若有按键按下，则高四位中会有一个1翻转为0，低四位不会变，此时即可确定被按下的键的行位置。然后让P1口高四位为0，低四位为1。若有按键按下，则低四位中会有一个1翻转为0，高四位不会变，此时即可确定被按下的键的列位置。最后将上述两者进行或运算即可确定被按下的键的位置。

实际上，键盘、显示处理是很复杂的，它往往占到一个应用程序的大部份代码，可见其重要性，但说到，这种复杂并不来自于单片机的本身，而是来自于操作者的习惯等等问题，因此，在编写键盘处理程序之前，最好先把它从逻辑上理清，然后用适当的算法表示出来，最后再去写代码，这样，才能快速有效地写好代码。

知识点：16位4X4薄膜矩阵键盘模块
一、模块参数
接触电阻为500
绝缘电阻100M
关键操作力150-200N
回弹时间1（ms）
寿命1亿（次）
工作温度60

二、模块电原理图

三、模块主要规格

1.电子特性：
额定电流：35V（DC），100mA，1W
接触电阻：10Ω~500Ω
（根据引线长度的不同而不同于所用材料的引线长度）
绝缘电阻：100MΩ100V
介电强度：250VRms（50~60Hz 1min）
电击抖动：<5ms
寿命：触觉类型：≥100万次

2.机械性能
工作压力：触感：170_397g（614oz）
开关行程：触摸式：0.6~1.5mm

3.环境参数
工作温度：-40至+80
储存温度：-40至+80
温度：从40,90％到95％，240小时
振动：20G，最大 （10~200Hz，Mil-SLD-202 M204。条件B）

模块接口为8P杜邦头，间距2.54mm，可插在排针上连接电路；键盘背面白色贴纸揭去即可牢固粘贴于机箱表面。

16位4X4薄膜矩阵键盘模块的实验环境搭建
一、4X4薄膜矩阵键盘模块实验所需硬件清单
Arduino Uno开发板 X1
杜邦线 若干（备了9条）
LED发光二极管（蓝色）X1
高电平触发有源蜂鸣器模块X1
16位4X4薄膜矩阵键盘模块X1
高电平触发单路5V继电器模块X1
Proto Shield 原型扩展板（带mini面包板）X1