【物联网智能网关-05】扫描键盘编程设计

.NET Micro Framework模拟器提供了5个模拟按键（上、下、左、右和确认按键），所以一般.NET MF开发板也只需要提供5个按键就可以了，而这5个键，也是直接和CPU的pin脚相连，用GPIO的输入相关的函数就可以操作了，使用非常简单。

但是对一些特殊的应用，如一些.NET Micro Framework教育箱或一些工业实际用的系统，5个按键显然太少了点。但是如果需要十几个按键，如果直连芯片pin脚，显然占用的资源比较多了，也会导致其它的功能无法使用了，这时候最常用的就是扫描键盘了。



上述扫描键盘的原理图应该是最简单的一种了，复杂一点的，在行或列上，通过一个上拉电阻接VCC。这样，我们只需要8个pin脚，就可以获取16个按键的信息了。
一般实现的思路也比较简单：就是把行（或列）接芯片输出pin脚，把列（或行）接芯片输入pin脚，输出pin脚依次输出低（或高，需要看电路中接的上拉还是下拉电阻）电平，然后检查输入pin脚的电平变化。如果有变化，那么就说明，该列和该行的按键被按下了。
往往这个判断就放在while循环或线程里，不断的去运行。对一些单片而言，如果实现的功能单一，这样做也无可厚非，但是对一个系统平台来说，如果也这样做，显然对系统的资源占用还是比较厉害的。
所以最好的办法还是要采用中断的方式，平时的时候不去判断，靠中断触发，一旦中断触发了，然后再启动一轮判断，确定是哪一个按键被按下了。
1、扫描方式实现按键获取
public class ScanKeypad
{
public event NativeEventHandler OnInterrupt;

OutputPort[] rows = null;
InputPort[] cols = null;
public ScanKeypad(Cpu.Pin[] Output_Pins, Cpu.Pin[] Input_Pins)
{
rows = new OutputPort[] { new OutputPort(Output_Pins[0], false), new OutputPort(Output_Pins[1], false), new OutputPort(Output_Pins[2], false), new OutputPort(Output_Pins[3], false) };
cols = new InputPort[] { new InputPort(Input_Pins[0], true, Port.ResistorMode.PullUp), new InputPort(Input_Pins[1], true, Port.ResistorMode.PullUp), new InputPort(Input_Pins[2], true, Port.ResistorMode.PullUp), new InputPort(Input_Pins[3], true, Port.ResistorMode.PullUp) };

Thread threadKeypad = new Thread(new ThreadStart(KeypadScan));
threadKeypad.Start();
}

void KeypadScan()
{
int key = -1, oldKey = -1;
while (true)
{
key = -1;
for (int i = 0; i < rows.Length; i++)
{
rows[i].Write(false);
for (int j = 0; j < cols.Length; j++)
{
if (!cols[j].Read())
{
key = i * rows.Length + j;
break;
}
}
rows[i].Write(true);
if (key > -1) break;
}
if (key > -1 && key != oldKey)
{
if (OnInterrupt != null) OnInterrupt((uint)key, 1, DateTime.Now);
oldKey = key;
}
else if (oldKey > -1 && key == -1)
{
if (OnInterrupt != null) OnInterrupt((uint)oldKey, 0, DateTime.Now);
oldKey = -1;
}
Thread.Sleep(100);
}
}
}
2、中断方式实现按键获取
public class InterruptKeypad
{
public event NativeEventHandler OnInterrupt;

OutputPort[] rows = null;
InterruptPort[] cols = null;
Cpu.Pin[] Pins = null;
uint key = 0;
public InterruptKeypad(Cpu.Pin[] Output_Pins, Cpu.Pin[] Input_Pins)
{
rows = new OutputPort[] { new OutputPort(Output_Pins[0], false), new OutputPort(Output_Pins[1], false), new OutputPort(Output_Pins[2], false), new OutputPort(Output_Pins[3], false) };
cols = new InterruptPort[Input_Pins.Length];
Pins = Input_Pins;
for (int i = 0; i < Input_Pins.Length; i++)
{
cols[i] = new InterruptPort(Input_Pins[i], true, Port.ResistorMode.PullUp, Port.InterruptMode.InterruptEdgeBoth);
cols[i].OnInterrupt += new NativeEventHandler(InterruptKeypad_OnInterrupt);
}
}

private uint GetPinIndex(uint pin)
{
for (uint i = 0; i < Pins.Length; i++)
{
if (pin == (uint)Pins[i]) return i;
}
return 0;
}

void InterruptKeypad_OnInterrupt(uint data1, uint data2, DateTime time)
{
if (data2 == 1)
{
for (int i = 0; i < cols.Length; i++)
{
cols[i].OnInterrupt -= new NativeEventHandler(InterruptKeypad_OnInterrupt);
}
//--
uint col = GetPinIndex(data1);
for (int i = 0; i < rows.Length; i++)
{
rows[i].Write(true);
if (cols[col].Read())
{
key = (uint)(i * rows.Length + col);
Thread threadKeypad = new Thread(new ThreadStart(KeypadRun));
threadKeypad.Start();
break;
}
}
//--
for (int i = 0; i < rows.Length; i++) rows[i].Write(false);
for (int i = 0; i < cols.Length; i++)
{
cols[i].OnInterrupt += new NativeEventHandler(InterruptKeypad_OnInterrupt);
}
}
}

void KeypadRun()
{
OnInterrupt(key, 1, DateTime.Now);
OnInterrupt(key, 0, DateTime.Now);
}
}
注意，中断方式中，触发事件必须放在线程里执行，否则会有问题（如果在Winform中使用，最好不用线程，而用winfrom提供的timer，否则就无法直接操作UI了，那就必须用委托方式了，和windows上的编程类似）。
问题点1：由于我们采用的键盘并没有加上拉（或下拉）电阻电路，在最初做这个程序的时候，InputPort(Input_Pins[1], true, Port.ResistorMode.PullUp)，最后一个参数，底层并没有实现内部上拉，下拉和悬空功能，所以设置是无效的。这就造成了，在按钮没有按下时，输入pin脚的状态是未知的，有时候是1，有时候是0，程序是无法正确运行的。
此外STM32F103和STM32F207的GPIO寄存器差别很大，内部实现上拉、下拉的设置也是不同的。分别实现后，发现内部上拉正常，设置下拉效果不明显，pin脚的状态还是未知的。所以我们实现的程序都设置为上拉。
问题点2：在实现中断方式的扫描键盘的代码的时候，发现PB6、PC0和PB1三个pin脚触发中断异常，但是在NativeSample层面又正常。目前没有发现这三个pin脚有何特别之处，此问题以后待查。所以如果采用中断方式，这三个pin脚不能使用。
以上两种方式都是在应用层面实现的，其实如果扫描键盘的pin脚固定，更好的方式可以在底层用C++实现，并且还可以把8个物理pin脚，虚拟出16个pin脚来，用法和物理的pin脚完全一样。
官方SimpleWPFApplication示例，是一个比较典型的WPF应用，但是需要5个按键才能操作，我们的紫藤207系统仅提供了一个物理按钮，所以是无法操作的。接上扫描键盘后，我们就有可能完整的演示这个示例了，不过由于我们使用的是扫描键盘，所以原程序无法使用，必须做如下修改才可以。
public sealed class GPIOButtonInputProvider
{
public readonly Dispatcher Dispatcher;
private DispatcherOperationCallback callback;
private InputProviderSite site;
private PresentationSource source;

public GPIOButtonInputProvider(PresentationSource source)
{
this.source = source;
site = InputManager.CurrentInputManager.RegisterInputProvider(this);
callback = new DispatcherOperationCallback(delegate(object report)
{
InputReportArgs args = (InputReportArgs)report;
return site.ReportInput(args.Device, args.Report);
});
Dispatcher = Dispatcher.CurrentDispatcher;

Cpu.Pin[] Output_Pins = { (Cpu.Pin)GPIO_NAMES.PC8, (Cpu.Pin)GPIO_NAMES.PC9, (Cpu.Pin)GPIO_NAMES.PB7, (Cpu.Pin)GPIO_NAMES.PC2 };
Cpu.Pin[] Input_Pins = { (Cpu.Pin)GPIO_NAMES.PC3, (Cpu.Pin)GPIO_NAMES.PA0, (Cpu.Pin)GPIO_NAMES.PA5, (Cpu.Pin)GPIO_NAMES.PA6 };

InterruptKeypad key = new InterruptKeypad(Output_Pins, Input_Pins);
key.OnInterrupt += new NativeEventHandler(key_OnInterrupt);
}

void key_OnInterrupt(uint data1, uint data2, DateTime time)
{
RawButtonActions action = (data2 != 0) ? RawButtonActions.ButtonUp : RawButtonActions.ButtonDown;
RawButtonInputReport report = new RawButtonInputReport(source, time, GetButton(data1), action);
Dispatcher.BeginInvoke(callback, new InputReportArgs(InputManager.CurrentInputManager.ButtonDevice, report));
}

Button GetButton(uint data)
{
switch (data)
{
case 2:
return Button.VK_UP;
case 5:
return Button.VK_LEFT;
case 6:
return Button.VK_SELECT;
case 10:
return Button.VK_DOWN;
case 7:
return Button.VK_RIGHT;
}
return Button.None;
}
}
把GpioButtonInputProvider.cs里面的程序这样修改后，就可以使用了。
效果图如下：



实际运行视频链接如下：
http://v.youku.com/v_show/id_XNDI3ODU4OTg4.html

从视频可以看出，STM32F207平台运行WPF程序还是蛮流畅的。
-------------------------------------------------------------------------------
下载地址：http://www.sky-walker.com.cn/MFRelease/Sample/ScanKey_WPFTest.rar
MF简介：http://blog.csdn.net/yefanqiu/article/details/5711770
MF资料：http://www.sky-walker.com.cn/News.asp?Id=25