【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

publicclassScanKeypad
   {
publiceventNativeEventHandler OnInterrupt;

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

           Thread threadKeypad=newThread(newThreadStart(KeypadScan));
           threadKeypad.Start();
       }

voidKeypadScan()
       {
intkey = -1, oldKey = -1;
while(true)
           {
               key= -1;
for(inti =0; i < rows.Length; i++)
               {
                   rows[i].Write(false);
for(intj =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;
               }
elseif(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

publicclassInterruptKeypad
   {
publiceventNativeEventHandler OnInterrupt;

       OutputPort[] rows=null;
       InterruptPort[] cols=null;
       Cpu.Pin[] Pins=null;
uintkey =0;
publicInterruptKeypad(Cpu.Pin[] Output_Pins, Cpu.Pin[] Input_Pins)
       {
           rows=newOutputPort[] {newOutputPort(Output_Pins[0],false),newOutputPort(Output_Pins[1],false),newOutputPort(Output_Pins[2],false),newOutputPort(Output_Pins[3],false) };
           cols=newInterruptPort[Input_Pins.Length];
           Pins=Input_Pins;
for(inti =0; i < Input_Pins.Length; i++)
           {
               cols[i]=newInterruptPort(Input_Pins[i],true, Port.ResistorMode.PullUp, Port.InterruptMode.InterruptEdgeBoth);
               cols[i].OnInterrupt+=newNativeEventHandler(InterruptKeypad_OnInterrupt);
           }
       }

privateuintGetPinIndex(uintpin)
       {
for(uinti =0; i < Pins.Length; i++)
           {
if(pin == (uint)Pins[i])returni;
           }
return0;
       }

voidInterruptKeypad_OnInterrupt(uintdata1,uintdata2, DateTime time)
       {
if(data2 ==1)
           {
for(inti =0; i < cols.Length; i++)
               {
                   cols[i].OnInterrupt-=newNativeEventHandler(InterruptKeypad_OnInterrupt);
               }
//--
uintcol =GetPinIndex(data1);
for(inti =0; i < rows.Length; i++)
               {
                   rows[i].Write(true);
if(cols[col].Read())
                   {
                       key= (uint)(i * rows.Length +col);
                       Thread threadKeypad=newThread(newThreadStart(KeypadRun));
                       threadKeypad.Start();
break;
                   }
               }
//--
for(inti =0; i < rows.Length; i++) rows[i].Write(false);
for(inti =0; i < cols.Length; i++)
               {
                   cols[i].OnInterrupt+=newNativeEventHandler(InterruptKeypad_OnInterrupt);
               }
           }
       }

voidKeypadRun()
       {
           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。
 

publicsealedclassGPIOButtonInputProvider
   {
publicreadonlyDispatcher Dispatcher;
privateDispatcherOperationCallback callback;
privateInputProviderSite site;
privatePresentationSource source;

publicGPIOButtonInputProvider(PresentationSource source)
       {
this.source =source;
           site= InputManager.CurrentInputManager.RegisterInputProvider(this);
           callback=newDispatcherOperationCallback(delegate(objectreport)
           {
               InputReportArgs args=(InputReportArgs)report;
returnsite.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=newInterruptKeypad(Output_Pins, Input_Pins);
           key.OnInterrupt+=newNativeEventHandler(key_OnInterrupt);
       }

voidkey_OnInterrupt(uintdata1,uintdata2, DateTime time)
       {
           RawButtonActions action= (data2 !=0) ?RawButtonActions.ButtonUp : RawButtonActions.ButtonDown;
           RawButtonInputReport report=newRawButtonInputReport(source, time, GetButton(data1), action);
           Dispatcher.BeginInvoke(callback,newInputReportArgs(InputManager.CurrentInputManager.ButtonDevice, report));
       }

       Button GetButton(uintdata)
       {
switch(data)
           {
case2:
returnButton.VK_UP;
case5:
returnButton.VK_LEFT;
case6:
returnButton.VK_SELECT;
case10:
returnButton.VK_DOWN;
case7:
returnButton.VK_RIGHT;
           }
returnButton.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。
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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