Teclado matricial membrana 4×3 com Arduino

Vamos ver como utilizar em seu projeto uma forma simples e barata de entrada de dados com o teclado matricial membrana 4×3 (4 linhas x 3 colunas). Além do uso mais comum, que é a digitação de senhas, este teclado pode também ser usado para inserir coordenadas em uma máquina CNC, ou valores em uma máquina automática de vendas, por exemplo.

Internamente esse teclado possui uma sequência de chaves (nesse teclado especificamente são 12), dispostas em forma de matriz. Cada chave quando acionada faz a ligação entre uma linha e uma coluna. Essa informação é enviada ao microcontrolador, que por meio do programa interpreta qual tecla foi pressionada.

A imagem abaixo ilustra essa ligação linha x coluna no teclado 4×3 que estamos usando.

Na parte central da imagem temos em azul a representação das conexões das linhas, e no lado direito em vermelho as conexões das colunas.

Assim, no conector de 7 pinos do teclado temos o sinal das linhas sendo enviado pelos pinos 1, 2, 3 e 4, e o das colunas enviado pelos pinos 5, 6 e 7.

Seguindo a imagem acima, vemos que se acionarmos, por exemplo, a tecla 5, será feita uma conexão entre a linha 2 (pino 2) e a coluna 2 (pino 6). Acionando a tecla 3, a conexão será entre as linhas 1 (pino 1) e a coluna 3 (pino 7). 

Ligação do teclado matricial ao Arduino

Para ligar esse teclado ao Arduino você vai precisar de 7 portas digitais: quatro para as linhas (portas 4, 5, 6 e 7), e três para as colunas (portas 8, 9 e 10):

Como estamos trabalhando com chaves, podemos usar no circuito três resistores nos pinos 8, 9 e 10. Outra opção é ativar os resistores pull-up do Arduino via software. 

Programa teclado matricial membrana 4×3

Nesse primeiro programa não vamos usar nenhuma biblioteca, definindo manualmente os pinos de saída (linhas) e entrada (colunas), e a ativação dos resistores pull-up.

//Programa : Teclado matricial 4x3 Arduino
//Autor : Arduino e Cia

void setup()
{
  //Pinos ligados aos pinos 4, 5, 6 e 7 do teclado - Linhas
  pinMode(4, OUTPUT);
  pinMode(5, OUTPUT);
  pinMode(6, OUTPUT);
  pinMode(7, OUTPUT);
   
  //Pinos ligados aos pinos 8, 9, e 10 do teclado - Colunas
  pinMode(8, INPUT);
  //Ativacao resistor pull-up
  digitalWrite(8, HIGH);
  pinMode(9, INPUT);
  digitalWrite(9, HIGH);
  pinMode(10, INPUT);
  digitalWrite(10, HIGH);
   
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Teclado 4x3 - Exemplo 1");
  Serial.println("Aguardando acionamento das teclas...");
  Serial.println();
}
 
void loop()
{
    for (int porta = 4; porta<8; porta++)
    {
      //Alterna o estado dos pinos das linhas
      digitalWrite(4, HIGH);
      digitalWrite(5, HIGH);
      digitalWrite(6, HIGH);
      digitalWrite(7, HIGH);
      digitalWrite(porta, LOW);
      //Verifica se alguma tecla da coluna 1 foi pressionada
      if (digitalRead(8) == LOW)
      {
        imprime_linha_coluna(porta-3, 1);
        while(digitalRead(8) == LOW){}
      }
  
      //Verifica se alguma tecla da coluna 2 foi pressionada    
      if (digitalRead(9) == LOW)
      {
        imprime_linha_coluna(porta-3, 2);
        while(digitalRead(9) == LOW){};
      }
     
      //Verifica se alguma tecla da coluna 3 foi pressionada
      if (digitalRead(10) == LOW)
      {
        imprime_linha_coluna(porta-3, 3);
        while(digitalRead(10) == LOW){}
      }
    }
   delay(10);
 }
 
void imprime_linha_coluna(int x, int y)
{
  //Mostra informacoes no serial monitor
  Serial.print("Linha : ");
  Serial.print(x);
  Serial.print(" x Coluna : ");
  Serial.print(y);
  delay(10);
  Serial.println();
}

O programa faz uma varredura nas portas e mostra, no serial monitor, a informação sobre qual linha e coluna foi acionada:

Temos também um segundo programa, utilizando a biblioteca Keypad (download). Com ela, o programa fica bem mais enxuto, pois a biblioteca se encarrega de definir quais pinos são de entrada e saída, como é feita a ativação dos resistores pull-up, etc.

No programa, devemos informar apenas quantas linhas e quantas colunas tem o nosso teclado (linhas 9 e 10 do programa). Também devemos informar quais os pinos utilizados (linhas 22 e 24), e alterar a matriz de caracteres, entre as linhas 15 e 18.

//Programa : Teclado matricial 4x3 - Biblioteca Keypad
//Autor : Arduino e Cia
//Baseado no programa original de Alexander Brevig

//Carrega a biblioteca Keypad
#include <Keypad.h>

//Definicao da quantidade de linhas e colunas
const byte LINHAS = 4;
const byte COLUNAS = 3;

//Matriz de caracteres
char matriz_teclas[LINHAS][COLUNAS] = 
{
  {'1','2','3'},
  {'4','5','6'},
  {'7','8','9'},
  {'*','0','#'}
};

//Definicao dos pinos das linhas
byte PinosLinhas[LINHAS] = {4, 5, 6, 7};
//Definicao dos pinos das colunas
byte PinosColunas[COLUNAS] = {8, 9, 10};

//Inicializa o teclado
Keypad meuteclado = Keypad( makeKeymap(matriz_teclas), PinosLinhas, 
                            PinosColunas, LINHAS, COLUNAS); 

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Teclado 4x3 - Exemplo biblioteca Keypad");
  Serial.println("Aguardando acionamento das teclas...");
  Serial.println();
}
  
void loop()
{
  //Verifica se alguma tecla foi pressionada
  char tecla_pressionada = meuteclado.getKey();
  
  //Mostra no serial monitor o caracter da matriz,
  //referente a tecla que foi pressionada
  if (tecla_pressionada)
  {
    Serial.print("Tecla pressionada : ");
    Serial.println(tecla_pressionada);
  }
}

Esse programa mostra no serial monitor qual tecla foi pressionada, de acordo com o que foi definido na matriz de caracteres matriz_teclas:

Com pequenas alterações, podemos usar esses programas com outros tipos de teclado, como por exemplo teclados matriciais 4×4.

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