debouncing-keypad

Switch debouncing 과 Keypad

• Switch의 Bouncing 현상과 Debouncing 기술
• Switch Interfacing
• Switch를 닫(Closed)거나 열(Open) 때 발생하는 Bouncing 현상
• Hardware Debouncing
• Software Debouncing
• Keypad Interfacing
• 4 by 3 Keypad와 Raspberry Pi Pico의 Interfacing 예
• Key Scanning
• Key Switch를 press와 release 시 발생 하는 Bouncing 문제
• Key Switch를 Press 하거나 Release 할 때 입력 Port에 발생 하는 Bouncing 문제의 해결
• Keypad programming 예
• Software debouncing을 사용하는 예
• External Interrupt와 Timer Interrupt를 사용하는 예
• Keypad를 사용하여 실시간으로 장치를 제어하기 위한 예
• Keypad를 사용하여 실시간으로 LED를 제어하는 예
• Switch debouncing 과 Keypad 관련 페이지 보기
• Raspberry Pi Pico GPIO Port와 Interrupt
• Raspberry Pi Pico Timer와 PWM(Pulse width modulation)

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Switch의 Bouncing 현상과 Debouncing 기술

• Switch Interfacing
• Switch Interfacing Circuit 예
• Input Port(예: GP22)와 GND 사이에 Push Button Switch를 연결 한다.
• GP22를 Input Port로 설정 한다.
• Switch 가 Push 상태 일때 GP22는 0(Low) 상태가 되고,
• Switch 가 Release 상태 일때 1(High) 상태가 된다.


a) 외부 Pull Up 저항을 사용한 경우의 예.                       b) 프로세서 내부 Pull Up 저항을 사용한 경우의 예.



• Switch를 닫(Closed)거나 개방(Open) 할 때 발생하는 Bouncing 현상

Switch의 금속 접점은 이상적이지 않기 때문에 Switch를 Closed 하거나 Open 하는 순간에 아래 그림과 같이 Bouncing 현상이 발생 한다.



Bouncing은 Switch의 상태에 따라 대략 5mSec - 10mSec 사이에 발생 한다.

Bouncing 신호는 장치 오동작의 중요한 요인 이다.



• Hardware Debouncing
• Hardware Debouncing circuits

아래 그림a)와 같이 R-C Low Pass Filter 회로(Bouncing 신호는 Switch의 동작 속도에 비교 하면 높은 주파수 신호 이기 때문에 Low Pass Filter를 사용 하면 Bouncing 신호의 진폭만 크게 감소 한다.)를 사용 하면 Bouncing 신호의 진폭을 크게 감소 시킬 수 있다.

그러나 a) 회로에서는 Switch가 닫이는 순간 Switch가 Open 상태에서 C에 충전되었던 전하가 아주 짧은 시간에 Switch를 통하여 방전되면서 Switch에 큰 순간 전류(회로를 손상 시키는 원인이 됨)가 흐르게 된다.

Switch가 닫이는 순간 Switch에 흐르는 큰 전류에 의한 손상을 방지 하기 위하여 그림 b)와 같이 Switch와 직렬로 22옴 정도를 연결 한다.





a) R-C Low Pass Filter와 Schmitt Trigger 회로를 사용한 Debouncing circuit





b) 위 Debouncing circuit에서 발생하는 Switch 과도 전류 문제를 개선한 회로



• Schmitt Trigger 회로에 의한 Debouncing

아래 그림 b)와 같이 Bouncing 신호의 진폭을 R-C 회로를 사용하여 낮게 할 수 있다.

그러나 R-C 회로를 통과한 Bouncing 신호의 진폭이 입력 Port의 Vt(Gate 입력의 Low(0) High(1)을 구분 하는 경계 전압) 보다 높을 수 있기 때문에 아래 그림 a)와 같은 전달 특성을 같는 Schmitt Trigger 회로를 사용 하여 Noise Margin을 크게 한다.

그 결과 그림 b)에서와 같이 Switch 에서 발생한 Bouncing 신호를 R-C 회로와 Schmitt Trigger 회로를 사용 하여 그림 c)와 같이 제거 할 수 있게 된다.



a) Schmitt Trigger 회로의 전달 특성





b) Hardware Debouncing circuit의 입력 파형





c) Hardware Debouncing circuit의 출력 파형



• Software Debouncing
• Time Delay를 이용한 Debouncing 예

MCU(MicroController Unit)의 실행 속도에 충분한 여유가 있는 경우, Switch가 동작(Closed or Open)한 순간으로 부터 Bouncing 현상이 없어지는 시간 만큼 Delay 한 후에 Switch의 상태를 읽는 방법(Software적인 방법)으로 Bouncing 현상을 제거 할 수 있다.

아래 그림 a)는 Switch를 닫을 때(Press) 발생 하는 Bouncing 문제를 해결 하기 위한 예(Block diagram) 이고,

그림 b)는 Switch를 개방(Release) 할 때 발생 하는 Bouncing 문제를 해결 하기 위한 예(Block diagram) 이다.



a) Switch를 닫을 때(Press) Debouncing 예                       b) Switch를 개방 할 때(Release) Debouncing 예



• Gadfly loop와 Time Delay를 이용한 Debouncing 예

아래 Gadfly loop를 이용한 Debouncing 예는 위에서 설명한 Software debouncing 알고리즘을 개선한 방법 이다.



a) Gadfly loop와 Time Delay를 이용한 Debouncing 예




Time Delay를 이용한 Switch Debouncing 프로그램 예

from machine import Pin from time import sleep_ms # GPIO22을 SW input pin으로 사용한다. button = Pin(22, Pin.IN, Pin.PULL_UP) swCounter = 0 # Switch를 누르면 발생하는 external interrupt handler def button_callback(pin): global swCounter # Debouncing을 위한 Time delay sleep_ms(20) if button.value() == 0: swCounter += 1 print("Counter: " + str(swCounter)) # Pin object의 irq Method를 사용하여 External interrupt에 필요한 설정을 한다. # 아래 설정은 버튼을 Push 할 때(Falling edge) Interrupt가 발생하게하고, # Interrupt handler의 이름을 button_callback으로 설정한다. button.irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING, handler=button_callback)

• External interrupt와 Timer interrupt를 이용한 Debouncing 예

External interrupt 입력 단자와 Timer interrupt를 사용 할 수 있는 Timer 가 있는 경우 아래와 같이 보다 효과 적으로 Bouncing 문제를 해결 할 수 있다. 이 방법을 이해 하기 위하여는 External interrupt와 Timer interrupt에 대한 이해가 필요 하다.

• External interrupt service routine
• External interrupt 입력 단자에 연결된 Switch를 동작(Press or Release) 시키면 External interrupt service routine이 실행 된다.
• 원하지 않는 Bouncing 신호에 의하여 Interrupt Service Routine이 다시 실행 되지 않도록 External interrupt를 Disable 상태로 한다.
• Timer interrupt에 사용 할 Timer의 Delay Time를 설정 한다. Timer의 Interrupt Service Routine은 여기서 설정한 Delay Time(약 10 - 16mSec) 후에 실행 된다.
• External interrupt service routine의 실행을 종료 한다.
• Timer interrupt service routine
• External interrupt service routine에서 설정한 Delay Time 후에 Timer interrupt Service routine이 실행 된다.
• Timer interrupt를 Disable 한다. Timer interrupt Routine은 다음 Switch 동작에 의하여 Switch External interrupt에서 Timer interrupt를 Enable 할 때 까지 실행 되지 않는다.
• 새로운 Switch 동작에 의하여 External interrupt routine이 실행 될 수 있도록 External interrupt를 Enable 한다.
• Switch의 상태(Pressed or Released)에 따른 동작을 실행 한다.
• Timer interrupt service routine의 실행을 종료 한다.


a) External interrupt이 발생 하였을 때의 처리                   b) Timer interrupt이 발생 하였을 때의 처리




External interrupt와 Timer interrupt를 이용한 Switch Debouncing 프로그램 예

from machine import Pin, Timer swCounter = 0 # Debouncing timer callback function # 이 callback function는 External interrupt 발생 후 20mSec 후에 실행된다. def on_pressed(timer1): global swCounter # Button을 누른 상태가 계속(20mSec 이상)되고 있으면 버튼을 누른 것으로 판단한다. if button.value() == 0: swCounter += 1 print("Counter: " + str(swCounter)) # Button를 누르면 발생하는 external interrupt handler def debounce(button): # 20ms 후에 Timer interrupt(One_shot)이 발생한다. timer1.init(mode=Timer.ONE_SHOT, period=20, callback=on_pressed) # Software timer object를 생성한다. timer1 = Timer(-1) # GPIO0을 Button 입력 핀으로 설정한다. button = Pin(22, Pin.IN, Pin.PULL_UP) # 버튼을 누룰 때 External interrupt(Falling edge)이 발생하도록 설정 button.irq(handler=debounce, trigger=Pin.IRQ_FALLING)

Keypad Interfacing

• 4 by 3 Keypad와 Raspberry Pi Pico의 Interfacing 예
• 아래 그림의 예에서는 GP6 - GP9을 Output Port로 사용하고 GP2 - GP4를 Input Port로 사용 한다.
• GP6 - GP9을 Output Port로 설정 한다.
• GP2 - GP4를 Input Port로 설정 한다.
• Key Scanning 방식을 이용하여 Keypad의 상태(어느 Key가 Push 되었는지 확인 하고 해당 Key의 Code를 Return 하는 getkey() 함수를 작성 한다.
• Keypad 동작의 신뢰도를 높이기 위하여 Key 동작시 발생하는 Bouncing 문제를 고려 하여 프로그램을 작성 하여야 한다.(아래 프로그램 예를 참고 할 것.)


a) Keypad와 Raspberry Pi Pico I/O Port Interfacing 회로도.           b) 4 by 3 Keypad Pin.



• Key Scanning
• 출력 Port GP6 - GP9에 0111 Code을 출력 하고 입력 Port GP2, GP3, GP4를 읽으면 1,2,3 Key가 눌린 경우에만(1,2,3 이외에 다른 Key가 눌린 경우에는 GP2, GP3, GP4 값이 1이 됨) 해당 위치의 Input port(GP2, GP3, GP4)의 값이 0이 된다.
• 출력 Port GP6 - GP9에 1011 Code을 출력 하고 입력 Port GP2, GP3, GP4를 읽으면 4,5,6 Key가 눌린 경우에만(4,5,6 이외 다른 Key가 눌린 경우에는 GP2, GP3, GP4 값이 1이 됨) 해당 위치의 Input port(GP2, GP3, GP4)의 값이 0이 된다.
• 위와 같이 출력 Port GP6 - GP9에 1101 Code을 출력 하고 입력 Port GP2, GP3, GP4를 읽으면 7,8,9 Key가 눌린 경우에만 해당 위치의 Input port(GP2, GP3, GP4)의 값이 0이 되고, GP6 - GP9에 1110 Code을 출력 하고 입력 Port PE4 - PE6 읽으면 *,0,# Key가 눌린 경우에만 해당 위치의 Input port(GP2, GP3, GP4)의 값이 0이 되기 때문에,
• 순차적으로 출력 Port에 0111, 1011, 1101, 1110 Code을 출력 하면서 해당 Row에 있는 Key Switch의 상태를 읽어 어느 Key가 Press 되었는지 판단 한다.
• Key input disable code: 출력 Port GP6 - GP9에 1111 Code을 출력하면 어떤 Key를 눌러도 입력 Port GP2, GP3, GP4의 값은 1이 된다. 이 기능은 어떤 Key를 눌러도 입력 신호가 발생하지 않도록(Key input interrupt가 발생하지 않도록)하는 목적으로 사용한다.
• Key input detection code: 출력 Port GP6 - GP9에 0000 Code을 출력하면 전체 Key 중 어느 하나의 Key만 눌러도 입력 Port GP2, GP3, GP4 중 하나의 값이 0이 된다. 이 기능은 전체 Key 중 어느 하나의 Key만 눌려도 Key input interrupt가 발생(Key input detection)하도록 하기 위하여 사용한다.




그림 a) 4 By 3 Keypad Interface 회로와 Scanning Code 예



• key Switch를 press와 release 시 발생 하는 Bouncing 문제

Key Switch를 Press 하거나 Release 할 때 입력 Port에 발생 하는 파형 예(Bouncing 문제).




• Key Switch를 Press 하거나 Release 할 때 입력 Port에 발생 하는 Bouncing 문제의 해결
• Key Switch 접점의 불안정한 접속으로 Switch를 Press 하거나 Release 할 때 윗 그림과 같이 Bouncing 현상이 발생 한다.
• Bouncing 문제를 해결하기 위하여는 전자회로 적인 접근(RC Low Pass Filter 이용한 Hardware Debouncing)과,
• Bouncing 현상은 보통 16mSec 이내 에서 발생 하기 때문에 첫 Press 또는 Release 신호 발생 후 일정 시간(16mSec 정도) 후에 다시 Switch의 상태를 읽어 Press 또는 Release 상태를 판단 하는 기술(Software Debouncing)을 사용 한다.

Keypad programming 예:

• Software debouncing을 사용하는 예
• Keyoad 제어 프로그램과 테스트 프로그램을 하나의 파일로 작성한 예
• 프로그램 예: get-keypad-soft.py

from machine import Pin from time import sleep_ms KEY_SCAN_MAX = 4 KEY_INPUT_MAX = 3 # Keypad input pin을 설정한다. key_inputs = [Pin(2, Pin.IN, Pin.PULL_UP), Pin(3, Pin.IN, Pin.PULL_UP), Pin(4, Pin.IN, Pin.PULL_UP)] # Keypad scan pin을 설정한다. key_scans = [Pin(6, Pin.OUT), Pin(7, Pin.OUT), Pin(8, Pin.OUT), Pin(9, Pin.OUT)] key_codes = [['1', '2', '3'], ['4', '5', '6'], ['7', '8', '9'], ['*', '0', '#']] # Keypad scan function def keyScan(key_scans, key_inputs): key_code = 0 scan_index = 0 while scan_index < KEY_SCAN_MAX: # Key scan code output for i in range(KEY_SCAN_MAX): if i == scan_index: key_scans[i].value(0) else: key_scans[i].value(1) # Key col scan for i in range(KEY_INPUT_MAX): if key_inputs[i].value() == 0: key_code = key_codes[scan_index][i] scan_index += 1 # Key scan disable for i in range(KEY_SCAN_MAX): key_scans[i].value(1) return key_code # Get key function key_pressed = False def getKey(key_scans, key_inputs): global key_pressed key_code = 0 # Row Scan Enable for i in range(KEY_SCAN_MAX): key_scans[i].value(0) # 유효한 key_code를 얻을 때 까지 while loop를 반복 한다. while key_code == 0: # Key Pressed test key_press_flag = False for i in range(KEY_INPUT_MAX): if key_inputs[i].value() == 0: key_press_flag = True # Key 가 모두 Release 된 경우 if key_press_flag == False: key_pressed = False # Debouncing sleep_ms(20) # 만약 이전에 Key 가 Release 인 경우 while loop를 계속 한다. # Pressed 된 Key 가 있는 경우 else: if key_pressed != True: # 새 Key가 이제 막 Pressed 됨 # Debouncing sleep_ms(20) key_code = keyScan(key_scans, key_inputs) if key_code != 0: key_pressed = True # print("key_code: " + str(key_code) + " key_pressed:" + str(key_pressed)) # 유효한 keyCode 가 입력 되었기 때문에 while loop가 종료되고 keyCode 값이 return 된다. # 유효한 keyCode 가 0인 경우 while loop가 계속 된다. return key_code # Key scan init(disable) for i in range(KEY_SCAN_MAX): key_scans[i].value(1) # Keypad를 읽어 출력하는 무한 Loop while True: key_code = getKey(key_scans, key_inputs) if key_code != 0: print("key_code: " + str(key_code)) sleep_ms(100)


• 실험을 위한 준비
• 위 "4 by 3 Keypad와 Raspberry Pi Pico의 Interfacing 예"를 참고하여 Raspberry Pi Pico에 Keypad를 연결 한다.
• 실험 방법
• "get-keypad-soft.py"를 다운로드하여 저장 한다.
• Thonny IDE를 실행하고 Thonny IDE의 사용 환경(Thonny 실행에 사용할 장치와 COM Port 선택)이 바르게 되어 있는지 확인한다.
• Thonny IDE의 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력되었는 확인한다.
• Thonny IDE에서 "파일 -> 열기... -> 이 컴퓨터"를 실행하여 get-keypad-soft.py를 Open 한다.
• 실험
• "실행 -> 현재 스크립트 실행"을 실행하거나 Toolbar의 "실행" Icon을 클릭하면 스크립트가 개발보드에 전송되고 프로그램이 실행된다.
• 프로그램 전송이 종료된 다음 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력된 상태에서도 Pi Pico 보드의 프로그램은 실행되고 있는 상태이다.
• Keypad의 Key를 누르면 Key code 문자가 Thonny IDE의 Python shell 창에 출력된다.
• Keyoad 제어 프로그램을 library(별도 파일)로 작성한 예
• Keyoad 제어 library 프로그램 예: keypadSoft.py

from machine import Pin from time import sleep_ms # Ddebouncing에 sleep_ms(20) 함수를 사용한다. class KeyPadSoft(object): # KeyPad object가 생성될 때 실행되는 초기화 Method def __init__(self, cols, rows, key_inputs, key_scans, key_codes): # Keypad input pin을 설정한다. self.key_inputs = key_inputs # Keypad scan pin을 설정한다. self.key_scans = key_scans # Key code를 설정한다. self.key_codes = key_codes self.cols_max = cols self.rows_max = rows self.key_pressed = False self.key_code = 0 # Key scan init(disable) for i in range(self.rows_max): self.key_scans[i].value(1) # Keypad scan function def keyScan(self): self.key_code = 0 self.scan_index = 0 while self.scan_index < self.rows_max: # Key scan code output for i in range(self.rows_max): if i == self.scan_index: self.key_scans[i].value(0) else: self.key_scans[i].value(1) # Key col scan for i in range(self.cols_max): if self.key_inputs[i].value() == 0: self.key_code = self.key_codes[self.scan_index][i] self.scan_index += 1 # Key scan disable for i in range(self.rows_max): self.key_scans[i].value(1) return self.key_code # Get key function def getKey(self): self.key_code = 0 # Row Scan Enable for i in range(self.rows_max): self.key_scans[i].value(0) # 유효한 key_code를 얻을 때 까지 while loop를 반복 한다. while self.key_code == 0: # Key Pressed test self.key_press_flag = False for i in range(self.cols_max): if self.key_inputs[i].value() == 0: self.key_press_flag = True # Key 가 모두 Release 된 경우 if self.key_press_flag == False: self.key_pressed = False # Debouncing sleep_ms(20) # 만약 이전에 Key 가 Release 인 경우 while loop를 계속 한다. # Pressed 된 Key 가 있는 경우 else: if self.key_pressed != True: # 새 Key가 이제 막 Pressed 됨 # Debouncing sleep_ms(20) self.key_code = self.keyScan() if self.key_code != 0: self.key_pressed = True # print("key_code: " + str(self.key_code) + " key_pressed:" + str(self.key_pressed)) # 유효한 keyCode 가 입력 되었기 때문에 while loop가 종료되고 keyCode 값이 return 된다. # 유효한 keyCode 가 0인 경우 while loop가 계속 된다. return self.key_code


• 실험을 위한 main 프로그램 예: keypad-soft-main.py

from machine import Pin from time import sleep_ms from keypadSoft import KeyPadSoft # Keypad input pin을 설정한다. key_inputs = [Pin(2, Pin.IN, Pin.PULL_UP), Pin(3, Pin.IN, Pin.PULL_UP), Pin(4, Pin.IN, Pin.PULL_UP)] # Keypad scan pin을 설정한다. key_scans = [Pin(6, Pin.OUT), Pin(7, Pin.OUT), Pin(8, Pin.OUT), Pin(9, Pin.OUT)] # Key code를 설정한다. key_codes = [['1', '2', '3'], ['4', '5', '6'], ['7', '8', '9'], ['*', '0', '#']] # KeyPad object를 생성한다. myKeypad = KeyPadSoft(3, 4, key_inputs, key_scans, key_codes) # Keypad를 읽어 출력하는 무한 Loop while True: key_data = myKeypad.getKey() if key_data != 0: print("key_data: " + str(key_data)) sleep_ms(100)


• 실험을 위한 준비
• 위 "4 by 3 Keypad와 Raspberry Pi Pico의 Interfacing 예"를 참고하여 Raspberry Pi Pico에 Keypad를 연결 한다.
• 실험 방법
• Keyoad 제어 library 프로그램 "keypadSoft.py"를 다운로드하여 저장 한다.
• 실험을 위한 main 프로그램 "keypad-soft-main.py"를 다운로드하여 저장 한다.
• Thonny IDE를 실행하고 Thonny IDE의 사용 환경(Thonny 실행에 사용할 장치와 COM Port 선택)이 바르게 되어 있는지 확인한다.
• Thonny IDE의 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력되었는 확인한다.
• Thonny IDE의 "파일 -> 열기"를 실행하여 keypadSoft.py 파일을 Open 한다.
• Thonny IDE의 "...(으)로 저장" 기능을 사용하여 keypadSoft.py 파일을 "MicroPython 장치"에 저장(Upload)한다.
• Thonny IDE에서 "파일 -> 열기... -> 이 컴퓨터"를 실행하여 keypad-soft-main.py를 Open 한다.
• 실험
• "실행 -> 현재 스크립트 실행"을 실행하거나 Toolbar의 "실행" Icon을 클릭하면 스크립트가 개발보드에 전송되고 프로그램이 실행된다.
• 프로그램 전송이 종료된 다음 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력된 상태에서도 Pi Pico 보드의 프로그램은 실행되고 있는 상태이다.
• Keypad의 Key를 누르면 Key code 문자가 Thonny IDE의 Python shell 창에 출력된다.


• External Interrupt와 Timer Interrupt를 사용하는 예
• External Interrupt와 Timer Interrupt를 이용한 Key debouncing과 key scan 과정에서 발생 하는 문제

External Interrupt와 Timer Interrupt를 이용한 Keypad 제어 시 아래 그림과 같이 Scan enable, disable control 과정(Key를 누르고 있는 상태가 계속되는 상태에서 Key scanning 프로그램 이 실행 되는 경우)에서 원 하지 않는 펄스(S4)가 발생 할 수 있다. 이 신호의 Falling edge(p5)에서 External Interrupt Flag 가 Set 된다. 이 External Interrupt Flag에 의하여 External Interrupt가 실행 되지 않도록 Key scan을 진행하는 동안 External Interrupt를 Disable하고, Interrupt routine 이 종료 되기 전에 이 Flag를 Clear 하여야 한다.


• Keyoad 제어 프로그램과 테스트 프로그램을 하나의 파일로 작성한 예
• 프로그램 예: get-keypad-interrupt.py

from machine import Pin, Timer from time import sleep_ms KEY_SCAN_MAX = 4 KEY_INPUT_MAX = 3 # Keypad input pin을 설정한다. key_inputs = [Pin(2, Pin.IN, Pin.PULL_UP), Pin(3, Pin.IN, Pin.PULL_UP), Pin(4, Pin.IN, Pin.PULL_UP)] # Keypad scan pin을 설정한다. key_scans = [Pin(6, Pin.OUT), Pin(7, Pin.OUT), Pin(8, Pin.OUT), Pin(9, Pin.OUT)] key_codes = [['1', '2', '3'], ['4', '5', '6'], ['7', '8', '9'], ['*', '0', '#']] key_code = 0 # Software timer object를 생성한다. timer1 = Timer(-1) # Switch를 누르면 발생하는 external interrupt handler def keyPressed(pin): irq_state = machine.disable_irq() # Key press interrupt가 발생하지 않도록한다. for i in range(KEY_SCAN_MAX): key_scans[i].value(1) machine.enable_irq(irq_state) # 20ms 후에 Timer interrupt(One_shot)이 발생한다. timer1.init(mode=Timer.ONE_SHOT, period=20, callback=keyScan) # Keypad scan callback function def keyScan(timer1): global key_code # Keypad를 scanning 하는 동안 interrupt이 발생하지 않도록 한다. irq_state = machine.disable_irq() key_code = 0 scan_index = 0 # Keypad scanning while scan_index < KEY_SCAN_MAX: # Keypad scan code output for i in range(KEY_SCAN_MAX): if i == scan_index: key_scans[i].value(0) else: key_scans[i].value(1) # Keypad col scanning for i in range(KEY_INPUT_MAX): if key_inputs[i].value() == 0: key_code = key_codes[scan_index][i] scan_index += 1 # 새로운 Key press interrupt가 발생할 수 있도록한다. for i in range(KEY_SCAN_MAX): key_scans[i].value(0) # Input pin의 interrupt를 enable하고 interrupt flag를 초기화한다. for i in range(KEY_INPUT_MAX): key_inputs[i].irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING, handler=keyPressed) machine.enable_irq(irq_state) # Get key function def getKey(key_scans, key_inputs): global key_code key_code = 0 # 새로운 Key press interrupt가 발생할 수 있도록한다. for i in range(KEY_SCAN_MAX): key_scans[i].value(0) # Input pin의 interrupt를 다시 설정하고 interrupt flag를 초기화한다. for i in range(KEY_INPUT_MAX): key_inputs[i].irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING, handler=keyPressed) # 유효한 key_code가 입력될 때까지 while loop를 반복 한다. while key_code == 0: pass return key_code # Key press interrupt가 발생하지 않도록한다. # Key input port가 초기화 되지 않은 상태에서 발생할 수 있는 Interrupt를 방지 for i in range(KEY_SCAN_MAX): key_scans[i].value(1) # Keypad 입력를 출력하는 무한 Loop while True: key_data = getKey(key_scans, key_inputs) if key_data != 0: print("key_data: " + str(key_data)) sleep_ms(100)


• 실험을 위한 준비
• 위 "4 by 3 Keypad와 Raspberry Pi Pico의 Interfacing 예"를 참고하여 Raspberry Pi Pico에 Keypad를 연결 한다.
• 실험 방법
• get-keypad-interrupt.py를 다운로드하여 저장 한다.
• Thonny IDE를 실행하고 Thonny IDE의 사용 환경(Thonny 실행에 사용할 장치와 COM Port 선택)이 바르게 되어 있는지 확인한다.
• Thonny IDE의 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력되었는 확인한다.
• Thonny IDE에서 "파일 -> 열기... -> 이 컴퓨터"를 실행하여 get-keypad-interrupt.py를 Open 한다.
• 실험
• "실행 -> 현재 스크립트 실행"을 실행하거나 Toolbar의 "실행" Icon을 클릭하면 스크립트가 개발보드에 전송되고 프로그램이 실행된다.
• 프로그램 전송이 종료된 다음 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력된 상태에서도 Pi Pico 보드의 프로그램은 실행되고 있는 상태이다.
• Keypad의 Key를 누르면 Key code 문자가 Thonny IDE의 Python shell 창에 출력된다.
• Keyoad 제어 프로그램을 library(별도 파일)로 작성한 예
• Keyoad 제어 library 프로그램 예: keypadInterrupt.py

from machine import Pin from machine import Timer # Interrupt enable or disable import machine # 외부 Interrupt와 Timer interrupt(debouncing)를 사용한다. class KeyPadInterrupt(object): # KeyPad object가 생성될 때 실행되는 초기화 Method def __init__(self, cols, rows, key_inputs, key_scans, key_codes): # Keypad input pin을 설정한다. self.key_inputs = key_inputs # Keypad scan pin을 설정한다. self.key_scans = key_scans # Key code를 설정한다. self.key_codes = key_codes self.cols_max = cols self.rows_max = rows self.key_pressed = False self.key_code = 0 # Software timer object를 생성한다. self.timer1 = Timer(-1) # Key press interrupt가 발생하지 않도록한다. # Key input port가 초기화 되지 않은 상태에서 발생할 수 있는 Interrupt를 방지 for i in range(self.rows_max): self.key_scans[i].value(1) # Switch를 누르면 발생하는 external interrupt handler def keyPressed(self, pin): self.irq_state = machine.disable_irq() # Key press interrupt가 발생하지 않도록한다. for i in range(self.rows_max): self.key_scans[i].value(1) machine.enable_irq(self.irq_state) # 20ms 후에 Timer interrupt(One_shot)이 발생한다. self.timer1.init(mode=Timer.ONE_SHOT, period=20, callback=self.keyScan) # Keypad scan callback function # Key release 시 발생하는 bouncing에 의한 interrupt는 # Key 가 눌리지 않은 상태이기 때문에 scanning 과정에서 자동으로 무시된다. def keyScan(self, timer): # Keypad를 scanning 하는 동안 interrupt이 발생하지 않도록 한다. self.irq_state = machine.disable_irq() self.key_code = 0 self.scan_index = 0 # Keypad scanning while self.scan_index < self.rows_max: # Keypad scan code output for i in range(self.rows_max): if i == self.scan_index: self.key_scans[i].value(0) else: self.key_scans[i].value(1) # Keypad col scanning for i in range(self.cols_max): if self.key_inputs[i].value() == 0: self.key_code = self.key_codes[self.scan_index][i] self.scan_index += 1 # 새로운 Key press interrupt가 발생할 수 있도록한다. for i in range(self.rows_max): self.key_scans[i].value(0) # Input pin의 interrupt를 enable하고 interrupt flag를 초기화한다. for i in range(self.cols_max): self.key_inputs[i].irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING, handler=self.keyPressed) machine.enable_irq(self.irq_state) # Get key function def getKey(self): self.key_code = 0 # 새로운 Key press interrupt가 발생할 수 있도록한다. for i in range(self.rows_max): self.key_scans[i].value(0) # Input pin의 interrupt를 다시 설정하고 interrupt flag를 초기화한다. for i in range(self.cols_max): self.key_inputs[i].irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING, handler=self.keyPressed) # 유효한 key_code가 입력될 때까지 while loop를 반복 한다. while self.key_code == 0: pass # print("self.key_code 2: " + str(self.key_code)) return self.key_code


• 실험을 위한 main 프로그램 예: keypad-interrupt-main.py

from machine import Pin from time import sleep_ms from keypadInterrupt import KeyPadInterrupt # Keypad input pin을 설정한다. key_inputs = [Pin(2, Pin.IN, Pin.PULL_UP), Pin(3, Pin.IN, Pin.PULL_UP), Pin(4, Pin.IN, Pin.PULL_UP)] # Keypad scan pin을 설정한다. key_scans = [Pin(6, Pin.OUT), Pin(7, Pin.OUT), Pin(8, Pin.OUT), Pin(9, Pin.OUT)] # Key code를 설정한다. key_codes = [['1', '2', '3'], ['4', '5', '6'], ['7', '8', '9'], ['*', '0', '#']] # KeyPad object를 생성한다. myKeypad = KeyPadInterrupt(3, 4, key_inputs, key_scans, key_codes) # Keypad 입력를 출력하는 무한 Loop while True: key_data = myKeypad.getKey() if key_data != 0: print("key_data: " + str(key_data)) sleep_ms(100)


• 실험을 위한 준비
• 위 "4 by 3 Keypad와 Raspberry Pi Pico의 Interfacing 예"를 참고하여 Raspberry Pi Pico에 Keypad를 연결 한다.
• 실험 방법
• Keyoad 제어 library 프로그램 "keypadInterrupt.py"를 다운로드하여 저장 한다.
• 실험을 위한 main 프로그램 "keypad-interrupt-main.py"를 다운로드하여 저장 한다.
• Thonny IDE를 실행하고 Thonny IDE의 사용 환경(Thonny 실행에 사용할 장치와 COM Port 선택)이 바르게 되어 있는지 확인한다.
• Thonny IDE의 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력되었는 확인한다.
• Thonny IDE의 "파일 -> 열기"를 실행하여 keypadInterrupt.py 파일을 Open 한다.
• Thonny IDE의 "...(으)로 저장" 기능을 사용하여 keypadInterrupt.py 파일을 "MicroPython 장치"에 저장(Upload)한다.
• Thonny IDE에서 "파일 -> 열기... -> 이 컴퓨터"를 실행하여 keypad-interrupt-main.py를 Open 한다.
• 실험
• "실행 -> 현재 스크립트 실행"을 실행하거나 Toolbar의 "실행" Icon을 클릭하면 스크립트가 개발보드에 전송되고 프로그램이 실행된다.
• 프로그램 전송이 종료된 다음 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력된 상태에서도 Pi Pico 보드의 프로그램은 실행되고 있는 상태이다.
• Keypad의 Key를 누르면 Key code 문자가 Thonny IDE의 Python shell 창에 출력된다.


• Keypad를 사용하여 실시간으로 장치를 제어하기 위한 예

Key를 누르는 순간 Key 값을 제어 프로그램에 전달하기 위하여 External Interrupt를 사용하고 Key debouncing은 Timer Interrupt(ONE_SHOT)를 사용하였다.

• Keyoad 제어 프로그램을 library(별도 파일)로 작성한 예: keypad-command-main.zip
• Keyoad 제어 library 프로그램 예: keypadCommand.py

from machine import Pin from machine import Timer # Interrupt enable or disable import machine # Global variables sharing file # https://docs.python.org/3/faq/programming.html#how-do-i-share-global-variables-across-modules import keyDataGlobal # 새로운 Key 값이 입력되면 실 시간으로 명령을 실행하여야 하는 경우 사용한다. class KeyPadCommand(object): # KeyPad object가 생성될 때 실행되는 초기화 Method def __init__(self, cols, rows, key_inputs, key_scans, key_codes): # Keypad input pin을 설정한다. self.key_inputs = key_inputs # Keypad scan pin을 설정한다. self.key_scans = key_scans # Key code를 설정한다. self.key_codes = key_codes self.cols_max = cols self.rows_max = rows self.key_pressed = False # Software timer object를 생성한다. self.timer1 = Timer(-1) # Key press interrupt가 발생할 수 있도록 한다. for i in range(self.rows_max): self.key_scans[i].value(0) # Input pin의 interrupt를 다시 설정하고 interrupt flag를 초기화한다. for i in range(self.cols_max): self.key_inputs[i].irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING, handler=self.keyPressed) # Switch를 누르면 발생하는 external interrupt handler def keyPressed(self, pin): self.irq_state = machine.disable_irq() # Key press interrupt가 발생하지 않도록한다. for i in range(self.rows_max): self.key_scans[i].value(1) machine.enable_irq(self.irq_state) # 20ms 후에 Timer interrupt(One_shot)이 발생한다. self.timer1.init(mode=Timer.ONE_SHOT, period=20, callback=self.keyScan) # Keypad scan callback function # Key release 시 발생하는 bouncing에 의한 interrupt는 # Key 가 눌리지 않은 상태이기 때문에 scanning 과정에서 자동으로 무시된다. def keyScan(self, timer): global key_data # Keypad를 scanning 하는 동안 interrupt이 발생하지 않도록 한다. self.irq_state = machine.disable_irq() self.scan_index = 0 # Keypad scanning while self.scan_index < self.rows_max: # Keypad scan code output for i in range(self.rows_max): if i == self.scan_index: self.key_scans[i].value(0) else: self.key_scans[i].value(1) # Keypad col scanning for i in range(self.cols_max): if self.key_inputs[i].value() == 0: keyDataGlobal.key_data = self.key_codes[self.scan_index][i] self.scan_index += 1 # 새로운 Key press interrupt가 발생할 수 있도록한다. for i in range(self.rows_max): self.key_scans[i].value(0) # Input pin의 interrupt를 enable하고 interrupt flag를 초기화한다. for i in range(self.cols_max): self.key_inputs[i].irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING, handler=self.keyPressed) machine.enable_irq(self.irq_state)


• Interrupt routine과 main 프로그램의 Data 공유를 위한 파일(Global variables sharing file) 예: keyDataGlobal.py

# Global variables sharing file # keyScan 함수에서 새로운 Keyrk 눌린 경우 Key code를 저장한다. key_data = 0


• 실험을 위한 main 프로그램 예: keypad-command-main.py

from machine import Pin from time import sleep_ms from keypadCommand import KeyPadCommand import keyDataGlobal # Keypad input pin을 설정한다. key_inputs = [Pin(2, Pin.IN, Pin.PULL_UP), Pin(3, Pin.IN, Pin.PULL_UP), Pin(4, Pin.IN, Pin.PULL_UP)] # Keypad scan pin을 설정한다. key_scans = [Pin(6, Pin.OUT), Pin(7, Pin.OUT), Pin(8, Pin.OUT), Pin(9, Pin.OUT)] # Key code를 설정한다. key_codes = [['1', '2', '3'], ['4', '5', '6'], ['7', '8', '9'], ['*', '0', '#']] # KeyPad object를 생성한다. myKeypad = KeyPadCommand(3, 4, key_inputs, key_scans, key_codes) # key_data는 global variables sharing file(keyDataGlobal)에서 설정함. # keyScan 함수에서 새로운 Key가 눌린 경우 Key code를 저장한다. #key_data = 0 # Keypad 입력를 출력하는 무한 Loop while True: if keyDataGlobal.key_data != 0: print("key_data: " + str(keyDataGlobal.key_data)) keyDataGlobal.key_data = 0 sleep_ms(100)


• 실험을 위한 준비
• 위 "4 by 3 Keypad와 Raspberry Pi Pico의 Interfacing 예"를 참고하여 Raspberry Pi Pico에 Keypad를 연결 한다.
• 실험 방법
• keypad-command-main.zip(keypadCommand.py, keyDataGlobal.py, keypad-command-main.py)을 다운로드하여 압축을 해제한다.
• Thonny IDE를 실행하고 Thonny IDE의 사용 환경(Thonny 실행에 사용할 장치와 COM Port 선택)이 바르게 되어 있는지 확인한다.
• Thonny IDE의 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력되었는 확인한다.
• Thonny IDE의 "파일 -> 열기"를 실행하여 keypadCommand.py 파일을 Open 한다.
• Thonny IDE의 "...(으)로 저장" 기능을 사용하여 keypadCommand.py 파일을 "MicroPython 장치"에 저장(Upload)한다.
• Thonny IDE의 "파일 -> 열기"를 실행하여 keyDataGlobal.py 파일을 Open 한다.
• Thonny IDE의 "...(으)로 저장" 기능을 사용하여 keyDataGlobal.py 파일을 "MicroPython 장치"에 저장(Upload)한다.
• Thonny IDE에서 "파일 -> 열기... -> 이 컴퓨터"를 실행하여 keypad-command-main.py를 Open 한다.
• 실험
• "실행 -> 현재 스크립트 실행"을 실행하거나 Toolbar의 "실행" Icon을 클릭하면 스크립트가 개발보드에 전송되고 프로그램이 실행된다.
• 프로그램 전송이 종료된 다음 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력된 상태에서도 Pi Pico 보드의 프로그램은 실행되고 있는 상태이다.
• Keypad의 Key를 누르면 Key code 문자가 Thonny IDE의 Python shell 창에 출력된다.


• Keypad를 사용하여 실시간으로 LED를 제어하는 예

Key를 누르는 순간 Key 값을 제어 프로그램에 전달하여 LED를 제어(Key 값(0 - 9)에 해당되는 수 만큼 LED를 1초 간격으로 점멸)한다. '*'은 LED를 Turn off 하고 '#'은 LED를 Turn on 하는 Key로 사용한다.

• Keyoad 제어 프로그램을 library(별도 파일)로 작성한 예: keypad-command-led-main.zip
• Keyoad 제어 library 프로그램은 윗 예의 keypadCommand.py를 사용한다.
• Interrupt routine과 main 프로그램의 Data 공유를 위한 파일(Global variables sharing file)은 윗 예의 keyDataGlobal.py를 사용한다.
• 실험을 위한 main 프로그램 예: keypad-command-led-main.py

# Keypad를 사용하여 실시간으로 장치를 제어하는 예 # 이 예에서는 Keypad 값에 따라 LED를 실 시간으로 제어한다. from machine import Pin, Timer from time import sleep_ms from keypadCommand import KeyPadCommand import keyDataGlobal # Keypad input pin을 설정한다. key_inputs = [Pin(2, Pin.IN, Pin.PULL_UP), Pin(3, Pin.IN, Pin.PULL_UP), Pin(4, Pin.IN, Pin.PULL_UP)] # Keypad scan pin을 설정한다. key_scans = [Pin(6, Pin.OUT), Pin(7, Pin.OUT), Pin(8, Pin.OUT), Pin(9, Pin.OUT)] # Key code를 설정한다. key_codes = [['1', '2', '3'], ['4', '5', '6'], ['7', '8', '9'], ['*', '0', '#']] # KeyPad object를 생성한다. myKeypad = KeyPadCommand(3, 4, key_inputs, key_scans, key_codes) # keyScan 함수에서 새로운 Keyrk 눌린 경우 Key code를 저장한다. key_data = 0 # Raspberry Pi Pico 보드는 GPIO25를 LED Pin으로 사용한다. # Raspberry Pi Pico W 보드는 WL_GPIO0를 LED Pin으로 사용한다. led = Pin("LED", Pin.OUT) # key_data는 global variables sharing file(keyDataGlobal)에서 설정함. # keyScan 함수에서 새로운 Key가 눌린 경우 Key code를 저장한다. #key_data = 0 # Keypad 값에 따라 LED를 실 시간으로 제어하는 무한 Loop while True: if keyDataGlobal.key_data != 0: print("key_data: " + keyDataGlobal.key_data) # Key 값(0 - 9) 만큼 LED를 1초 간격으로 점멸한다. if(keyDataGlobal.key_data >= '0' and keyDataGlobal.key_data <= '9'): for i in range(int(keyDataGlobal.key_data)): led.value(1) # LED(pin25)-> On sleep_ms(500) led.value(0) # LED(pin25)-> Off sleep_ms(500) # Key 값이 '*' 이면 LED를 Turn off 한다. if keyDataGlobal.key_data == '*': led.value(0) # LED(pin25)-> Off # Key 값이 '#' 이면 LED를 Turn on 한다. if keyDataGlobal.key_data == '#': led.value(1) # LED(pin25)-> Off keyDataGlobal.key_data = 0


• 실험을 위한 준비
• 위 "4 by 3 Keypad와 Raspberry Pi Pico의 Interfacing 예"를 참고하여 Raspberry Pi Pico에 Keypad를 연결 한다.

주: Raspberry Pi Pico는 GPIO25를 On-board LED 제어에 사용하고, Raspberry Pi Pico W는 WL_GPIO0(Infineon CYW43439의 GPIO0)를 On-board LED 제어에 사용한다.

• 실험 방법
• keypad-command-led-main.zip(keypadCommand.py, keyDataGlobal.py, keypad-command-led-main)을 다운로드하여 압축을 해제한다.
• Thonny IDE를 실행하고 Thonny IDE의 사용 환경(Thonny 실행에 사용할 장치와 COM Port 선택)이 바르게 되어 있는지 확인한다.
• Thonny IDE의 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력되었는 확인한다.
• Thonny IDE의 "파일 -> 열기"를 실행하여 keypadCommand.py 파일을 Open 한다.
• Thonny IDE의 "...(으)로 저장" 기능을 사용하여 keypadCommand.py 파일을 "MicroPython 장치"에 저장(Upload)한다.
• Thonny IDE의 "파일 -> 열기"를 실행하여 keyDataGlobal.py 파일을 Open 한다.
• Thonny IDE의 "...(으)로 저장" 기능을 사용하여 keyDataGlobal.py 파일을 "MicroPython 장치"에 저장(Upload)한다.
• Thonny IDE에서 "파일 -> 열기... -> 이 컴퓨터"를 실행하여 keypad-command-led-main.py를 Open 한다.
• 실험
• "실행 -> 현재 스크립트 실행"을 실행하거나 Toolbar의 "실행" Icon을 클릭하면 스크립트가 개발보드에 전송되고 프로그램이 실행된다.
• 프로그램 전송이 종료된 다음 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력된 상태에서도 Pi Pico 보드의 프로그램은 실행되고 있는 상태이다.
• Keypad의 Key('0' - '9')를 누르면 해당 Key의 숫자 만큼 LED가 점멸한다. '*' Key는 LED를 Turn off 하고 '#' Key는 LED를 Turn on 한다.

Switch debouncing 과 Keypad 관련 페이지 보기

• Raspberry Pi Pico GPIO Port와 Interrupt
• Raspberry Pi Pico Timer와 PWM(Pulse width modulation)