アナログ3ピンで4×3キーパッドを接続 - Arduinoピン節約テクニック

必要なパーツと材料

パーツ	数量
Arduino UNO	1
4×3マトリックスキーパッド（12キー）	1
抵抗 330Ω	1
抵抗 1kΩ	3
抵抗 3kΩ	1

必要なツール

• はんだごて

使用ソフトウェア

• Arduino IDE

プロジェクト概要

課題：通常のマトリックスキーパッドは7ピン必要

4×3キーパッドは通常、行4本＋列3本の計7本のデジタルピンを消費します。ピン数の少ないUnoやNanoでは大きな負担です。

解決策：抵抗ラダーでアナログ3ピンに集約

各列に異なる抵抗値を配置し、行ごとの電圧分割でキーを識別する方式。3本のアナログ入力（A0-A2）のみで12キーを判別できます。

回路原理

各列にプルアップ抵抗（R5=R6=R7=1kΩ）を、各行に異なる抵抗（R1=0Ω, R2=330Ω, R3=1kΩ, R4=3kΩ）を直列接続。キー押下時、該当する行・列の組み合わせで固有の電圧が各列出力に現れます。ADC値の閾値判定でどのキーか特定します。

ADC値の区間設計（5V駆動時）

キー行	ADC値の目安	許容範囲（±100）
行1 (R1=0Ω)	1023	923-1123
行2 (R2=330Ω)	769	669-869
行3 (R3=1kΩ)	512	412-612
行4 (R4=3kΩ)	256	156-356

±5%抵抗でも区間が重ならないよう設計されています。3.3V駆動でもADC基準電圧が電源電圧なら値は変わりません。

Arduino接続

キーパッドの列出力3本をA0, A1, A2に接続。行側の共通線は5Vへ。R1（0Ω）は配線で直結。

自作キーパッドプロトタイプ

リサイクルキースイッチで自作し、5ピンコネクターでArduino接続。動作確認済み。

Arduinoコード

/* Analog 4x3 Keypad - 3アナログピンで12キー読取
 * G. Carrera - 2018/11/19
 */

// ADC閾値（±100マージン）
const int NADCmin[4] = {923, 669, 412, 156};
const int NADCmax[4] = {1123, 869, 612, 356};
const char keys[12] = {'1','4','7','C', '2','5','8','0', '3','6','9','E'};

int keyVal[3];  // A0, A1, A2の読み値

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  char k = KeyPad();
  if (k != 'N') {
    Serial.print("Key = ");
    Serial.println(k);
    delay(500); // チャタリング防止
  }
}

char KeyPad() {
  KeyScan();
  // 全列の値が小さい = キー未押下
  if (keyVal[0] + keyVal[1] + keyVal[2] < 40) return 'N';
  
  delay(10); // アンチバウンス
  KeyScan(); // 再読取
  
  for (int col = 0; col < 3; col++) {
    if (keyVal[col] > 40) { // この列でキー押下検出
      int val = keyVal[col];
      for (int row = 0; row < 4; row++) {
        if (val >= NADCmin[row] && val <= NADCmax[row]) {
          return keys[col * 4 + row];
        }
      }
    }
  }
  return 'N';
}

void KeyScan() {
  keyVal[0] = analogRead(A0); delay(1);
  keyVal[1] = analogRead(A1); delay(1);
  keyVal[2] = analogRead(A2); delay(1);
}

回路図

拡張性

アナログ入力を1本追加し、行用抵抗を1つ追加すれば4×4キーパッド（16キー）にも対応可能。さらに拡張も同様の原理で可能です。