在嵌入式系統開發中，與硬體直接互動的驅動程式是串連軟體邏輯與物理世界的關鍵橋樑。本篇文章將從軟體工程的角度，詳細拆解為矩陣鍵盤建構驅動程式的設計思路與實踐。我們將不僅止於完成功能，更著重於程式碼的結構化與可重用性，將驅動邏輯封裝成獨立的 Go 套件。內容將深入探討矩陣掃描演算法、狀態管理（如按鍵釋放檢測），以及如何透過時間延遲實現簡易但有效的按鍵去抖動（Debouncing）機制。此過程不僅是對 TinyGo 在底層硬體控制能力的展現，也為開發者在面對缺乏現成驅動程式的硬體時，提供了一套系統性的解決方案與開發範本。
智慧安全鎖的建構：TinyGo、鍵盤與伺服馬達的整合（續）
玄貓深信，高科技養成不僅止於理論，更在於實踐與創新。在掌握了LED和按鈕的基礎控制後，本章將引導開發者進入更具挑戰性的領域：建構一個智慧安全鎖。這將結合4x4鍵盤的輸入、伺服馬達的精確控制，並深入探討序列埠通信在除錯中的關鍵作用。最終目標是實現一個能透過密碼解鎖的實用裝置。
監測鍵盤輸入：自訂驅動程式的實踐（續）
編寫鍵盤驅動程式（續）
獲取索引函數 (GetIndices)（續）
玄貓將繼續完善GetIndices函數，加入按鍵去抖動和釋放檢測的邏輯。
// keypad/driver.go
package keypad
import "machine"
import "time"
// Driver 結構體定義 (同上)
type Driver struct {
inputEnabled bool
lastColumn int
lastRow int
columns [4]machine.Pin
rows [4]machine.Pin
mapping [4][4]string
}
// Configure 函數定義 (同上)
// GetIndices 掃描鍵盤並返回被按下按鍵的行和列索引。
// 如果沒有按鍵被按下，則返回 (-1, -1)。
func (keypad *Driver) GetIndices() (int, int) {
// 1. 檢查上次按下的按鍵是否已釋放
// 遍歷所有行，將上次按下的行設定為低電平，檢查上次按下的列是否已恢復高電平
if keypad.lastRow != -1 && keypad.lastColumn != -1 {
rowPin := keypad.rows[keypad.lastRow]
columnPin := keypad.columns[keypad.lastColumn]
rowPin.Low() // 啟用上次按下的行
time.Sleep(time.Microsecond * 10) // 穩定電平
if columnPin.Get() { // 如果上次按下的列引腳恢復高電平，表示按鍵已釋放
keypad.inputEnabled = true // 重新允許輸入
keypad.lastColumn = -1
keypad.lastRow = -1
}
rowPin.High() // 恢復行引腳為高電平
}
// 2. 如果輸入被禁用，則不進行新的掃描，直接返回
if !keypad.inputEnabled {
return -1, -1
}
// 3. 遍歷所有行，進行掃描
for rowIndex := range keypad.rows {
rowPin := keypad.rows[rowIndex]
rowPin.Low() // 將當前行引腳設定為低電平
time.Sleep(time.Microsecond * 10) // 短暫延遲以確保電平穩定
for colIndex := range keypad.columns {
columnPin := keypad.columns[colIndex]
if !columnPin.Get() { // 如果列引腳為低電平，表示按鈕被按下
keypad.inputEnabled = false // 禁用新的輸入，直到按鍵釋放
keypad.lastColumn = colIndex
keypad.lastRow = rowIndex
rowPin.High() // 在返回之前，將當前行引腳恢復到高電平
return rowIndex, colIndex
}
}
rowPin.High() // 掃描完當前行後，將其恢復到高電平
}
// 如果沒有按鍵被按下
return -1, -1
}
- 按鍵去抖動與釋放檢測：
- 在每次掃描之前，函數會檢查
keypad.lastRow和keypad.lastColumn是否指向一個上次被按下的按鍵。 - 如果存在上次按下的按鍵，它會啟用該行並檢查對應的列引腳是否已恢復高電平。如果恢復，表示按鍵已釋放，
keypad.inputEnabled會被設為true，允許新的按鍵輸入。 - 如果
keypad.inputEnabled為false（表示有按鍵被按下但尚未釋放），則GetIndices會直接返回(-1, -1)，避免重複檢測同一個按鍵。 - 新的按鍵檢測：
- 當
keypad.inputEnabled為true時，函數才會執行正常的矩陣掃描。 - 一旦檢測到新的按鍵按下，
keypad.inputEnabled會被設為false，並儲存當前按鍵的rowIndex和colIndex。
獲取按鍵函數 (GetKey)
GetKey函數將利用GetIndices返回的行/列索引，從mapping中查找並返回對應的按鍵字元。
// keypad/driver.go
package keypad
import "machine"
import "time"
// Driver 結構體定義 (同上)
type Driver struct {
inputEnabled bool
lastColumn int
lastRow int
columns [4]machine.Pin
rows [4]machine.Pin
mapping [4][4]string
}
// Configure 函數定義 (同上)
// GetIndices 函數定義 (同上)
// GetKey 獲取被按下的按鍵字元。
// 如果沒有按鍵被按下，則返回空字串。
func (keypad *Driver) GetKey() string {
row, column := keypad.GetIndices() // 呼叫 GetIndices 獲取按鍵索引
if row == -1 && column == -1 {
return "" // 如果沒有按鍵被按下，返回空字串
}
// 根據索引從 mapping 中獲取對應的按鍵字元
return keypad.mapping[row][column]
}
GetKey函數提供了一個更高級的抽象，讓使用者無需關心底層的掃描邏輯，只需呼叫此函數即可獲取按下的按鍵。
主函數 (main)
現在，玄貓將在main.go中整合這個鍵盤驅動程式，並測試其功能。
// Chapter03/keypad-driver/main.go
package main
import (
"machine"
"time"
"Chapter03/keypad-driver/keypad" // 引入自訂的 keypad 套件
)
func main() {
// 1. 初始化 keypadDevice 實例
var keypadDevice keypad.Driver
// 2. 配置鍵盤引腳
// 根據電路連接圖，將 Arduino 的引腳傳遞給 Configure 函數
// 行引腳: D3, D4, D5, D6 (K_R0-K_R3)
// 列引腳: D7, D8, D9, D10 (K_C0-K_C3)
keypadDevice.Configure(
machine.D3, machine.D4, machine.D5, machine.D6, // 行引腳
machine.D7, machine.D8, machine.D9, machine.D10, // 列引腳
)
// 3. 無限循環，檢查按鍵並列印
for {
key := keypadDevice.GetKey() // 獲取按下的按鍵
if key != "" {
println("按鈕: ", key) // 如果有按鍵按下，列印到序列埠
}
time.Sleep(50 * time.Millisecond) // 短暫延遲，避免過度掃描和佔用CPU
}
}
- 初始化驅動程式：創建
keypad.Driver的一個實例keypadDevice。 - 配置引腳：呼叫
keypadDevice.Configure，傳入Arduino與鍵盤連接的實際GPIO引腳。 - 循環檢測：在無限循環中，不斷呼叫
keypadDevice.GetKey()來獲取按鍵。如果返回的不是空字串，則表示有按鍵被按下，並將其列印到序列埠。time.Sleep用於控制掃描頻率。
燒錄與測試： 將程式燒錄到Arduino Uno：
tinygo flash --target=arduino Chapter03/keypad-driver/main.go
燒錄完成後，打開PuTTY並監控序列埠輸出。當按下鍵盤上的按鈕時，PuTTY終端將顯示對應的按鍵字元。
@startuml
!define DISABLE_LINK
!define PLANTUML_FORMAT svg
!theme _none_
skinparam dpi auto
skinparam shadowing false
skinparam linetype ortho
skinparam roundcorner 5
skinparam defaultFontName "Microsoft JhengHei UI"
skinparam defaultFontSize 16
skinparam minClassWidth 100
package "keypad-driver" {
component "main.go" as Main
package "keypad" {
component "driver.go" as Driver
class "Driver Struct" as DriverStruct {
+ inputEnabled: bool
+ lastColumn: int
+ lastRow: int
+ columns: [4]machine.Pin
+ rows: [4]machine.Pin
+ mapping: [4][4]string
}
DriverStruct -- "Configure()"
DriverStruct -- "GetIndices()"
DriverStruct -- "GetKey()"
}
}
Main --> Driver : 引入 keypad 套件
Main --> DriverStruct : 實例化 Driver
Main --> "Configure()" : 初始化引腳與映射
Main --> "GetKey()" : 循環獲取按鍵
"GetIndices()" --> DriverStruct : 讀取/更新狀態
"GetKey()" --> "GetIndices()" : 呼叫獲取索引
actor "使用者 (按下按鍵)" as User
User --> Driver : 物理按鍵輸入
Driver --> "序列埠 (PuTTY)" as SerialPort : 輸出按鍵訊息
@enduml
看圖說話：
此圖示展示了鍵盤驅動程式的軟體架構和執行流程。keypad-driver專案包含main.go主程式和keypad套件中的driver.go。driver.go定義了Driver結構體及其方法，包括Configure（初始化鍵盤引腳和按鍵映射）、GetIndices（掃描鍵盤並返回按鍵的行/列索引，處理去抖動和釋放檢測）和GetKey（利用GetIndices返回的索引獲取實際按鍵字元）。main.go負責實例化Driver，呼叫Configure進行初始化，然後在一個無限循環中不斷呼叫GetKey來檢測按鍵輸入，並將結果輸出到序列埠。使用者透過物理按鍵輸入與驅動程式互動，最終在PuTTY等序列埠監控工具上看到按鍵訊息。
玄貓已經成功編寫了自己的鍵盤驅動程式，這是一個重要的里程碑！這項技能不僅限於鍵盤，未來在面對其他TinyGo尚未支援的硬體時，玄貓也能夠自行開發驅動程式。
尋找TinyGo驅動程式
TinyGo社群持續在擴展其支援的硬體驅動程式。當前，TinyGo支援多種設備，並且這個數量還在不斷增長。玄貓可以在TinyGo官方的驅動程式倉庫中找到現有的驅動程式。
貢獻驅動程式給TinyGo
TinyGo社群非常歡迎貢獻。如果玄貓開發了一個新的設備驅動程式並希望將其貢獻給TinyGo，可以遵循以下步驟：
- 開啟一個議題 (Issue)：在TinyGo驅動程式的GitHub倉庫中開啟一個新的Issue，解釋玄貓想要添加什麼設備的驅動程式，以及計劃如何實現它。
- Fork倉庫：將TinyGo驅動程式的GitHub倉庫Fork到玄貓自己的GitHub帳戶。
- 創建新分支：基於
dev分支創建一個新的分支來開發驅動程式。 - 創建拉取請求 (Pull Request)：完成開發後，創建一個拉取請求，將玄貓的分支合併到TinyGo驅動程式倉庫的
dev分支。
玄貓在與TinyGo社群互動的經驗非常積極，社群成員通常非常樂於助人且有禮貌。這是一個學習和貢獻的好機會。
解構這項從零建構驅動程式的實踐路徑可以發現，其核心價值遠不止於完成一個功能模組，而是從技術「使用者」躍升為「創造者」的關鍵轉折。相較於直接取用現成驅動程式所帶來的即時效率，親手處理底層的按鍵去抖動與釋放檢測，再將其封裝為如 GetKey 般的高階抽象，這種「垂直整合」的開發經驗，能淬鍊出難以替代的系統性思考與問題解決能力。它將孤立的編碼技巧，轉化為面對任何未知硬體挑戰時，都能從容應對的實戰策略。
隨著物聯網裝置日益多元且碎片化，這種回歸第一原理、自主解決整合缺口的能力，將成為區分資深專家與一般工程師的關鍵指標。我們預見，未來高價值的技術領導者，將是那些能夠在現有生態系資源不足時，主動為團隊「鋪路」的開創者。
玄貓認為，這條從理論驗證到實踐創新的修養路徑，是技術人員建立深度自信與核心競爭力的必經之途，其長期投資回報遠勝於對短期開發效率的片面追求。