Bàn phím ma trận 4×4
mười sáu phím chỉ tốn tám sợi dây, nhờ một mẹo rất cũ

Bài 2 đọc một nút bằng một chân. Cách đó không mở rộng được: mười sáu phím thì cần mười sáu chân, và ESP32 không còn đủ chân cho việc gì khác. Bài này giải bài toán ấy bằng một ý tưởng gọn đến mức đáng ngạc nhiên — và nó vẫn đang chạy trong mọi bàn phím máy tính.

Sau bài này học sinh làm được

• Giải thích vì sao mười sáu phím chỉ cần tám dây.
• Chỉ ra hàng và cột của một phím bất kì trên bàn phím trước mặt.
• Đọc hiểu vòng lặp lồng nhau quét bốn hàng × bốn cột.
• Dùng danh sách hai chiều để đổi cặp (hàng, cột) thành kí tự.
• Ghép các phím đã nhấn thành một chuỗi và so sánh với mật khẩu.

Bên trong bàn phím không có chip nào

Chỉ là mười sáu công tắc đặt ở mười sáu giao điểm của bốn đường ngang và bốn đường dọc. Nhấn một phím tức là nối hàng i với cột j. Toàn bộ phần thông minh nằm ở chương trình.

Vì sao không đọc được cả mười sáu phím cùng lúc

Để cả bốn hàng ở mức 0 rồi đọc cột: cột 2 báo 0 thì biết có phím ở cột 2 đang nhấn — nhưng không biết hàng nào, vì bốn phím của cột 2 cho kết quả giống hệt nhau.

Gỡ nút thắt: mỗi lúc chỉ hạ một hàng xuống 0, ba hàng kia giữ mức 1. Giờ cột 2 báo 0 thì chỉ có thể do phím ở giao điểm của hàng đang hạ với cột 2 — vừa biết hàng, vừa biết cột.

Điện trở kéo lên, một lần nữa

Bốn chân cột khai báo Pin.PULL_UP giống nút nhấn ở Bài 2. Không phím nào nối thì cột được kéo lên 1; có phím nối cột với hàng đang ở 0 thì cột tụt xuống 0. Vẫn quy tắc cũ: nhấn thì đọc ra 0.

Tám dây, không cần nguồn

1. Đặt bàn phím sao cho mặt in số hướng lên, dải chân quay về phía mình.
2. Bốn chân bên trái là hàng R1–R4 → GPIO13, 14, 26, 27.
3. Bốn chân bên phải là cột C1–C4 → GPIO16, 17, 21, 22.
4. Không nối VCC hay GND — bàn phím không cần nguồn.

Toàn bộ mã trong bài chạy trên MicroPython 1.28 cho ESP32. Thứ tự tám chân trên dải cắm của bàn phím có thể khác giữa các lô hàng — luôn kiểm bằng Bước 0 trước khi kết luận mạch sai.

Bước 0 — chỉ quét một hàng

# ------------------------------------------------------------
#  Bai 7 - Buoc 0: chi quet MOT hang de hieu nguyen li
# ------------------------------------------------------------
from machine import Pin
import time

hang1 = Pin(13, Pin.OUT, value=1)             # R1
cot = [Pin(p, Pin.IN, Pin.PULL_UP) for p in (16, 17, 21, 22)]

hang1.off()          # keo rieng hang 1 xuong 0, ba hang kia bo mac

while True:
    for i, c in enumerate(cot):
        if c.value() == 0:
            print("Nhan phim hang 1, cot", i + 1)
    time.sleep_ms(200)

Chương trình này chỉ nhận được bốn phím 1, 2, 3, A. Đó chính là điều cần cho học sinh thấy: khi chỉ hạ một hàng, chỉ hàng ấy đọc được. Bước tiếp theo — hạ lần lượt bốn hàng — trở thành một kết luận tự nhiên chứ không phải một quy tắc được đưa xuống.

Chương trình chính — quét đủ bốn hàng

# ------------------------------------------------------------
#  Bai 7 - Quet du bon hang, doi giao diem thanh ki tu
# ------------------------------------------------------------
from machine import Pin
import time

# ===== CẤU HÌNH =====
CHAN_HANG = (13, 14, 26, 27)      # R1 R2 R3 R4
CHAN_COT = (16, 17, 21, 22)       # C1 C2 C3 C4
NGHI = 200                        # ms - nghi giua hai lan quet
# ====================

hang = [Pin(p, Pin.OUT, value=1) for p in CHAN_HANG]
cot = [Pin(p, Pin.IN, Pin.PULL_UP) for p in CHAN_COT]

BAN_PHIM = (
    ("1", "2", "3", "A"),
    ("4", "5", "6", "B"),
    ("7", "8", "9", "C"),
    ("*", "0", "#", "D"),
)

def doc_phim():
    for i, h in enumerate(hang):
        h.off()                   # chi hang nay xuong 0
        time.sleep_us(20)         # cho muc dien on dinh
        for j, c in enumerate(cot):
            if c.value() == 0:
                h.on()
                return BAN_PHIM[i][j]
        h.on()                    # tra hang ve 1 truoc khi sang hang sau
    return ""

while True:
    phim = doc_phim()
    if phim != "":
        print("Phim:", phim)
    time.sleep_ms(NGHI)

Hai chi tiết đáng dừng lại. Thứ nhất, time.sleep_us(20) sau khi hạ hàng: đường dây có điện dung nhỏ nên mức điện cần một khoảnh khắc để ổn định, đọc sớm quá thì kết quả bấp bênh. Thứ hai, h.on() xuất hiện hai lần — một lần trước khi trả về phím, một lần khi quét hết cột mà không thấy gì. Bỏ sót lần nào thì hàng ấy kẹt ở mức 0 và các hàng sau đọc sai.

Biến thể — khoá số bốn chữ

# Bien the: go dung mat khau thi in "Mo khoa"
MAT_KHAU = "1234"
da_go = ""

while True:
    phim = doc_phim()
    if phim != "":
        if phim == "#":
            if da_go == MAT_KHAU:
                print("Mo khoa")
            else:
                print("Sai mat khau")
            da_go = ""
        elif phim == "*":
            da_go = ""
            print("Da xoa")
        else:
            da_go = da_go + phim
            print("Da go", len(da_go), "ki tu")
    time.sleep_ms(200)

Dùng chung hàm doc_phim() ở trên. Phím # đóng vai "Enter", phím * đóng vai "xoá". Chuỗi da_go lớn dần theo từng phím — đây là lần đầu học sinh dùng biến để tích luỹ chuỗi kí tự chứ không phải số.

Thử thay đổi bài này với AI

Em mô tả bằng tiếng Việt, hệ thống dựng thuật toán và chương trình, rồi nạp thẳng xuống ESP32 qua Wi-Fi.

Lập bản đồ mười sáu phím

Nạp chương trình chính rồi nhấn lần lượt từng phím theo đúng thứ tự in trên bàn phím, ghi lại kí tự máy in ra. Bảng phải trùng khít với mặt in. Nếu lệch, nghĩa là thứ tự dây chưa đúng chứ không phải chương trình sai.

Đo ảnh hưởng của thời gian nghỉ

Giữ một phím đúng ba giây rồi đếm số dòng in ra. Làm với NGHI bằng 100, 200 và 500 mi-li-giây. Số dòng tỉ lệ nghịch với thời gian nghỉ — đây là một bảng số liệu nhỏ nhưng cho thấy rõ mối liên hệ giữa nhịp lặp và số lần lặp.

Danh sách kiểm trước khi coi là xong

• Cả mười sáu phím in ra đúng kí tự in trên mặt bàn phím.
• Không nhấn phím nào thì không có dòng nào được in.
• Bảng đo thời gian nghỉ đã điền đủ ba dòng.
• Học sinh chỉ đúng hàng và cột của phím 5 mà không cần nhìn mã.
• Biến thể khoá số nhận đúng mật khẩu và từ chối mật khẩu sai.

Tin học — danh sách lồng nhau có ý nghĩa vật lí

Học sinh thường gặp mảng hai chiều như một khái niệm trừu tượng. Ở đây, BAN_PHIM[i][j] có nghĩa rất cụ thể: hàng thứ i, cột thứ j, và ngón tay đang đặt đúng chỗ đó. Chỉ số không còn là con số suông.

Toán — vì sao 4 + 4 lại quản được 4 × 4

Tám dây quản mười sáu phím. Mở rộng: m + n dây quản được m × n phím. Hãy để học sinh tính thử với bàn phím máy tính khoảng 100 phím — cần bao nhiêu dây nếu xếp thành lưới 10 × 10? Con số 20 so với 100 làm cho ý tưởng ma trận trở nên thuyết phục ngay lập tức.