M5Cardputer キーボードマトリックススキャンプロジェクト

M5CardputerおよびM5stack Cardputer ADVのキーボードマトリックスをスキャンして、キーの押下を検出するArduinoプロジェクトです。

概要

このプロジェクトは、M5Cardputerシリーズのキーボードの物理的な構造を理解し、キーマトリックスのスキャン方法を学習することを目的としています。従来モデル（V1.1）とM5stack Cardputer ADVの両方に対応しており、それぞれ異なるハードウェア構成に適したキーボード制御を実装しています。

対応ハードウェア

M5Cardputer（V1.1）

• 74HC138デコーダーを使用した8行×7列のキーマトリックス
• 直接GPIO接続による制御

M5stack Cardputer ADV ⭐ NEW

• TCA8418RTWRキーボードコントローラーを使用
• I2C通信による制御
• より安定したキーボード動作とFIFOバッファ機能

ハードウェア構成

従来モデル（V1.1）

• 行制御: 74HC138デコーダーによる8行の制御
  • A0 (GPIO 8)
  • A1 (GPIO 9)
  • A2 (GPIO 11)
• 列検出: 7つの列の直接GPIO接続
  • GPIO 3, 4, 5, 6, 7, 13, 15

ADVモデル

• キーボードコントローラー: TCA8418RTWR
• 通信方式: I2C
  • SDA (GPIO 8)
  • SCL (GPIO 9)
  • INT (GPIO 11)
• I2Cアドレス: 0x34
• キーマトリックス: 8行×10列（最大80キー対応）

使用デバイス

• M5Stack STAMP S3

機能

共通機能

• キー押下の検出とシリアル出力
• リアルタイムキー状態監視
• 自動デバイス検出

従来モデル（V1.1）固有

• 8×7キーマトリックスの全スキャン
• チャタリング防止機能

ADVモデル固有

• I2C通信によるキーボード制御
• FIFOバッファによる確実なキーイベント処理
• ハードウェアレベルでのデバウンス機能

技術的詳細

従来モデル（V1.1）のキーマトリックススキャン

1. 74HC138デコーダーを使用して8行を順次選択
2. 選択された行をLOWレベルにアクティブ化
3. 7つの列をプルアップ抵抗でHIGHに保持
4. キーが押されると、アクティブな行と列が接続されて列がLOWになる
5. この変化を検出してキー押下を判定

74HC138には3ビットのGPIOが接続されています。これにより、8パターンの選択が可能です。0x00～0x07と考えるとよいでしょう。これが8行に相当します。

ADVモデルのTCA8418制御

1. I2C通信でTCA8418RTWRを初期化
2. キーパッドマトリックス用のGPIOピンを設定
3. キーイベント割り込みを有効化
4. FIFOバッファからキーイベントを読み取り
5. キーIDと押下/リリース状態を解析

TCA8418RTWRは専用のキーボードコントローラーで、以下の利点があります：

• ハードウェアレベルでのデバウンス処理
• FIFOバッファによるキーイベントの確実な保存
• 最大80キーまでの対応
• 低消費電力設計

M5CardPuterの実際のキーマトリックス（従来モデル）

M5CardPuterは、14列4行のキーボードを持っています。これを、7列8行にマッピングしています。物理配置とGPIO接続上の配置が直感的ではないのですが、下の表のように接続されています。

行/列	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
0	R7C5	R3C5	R7C6	R3C6	R7C0	R3C0	R7C1	R3C1	R7C2	R3C2	R7C3	R3C3	R7C4	R3C4
1	R6C5	R2C5	R6C6	R2C6	R6C0	R2C0	R6C1	R2C1	R6C2	R2C2	R6C3	R2C3	R6C4	R2C4
2	R5C5	R1C5	R5C6	R1C6	R5C0	R1C0	R5C1	R1C1	R5C2	R1C2	R5C3	R1C3	R5C4	R1C4
3	R4C5	R0C5	R4C6	R0C6	R4C0	R0C0	R4C1	R0C1	R4C2	R0C2	R4C3	R0C3	R4C4	R0C4

M5Cardputer ADVキーデータ

M5CardPuter ADVは、14列4行のキーボードを持っています。これを、7列8行にマッピングしています。REG_KEY_EVENT_Aから読み取った値は１０進数で、一桁目がCOLで二桁めがROWとなります。15はR1C5となります。

参考資料

• M5Cardputer公式ドキュメント
• M5stack Cardputer ADV公式ドキュメント
• 74HC138データシート
• TCA8418RTWRデータシート

追記

このドキュメントは、初期調査とサンプルコードの生成をGemini2.5 Proで行い、READMEの作成をClaude Sonnet 4に手伝ってもらいました。

連絡先など

間違い・改善提案などありましたら、プルリクエストをくださるかご連絡くださると嬉しいです。

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