Підключення кнопок, перемикачів

Для організації роботи мікроконтролера з кнопкою необхідно вибраний вивід мікроконтролера підключити через кнопку на землю. Сам же вивід сконфігурувати як вхід з підтягуючим резистогром. Якщо кнопка не натиснута, через підтягуючий резистор на вхід подасться високий рівень напруги, що при читанні порта буде визначено як логічну «1». Якщо ж кнопку натиснути, то вхід буде притягнений до землі (від’ємного потенціалу), - напруга на вході впаде до нуля, а значить при читанні порта відповідний тригері порта міститиме логічний «0».

Рисунок 10 – Підключення кнопки

Оцінити, чи відбулося натискання кнопки в даному випадку можна, виявивши у тригері порта логічний «0».

Механічні кнопки й перемикачі становлять логічний каркас інтерфейса користувача («що, коли і як натискати»). Вибираються вони в першу чергу з ергономічних міркувань, а також згідно з дизайном зовнішнього вигляду. З електричних параметрів найбільш критичними для сполучення із мікроконтролером є робоча напруга й робоча струм.

Враховуючи низьковольтне живлення схем із мікроконтролером, можна зробити висновок, що стандартні кнопки й перемикачі мають значний запас по напрузі комутації. Інша справа робоча струм. Його мінімальне значення вказується далеко не у всіх довідниках,, адже при струмі нижче певного мінімума можна одержати досить нестійку комутацію із тривалим коливальним процесом.

Ще одна проблема є у присутності перехідного процесу в усіх кнопках механічного типу. Це називають явищем «деренчання»

Цей неприємний ефект властивий у різному ступені всім механічним контактам. При натисканні на кнопку відбувається багаторазове замикання/розмикання контактів, викликане тим, що контакти пружинять, обгоряють тощо. Графічно цей ефект представлений на рисунку. Тривалість періоду деренчання контактів залежить від багатьох факторів і становить від 10 до 100 мс.

Рисунок 11 - Ефект деренчання контактів

Цей ефект можна ліквідувати програмно. Спосіб залежить від алгоритму роботи прошивання. Якщо по натисканні кнопки генерується переривання, що виконує роль сигнала для початку опитування клавіатури, то варто просто вставити затримку між моментом початку обробки переривання й опитуванням клавіатури. Ця затримка дозволить встановитись контактам до момента сканування. Значення затримки вибирається більшим ніж період деренчання контактів. Якщо ж опитування клавіатури виконується циклічно (у циклі або по таймері), період опитування варто вибрати більшим чим період деренчання контактів. Це дозволить уникнути помилкових спрацьовувань.

На рисунку показані можливі схеми підключення до мікроконтролера одиночних кнопок і перемикачів:

Рисунок 12 – Підключення одиночних кнопок та перемикачів

Пояснення до рисунків:

а) струм через замкнену кнопку SB1 протікає наступниму шляхом: джерело живлення + 5В, внутрішній «pull-up» резистор МК, зовнішній резистор R1. Конденсатор С1 зменшує радіовипромінювання, а також знижує «деренчання» контактів. Резистор R1 служить захистом лінії МК на випадок програмних збоїв і помилок;

б) струм через кнопку SB1 визначається по формулі І_х[мА] = V_СС[В] /R1[кОм1 + R2[кОм]). Опори вибираються з пропорцыъ R1: R2=1: 5=1: 10. Для зниження енергоспоживання ставлять R1 = 51 кОм, R2 = 510 кОм, при цьому кнопка повинна стійко працювати на мікрострумах;

в) у перемикачіSA1 для надійності запаралелені дві групи контактів. Діод VD1 служить бар'єром від наведень і шумів при довгих сполучних проводах. Він також захищає МК від великої позитивної напруги. Резистор R2 обмежує струм, що протікає при аварійній подачі на контакти кнопки великої негативної напруги;

г) конденсатор С1 спеціально обраний великої ємності. Він знижує «деренчанняг» контактів й робить пристрій нечутливим до коротких натискань кнопки SB1. Резистор R2 обмежує струм розряду конденсатора через кнопку SB1, а резистор R3 — через внутрішній діод МК;

д) контакти здвоєної кнопки SB1 з'єднуються з різними лініями МК. Таке дублювання підвищує надійність визначення самого факту натискання кнопки;

е) «High Side Switch» — так зване «верхнє» включення кнопки SB1 (до живлення);

ж) ланцюжок R2, З1 апаратно зменшує «деренчання» контактів кнопки SB1;

з) демпферний ланцюжок R1, C1 знижує перешкоди й наведення при великій відстані до кнопки SB1