Почти ни одно изделие с микроконтроллером не обходится без кнопок. Тема эта уже избитая и во многом известная. Написанием этой статьи я не пытаюсь изобрести велосипед. Просто решил собрать всю инфу по схемотехнике воедино. Думаю, что материал будет полезен начинающим.Чтобы не сбивать вас с толку, на приведенных ниже рисунках не показаны схемы питания, сброса и тактирования микроконтроллеров.
Способ первый - традиционный
рис1а рис1б
Если кнопок немного и дефицита выводов мк не наблюдается, используем традиционный способ подключения.
Когда кнопка отпущена – вывод мк через резистор соединен с “плюсом” питания (рис. 1а). Когда кнопка нажата – вывод мк соединен с землей. Подтягивающий резистор R1 ограничивает силу тока в цепи переключателя. Если бы его не было, то при нажатии кнопки мы бы просто закоротили наш источник питания.
В большинстве современных микроконтроллеров есть встроенные подтягивающие резисторы, поэтому внешние можно не ставить (рис1б). В программе микроконтроллера нужно будет настроить используемый вывод на вход и включить внутренний подтягивающий резистор.
Что произойдет, если вывод микроконтроллера окажется в режиме выхода? Это будет зависеть от состояния этого вывода. Если на выводе “логический ноль” – ничего страшного не случиться, потому что - в первом случае (рис1а) величина втекающего тока ограничена резистором R1, а во втором случае (рис1б) никакой ток вообще не потечет. При нажатии кнопки тоже ничего не случиться, поскольку разность потенциалов между выводом и “землей” в этом случае будет равна нулю.
Если же на выводе будет ”логическая единица” и кнопка окажется нажатой, то через вывод микроконтроллера на землю потечет ток величиной в несколько десятков миллиампер и вывод порта может “погореть”. Предельно допустимый ток для вывода микроконтролера AVR согласно документации равен 40 мА. Поэтому иногда нелишним бывает поставить между выводом мк и кнопкой резистор номиналом в несколько сотен ом, например 330 (рис 1с). Так, например, подключены кнопки на отладочной плате STK500. Это сделано для подстраховки, чтобы пользователь нечаянно не спалил микроконтроллер в ходе своих эксперементов.
Для своих макетов впрочем можно обойтись и без этого резистора.
Второй способ - с использованием диодов
Используется когда кнопок больше двух, а выводы мк хочется сэкономить. Каждой кнопке в данном случае соответствует свой цифровой код, а количество кнопок, которые можно таким способом повесить на N выводов мк = 2 N - 1. То есть на три вывода можно повесить 7 кнопок, на четыре – 15 и так далее... но я бы больше 7-ми вешать не стал. Увеличивается количество дополнительных внешних компонентов, усложняется схема и программа мк. Кроме того, для большого количества кнопок есть и другие схемы включения. Подтягивающие резисторы на схеме не показаны, подразумевается, что используются внутренние.
Кстати, через диоды еще можно завести сигналы от кнопок на вывод внешнего прерывания контроллера (рис. 3). При нажатии любой кнопки вывод внешнего прерывания через диод будет замыкаться на землю и вызывать прерывание (естественно при условии, что оно настроено и разрешено). Таким образом контроллеру не нужно будет постоянно опрашивать кнопки, эта процедура будет запускаться только по событию внешнего прерывания.
Данная схема актуальна не для всех микроконтроллеров AVR, потому что в некоторых моделях микроконтроллеров внешнее прерывание может возникать по любому изменению на любом выводе. (например в ATmega164P)
Третий способ – для матричной клавиатуры
Такой вариант подключения обычно используется для блоков из нескольких кнопок, которые объединены конструктивно и соединены электрически по матричной схеме. Но никто не запрещает использовать эту схему и для включения обычных кнопок, однако реальную экономию она дает при количестве кнопок? 9.
Выводы PС0, PС1, PС2, PC3 – это строки матрицы, выводы PB0, PB1, PB2 – это столбцы матрицы. Кнопки можно опрашивать либо по строкам, либо по столбцам. Допустим, мы опрашиваем их по столбцам. Процедура опроса будет выглядеть следующим образом. Начальное состояние всех выводов – вход с включенным подтягивающим резистором. Устанавливаем вывод PB0 в режим выхода и выставляем ноль. Теперь нажатие кнопок S1, S2, S3, S4 будет замыкать выводы PС0, PС1, PС2, PC3 на 0 питания. Опрашиваем эти выводы и определям нажата ли какая-нибудь кнопка в данный момент. Устанавливаем вывод PB0 в режим выхода и включаем подтягивающий резистор. Устанавливаем вывод PB1 в режим выхода и выставляем ноль. Снова опрашиваем выводы PС0, PС1, PС2, PC3. Теперь нажатие кнопок S5, S6, S7, S8 будет замыкать выводы PС0, PС1, PС2, PC3. Последний столбец кнопок опрашиваем аналогично.
Строки матрицы можно завести через диоды на вывод внещнего прерывания. Тогда логику программы можно было бы построить так. Если клавиатура не используется в течении нескольких минут, микроконтроллер переходит в режим пониженного энергопотребления. При этом выводы PB0, PB1, PB2 – конфигурируются как выходы с нулевым логическим уровнем. Когда одна из кнопок нажимается, вывод прерывания через диод замыкается на ноль. Это вызывает внешнее прерывание, микроконтроллер просыпается и запускает таймер по сигналам которого происходит сканирование клавиатуры. Параллельно запускается счетчик времени, который сбрасывается при нажатии любой из кнопок. Как только он переполняется, микроконтроллер опять переходит в режим пониженного энергопотребления.
Описан простой эксперимент с подключением кнопки к AVR микроконтроллеру, разобрана не сложная программа на языке Си для обработки нажатий кнопки. Разберемся с особенностями подключения кнопки к портам МК, а также с методами считывания состояний кнопки на языке Си.
В предыдущих статьях были рассмотрены эксперименты со светодиодами, которые подключались к портам микроконтроллера, сконфигурированных на вывод (Output).
В этой статье мы подключим к микроконтроллеру кнопку, контакты которой при нажатии замыкаются, а при отжатии - размыкаются (замыкающая кнопка).
Принципиальная схема эксперимента
Для того чтобы можно было хоть как-то наблюдать и управлять чем-то с помощью кнопки мы подключим к микроконтроллеру еще два светодиода. Схемка очень простая, вот она:
Рис. 1. Принципиальная схема эксперимента с микроконтроллером ATtiny2313 и кнопкой.
Как видим, к двум портам PB0 и PB1 через ограничивающие резисторы подключены два светодиода, а к порту PD2 - кнопка и она также с ограничивающим резистором. Для подключения программатора к МК используется разъем Conn 1 (AVR-ISP), а для подключения схемы к отдельному источнику питания +5В предназначены два контакта - P1 и P2.
Рис. 2. Собранная на беспаечной макетной панели схема эксперимента с микроконтроллером и кнопкой.
Важно заметить что для безопасного использования порта с кнопкой, последовательно ей подключен резистор с сопротивлением на 1 КОм (можно подключить и на другое сопротивление 600 Ом - 2 КОм). Примите это как правило хорошего тона в работе с пинами, которое обережет порт МК от выхода из строя в случае ошибочной подачи на пин высокого уровня и при замкнутой кнопке.
Структура портов ввода-вывода в AVR микроконтроллерах
Пины микроконтроллера являются универсальными GPIO (General Purpose Input Output), к ним можно подключать как исполнительные устройства (индикаторы, силовые ключи), так и разнообразные цифровые датчики (кнопки, переключатели).
Несколько пинов в МК могут быть подключены к АЦП/ЦАП (Аналогово-Цифровой-Преобразователь и наоборот), с их помощью можно выполнять анализ и генерацию аналоговых сигналов. Обычные GPIO не умеют работать с аналоговыми сигналами, у них на входе/выходе может быть только 0 (0В) или 1 (+5В).
К каждому пину GPIO внутри микроконтроллера подключены несколько блоков и электронных компонентов, о которых полезно знать:
- Между пином порта и каждой из шин питания (GND и VCC) подключено по диоду . Они используются для "гашения" кратковременных помех, скачков напряжения относительно пина и каждой из шин питания;
- Также между пином и GND включен конденсатор . Точно не знаю зачем он нужен, возможно для защиты от помех, для предотвращения дребезга контактов при использовании кнопок и переключателей подключенных к пину, или еще для чего-то;
- К каждому пину подключен электронный ключ с резистором - это подтяжка пина к напряжению источника питания (Pull-UP) . Данный электронный ключ включается программно и служит для установки по умолчанию высокого логического уровня 1 (+5В) при работе с пином в режиме ввода (Input);
- Между пином и каждой из шин питания (GND и VCC) включены еще два электронных ключа (без резисторов), они нужны для установки на пине высокого (+5В) или низкого (0В) логического уровня при работе пина в режиме вывода (Output).
Для программного управления и конфигурирования каждого из портов применяются три специальных регистра, к примеру для порта "B":
- DDRB - регистр (8 бит) для установки режимов работы пинов - на ввод или вывод. Осуществляется установкой соответствующих бит в регистре;
- PORTB - регистр для управление состоянием пинов порта в режиме вывода - высокий или низкий уровень. Также используется в режиме ввода, применяется для включения подтягивающих резисторов (Pull-UP) и установки высокого уровня на входе по умолчанию;
- PINB - регистр, который содержит логические состояния пинов в порте, используется для чтения значений портов, которые сконфигурированы в режиме ввода.
Более детально узнать об устройстве портов для конкретной модели микроконтроллера можно из его даташита, в разделе "I/O-Ports", также там могут быть приведены примеры кода на Си и Ассемблере для работы с портами.
Пин RESET в качестве порта ввода-вывода
Полезно знать что пин "RESET" микросхемы (у нас на схеме это пин под номером 1), который предназначен для сброса выполнения программы микроконтроллера (перезагрузки), также можно использовать для подключения кнопок, светодиодов и других устройств ввода-вывода, то есть он может быть превращен в обычный GPIO.
Это может быть полезно если у микросхемы не хватает пинов для вашей конструкции. Например при сборке какого-то устройства на чипе ATtiny13 (8 выводов, 2шт - питание, 5шт - порты ввода-вывода, 1шт -для RESET) у вас оказалось что не хватает одного пина для светодиода. Здесь может быть несколько вариантов решения проблемы:
- Перепрограммирование пина с RESET под порт ввода-вывода;
- Подключение светодиода к одному из соседних уже использованных пинов, применив некоторые хистросты в схемном решении и с учетом возможности его общего использования;
- Использование другого МК у которого больше пинов, например ATtiny2313.
Что из этих вариантов проще и дешевле по финансам/времени - судите по своему случаю.
Для превращения пина "RESET" в порт ввода-вывода придется изменить специальный фьюз - RSTDISBL (Reset Disable). Но прежде чем это сделать нужно помнить что после данной операции перепрограммировать микроконтроллер станет возможным только с применением высоковольтного программатора (на 12В), обычный USB ISP или другой программатор с питанием от 5В сделать свою работу уже не сможет.
Программа на Си
Итак, у нас есть одна кнопка и два светодиода которые подключены к микроконтроллеру, что же с ними можно сделать? - а сделаем мы вот что (алгоритм):
- После включения питания светодиоды будут мигать попеременно и с задержкой в 300 миллисекунд;
- При нажатии и удержании кнопки будет светиться только синий светодиод;
- После отжатия кнопки синий светодиод мигнет 3 раза с задержкой 500 миллисекунд, после чего светодиоды снова будут мигать поочередно и с задержкой 300 миллисекунд.
Пример реализации такого алгоритма на языке Си под AVR приведен ниже. Создадим новый файл для нашей программы и откроем его для редактирования:
Nano /tmp/avr-switch-test.c
Поместим следующий код в тело файла:
/* Эксперимент с кнопкой на ATtiny2313
* https://сайт
*/
#define F_CPU 1000000UL // Частота ядра = 1 МГц
#include
Первым делом мы задаем константу F_CPU , которая укажет компилятору рабочую частоту ядра микроконтроллера, это нужно чтобы некоторые подпрограммы и функции работали корректно. В нашем примере используется функция задержки по времени - "_delay_ms" из библиотеки "util/delay.h", которая просчитывает время затраченное на холостые такты, опираясь на значение в константе F_CPU.
Посмотреть код библиотеки "delay" для организации задержки по времени и в котором используется константа F_CPU, можно в GNU Linux при помощи любого текстового редактора, к примеру можно выполнить вот такую команду:
Nano /usr/lib/avr/include/util/delay.h
Заводская установленная частота внутреннего RC генератора в микроконтроллере ATtiny2313 равняется 8000000Гц (8МГц), также по умолчанию установлен фьюз деления частоты - CKDIV8 (Clock Divide by 8), поэтому реальная рабочая частота кристалла = 8000000Гц / 8 = 1000000Гц = 1МГц.
Посмотреть какие фьюзы установлены в микроконтроллере можно при помощи avrdude или же графической оболочке к нему под названием AVR8 Burn-O-Mat .
Дальше в программе определены макросы для управления состоянием портов к которым подключены светодиоды: LED_BLUE_ON, LED_BLUE_OFF, LED_RED_ON, LED_RED_OFF. Вызвав подобный макрос в любом месте программы мы очень просто можем зажечь или погасить каждый из светодиодов, не придется повторять его код, что в свою очередь упростит программу и сделает ее более наглядной.
В основной программе "void main(void)" мы начинаем работу с конфигурации портов:
- DDRD |= (0 << PD2) - установка разряда PD2 регистра DDRD на ввод, к нему подключена кнопка (пин 6);
- PORTD |= (1 << PD2) - включение подтягивающего резистора для пина к которому привязан разряд PD2 регистра PORTD (пин 6);
- DDRB |= (1 << PB0) - установка разряда PB0 в регистре DDRB на вывод, к нему подключен СИНИЙ светодиод (пин 12);
- DDRB |= (1 << PB1) - установка разряда PB1 в регистре DDRB на вывод, к нему подключен КРАСНЫЙ светодиод (пин 13).
Дальше, используя макросы, мы гасим красный светодиод и зажигаем синий. Теперь при помощи еще одного вечного цикла но у же с условием мы выполним ожидание до того момента, пока кнопка не будет отжата: "while(!(PIND & (1 << PD2)));".
При отжатой кнопке на пине 6 появится высокий уровень (это сделает внутренний подтягивающий резистор, который мы включили раньше), а в разряде PD2 регистра PIND будет установлена логическая 1.
После этого выполняется трехразовое мигание (включение-выключение) синего светодиода с задержкой в 0,5 секунды и основной вечный цикл начинает работу по новому - будут поочередно зажигаться два светодиода.
Очень простая программа, но тем не менее, она является хорошим примером и почвой для дальнейших экспериментов.
Настройка Geany под ATtiny2313
В предыдущих публикациях я проводил эксперименты с микроконтроллером ATMega8, здесь же используется менее "нафаршированный" МК - ATTiny2313.
Для компиляции программы и прошивки ее в МК следует немножко перенастроить команды для сборки в интегрированной среде программирования Geany.
Идем в меню Build - Set Build Commands. В команде для компиляции (C commands) нужно изменить модель применяемого чипа: "-mmcu=attiny2313". В команде для прошивки МК нужно изменить тип чипа для avrdude: "-p t2313".
Рис. 3. Перенастройка Geany для работы с микроконтроллером ATTiny2313.
Все команды приведены для ОС GNU Linux, если у вас Windows то возможно придется прописать полные пути к бинарным файлам "avr-gcc.exe", "avr-objcopy.exe", "avrdude.exe".
Более подробно о том как настроить Geany в GNU Linux я рассматривал в одной из предыдущих статей цикла.
Компиляция и прошивка программы в МК
Компиляцию, сборку и прошивку программы можно выполнить нажав в среде Geany поочередно три кнопки: "Compile", "Build" и "Run". Также все эти операции можно выполнить из консоли, вот команды для данных действий (выполнять последовательно):
Avr-gcc -mmcu=attiny2313 -Os /tmp/avr-switch-test.c -o /tmp/avr-switch-test.o avr-objcopy -j .text -j .data -O ihex /tmp/avr-switch-test.o /tmp/avr-switch-test.hex avrdude -c usbasp -p t2313 -P usb -U flash:w:/tmp/avr-switch-test.hex
Все команды почти полностью (за исключением подстановок имен файлов) идентичны тем, которые мы исправляли в настройках Geany.
Заключение
Несмотря на простоту эксперимента я также постарался осветить некоторые очень важные технические моменты работы с портами, приведенные знания и опыт будут полезны в дальнейшем изучении и работе с микроконтроллерами ATMEL.
Задача: Разработаем программу управления одним светодиодом. При нажатии на кнопку светодиод горит, при отпускании гаснет.
Для начала разработаем принципиальную схему устройства. Для подключения к микроконтроллеру любых внешних устройств используются порты ввода-вывода. Каждый из портов способен работать как на вход так и на выход. Подключим светодиод к одному из портов, а кнопку к другому. Для этого опыта мы будем использовать контроллер Atmega8 . Эта микросхема содержит 3 порта ввода-вывода, имеет 2 восьмиразрядных и 1 шестнадцатиразрядный таймер/счетчик. Также на борту имеется 3-х канальный ШИМ, 6-ти канальный 10-ти битный аналого-цифровой преобразователь и многое другое. По моему мнению микроконтроллер прекрасно подходит для изучения основ программирования.
Для подключения светодиода мы будем использовать линию PB0, а для считывания информации с кнопки воспользуемся линией PD0. Схема приведена на рис.1.
Рис. 1
Через резистор R2 на вход PD0 подается плюс напряжения питания, что соответствует сигналу логической единице. При замыкании кнопки напряжение падает до нуля, что соответствует логическому нулю. В дальнейшем R2 можно исключить из схемы, заменяя его на внутренний нагрузочный резистор, введя необходимые настройки в программе. Светодиод подключен к выходу порта PB0 через токоограничивающий резистор R3. Для того чтобы зажечь светодиод надо подать в линию PB0 сигнал логической единицы. Задающий тактовый генератор будем использовать внутренний на 4MHz, так как в устройстве нет высоких требований к стабильности частоты.
Теперь пишем программу. Для написания программ я использую программную среду AVR Studio и WinAvr. Открываем AVR Studio, всплывает окошко приветствия, нажимаем кнопку "Создать новый проект" (New project), далее выбираем тип проекта - AVR GCC, пишем имя проекта например "cod1", ставим обе галочки "Создать папку проекта" и "Создать файл инициализации", нажимаем кнопку "Далее", в левом окошке выбираем "AVR Simulator", а в правом тип микроконтроллера "Atmega8", нажимаем кнопку "Финиш", открывается редактор и дерево категорий проекта - начальные установки закончены.
Для начала добавим стандартный текст описаний для Atmega8 с помощью оператора присоединения внешних файлов: #include
синтаксис директивы #include
#include <имя_файла.h>
#include “имя_файла.h”
Угловые скобки < и > указывают компилятору, что подключаемые файлы нужно сначала искать в стандартной папке WinAvr с именем include. Двойные кавычки “ и “ указывают компилятору начинать поиск с директории, в которой хранится проект.
Для каждого типа микроконтроллера есть свой заголовочный файл. Для ATMega8 этот файл называется iom8.h, для ATtiny2313 - iotn2313.h. В начале каждой программы мы должны подключать заголовочный файл того микроконтроллера, который мы используем. Но есть и общий заголовочный файл io.h. Препроцессор обрабатывает этот файл и в зависимости от настроек проекта включает в нашу программу нужный заголовочный файл.
Для нас первая строчка программы будет выглядеть вот так:
#include
Любая программа на языке Си должна обязательно содержать одну главную функцию. Она имеет имя main. Выполнение программы всегда начинается с выполнения функции main. У функции есть заголовок - int main(void) и тело - оно ограниченно фигурными скобками {}.
int
main(void)
{
тело функции
}
В тело функции мы и будем добавлять наш код. Перед именем функции указывается тип возвращаемого значения. Если функция не возвращает значение - используется ключевое void .
int - это целое 2-х байтное число, диапазон значений от - 32768 до 32767
После имени функции в скобках () указываются параметры, которые передаются функции при ее вызове. Если функция без параметров - используется ключевое слово void . Функция main содержит в себе набор команд, настройки системы и главный цикл программы.
Далее настраиваем порт D на вход. Режим работы порта определяется содержимым регистра DDRD (регистр направления передачи информации). Записываем в этот регистр число "0x00" (0b0000000 - в двоичном виде), кроме кнопки к этому порту ничего не подключено, поэтому настраиваем весь порт D на вход. Настроить порт поразрядно можно записав в каждый бит регистра числа 0 или 1 (0-вход, 1-выход), например DDRD = 0x81 (0b10000001) - первая и последняя линия порта D работают на выход, остальные на вход. Необходимо также подключить внутренний нагрузочный резистор. Включением и отключением внутренних резисторов управляет регистр PORTx, если порт находится в режиме ввода. Запишем туда единицы.
Настраиваем порт B на выход. Режим работы порта определяется содержимым регистра DDRB . Ничего кроме светодиода к порту B не подключено, поэтому можно весь порт настроить на выход. Это делается записью в регистр DDRB числа "0xFF". Для того чтобы при первом включении светодиод не загорелся запишем в порт B логические нули. Это делается записью PORTB = 0x00;
Для присвоения значений используется символ "=" и называется оператором присваивания, нельзя путать со знаком "равно"
Настройка портов будет выглядеть так:
DDRD = 0x00;
PORTD = 0xFF;
DDRB = 0xFF;
PORTB = 0x00;
Пишем основной цикл программы. while ("пока" с англ.) - эта команда организует цикл, многократно повторяя тело цикла до тех пор пока выполняется условие, т. е пока выражение в скобках является истинным. В языке Си принято считать, что выражение истинно, если оно не равно нулю, и ложно, если равно.
Команда выглядит следующим образом:
while
(условие)
{
тело цикла
}
В нашем случае основной цикл будет состоять лишь из одной команды. Эта команда присваивает регистру PORTB инвертируемое значение регистра PORTD .
PORTB = ~PIND; //взять значение из порта D, проинвертировать его и присвоить PORTB (записать в PORTB)
// выражения на языке Си читаются справа налево
PIND регистр ввода информации. Для того, чтобы прочитать информацию с внешнего вывода контроллера, нужно сначала перевести нужный разряд порта в режим ввода. То есть записать в соответствующий бит регистра DDRx ноль. Только после этого на данный вывод можно подавать цифровой сигнал с внешнего устройства. Далее микроконтроллер прочитает байт из регистра PINx . Содержимое соответствующего бита соответствует сигналу на внешнем выводе порта. Наша программа готова и выглядит так:
#include
В языке Си широко используются комментарии. Есть два способа написания.
/*Комментарий*/
//Комментарий
При этом компилятор не будет обращать внимание на то что написано в комментарии.
Если используя эту же программу и подключить к микроконтроллеру 8 кнопок и 8 светодиодов, как показано на рисунке 2, то будет понятно что каждый бит порта D соответствует своему биту порта B . Нажимая кнопку SB1 - загорается HL1, нажимая кнопку SB2 - загорается HL2 и т.д.
Рисунок 2
В статье были использованы материалы из книги Белова А.В. "Самоучитель разработчика устройств на AVR"
Обновлено 14.05.15. Здравствуйте дорогие друзья. В этой статье пойдет речь о кнопках и методе борьбы с дребезгом. В прошлой статье я рассказывал о первом своем устройстве — анализаторе, где были применены кнопки, поэтому пора рассмотреть тонкости их работы. Материала в интернете куча, но каждый индивидуальный взгляд на решение вопроса увеличивает скорость понимания данного направления. Поэтому я и решил написать. Ну что ж перейдем к кнопкам. Зачем нужны кнопки? К примеру вы создаете тот же , но для гибкости устройства необходимо менять граничные уровни напряжения, т.к. сеть у каждого очень индивидуальна, к сожалению. Вот тут и приходят на помощь кнопки.
Кнопка -это механическое устройство для передачи сигнала/ввода информации путём замыкания или размыкания двух или более контактов. По сути своей является датчиком внешнего физического воздействия. Не будем внедряться в курс электротехники самое главное нам необходимо знать что они бывают фиксирующие и не фиксирующиеся, а контакты кнопок бывают нормально замкнутые и разомкнутые, все дальше в лес не пойдем.В основном применяют не фиксирующиеся нормально разомкнутые, но это решение строго личное, что и как использовать. Я дальше буду писать про нормально разомкнутые. Подключить кнопку к микроконтроллеру AVR , очень просто на рисунке ниже представлена схема подключения. В данном случае, просто подсоединяем один конец к ножке МК, а второй вывод к земле либо к питанию. Не забываем задействовать внутренний подтягивающий резистор для исключения помех от наводок, даже тем же пальцем. Принцип следующий настраиваем порт как вход т.е. регистр DDRx выставляем в 0, далее подтягиваем внутренние резисторы, т.е. выставляет регистр PORTx в1.
А далее алгоритм опроса, вот здесь он может быть очень индивидуален, ну во первых если нам необходимо просто ввести данные вначале программы и далее кнопки недолжны реагировать, то тут можно поместить опрос в циклическое условие, например ниже представлен кусочек кода моей программы на СИ
для двух кнопок.
while ((e == 0)&&(e1 == 0))
// Начало цикла, берем любые переменные, к примеру равные нулю
// Далее начинается обработка кода, пока не поменяется, хотя бы одно значение переменной на истинно
{
if ((PIND & 0×20) == 0) // здесь мы нажали на кнопку, и в данном случае на пине 5 порта установился 0. Ниже небольшой код по обработке дребезга контактов, о нем написал чуть ниже.
{
_delay_ms (50);
// Устранение дребезга клавиш
if ((PIND & 0×20) == 0)
// Опять проверяем нажатие
e++;
//Увеличиваем на 1
…… ; // Здесь выполняется необходимая нам команда
while ((PIND & 0×20) == 0)
//Все ждем отпускание кнопки
{}
} // Выходим из условия
else {};
//можно и неиспользовать, пустая комманда, даже занимающая сокото там тактов
if ((PIND & 0×40) == 0)
// а здесь мы нажал на кнопку с2, ну и т.д.
{
_delay_ms (50);
if ((PIND & 0×40) == 0)
e1++;
……;
while ((PIND & 0×40) == 0)
{}
}
else {};
……;
}; // выходим из циклического условия если мы нажали хотя бы одну кнопку
Данный код представляет примерный подход опроса двух кнопок. Алгоритм может меняться как пожелает фантазия. Но самое главное что в коде опроса должен присутствовать антидребезговый код. Что это? Дребезг
это явление возникает в переключателях, которое представляет собой в момент переключения случайные многократные неконтролируемые замыкания и размыкания контактов и длятся они от десятков до сотен миллисекунд. На рисунке ниже у нас пример дребезга. Т.к. в протеусе все 
идеально, то пришлось дорисовать реальность – дребезг красным. Что у нас получается, МК посчитает, перед переходом на другую команду в момент переключения кнопки любое состояние из полосы неопределенности 0 или 1 которая возникает при колебаниях за счет дребезга контактов. Т.е. выходит угадал не угадал… Техника требует точности. Борются двумя методами, первый для компенсации дребезга применяют переключатели с обратной связью, с характеристикой в виде прямоугольной петли гистерезиса и т. д., второй программный метод. Этот метод мы и рассмотрим. В коде выше есть комментарий //Устранение дребезга клавиш
. к строке _delay_ms (50); я взял 50 мс, но для пущей уверенности можно и сто а вообще надо подстраиваться под свою разработку. В коде после задержки, когда колебания затухли, опять сравнивается состояние. Вот таким нехитрым методом происходит опрос кнопок.
Давайте рассмотрим случай когда кнопка должна использоваться на протяжении всего времени работы устройства. Здесь нам на помощь приходят прерывания, например их можно использовать внешнее прерывание. К примеру подключаем кнопку к выводу INT0, другой вывод к земле, здесь зависит от определения условий генераций внешних прерывания и от типа МК. Читайте даташит. Порт также настраиваем на вход, подтягиваем резистор. В нормальном состоянии, когда кнопка разомкнута на выводе присутствует 1. В момент замыкания на вывод приходит 0, где по спадающему фронту (настройка) запускается обработчик прерываний. Для запуска внешнего прерывания необходимо флаг I регистра SREG установить в 1. При возникновения прерывания этот флаг аппаратно сбрасывается. Если мы хотим вызывать вложенные прерывания то необходимо программно установить этот флаг. При выходе из обработчика необходимо выполнить комманду reti; , которая установит этот флаг в 1. Например в был описан способ считывания кнопок в прерывании, только уже используя АЦП.
Ниже приведен код для работы с внешним прерыванием.
GICR =0×40;
//Управляющий регистр для разрешения/запрещения прерываний. Разрешаем внешние прерывание INT0.
MCUCR = 0×02;
//Конфигурационный регистр для выбора условий генераций внешнего прерывания. По спадающему фронту.
sei ();
//установка флага I регистра SREG в 1. Разрешение общего прерывания. Должен быть обязательно установлен.
SIGNAL (SIG_INTERRUPT0
)
//Обработчик прерывания по вектору внешнего прерывания. Данные векторы хорошо описаны в Шпаке для среды WinAVR.
{
//Здесь пишем необходимый нам код при нажатии на кнопку
}
//Далее обработчик прерывания заканчивает свою работу, и программа возвращается в основной цикл.
Также наверное стоит упомянуть о регистре GIFR, флаги которого используются для индикации прерываний. Кому необходимо читаем даташит.Способов использования прерываний для кнопок куча, поэтому читаем, подбираем… На этом все. В следующей статье поговорим об использовании памяти EEPROM. Всем пока.
Иногда приходится делать очень маленькое устройство, например, велокомпьютер. Или конструктив не позволяет разместить много кнопок. В общем есть у нас одна кнопка на ввод и ничего более.
Спартанские условия, но и тут можно развернуть мощный функционал, многоуровневые меню и прочие прелести жизни. сейчас я покажу одну из реализаций такого управления.
Итак, что у умеет наша кнопка?
- Ее можно нажимать кратко
- Можно жать длинно
- Можно делать разные комбинации нажатий
- Ее можно отпускать в нужный момент
Не густо, но вполне ничего. Для одной кнопки то. Главный затык при написании этого не просрать массу системных ресурсов (время процессора, таймеры и тыды) на обработку этой несчастной кнопки. Ведь нам придется отслеживать факт нажатия, факт отжатия, время нажатия, число нажатий с разным временем. Я видел такие адовые реализации этого интерфейса, что просто диву давался как можно нагородить столько тупняков и тормозов в этой одной сосне, да еще потратить все таймеры:)
Так что ТЗ выставим следующее:
- Никаких аппаратных таймеров, кроме таймера диспетчера.
- Никаких временных задержек, только вызов себя же по таймеру.
- Никаких ожиданий нажатия-отжатия в цикле. Зашли, проверили — отдали управление.
- Введем временной интервал mode_time, в течении которого будем отслеживать комбинацию нажатий. Скажем 2с
- На выходе будем иметь число коротких и длинных нажатий за данный интервал
Алгоритм
Сделаем все на конечном автомате. У него будут три состояния:
- Up — кнопка не нажата
- Dn — кнопка нажата
- Al — кнопка отпущена после длительного нажатия
А также будет одна служебная процедура, которая спустя mode_time (2c) после первого экшна с кнопкой сгребет все результаты и что-нибудь с ними сделает. Что — это уже не важно. От программы зависит.
И вся эта дребедень будет крутиться в цикле, вызывая сама себя через диспетчер (или каким еще образом) раз в 20мс.
Up
Входим.
Смотрим не нажата ли кнопка? Если нет — выходим. Если нажата, то переводим автомат в положение Dn
Проверяем первый ли раз за интервал мы тут? Если первый, то поставим нашу служебную процедуру на отложенный запуск (через 2с), взведем флаг, что процесс пошел.
Выходим.
Dn
Входим.
Еще нажата? Если нет, значит кнопка уже отпущена, скидываемся в состояние в Up и засчитываем одно короткое нажатие, увеличивая счетчик коротких нажатий cnt_s
. Если еще нажата, то щелкаем счетчиком времени замера длительности нажатия Timе. Замер длительности у нас идет в итерациях автомата. Одна итерация 20мс. В лимит длинного нажатия я заложил 20 итераций, что дает около 400мс. Все что больше 0.4с считаем длинным нажатием. Как натикает больше 20 итераций, то засчитываем одно длинное нажатие и перекидываем автомат в состояние Al. Выходим.
Al
Входим.
Еще не отпустили? Если нет, то выходим. Если кнопка отпущена, то перебрасываемся в Up, скинув переменную Time.
За время mode_time, за те две секунды, сколько успеем натыкать — все наше. Запустится процедура анализа собранных данных и разгребет натыканное. Там уже все просто. Банальным case’ом делаем нужный нам экшн. Я вот, например, флажки выставляю которые перехватывает другая задача. Главное не блокировать эту задачу ничем тяжелым, чтобы не прозевать следующую комбинацию.
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 | #include |
#include
Код написан так, что на AVR там завязана буквально пара строчек. По крайней мере в коде обработчика нажатий кнопки. Все привязки на железо идут в хидере, да и их там всего ничего:
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | #include |
#include Так что портировать это на другую архитектуру дело смены двух строчек. Ну и, возможно, вам потребуется изменить механизм автозапуска и запуска функции обработчика. Если вы будете использовать какой то свой диспетчер, ОС или еще какую систему организации прошивки. Но это две строчки в коде поправить. Все описанное в статье мясо лежит в двух файлах button.c
и button.h
Видео работы
Дребезг
Варианты
Ну и, разумеется, этот же конечный автомат можно поставить на разбор чего угодно. Например на отслеживание какого-либо другого флажка, от матричной клавиатуры или какого сигнального устройства.
Боротся с дребезгом тут уже не обязательно. Т.к. частота сканирования небольшая, так что даже голимая и наглухо окисленная кнопка модели ТМ2 не давала дребезга — он кончался раньше, чем наступал следующий скан. А вот что тут можно докурить, так это защиту от ложных сработок в результате наводок. Ведь стоит помехе продавить линию в момент считывания и засчитается сработка однократного нажатия. Это можно избежать сделав проверочные состояния автомата. Скажем добавив в Up счетчик итераций, чтобы в течении, скажем, двух-трех итераций подтвердить, что кнопка таки нажата и только тогда переходить в Dn.
Правда в своем проекте я несколько изменил обработку. Т.к. мне не нужны были множественные длинные нажатия, то я сделал выставление флага «Длинное нажатие» сразу же в обработчике AL и, заодно, убрал подсчет числа длинных нажатий. Что позволило повысить отзывчивость работы интерфейса прибора, где длительным нажатием осуществлялся вход в пункт меню, а комбинаций с двумя длинными нажатиями не использовались вообще.