Schéma tlačítka taktu. Připojení tlačítka k Arduinu. Přepínání režimů pomocí tlačítka

Tlačítko je známé mechanické zařízení, které se může zavírat a otevírat elektrický obvod na žádost osoby. Existuje mnoho typů tlačítek, která fungují podle různých pravidel. Například tlačítko použité v tomto tutoriálu dokončí obvod pouze tak dlouho, dokud na něj budete držet prst. Otevřené tlačítko na druhé straně přeruší obvod při stisknutí.

Existují tlačítka se skupinou kontaktů, z nichž některá při stisknutí přeruší obvod, zatímco jiná se v tuto chvíli zavřou. Malé verze těchto tlačítek se často nazývají mikrospínače.

Taktovací tlačítka najdeme téměř v každém elektronické zařízení: v klávesnici počítače, v telefonu, v dálkovém ovladači televizoru atd.

Existují západková tlačítka, která fungují jako tlačítko na kuličkovém peru: jednou stisknuté - obvod se uzavře, podruhé - přeruší se. Níže uvedená fotografie je jen jednou z nich. Zamykací tlačítka jsou vhodná pro přepínání provozního režimu zařízení. Můžete například přepnout zdroj napájení: baterie nebo napájecí zdroj.

Nebo další možnost - velká tlačítka pro nouzové zastavení zařízení. Jsou vymalovány pestrými barvami, aby upoutaly pozornost lidí. V podstatě jsou to obyčejná dotyková tlačítka pro otevírání, případně tlačítka s aretací.

To jsou jen některé z možností. Kromě tlačítek existují ve světě elektřiny i další mechanismy, jako jsou páčkové spínače a spínače. Všechny jsou navrženy tak, aby mechanicky řídily tok proudu v obvodu.

Připojení tlačítka

Budeme tedy pracovat s nejjednodušším taktovým tlačítkem, ke kterému se pokusíme připojit Arduino Uno. Při práci s nepájivými prkénky se obvykle používá tlačítko s pájecími kolíky. Na fotografii na začátku lekce můžete vidět, že takové tlačítko má čtyři mírně ohnuté kolíky. Jsou zde tlačítka se dvěma přímými výstupy, hodí se i pro naši činnost.

Na elektrická schémata tlačítko vypadá takto:

Pokud se podíváte dovnitř čtyřtaktu, můžete vidět toto schéma:

Kolíky dotykového tlačítka jsou zpravidla umístěny na opačných stranách pouzdra ve dvojicích. To znamená, že můžeme použít buď pár kontaktů na jedné straně nebo pár na druhé straně.

A takto vypadá schéma dvoupinového tlačítka.

Je těžké se splést s tímto tlačítkem: dva kontakty, které se spojí po stisknutí tlačítka.

Na prkénku na krájení jsou oba typy dotykových tlačítek obvykle umístěny takto:

Nyní se pokusíme sestavit nejjednodušší obvod na nepájivém prkénku, který bude demonstrovat činnost tlačítka. Rozsvítíme LED.

Výsledný obvod plní jednoduchou funkci: stiskněte tlačítko - LED se rozsvítí, uvolněte - zhasne.

Připojení k Arduino Uno

Nyní, když je funkce dotykového tlačítka zcela jasná, sestavme obvod s tlačítkem a LED a připojte je k ovladači. Stanovme si jednoduchý úkol: nechte LED Arduino Uno třikrát zablikat, když jednou stisknete tlačítko Arduino Uno.

Schematický diagram

Vzhled rozložení

Na tomto schématu vidíme již známý obvod pro. Vidíme také tlačítko připojené na Arduino pin č. 3. Zde může docela rozumně vyvstat otázka: proč jsme také připojili tlačítko k zemi přes odpor 10 kOhm? Abychom se vypořádali s tímto problémem, představme si, že jsme tlačítko připojili pomocí „naivního“ obvodu bez dalších odporů.

Zde mezi pinem č. 3 a zemí je malý kondenzátor, který může akumulovat náboj. Mnoho mikrokontrolérů má tuto funkci.

Nyní si představte, že zavíráme tlačítko. Proud začíná běžet od +5V přímo ke kontaktu č. 3, přičemž se současně nabíjí kapacita. Arduino úspěšně zaregistruje stisknutí tlačítka. Ale poté, co sundáme prst z tlačítka hodin, na rozdíl od našich očekávání, mikrokontrolér nadále považuje tlačítko za stisknuté! Samozřejmě proto, že nabitý kondenzátor postupně uvolňuje nahromaděný náboj do nohy č. 3. Toto bude pokračovat, dokud nebude kapacita vybita pod logickou úroveň.

Připojení modulu tlačítka hodin ROC k Arduinu

Speciálně pro vaše projekty jsme v RobotClass vytvořili modul dvou taktových tlačítek. Modul má již potřebné odpory a dokonce dvě LED pro indikaci stisku tlačítka.

Pojďme zjistit, jak připojit tento modul k Arduino Uno.

Schematický diagram

Vzhled rozložení

Jak vidíte, bez ohledu na to, jaká tlačítka používáme, schéma zapojení se příliš nemění. Nezmění se ani program pro práci s nimi.

Program pro práci s tlačítkem na Arduinu

Konečně jsme přišli na nuance našeho schématu a jsme připraveni napsat program. V softwarovém tutoriálu jsme se dozvěděli o funkcích pro nastavení pinů pinMode a funkce digitálního výstupu digitalWrite. Tentokrát potřebujeme ještě jednu důležitou funkci, která poskytuje vstupní informace mikrokontroléru:

DigitalRead(číslo_kontaktu);

Tato funkce vrací booleovskou hodnotu, kterou Arduino přečetlo z daného pinu. To znamená, že pokud se na kontakt přivede +5V, funkce se vrátí pravda*. Pokud je kontakt spojen se zemí, dostaneme hodnotu lhát. V C++ jsou pravda a nepravda ekvivalentní číslům 1 a 0.

Aby kontakt, o který máme zájem, fungoval v režimu zadávání informací, musíme jej nastavit do určitého režimu:

PinMode(číslo_pinu, INPUT);

Nakonec dáme vše dohromady a napíšeme program.

Const int led = 2;
tlačítko const int = 3;
int val = 0;

void setup())(
pinMode(led, OUTPUT);
pinMode(tlačítko, INPUT);
}

void loop()
val = digitalRead(tlačítko);
if(hodnota == VYSOKÁ)(
// smyčka od 0 do 2, v krocích po 1
for(int i=0; i<3; i++){
digitalWrite(led, HIGH);
zpoždění(500);
digitalWrite(led, LOW);
zpoždění(500);
}
}
}

Nahrajeme program na Arduino Uno a zkontrolujeme fungování programu. Pokud je vše provedeno správně, mělo by to vypadat jako na obrázku:

Dobře, teď je po všem. Nyní můžeme naše zařízení ovládat pomocí tlačítek. Pokud jste již absolvovali lekci dne, pak vám budeme moci vyrobit hodiny s budíkem!

Program spouštěcího tlačítka

Dalším příkladem, který stojí za zmínku, je spouštěcí tlačítko. Funguje to takto: stiskněte jednou tlačítko - LED se rozsvítí, stiskněte podruhé - zhasne.

K implementaci tohoto chování tlačítka potřebujeme další proměnnou, často nazývanou „stavová proměnná“ nebo „příznak“.

Const int led = 2;
tlačítko const int = 3;
int val = 0;
stav bajtu = 0; // stavová proměnná
void setup())(
pinMode(led, OUTPUT);
pinMode(tlačítko, INPUT);
}
void loop()
// zapíše stav tlačítka do proměnné val
val = digitalRead(tlačítko);
// pokud je stav tlačítka pravdivý, proveďte akci
if(hodnota == VYSOKÁ)(
// změnit stav na opačný
stav = !stav;
if(stav == VYSOKÝ)(
// pokud je aktuální stav pravdivý, rozsvítí LED
digitalWrite(led, HIGH);
) jinak (
// pokud je aktuální stav nepravdivý, vypněte LED
digitalWrite(led, LOW);
}
zpoždění(300);
}
}

Nahrajeme program na Arduino a zkontrolujeme fungování obvodu. Rychle stiskněte tlačítko a LED se rozsvítí. Stiskněte znovu a zhasne. Pokud ale tlačítko stisknete a nepustíte, LED dioda začne blikat s periodou 600 ms! proč tomu tak je? Zkuste na to přijít.

Úkoly

Zkusme z praxe vyřešit několik jednoduchých problémů s tlačítkem a LED.

• Obvod obsahuje dvě tlačítka a jednu LED. Nechte LED svítit, když stisknete první tlačítko, a zhasněte, když stisknete druhé tlačítko.
• Klavír. Obvod obsahuje sedm tlačítek a jeden reproduktor. Když stisknete každé ze sedmi tlačítek, reproduktor by měl zahrát odpovídající tón. Bude potřeba studovat.
• Hra "Kovbojové". Obvod obsahuje dvě tlačítka, jeden bzučák a dvě LED. Po spuštění programu by měl bzučák vydat krátký zvuk. Ihned poté musí každý hráč co nejrychleji stisknout své tlačítko. Hráč, který to udělá jako první, bude mít LED světlo. Budete si muset prostudovat lekci o přerušeních.

Připojení senzoru tlačítka k Arduinu vyžaduje určité znalosti a dovednosti. V tomto článku si povíme, co je taktovací tlačítko, co je odskok tlačítka, jak správně zapojit tlačítko s pull-up a pull-down rezistorem, jak můžete pomocí tlačítka ovládat LEDky a další zařízení.

Tlačítko (nebo tlačítkový spínač) je nejjednodušší a nejdostupnější ze všech typů senzorů. Kliknutím na něj odešlete signál do ovladače, který pak vede k některým akcím: rozsvítí se LED diody, zazní zvuky, spustí se motory. Ve svém životě se často setkáváme s různými vypínači a toto zařízení velmi dobře známe.

Dotyková tlačítka a spínací tlačítka

Jako obvykle začínáme sekci jednoduchými věcmi, které jsou zajímavé pouze pro začátečníky. Pokud znáte základy a chcete se dozvědět o různých možnostech připojení tlačítka k Arduinu, můžete tento odstavec přeskočit.

Co je to tlačítko? V podstatě se jedná o celkem jednoduché zařízení, které zavírá a otevírá elektrickou síť. Toto zavírání/otevírání můžete provádět v různých režimech, při fixaci nebo nefixaci vaší pozice. Podle toho lze všechna tlačítka rozdělit do dvou velkých skupin:

• Spínací tlačítka s fixací. Po propuštění se vrátí do původního stavu. Kdy se v závislosti na výchozím stavu dělí na tlačítka normálně zavřená a normálně otevřená.
• Okamžitá tlačítka (taktová tlačítka). Jsou upevněny a zůstávají v poloze, ve které byly ponechány.

Existuje mnoho možností pro různá tlačítka, jedná se skutečně o jeden z nejběžnějších typů elektronických součástek.

Arduino tlačítka pro jednoduché projekty

V našich projektech budeme pracovat s velmi jednoduchými 4nohými tlačítky hodin, která přicházejí s téměř jakoukoli sadou Arduino. Tlačítko je spínač se dvěma páry kontaktů. Kontakty v jednom páru jsou vzájemně propojeny, takže do obvodu nebude možné implementovat více spínačů, ale můžete současně ovládat dva paralelní segmenty, to se může hodit.

V závislosti na situaci můžete vytvořit oba obvody s normálně zavřenými a normálně otevřenými kontakty - stačí pouze odpovídajícím způsobem provést zapojení v obvodu.

Pro snadné použití je tlačítko takt obvykle opatřeno plastovou krytkou nějaké barvy, která zcela zjevně pasuje přes tlačítko a dodává projektu méně hackerský vzhled.

Připojení tlačítka Arduino

Zapínání a vypínání LED pomocí tlačítka

Začněme nejjednodušším způsobem připojení dotykového tlačítka. Zvažte obvod s Arduinem jako zdrojem energie, LED diodou, omezovacím odporem 220 Ohm a tlačítkem, které zavře a otevře obvod.

Při zapojování tlačítka se dvěma páry nožiček je důležité zvolit správné NC kontakty. Podívejte se pozorně na obrázek: páry nohou jsou umístěny po stranách tlačítka. Samotné tlačítko je čtvercové, ale vzdálenosti mezi dvojicemi kontaktů jsou vizuálně patrné: můžete okamžitě vybrat dva na jedné straně a dva na druhé. Přepínač bude tedy implementován mezi jedním „párem“ na straně. Abychom byli zařazeni do obvodu, připojíme k jednomu a druhému kontaktu, mezi nimiž je minimální vzdálenost. Druhý pár kontaktů jednoduše duplikuje první.

Pokud máte jiný typ spínače, můžete bezpečně vybrat kontakty z protilehlých rohů (na některých tlačítkách je speciální značka ve formě vybrání, pomocí které můžete určit, na které straně jsou spárované kontakty umístěny). Nejspolehlivějším způsobem, jak určit správné nohy, je prozvonit kontakty testerem.

Samotný obvod s tlačítkem, LED a Arduino ovladačem nepotřebuje žádné zvláštní vysvětlení. Tlačítko přeruší obvod, LED nesvítí. Po stisknutí se obvod uzavře a LED se rozsvítí. Pokud zaměníte kontakty (zapnete tlačítka přes uzavřené spárované kontakty), tlačítko nebude fungovat, protože obvod se nikdy neotevře. Stačí vyměnit kontakty.

Připojení tlačítka s pull-up rezistorem

Nyní připojíme tlačítko k Arduinu, abychom si mohli přečíst jeho stav ve skice. K tomu nám poslouží následující schéma.

Blikající LED po stisknutí tlačítka

V předchozím příkladu s LED jsme připojili tlačítko k desce Arduino a pochopili, jak to funguje. LED se rozsvěcovala a zhasínala, ale dělala to ve zcela pasivním režimu - samotný ovladač zde byl naprosto nadbytečný, mohl být nahrazen bateriemi. Udělejme proto náš nový projekt „inteligentnější“: když stisknete tlačítko, LED dioda bude nepřetržitě blikat. S běžným obvodem s žárovkou a spínačem to nemůžete udělat - k vyřešení tohoto, i když jednoduchého, ale ne triviálního úkolu, využijeme sílu našeho mikrokontroléru.

Fragment obvodu s LED je nám již známý. Sestavili jsme běžný maják s LED a omezovacím odporem. V druhé části ale vidíme známé tlačítko a další rezistor. I když nebudeme zabíhat do detailů, pouze sestavíme obvod a nahrajeme jednoduchou skicu do Arduina. Všechny prvky obvodu přicházejí v nejjednodušších startovacích sadách Arduino.

/* Náčrt obvodu pomocí tlačítka taktu a LED diody LED bliká, když je tlačítko stisknuto. Tlačítko je přitaženo k zemi, jeho stisknutí odpovídá HIGH na vstupu */ const int PIN_BUTTON = 2; const int PIN_LED = 13; void setup() ( Serial.begin(9600); pinMode(PIN_LED, OUTPUT); ) void loop() ( // Získání stavu tlačítka int buttonState = digitalRead(PIN_BUTTON); Serial.println(buttonState); // Pokud není stisknuto tlačítko, pak neuděláme nic, pokud (!buttonState) ( delay(50); return; ) // Tento blok kódu bude proveden, pokud je tlačítko stisknuto // Blikání LED digitalWrite(PIN_LED, HIGH delay( 1000, NÍZKÁ;

Stiskněte a podržte - LED bliká. Pusťte - zhasne. Přesně to, co jsme chtěli. Radostně tleskáme rukama a začínáme analyzovat, co jsme udělali.

Podívejme se na skicu. Vidíme v tom celkem jednoduchou logiku.

1. Zjistěte, zda je tlačítko stisknuto.
2. Pokud není tlačítko stisknuto, pak jednoduše opustíme metodu smyčky, aniž bychom cokoliv zapínali nebo měnili.
3. Pokud je stisknuto tlačítko, blikáme pomocí fragmentu standardního náčrtu:
   1. Zapněte LED přivedením napětí na požadovaný port
   2. Když LED svítí, uděláme potřebnou pauzu
   3. Vypněte LED
   4. Uděláme potřebnou pauzu s vypnutou LED

Logika chování tlačítka ve skice může záviset na způsobu připojení s pull-up rezistorem. O tom si povíme v dalším článku.

Drnčení tlačítka Arduino

Při práci s tlačítky se můžeme setkat s velmi nepříjemným jevem zvaným odskok tlačítka. Jak sám název napovídá, tento jev je způsoben chvěním kontaktů uvnitř tlačítkového spínače. Kovové pláty se nedotýkají okamžitě (i když pro naše oči velmi rychle), takže v kontaktní oblasti dochází na krátkou dobu k přepětí a poklesům napětí. Pokud nepředvídáme výskyt takových „odpadkových“ signálů, budeme na ně pokaždé reagovat a můžeme náš projekt dovést až k domu.

K eliminaci bounce se používají softwarová a hardwarová řešení. V kostce se zmíníme jen o hlavních metodách potlačení klábosení:

• Mezi sbírku hodnot z pinu Arduino přidáme do náčrtu pauzu 10-50 milisekund.
• Pokud použijeme přerušení, nelze použít softwarovou metodu a tvoříme hardwarovou ochranu. Nejjednodušší z nich je RC filtr s kondenzátorem a odporem.
• Pro přesnější odskok je použit hardwarový filtr využívající Schmidtův trigger. Tato možnost vám umožní získat signál téměř ideálního tvaru na vstupu do Arduina.

Podrobnější informace o způsobech, jak se vypořádat s klábosením, najdete v tomto.

Přepínání režimů pomocí tlačítka

Chcete-li zjistit, zda bylo stisknuto tlačítko, stačí zaznamenat skutečnost, že bylo stisknuto, a uložit atribut do speciální proměnné.

Skutečnost stisknutí určíme pomocí funkce digitalRead(). V důsledku toho dostaneme HIGH (1, TRUE) nebo LOW (0, FALSE), podle toho, jak je tlačítko zapojeno. Pokud připojíme tlačítko pomocí vnitřního pull-up rezistoru, pak stisknutí tlačítka způsobí vstup na úroveň 0 (FALSE).

Chcete-li uložit informace o kliknutí na tlačítko, můžete použít booleovskou proměnnou:

boolean keyPressed = digitalRead(PIN_BUTTON)==NÍZKÁ;

Proč používáme tuto konstrukci a neděláme to takto:

boolean keyPressed = digitalRead(PIN_BUTTON);

Jde o to, že digitalRead() může vrátit hodnotu HIGH, ale neindikuje stisknutí tlačítka. V případě použití obvodu s pull-up rezistorem bude HIGH znamenat, že tlačítko naopak není stisknuto. V první volbě (digitalRead(PIN_BUTTON)==LOW) jsme okamžitě porovnali vstup s hodnotou, kterou jsme potřebovali, a zjistili, že tlačítko bylo stisknuto, ačkoli úroveň signálu na vstupu byla nyní nízká. A uložil stav tlačítka do proměnné. Pokuste se explicitně označit všechny logické operace, které provádíte, aby byl váš kód transparentnější a předešlo se zbytečným hloupým chybám.

Jak přepínat provozní režimy po stisknutí tlačítka?

Často nastává situace, kdy při používání tlačítek musíme počítat s tím, že tlačítko nejen stiskneme, ale i pustíme. Například stisknutím a uvolněním tlačítka můžeme rozsvítit světlo nebo přepnout provozní režim okruhu. Jinými slovy, musíme nějakým způsobem zaznamenat do kódu skutečnost, že na tlačítko bylo kliknuto, a použít tuto informaci v budoucnu, i když již tlačítko nebude stisknuto. Pojďme se podívat, jak to lze provést.

Logika programu je velmi jednoduchá:

• Pamatujeme si skutečnost, že jsme klikli na proměnnou služby.
• Čekáme, až přejdou jevy spojené s chrastěním.
• Čekáme na uvolnění tlačítka.
• Pamatujeme si skutečnost uvolnění a nastavujeme v samostatné proměnné znamení, že tlačítko bylo zcela stisknuto.
• Vymažte proměnnou služby.

Jak zjistit vícenásobné stisknutí tlačítka?

Stačí si zapamatovat stav každého tlačítka v odpovídající proměnné nebo v poli Arduino. Hlavní věc, kterou je zde třeba pochopit, je, že každé nové tlačítko je zaneprázdněný pin. Pokud tedy máte velké množství tlačítek, můžete zaznamenat nedostatek volných kontaktů. Alternativní možností je použití tlačítek připojených k jednomu analogovému pinu pomocí obvodu s odporovým děličem. O tom si povíme v následujících článcích.

V tomto příkladu se podíváme na připojení tlačítka k ovladači Arduino. Když stisknete tlačítko, rozsvítíme vestavěnou LED. Většina desek Arduino má vestavěnou SMT LED připojenou k výstupu 13 (pin 13).

Požadované komponenty

• Arduino ovladač
• taktovací tlačítko
• 10kOhm odpor
• prototypová deska
• propojovací dráty

Spojení

Napájecí výstup (5V) a zem (Gnd) připojíme červenými a černými vodiči k prkénku. Prkénka na krájení obvykle používají nejvzdálenější řady kolíků pro napájení a uzemnění, jak je znázorněno na obrázku. Třetím modrým vodičem propojíme digitální kolík 2 ovladače Arduino s kolíkem tlačítka hodin. Ke stejnému kontaktu nebo ke kontaktu k němu trvale připojenému ve 4pinovém provedení připojíme 10kOhm pull-up rezistor, který je zase spojen se zemí. Druhý výstup tlačítka připojíme na 5V zdroj.

Když není stisknuto tlačítko hodin, výstup 2 je připojen pouze k zemi přes pull-up rezistor a tento vstup bude číst LOW. A po stisku tlačítka se objeví kontakt mezi vstupem 2 a 5V napájením a bude načten.

Poznámka: Nejčastěji mají dotyková tlačítka dva kontakty na každé straně, jak je znázorněno na obrázku připojení. Tlačítko je přitom téměř čtvercového tvaru. Při zapojování je DŮLEŽITÉ, které kontakty jsou připojeny a které jsou při stisku sepnuté. Pokud si nejste jisti, je nejlepší zazvonit na tlačítko.

Tlačítko můžete připojit i obráceně - přes pull-up rezistor k napájení a přes tlačítko k zemi. Poté se ze vstupu načte HIGH a po stisknutí tlačítka LOW.

Pokud je vstup ponechán nezapojený, vstup bude náhodně číst HIGH nebo LOW. To je důvod, proč používáme pull-up rezistor pro nastavení konkrétní hodnoty, když není stisknuto tlačítko.

Systém

Kód