Как подключить к микроконтроллеру кнопки
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.
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.
Рис 1с
Рис. 2а
Рис. 2б
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 = 2N — 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.
Рис. 3
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)
Рис. 4
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.
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.
Это, пожалуй, пограничный случай экономии выводов при подключении кнопок, поскольку задействован только один вывод микроконтроллера – вывод АЦП. Суть способа понятна из рисунка. У нас есть резистивный делитель с известными уровнями напряжений на резисторах, с помощью кнопок эти напряжения мы коммутируем на вход АЦП. Контроллер оцифровывает напряжение на этом выводе и, исходя из того, в какой диапазон попадает считанное напряжение, определяет номер нажатой кнопки.
Когда ни одна кнопка не нажата, вход АЦП притянут к земле резистором R2. Оставлять вход АЦП плавающим нельзя, а то он будет ловить помехи. При замыкании кнопок резистор R2 оказывается включенным параллельно с резисторами делителя. Чтобы он не влиял на уровень напряжения на входе АЦП, его значение выбирают довольно большим. Резистор R1 предназначен для ограничения величины входного тока в случае если вывод контроллера окажется в режиме цифрового входа и будет нажата кнопка S5.
Рис. 5
Есть еще один вариант подобной схемы приведен на рис. 6. Здесь с помощью кнопок определенные резисторы делителя напряжения коммутируются на землю.
Неудобство этих схемы очевидно. Все резисторы делителя имеют разное сопротивление, а это усложняет и расчет, и подбор компонентов.
Рис. 6
Продолжение следует…
Подключение к микроконтроллеру клавиатуры матричного типа
Методическое указание к лабораторной работе на учебном стенде LESO1.
- Краткие теоретические сведения:
- Применение матричной клавиатуры для ввода информации в микропроцессорную систему
- Рекомендации к составлению программы
- Задание к работе в лаборатории
- Указания к составлению отчета
- Изучить особенности работы параллельных портов микроконтроллера.
- Изучить схемы подключения кнопок и матричной клавиатуры к микроконтроллеру.
- Научиться определять состояние кнопок при помощи программы.
- Изучить способы отладки программ на лабораторном стенде LESO1.
- Изучить принцип работы матричной клавиатуры.
- По конспекту лекций и рекомендуемой литературе изучить схемы параллельных портов микроконтроллеров.
- По конспекту лекций и рекомендуемой литературе изучить схемы подключения кнопок и клавиатуры к параллельным портам.
- Изучить архитектуру микроконтроллера ADuC842.
- Изучить принципиальную схему лабораторного стенда LESO1.
- Составить алгоритм работы программы: при нажатии на кнопку, согласно варианту, загорается комбинация светодиодов, соответствующая в бинарном виде номеру кнопки; при отпускании кнопки, светодиоды должны погаснуть.
- Составить программу на языке программирования С.
3.1 Применение матричной клавиатуры для ввода информации в микропроцессорную систему
Для реализации взаимодействия пользователя с микропроцессорной системой используют различные устройства ввода-вывода информации. В самом простом случае в роли устройства ввода может выступать кнопка, представляющая собой элементарный механизм, осуществляющий замыкание-размыкание контактов под действием внешней механической силы. Схема подключения кнопки к линии ввода параллельного порта ввода микроконтроллера показана на рисунке 1. Когда контакты кнопки S1 разомкнуты через резистор R1 на вход контроллера поступает высокий логический уровень «1», когда же контакты замкнуты, то вход оказывается соединенным с общим проводом, что соответствует логическому уровню «0».
Если параллельный порт микроконтроллера имеет встроенный генератор тока, то в схеме можно обойтись без резистора R1.
Недостаток приведенной схемы заключается в том, что для подключения каждой кнопки требуется отдельная линия параллельного порта. Так как часто требуется вводить информацию с большого количества кнопок, то для уменьшения количества линий ввода-вывода используется клавиатура, представляющая собой двухмерную матрицу кнопок, организованных в ряды и столбцы (рисунок 2).
Подключение клавиатуры отличается от схемы подключения одиночной кнопки тем, что потенциал общего провода на опрашиваемые кнопки подается не непосредственно, а через порт вывода.
В каждый момент времени сигнал низкого уровня (логический ноль) подается только на один столбец кнопок, на остальные должна подаваться логическая единица. Это исключит неоднозначность определения номера нажатой кнопки. Двоичные сигналы, присутствующие при этом на строках клавиатуры, считываются через порт ввода микроконтроллера.
Временная диаграмма напряжений на портах вывода при выполнении программы опроса клавиатуры приведена на рисунке 3.
В каждый момент времени производится чтения информации из порта ввода. Программа микроконтроллера по считанной комбинации должна определить номер нажатой кнопки клавиатуры.
3.2 Рекомендации к составлению программы
Программа для микроконтроллера жестко зависит от принципиальной схемы разрабатываемого устройства. Невозможно написать программу для микроконтроллерного устройства не имея перед глазами его схемы. Поэтому, перед началом работы по принципиальной схеме учебного стенда LESO1 следует изучить способ подключения клавиатуры и светодиодов к микроконтроллеру: определить, к каким портам подключены светодиоды, столбцы и строки клавиатуры. Затем по таблице SFR нужно узнать адреса регистров задействованных портов ввода-вывода.
Программа, управляющая микроконтроллером, запускается при включении питания устройства и не завершает свою работу, пока не будет выключено питание. Поэтому в программе обязательно должен быть организован бесконечный цикл. В теле цикла должен производиться опрос клавиатуры, анализ полученных данных и вывод результата на светодиод. Опрос клавиатуры заключается в последовательном сканировании каждого столбца, для этого на соответствующую линию порта вывода подается логический ноль (эквивалент общего провода), на остальных столбцах должен быть высокий уровень, после чего с порта ввода, к которому подключены строки, считывается код. Если считаны все единицы, то ни одна из клавиш не нажата, в противном случае код содержит информацию о нажатых клавишах. Стоит заметить, что считанный код содержит не только номер замкнутого контакта, но и информацию о нажатии нескольких кнопок одновременно, поэтому лучше хранить в памяти котроллера непосредственно считанный код, а не готовый номер кнопки.
Для хранения считанного кода следует ввести специальную переменную.
При написании программы нужно помнить об особенности параллельного порта P1 в микроконтроллере ADuC842. Этот порт по умолчанию настроен на ввод аналоговых сигналов (функция АЦП). Для того чтобы перевести порт в режим цифрового входа, в соответствующий бит порта необходимо записать логический ноль. Сделать это нужно один раз при инициализации микроконтроллера. Порт не имеет внутреннего усиливающего транзистора, и потому при вводе дискретной информации через него не требуется записывать в разряды логическую единицу.
4 Задание к работе в лаборатории- По принципиальной схеме установите, к каким портам микроконтроллера подключены светодиоды, а также столбцы и строки клавиатуры.
- По таблице регистров специальных функций (SFR) определите адреса регистров требуемых портов.
- Войдите в интегрированную среду программирования Keil-C.
- Создайте и настройте должным образом проект.
- Введите текст программы в соответствии с заданием: При нажатии на кнопку, согласно варианту, загорается комбинация светодиодов, соответствующая в бинарном виде номеру кнопки; при отпускании кнопки, светодиоды должны погаснуть.
- Оттранслируйте программу, и исправьте синтаксические ошибки.
- Загрузите полученный *.hex файл в лабораторный стенд LESO1.
- Убедитесь, что программа функционирует должным образом.
Отчет должен содержать:
- Цель работы.
- Принципиальную схему подключения клавиатуры к микроконтроллеру.
- Графическую схему алгоритма работы программы.
- Исходный текст программы.
- Содержимое файла листинга программного проекта.
- Выводы по выполненной лабораторной работе.
Схемы, а также отчет в целом, выполняются согласно нормам ЕСКД.
Напряжение— Подключение кнопки к микроконтроллеру
спросил
Изменено 3 года, 4 месяца назад
Просмотрено 2к раз
\$\начало группы\$
Я хочу подключить простую кнопку к микроконтроллеру и записать время нажатия кнопки.
Будет ли это работать или мне нужно поставить резистор между ними?
Если да, то почему?
- микроконтроллер
- напряжение
- резисторы
- переключатели
\$\конечная группа\$
1
\$\начало группы\$
имитация этой схемы – Схема создана с помощью CircuitLab
Вышеприведенная настройка читается как «1», когда переключатель = выключен, и «0», когда переключатель = включен. позволяет избежать плавающего ввода в случае, если цифровой вывод ввода-вывода контроллера не имеет внутреннего подтягивающего напряжения. В этом случае он подтянет контакт к 5 В, когда переключатель = выключен.
Альтернативная настройка:
имитация этой схемы
Вышеупомянутая настройка читается как «1», когда переключатель = включен, и «0», когда переключатель = выключен.
резистор здесь.
\$\конечная группа\$
5
\$\начало группы\$
Немного погуглив, вы найдете множество руководств по этой теме, например вот этот «официальный»: https://www.arduino.cc/en/tutorial/button
РЕДАКТИРОВАТЬ
Резистор используется для «приостановки» входных показаний до уровня по умолчанию, когда кнопка отпущена. Если он реализован как pull-down, он устанавливает на входе низкий уровень (read = 0) и высокий уровень (read = 1) в конфигурации pull-up. Без резистора вход остается плавающим, что может привести к нежелательному поведению, если шум попадет на вход (технически этого не произойдет с вами, если вы просто реализуете кнопочную схему, но в очень переполненном приложении схемы источники шума победили). не пропадал).
Чтобы пойти дальше и если вашему приложению нужно точно измерять время «нажатия», я бы рекомендовал поискать кнопку «debounce», которая может быть реализована как аппаратно, так и программно.
Вы можете посмотреть здесь, чтобы начать с:
http://dduino.blogspot.com/2012/03/arduino-button-debouncing.html
\$\конечная группа\$
4
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но никогда не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.
Микроконтроллер— Как подключить входной контакт MCU со светодиодом и кнопкой?
спросил
Изменено 3 года, 8 месяцев назад
Просмотрено 1к раз
\$\начало группы\$
Я хочу подключить светодиод и кнопку на входной контакт GPIO микроконтроллера, STM32F103, чтобы при нажатии кнопки состояние светодиода указывало на то, что кнопка нажата. Можно ли подключить светодиод и кнопку на входной контакт?
- микроконтроллер
- светодиод
- stm32
- gpio
- кнопка
\$\конечная группа\$
0
\$\начало группы\$
Конечно.
имитация этой схемы – Схема создана с помощью CircuitLab
R3 и R4 добавлены в соответствии с комментарием Спехро.
Когда кнопка нажата, она подтягивает GPIO к четко определенному напряжению. Когда кнопка отпущена, ее нужно перевести на противоположный логический уровень (другая шина напряжения). Это делается с помощью подтягивающего (а) или подтягивающего (б) резистора. Я предположил, что светодиод и последовательный резистор сделают это за вас. Спехро (который на самом деле зарабатывает этим на жизнь) предупреждает, что может потребоваться отдельный резистор из-за того, что светодиод находится в цепи и делает тягу очень слабой.
\$\конечная группа\$
8
\$\начало группы\$
На самом деле все очень просто. Подключите его следующим образом:
смоделируйте эту схему — схема создана с помощью CircuitLab
Вы даже можете настроить GPIO как выход с открытым стоком и управлять светодиодом с микроконтроллера, а также с кнопки.
