Кнопка — всем известное механическое устройство, которое может замыкать и размыкать электрическую цепь по желанию человека. Есть множество видов кнопок, работающих по разным правилам. Например, тактовая кнопка (push button), используемая в этом уроке, замыкает цепь только пока палец давит на неё. Кнопка на размыкание, напротив, разрывает цепь при нажатии.
Есть кнопки с группой контактов, одни из которых рвут цепь при нажатии, а другие в это время замыкают. Маленькие версии таких кнопок часто называют микропереключателями.
Тактовые кнопки, можно найти практически в каждом электронном приборе: в клавиатуре компьютера, в телефоне, в пульте от телевизора, и т.д.
Есть кнопки с фиксацией, работающие как кнопка на шариковой ручке: один раз нажали — цепь замкнулась, второй раз — разорвалась. На фото ниже как раз одна из таких. Кнопки с фиксацией удобно использовать для переключения режима работы устройства. Например, можно переключать источник питания: батарея, или блок питания.
Или другой вариант — большие кнопки для экстренной остановки оборудования. Они окрашены в яркие цвета, чтобы привлекать внимание человека. По сути — обычные тактовые кнопки на размыкание, или кнопки с фиксацией.
Это лишь некоторые варианты. Кроме кнопок, в мире электричества есть и другие механизмы, например, тумблеры и рубильники. Все они призваны механически управлять течением тока в цепи.
Подключение кнопки
Итак, мы будем работать с самой простой тактовой кнопкой, которую попробуем подключить к Ардуино Уно . Обычно, при работе с беспаечными макетными платами используется кнопка с выводами под пайку. На фото в начале урока видно, что у такой кнопки есть четыре немного загнутых вывода. Есть кнопки и с двумя прямыми выводами, они тоже подходят для наших занятий.
На электрических схемах кнопка изображается так:
Если посмотреть внутрь четырехтактной кнопки, то можно увидеть вот такую схему:
Как правило, выводы тактовой кнопки размещаются на противоположных сторонах корпуса парами. То есть мы можем использовать либо пару контактов на одной стороне, либо пару на другой.
А вот так выглядит схема двухконтактной кнопки.
С этой кнопкой сложно запутаться: два контакта, которые соединяются при нажатии кнопки.
На макетной плате оба типа тактовых кнопок обычно ставятся следующим образом:
Теперь попробуем собрать на беспаечной макетной плате самую простую цепь, которая продемонстрирует работу кнопки. Будем зажигать светодиод.
Полученная схема выполняет нехитрую функцию: нажимаем на кнопку — светодиод зажигается, отпускаем — гаснет.
Подключение к Ардуино Уно
Теперь, когда функция тактовой кнопки предельно ясна, соберем схему с кнопкой и светодиодом, и подключим их к контроллеру. Поставим перед собой простую задачу: пусть при однократном нажатии кнопки Ардуино Уно мигнет три раза светодиодом.
Принципиальная схема
Внешний вид макета
На этой схеме мы видим уже привычную цепь для . Также видим кнопку, соединенную с выводом Ардуино №3. Здесь может вполне резонно возникнуть вопрос: зачем мы соединили кнопку ещё и с землей, через резистор 10кОм? Чтобы разобраться с этим вопросом, представим что мы подключили кнопку по «наивной» схеме без всяких дополнительных резисторов.
Здесь между выводом №3 и землей изображен небольшой конденсатор, который способен накапливать заряд. Такая особенность есть у многих микроконтроллеров.
Теперь представим, что мы замыкаем кнопку. Ток начинает бежать от +5В, прямиком в контакт №3, попутно заряжая ёмкость. Ардуино успешно регистрирует нажатие кнопки. Но после того, как мы убираем палец с тактовой кнопки, вопреки нашим ожиданиями, микроконтроллер продолжает считать что кнопка нажата! Еще бы, ведь заряженный конденсатор постепенно отдает накопленный заряд в ногу №3. Это будет продолжаться до тех пор, пока ёмкость не разрядится ниже уровня логической единицы.
Подключение модуля тактовых кнопок ROC к Ардуино
Специально для ваших проектов мы в RobotClass сделали модуль из двух тактовых кнопок. На модуле уже есть необходимые резисторы и даже два светодиода для индикации нажатия кнопок.
Разберемся с подключением этого модуля к Ардуино Уно.
Принципиальная схема
Внешний вид макета
Как можно было заметить, независимо от того, какие всё-таки кнопки мы будем использовать — схема подключения не сильно меняется. Не будет менять и программа для работы с ними.
Программа для работы с кнопкой на Ардуино
Наконец, мы разобрались с нюансами нашей схемы, и готовы к написанию программы. В уроке по мы познакомились с функциями настройки выводов pinMode и функцией вывода в цифровой порт digitalWrite . На этот раз нам понадобится ещё одна важная функция, которая обеспечивает ввод информации в микроконтроллер:
DigitalRead(номер_контакта);
Эта функция возвращает логическое значение, которое Ардуино считала с заданного контакта. Это означает, что если на контакт подать напряжение +5В, то функция вернет истину* . Если контакт соединить с землей, то получим значение ложь . В языке C++, истина и ложь эквивалентны числам 1 и 0 соответственно.
Для того, чтобы интересующий нас контакт заработал в режиме ввода информации, нам нужно будет установить его в определенный режим:
PinMode(номер_контакта, INPUT);
Наконец, соберем всё вместе, и напишем программу.
Const int led = 2;
const int button = 3;
int val = 0;
void setup(){
pinMode(led, OUTPUT);
pinMode(button, INPUT);
}
void loop(){
val = digitalRead(button);
if(val == HIGH){
// цикл от 0 до 2, с шагом 1
for(int i=0; i<3; i++){
digitalWrite(led, HIGH);
delay(500);
digitalWrite(led, LOW);
delay(500);
}
}
}
Загружаем программу на Ардуино Уно, и проверяем работу программы. Если всё сделано правильно, должно получиться как на картинке:
Ну вот и всё. Теперь мы можем управлять нашими устройствами при помощи кнопок. Если вы уже прошли урок по , то мы вполне сможем сделать часы с будильником!
Программа для кнопки-триггера
Еще один пример, заслуживающий внимания — кнопка-триггер. Работает она так: один раз нажали кнопку — светодиод загорелся, второй раз нажали — потух.
Чтобы реализовать такое поведение кнопки, нам потребуется дополнительная переменная, которую часто называют «переменной состояния» или «флагом».
Const int led = 2;
const int button = 3;
int val = 0;
byte state = 0; // переменная состояния
void setup(){
pinMode(led, OUTPUT);
pinMode(button, INPUT);
}
void loop(){
// записываем в переменную val состояние кнопки
val = digitalRead(button);
// если состояние кнопки - истина, выполняем действие
if(val == HIGH){
// меняем состояние на противоположное
state = !state;
if(state == HIGH){
// если текущее состояние - истина, зажигаем светодиод
digitalWrite(led, HIGH);
} else {
// если текущее состояние - ложь, гасим светодиод
digitalWrite(led, LOW);
}
delay(300);
}
}
Загружаем программу на Ардуино и проверяем работу схемы. Быстро нажмем кнопку — светодиод зажжется. Снова нажмем — погаснет. А вот если нажать кнопку и не отпускать, то светодиод начнет мигать с периодом 600мс! Почему так? Попробуйте разобраться.
Задания
В качестве тренировки попробуем решить несколько простых задачек с кнопкой и светодиодом.
- В схеме присутствует две кнопки и один светодиод. Пусть при нажатии на первую кнопку светодиод зажигается, а при нажатии на вторую — гаснет.
- Пианино. В схеме присутствует семь кнопок кнопка и один динамик. При нажатии на каждую из семи кнопок динамик должен воспроизводить соответствующую ноту. Потребуется изучить .
- Игра «Ковбои». В схеме присутствуют две кнопки, один зуммер и два светодиода. После запуска программы зуммер должен издать короткий звук. Сразу после этого, каждый из игроков должен как можно быстрее нажать свою кнопку. У того игрока, который сделает это первым, загорится светодиод. Потребуется изучить урок про прерывания.
И Arduino здесь не является исключением, после того, как помигает светодиодом пробует подключать кнопку и управлять с ее помощью миганием этого самого светодиода. Особенно сложного здесь ничего нет, но есть один нюанс, называемый «дребезг контактов». О том как правильно подключать кнопку к Arduino , что такое «дребезг контактов», как этот эффект проявляется и методах борьбы с ним и пойдет сегодня речь.
Простейшая схема подключения кнопки к микроконтроллеру выглядит следующим образом:
Если ключ S 1 разомкнут (кнопка отпущена), то на цифровом входе D in микроконтроллера мы будем иметь напряжение 5В, соответствующее логической единице. При нажатой кнопке вход D in подключается к земле, что соответствует уровню логического нуля и все напряжение у нас упадет на резисторе R 1 , величину которого выбирают исходя из того, чтобы при нажатой кнопке через него протекал не слишком большой ток (обычно порядка 10÷100 кОм).
Если же просто подключить кнопку между цифровым входом и землей (без резистора R 1 , подключенного к +5В) или между входом и +5В, то в положении, когда кнопка не нажата на цифровом входе микроконтроллера будет присутствовать неопределенное напряжение (может соответствовать уровню 0, а может и 1) и мы бы считывали случайные состояния. Поэтому используется резистор R 1 , который, как говорят, «подтягивает» вход к +5В при отпущенной кнопке.
Считывая состояние цифрового входа микроконтроллера, мы сможем определить нажата кнопка (состояние логического 0) или же нет (будем получать на входе логическую единицу).
Подключение кнопки к Arduino
Микроконтроллеры Atmel AVR ATmega (на базе которых и строится Arduino ) имеют встроенные программно подключаемые нагрузочные резисторы R н величиной 20 кОм и мы можем воспользоваться ими, упростив схему подключения.
Подключается внутренний нагрузочный резистор путем записи логической единицы в требуемый бит порта.
Пример скетча Arduino , который включает и выключает встроенный светодиод на 13 пине, в зависимости от того, нажата или отпущена кнопка, подключенная ко второму пину, используя внутренний нагрузочный резистор:
void setup() { pinMode(13, OUTPUT); //светодиод на 13 пине pinMode(2, INPUT); //2 пин - в режиме входа. Кнопка подключена к земле. digitalWrite(2, HIGH); //подключаем подтягивающий резистор } void loop() { digitalWrite(13, !digitalRead(2)); // считываем состояние кнопки и переключаем светодиод }
Здесь мы инвертируем значение, считанное с входного порта, путем использование логического НЕ , обозначаемого восклицательным знаком перед функцией digitalRead , так как при нажатой кнопке мы считываем 0, а для включения светодиода в порт нам нужно отправить 1.
Дребезг контактов
Все бы ничего, если бы мы жили в идеальном мире с идеальными кнопками. Реальные механические контакты, которые присутствуют в кнопках никогда не замыкаются и не размыкаются мгновенно. В течении непродолжительного промежутка времени происходит многократное замыкание и размыкание контактов ключа (кнопки) в результате чего на вход микроконтроллера поступает не единичный перепад напряжения, а целая пачка импульсов. Это явление носит название «дребезг контактов».
В примере выше, когда при помощи кнопки мы просто включали и выключали светодиод мы не заметили это, так как включение/выключение светодиода в момент «дребезга» происходило очень быстро и мы просто не увидели это глазом.
Эта библиотека включает следующие методы:
- Bounce () — инициализация объекта Bounce
- void interval (unsigned long interval) — устанавливает время антидребезга в миллисекундах
- void attach (int pin) — устанавливает пин, к которому подключена кнопка и подключает на этом выводе встроенный подтягивающий резистор
- int update () — поскольку Bounce не использует , вы «обновляете» объект до того, как считываете его состояние и это нужно делать постоянно (например, внутри loop ). Метод update обновляет объект и возвращает TRUE (1), если состояние пина изменилось (кнопка была нажата или же, наоборот, отпущена) и FALSE (0) в противном случае. Вызов метода update внутри loop необходимо производить только один раз.
- int read () — возвращает обновленное состояние пина
По умолчанию, библиотека Bounce использует интервал стабилизации (stable interval ) для реализации антидребезга. Это проще для понимания и позволяет не знать длительность дребезга.
Параметр stable interval библиотеки Bounce
Определив
#define BOUNCE_LOCK-OUT
#define BOUNCE_LOCK-OUT |
в файле Bounce.h можно включить альтернативный метод борьбы с дребезгом. Этот метод позволяет быстрее реагировать на изменение состояния кнопки, однако, требует установить продолжительность дребезга, а эта величина, как я отметил выше увеличивается с течением времени, а значит, потребуется вносить изменения в код, либо установить заведомо большее значение.
Приведу пример использования этой библиотеки:
#include
#include Bounce bouncer = Bounce () ; //создаем экземпляр класса Bounce void setup () pinMode (2 , INPUT ) ; // кнопка на пине 2 digitalWrite (2 , HIGH ) ; // подключаем встроенный подтягивающий резистор bouncer . attach (2 ) ; // устанавливаем кнопку bouncer . interval (5 ) ; // устанавливаем параметр stable interval = 5 мс Serial . begin (9600 ) ; //установка Serial-порта на скорость 9600 бит/сек void loop () if (bouncer . update () ) { //если произошло событие if (bouncer . read () == 0 ) { //если кнопка нажата Serial . println ("pressed" ) ; //вывод сообщения о нажатии else Serial . println ("released" ) ; //вывод сообщения об отпускании |
И еще один небольшой практически полезный пример. Пусть у нас есть кнопка, при длительности нажатии которой меньше 2 секунд происходит изменение переменной current_mode , в которой хранится текущий режим работы некоторого устройства. В этом примере режим будет изменяться от 0 до 5. Один раз нажали — режим имеет номер 1. Еще раз нажали — 2. И так до пяти. После пяти при очередном нажатии текущий режим становится первым и опять по кругу. Если же удерживать кнопку в нажатом состоянии более 2 секунд переменной current_mode присваивается значение 0.
#include
#include #define pressed_long 2000 // долговременное нажатие = 2 секунды #define num_modes 5 // максимальный номер режима short int max_mode = num_modes + 1 ; // вспомогательная переменная Bounce bouncer = Bounce () ; //создаем экземпляр класса Bounce unsigned long pressed_moment ; // момент нажатия кнопки int current_mode = 0 ; // текущий режим void setup () pinMode (2 , INPUT ) ; // кнопка на пине 2 digitalWrite (2 , HIGH ) ; // подключаем встроенный подтягивающий резистор bouncer . attach (2 ) ; // устанавливаем кнопку bouncer . interval (5 ) ; // устанавливаем параметр stable interval = 5 мс |
Вам понадобится
- Arduino;
- тактовая кнопка;
- резистор 10 кОм;
- макетная плата;
- соединительные провода.
1 Виды кнопок
Кнопки бывают разные, но все они выполняют одну функцию - физически соединяют (или, наоборот, разрывают) между собой проводники для обеспечения электрического контакта. В простейшем случае - это соединение двух проводников, есть кнопки, которые соединяют большее количество проводников.
Некоторые кнопки после нажатия оставляют проводники соединёнными (фиксирующиеся кнопки ), другие - сразу же после отпускания размыкают цепь (нефиксирующиеся кнопки ).
Также кнопки делят на:
- нормально разомкнутые ,
- нормально замкнутые .
Сейчас нашёл широкое применение тип кнопок, которые называют «тактовые кнопки» . Тактовые - не от слова «такт», а от слова «тактильный», т.к. нажатие хорошо чувствуется пальцами. Но этот ошибочный термин устоялся, и теперь эти кнопки у нас повсеместно так называют. Это кнопки, которые при нажатии замыкают электрическую цепь, а при отпускании - размыкают, т.е. это нефиксирующиеся, нормально разомкнутые кнопки.
2 Дребезг контактов
Кнопка - очень простое и полезное изобретение, служащее для лучшего взаимодействия человека и техники. Но, как и всё в природе, она не идеальна. Проявляется это в том, что при нажатии на кнопку и при её отпускании возникает т.н. «дребезг» ("bounce" по-английски). Это многократное переключение состояния кнопки за короткий промежуток времени (порядка нескольких миллисекунд), прежде чем она примет установившееся состояние. Это нежелательное явление возникает в момент переключения кнопки из-за упругости материалов кнопки или из-за возникающих при электрическом контакте микроискр.
В следующей статье мы подробно рассмотрим способы борьбы с «дребезгом» при замыкании и размыкании контактов. А пока что рассмотрим варианты подключения кнопки к Arduino.
3 Некорректное подключение кнопки
Чтобы подключить нормально разомкнутую тактовую кнопку к Arduino, можно поступить самым простым способом: один свободный проводник кнопки соединить с питанием или землёй, другой - с цифровым выводом Arduino. Но, вообще говоря, это неправильно. Дело в том, что в моменты, когда кнопка не замкнута, на цифровом выводе Ардуино будут появляться электромагнитные наводки, и из-за этого возможны ложные срабатывания.
Чтобы избежать наводок, цифровой вывод обычно подключают через достаточно большой резистор (10 кОм) либо к земле, либо к питанию. В первом случае это называется «схема с подтягивающим резистором» , во втором - «схема со стягивающим резистором» . Давайте рассмотрим каждую из них.
4 Подключение кнопки по схеме с подтягивающим резистором
Сначала подключим к Arduino кнопку по схеме с подтягивающим резистором. Для этого один контакт кнопки соединим с землёй, второй - с цифровым выходом "2". Цифровой выход "2" также подключим через резистор номиналом 10 кОм к питанию +5 В.
Напишем вот такой скетч для обработки нажатий на кнопку и загрузим в Arduino.
// Задаём номера выводов: const int buttonPin = 2; const int ledPin = 13; void setup() { pinMode(ledPin, OUTPUT); pinMode(buttonPin, INPUT); } void loop() { int buttonState = digitalRead(buttonPin); // считываем состояние кнопки if (buttonState == HIGH) { digitalWrite(ledPin, HIGH); // зажигаем светодиод при нажатии кнопки } else { digitalWrite(ledPin, LOW); // гасим светодиод при отпускании кнопки } }
Встроенный светодиод на выводе "13" постоянно горит, пока не нажата кнопка. Т.е. на порте "2" Arduino всегда присутствует высокий логический уровень HIGH. Когда нажимаем кнопку, напряжение на "2" порте принимает состояние LOW, и светодиод гаснет.
5 Подключение кнопки по схеме со стягивающим резистором
Теперь соберём схему со стягивающим резистором. Один контакт кнопки соединим с питанием +5 В, второй - с цифровым выходом "2". Цифровой выход "2" подключим через резистор номиналом 10 кОм к земле. Скетч менять не будем.
При включении схемы на цифровом порте "2" Arduino низкий уровень LOW, и светодиод не горит. При нажатии на кнопку на порт "2" поступает высокий уровень HIGH, и светодиод загорается.
При разработке устройств часто требуется использовать кнопку, подключённую к плате Arduino. В качестве кнопки обычно используются тактовые кнопки, которые замыкают цепь при нажатии и не пропускают ток в не нажатом состоянии. Но недостаточно просто подключить кнопку к цифровому входу микроконтроллера. В статье показаны нюансы подключения и приведены примеры.
Для примера будем использовать тактовую кнопку. Кнопка имеет 4 вывода. Но на самом деле 4 вывода нужны только для прочного монтажа кнопки на плате. Внутри у неё всего 2 контакта по бокам, каждый из которых выступает за границы корпуса слева и справа. Это хорошо видно на фотографиях кнопки в разборе:
Кнопка без верхней крышки. Разными цветами выделены контакты, соединённые с разными выводами. Рядом с разобранной кнопкой видна металлическая круглая деталь, которая замыкает центральный и боковые контакты при нажатии.
Кнопка в разрезе. Видно, что крайние контакты физически соединены с одним выводом, выходящим с двух сторон. Центральный вывод устроен аналогично.
Важно не перепутать, какие контакты соединены (то есть являются единым целом), а какие должны замыкаться при нажатии. Кнопка подключается одним из контактов к любому цифровому пину Arduino, другим контактом к положительному полюсу питания. Далее нужно настроить пин Arduino, как вход, функцией pinMode() и можно считывать значение с вывода с помощью функции digitalRead() . При нажатии кнопки с вывода будет считываться значение HIGH. На этом можно было бы и закончить, если бы не одно но: в разомкнутом состоянии на ввод будут случайным образом подаваться сигналы LOW и HIGH, потому что такой вывод ни к чему не подключён и «висит в воздухе». Для правильного подключения нужно вывод, к которому подключена кнопка, «подтянуть» к одному из значений. В нашем случае при не нажатой кнопке с пина должно считываться значение LOW, поэтому подтягивать будем к земле.
Для этого необходимо подключать параллельно с кнопкой к выбранному выводу большого номинала (10 КОм и больше), через который будет протекать совсем небольшой ток. Тогда при не нажатой кнопке на пине будет чёткое значение LOW, а при нажатии кнопки наш подтягивающий резистор никак не помешает считать HIGH. Потому что через подтягивающий резистор утечёт совсем немного тока по сравнения с током короткого замыкания пина контроллера на положительный полюс питания.
После сборки схемы загрузите в плату следующую программу:
/* Переключаем светодиод при нажатии на кнопку Схема устройства: * Светодиод подключён к 13 пину (встроенный светодиод) * Тактовая кнопка подключена ко 2му пину * Резистор 10кОм используется для подтяжки 2го пина к земле */ //Задаём константы // set pin numbers: const int buttonPin = 2;// Номер пина, к которому подключена кнопка const int ledPin = 13; // Номер пина, к которому подключен светодиод //Объявляем переменные int buttonState = 0; // Переменная для хранения статуса кнопки void setup() { // Настраиваем вывод, к которому подключён светодиод, как выход pinMode(ledPin, OUTPUT); // Настраиваем вывод, к которому подключена кнопка, как вход pinMode(buttonPin, INPUT); } void loop(){ // Считываем состояние кнопки buttonState = digitalRead(buttonPin); // Проверяем, нажата ли кнопка // Если нажата, на пин с кнопкой поступит значение HIGH if (buttonState == HIGH) { // Включаем светодиод digitalWrite(ledPin, HIGH); } else { // Выключаем светодиод digitalWrite(ledPin, LOW); } }
Переключаем светодиод при нажатии на кнопку Схема устройства: * Светодиод подключён к 13 пину (встроенный светодиод) * Тактовая кнопка подключена ко 2му пину * Резистор 10кОм используется для подтяжки 2го пина к земле //Задаём константы // set pin numbers: const int buttonPin = 2 ; // Номер пина, к которому подключена кнопка const int ledPin = 13 ; // Номер пина, к которому подключен светодиод //Объявляем переменные int buttonState = 0 ; // Переменная для хранения статуса кнопки void setup () { // Настраиваем вывод, к которому подключён светодиод, как выход pinMode (ledPin , OUTPUT ) ; // Настраиваем вывод, к которому подключена кнопка, как вход pinMode (buttonPin , INPUT ) ; void loop () { // Считываем состояние кнопки buttonState = digitalRead (buttonPin ) ; |
Полное сопротивление цепи переменного тока
Утилиты для быстрого сравнения документов Сравнение текстовых файлов по содержимому
Инструкция для начинающих пользователей
Расширение Firefox для скачивания музыки ВКонтакте
ROM Manager - Самый простой способ установить Custom Recovery