Итак мы добрались до неотъемлемой части большинства проектов на микроконтроллерах - до кнопок. Кнопка достаточно простое устройство, имеющее, как правило, всего два состояния, если говорить языком программирования это состояние логической 1 (контакты замкнуты) и логического 0 (контакты разомкнуты). Рассмотрим схему.

Имеем все туже схему с семисегментными индикаторами, но добавлены 4 кнопки. При помощи кнопок группы A будем увеличивать или уменьшать выводимое значение на первых трех индикаторах, а кнопками группы B – изменять значение на последних двух индикаторах.

Для начала кратко о кнопках. Кнопки применим с нормально разомкнутыми контактами без фиксации. Одним контактом подключим к земле, а другим к отдельным выводам микроконтроллера. Подтягивающий к плюсу резистор устанавливать не будем, так как таковой предусмотрен в самом микроконтроллере. Осталось только написать программу для опроса кнопок (состояния выводов микроконтроллера) и вывода результата на индикаторы. В связи с простотой схемы и затруднениями читателей в понимании программы на C, основной упор в этом разделе направим именно на разбор программы.

Итак программа.

#include //подключаем библиотеки #include #define SPI_SS PB2 //выход SS #define SPI_MOSI PB3 //выход MOSI #define SPI_MISO PB4 //выход MISO #define SPI_SCK PB5 //выход SCK #define BUTTON_AP PD4 //выход кнопки A+ #define BUTTON_AM PD5 //выход кнопки A- #define BUTTON_BP PD6 //выход кнопки B+ #define BUTTON_BM PD7 //выход кнопки B- char di; void spi(char cmd,char data) //Функция передачи двух пакетов по 8 бит по протоколу SPI { PORTB &= ~(1<999)a=999; //проверка достижения максимального значения переменной a if(a<0)a=0; //проверка достижения минимального значения переменной a if(b>99)b=99; //проверка достижения максимального значения переменной b if(b<0)b=0; //проверка достижения минимального значения переменной b } return 0; }

Приступим. Программу на C обычно начинают с подключения внешних библиотек. За это в программе отвечают две строки:

#include #include

avr/io.h это библиотека ввода/вывода которая объяснит компилятору какие порты ввода/вывода есть у микроконтроллера, как они обозначены и на что они способны. И самое интересное что эта библиотека сама выбирает из настроек проекта для какого микроконтроллера нужно применить описания, то позволяет использовать эту библиотеку для разных микроконтроллеров. Эту библиотеку нужно подключать в первую очередь.

Вторая часто используемая библиотека util/delay.h помогает создавать задержки в выполнении программы, что достаточно удобно.

#define BUTTON_AP PD4

указывает что на выводе PD4 ( регистр 4 порта B) мы будем подключать кнопку A+ ( смотрите схему ). Это нужно для того чтобы если мы вдруг надумаем кнопку переключить на другой вывод то нам не понадобится искать по всей программе, просто изменить в define название вывода PD4 на нужный, при этом в программе так и останется BUTTON_AP. Но в случае с выводами для SPI ничего изменить не получится потому что поддержка SPI аппаратная и жестко привязана к выводам микроконтроллера производителем.

Следующая интересная часть программы это описание портов.

DDRB |= (1<

Так были переключены на вывод перечисленные разряды порта B (по умолчанию все разряды всех портов настроены на ввод) . Э ту строку можно записать следующим образом без использования макроопределения в define

DDRB |= (1<

Эти записи равноценны и предназначены для подстановки 1 в регистр DDRB в соответствующий разряд BR3 ( разряд 3 ), BR5 ( разряд 5 ) и BR2 ( разряд 2 ). Остальные разряды регистра DDRB остаются без изменения. Также можно записать эту строку вот так

DDRB |= (1<<3)|(1<<5)|(1<<2);

что конечно более запутанно.

Запись 1 <<3 означает что двоичную единицу нужно сдвинуть влево на 3 позиции, позиции справа заполняются нулями.

1 <<3 будет означать 1000 (один ноль ноль ноль) в двоичной системе. И при выполнении операции (1<<3)|(1<<5) мы получим 101000 в двоичной системе.

В следующей строке программы подключаем подтягивающие резисторы для кнопок. Запишем единицы в соответствующие разряды регистра PORTD

PORTD |= (1<

Эти резисторы встроены в микроконтроллер. Их можно подключить на разряды порта с условием что эти разряды определены как ввод. Резисторы подтягивают нужный вывод микроконтроллера к логической 1.

Остальные настройки производятся аналогично с использованием соответствующих регистров микроконтроллера.

Теперь рассмотрим основную часть программы которую микроконтроллер после основных настроек выполняет бесконечно. Эта часть программы заключена в бесконечный цыкл.

While(1) { };

Все заключенное между фигурными скобками строки программы будут выполнятся по кругу. Внутри этого бесконечного цикла происходит поразрядное разбитие десятичного числа для вывода на отдельные разряды семисегментного индикатора. После разбиения отправляем поразрядно данные по SPI для каждого отдельного индикатора.

Delay_ms(100);

для предотвращения ложного срабатывания от «дребезга» контактов кнопки. И второй раз опрашиваем кнопки о их нажатии и сверяем выставленным ранее флагам о нажатии. Если условия соблюдены изменяем значения выводимые на индикаторы. Затем сбрасываем флаги нажатия кнопок в 0. После чего цикл повторяется.

В следующей - заключительной части будет рассмотрен АЦП (аналого-цифровой преобразователь) и применение всего ранее изученного на практике.

Подключение кнопки к линии порта ввода/вывода

Изучив данный материал, в котором все очень детально и подробно описано с большим количеством примеров, вы сможете легко овладеть и программировать порты ввода/вывода микроконтроллеров AVR.

Пример будем рассматривать на микроконтроллере ATMega8 .

Программу писать будем в Atmel Studio 6.0 .

Эмулировать схему будем в Proteus 7 Professional .

Самой распространенной задачей при создании проектов для микроконтроллеров является подключение кнопок. Несмотря на простоту, эта задача имеет существенные, возможно и неочевидные особенности.
Если подключить один из контактов кнопки, например, к общему проводу («земле»), а второй к выбранной линии порта ввода/вывода микроконтроллера, который переключен в режим «Вход», то выяснится, что такой метод не работает. При нажатии кнопки линия порта микроконтроллера соединяется с землей, и программа будет считывать лог.«0» с этой линии порта ввода/вывода, но при отпущенной кнопке вывод микроконтроллера не будет соединен ни с чем, что часто и называют «висит в воздухе». В таком случае программа будет считать с вывода и лог.«0» и лог.«1» случайным образом, так как на не к чему не присоединённую линию порта ввода/вывода будут наводится наводки.
Правильное подключение предполагает, что в разомкнутом состоянии вывод микроконтроллера должен быть соединен через резистор, например с шиной питания, а в замкнутом - с землей, либо наоборот. Сопротивление резистора не должно быть слишком маленьким, чтобы ток, текущий через него при замкнутых контактах кнопки не был слишком большим. Обычно используют значения порядка 10-100 кОм.

Рис: Подключения кнопки с подтянутой шиной питания.

- при отжатой кнопке равно лог.«1»;
- при нажатой кнопке равно лог.«0»;

Рис: Подключения кнопки с подтянутой землей.
При таком подключении состояние линии порта ввода вывода будет:
- при отжатой кнопке равно лог.«0»;
- при нажатой кнопке равно лог.«1»;

- подключения к линии порта ввода/вывода кнопки с подтянутой шиной питания:

#include // Основная программа int main(void) { // Настраиваем порты ввода/вывода DDRB = 0b11111111; //Настраиваем все разряды порта B на режим "Выход" PORTB = 0b00000000; //Устанавливаем все разряды порта B в лог.«0» (На выходе порта напряжение равное GND) DDRD = 0b00000000; //Настраиваем все разряды порта D на режим "Вход" PORTD = 0b11111111; //Устанавливаем все разряды порта D в лог.«1» (На выходе порта напряжение равное Vcc) // Вечный цикл while (1) { //Проверяем: если состояние PD0 лог.«0» то кнопка нажата if ((PIND&(1 << PD0)) == 0) { //Состояние PB0 устанавливаем в лог.«1» PORTB |= (1 << PB0); } else { //Состояние PB0 устанавливаем в лог.«0» PORTB &= ~(1 << PB0); } } }

- подключения к линии порта ввода/вывода кнопки с подтянутой землей:

// Подключаем внешние библиотеки #include #include // Основная программа int main(void) { // Настраиваем порты ввода/вывода DDRB = 0b11111111; //Настраиваем все разряды порта B на режим "Выход" PORTB = 0b00000000; //Устанавливаем все разряды порта B в лог.«0» (На выходе порта напряжение равное GND) DDRD = 0b00000000; //Настраиваем все разряды порта D на режим "Вход" PORTD = 0b11111111; //Устанавливаем все разряды порта D в лог.«1» (На выходе порта напряжение равное Vcc) // Вечный цикл while (1) { //Проверяем: если состояние PD0 лог.«1» то кнопка нажата if ((PIND&(1 << PD0)) == 1) { //Состояние PB0 устанавливаем в лог.«1» PORTB |= (1 << PB0); } else { //Состояние PB0 устанавливаем в лог.«0» PORTB &= ~(1 << PB0); } } }

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.

#include u08 bt1,bt2,bt3,bt4,bt5,bt_l,bt_l2,bt_al; // Переменные - флажки нажатых кнопок. // Эффективней их сделать битовыми полями // Но мне было лень. Оптимизируйте сами:) u16 bt_mode_time = 2000; // Длительность последовательности анализа // Сделано переменной, а не константой // чтобы можно было менять на лету. Снижая // там, где не надо ждать длительных комбинаций // что сильно повышает отзывчивость интерфейса u08 bt_cnt; // Флаг сигнализирующий, что идет анализ последовательности u08 bt_cnt_s; // Счетчик коротких нажатий u08 bt_cnt_l; // Счетчик длинных нажатий void bt_scan(void) // Эта функция сканер. Она должна вызываться раз в 20мс { #define up 0 // Дефайны состояний автомата. 0 - по дефолту. #define dn 1 #define al 3 static u08 bt_state=0; // Переменная состояния автомата static u08 bt_time =0; // Переменная времени работы автомата switch(bt_state) // Собственно автомат { case up: { if(Close) // Если нажата кнопка { bt_state = dn; // Стадию в Down bt_time = 0; // Обнуляем счетчик времени if(bt_cnt==0) // Если первый раз в комбинации { SetTimerTask(bt_ok,bt_mode_time); // Запускаем процедуру анализа bt_cnt =1; // Подсчет пошел! } } break; // Выход } case dn: { if(Close) // Все еще нажато? { if (20 > bt_time) // Нажато меньше чем 20*20мс? { // Да bt_time++; // Увеличиваем счетчик итераций } else { bt_state = al; // Нет, уже больше! Да у нас длинное нажатие! Переходим в АЛ bt_time = 0; // Сбрасываем время замера нажатия bt_cnt_l++; // Засчитываем одно длинное нажатие } } else { bt_state = up; // Кнопка отпущена? bt_time = 0; // Время замера в ноль bt_cnt_s++; // Счетчик коротких нажатий } break; // Выход } case al: // А тут мы если было длинное нажатие { if(Open) // Отпустили? { bt_state = up; // Да! Стадию в Up bt_time = 0; // Время в 0 bt_al = 1; // Зафиксировали событие "Отпускание после длинного" } break; } } SetTimerTask(bt_scan,20); // Зациклились через диспетчер. } // А это функция которая через 2 секунды сработает и подберет все результаты подсчета void bt_ok(void) // Ловим дешифровку событий тут { switch(bt_cnt_s) // Смотрим сколько нажатий коротких { case 1: bt1 = 1; break; // Такой флажок и ставим case 2: bt2 = 1; break; case 3: bt3 = 1; break; case 4: bt4 = 1; break; case 5: bt5 = 1; break; default: break; } switch(bt_cnt_l) // Смотрим сколько нажатий длинных { case 1: bt_l = 1; break; // Такой флажок и ставим case 2: bt_l2 = 1; break; default: break; } bt_cnt = 0; // Сбрасываем счетчики bt_cnt_s = 0; bt_cnt_l = 0; }

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:

#include #include #define Open (BTN_PIN & 1<

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
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.

Варианты
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.

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.

Мы провели эмуляцию схемы в программе Proteus, помигали светодиодом и научились прошивать наш виртуальный микроконтроллер. Наверняка многим из читателей пришла в голову мысль: “А можно ли помигать светодиодом, использую кнопку, подключенную к МК?

Да, разумеется, это возможно. Реализуется довольно легко. Причем можно сэмулировать кнопку как с фиксацией так и без фиксации. Причем в программе Proteus применить оба типа кнопок можно с помощью одного и того же одинакового макроса кнопки. В каких случаях это может быть полезно? Например, нам требуется осуществить выбор режимов работы устройства. Давайте разберем подробнее, как это реализовать с помощью микроконтроллера, и проведем эмуляцию в программе Proteus.

Для того, чтобы иметь наглядное представление, что у нас действительно выбор из двух режимов, мы соберем простенькую схемку на 4 светодиодах с управлением одной кнопкой. При первом варианте у нас поочередно загораются с первого по четвертый светодиоды. При втором варианте то же самое, но в обратной последовательнос ти, то есть с четвертого по первый. Единственное, что хочу уточнить, кнопка у нас опрашивается на нажатие или отжатие только перед началом эффекта. До тех пор, пока эффект не закончит свою работу, программа не реагирует на нажатие или отжатие кнопки.

Итак к делу. Так выглядит у нас наша схема в программе Proteus (кликните для увеличения):

В этой схеме мы уже видим отличия от той, которую собирали еще в прошлой статье. В левой части схемы мы видим обозначения кнопки и источника питания +5 вольт.

Как мы уже разобрали, питание и землю мы берем во вкладке “Терминал”. Обозначаются они у нас соответственно Power и Ground.

Обозначается у нас питание схемы треугольником с чертой, делящей его по высоте. Рядом, на рисунке, изображено обозначение кнопки. Справа от кнопки мы видим закрашенный красный круг с двухнаправленной стрелочкой. Если во время эмуляции нажать на него, то кнопка у нас зафиксируется и будет постоянно нажата. После повторного нажатия на него фиксация снимается.

Перед использованием нам нужно выбрать кнопку в библиотеке аналогично остальным деталям. Для этого нужно набрать в поле “Маска” слово “but”. Затем в поле “Результаты” слово “BUTTON”:

После этого кнопка появиться у нас в списке, вместе с выбранными деталями, применяемыми в проекте.

Какие порты у нас используются в проекте. Ниже на рисунке мы видим отходящие линии от портов РA0, РВ0, РВ1, РВ2 и РВ3. К порту В у нас подключены светодиоды, а к порту А – кнопка.

Итак, при нажатии, мы замыкаем цепь соединяющую +5 вольт с портом РА0 и верхним выводом резистора. Для чего у нас здесь вообще установлен резистор? Дело в том, что цепь кнопки должна быть замкнутой. После того как мы установили резистор, ток у нас течет от плюса питания через кнопку, резистор и дальше на землю.

Номинал резистора достаточно взять равным 200 Ом. Итак, когда мы нажимаем кнопку, мы соединяем порт РА0 с +5 вольт питания, и если мы опросим ножку РА0 на наличие напряжения или его отсутствие, мы сможем влиять на выполнение нашей программы.

Скрины с текстом нашей программы я привел ниже:

Итак отличия от прошлого проекта заключаются в том, что все 8 выводов порта РА мы конфигурируем на вход, выводы порта РВ0 – РВ3 мы конфигурируем на выход, а РВ4 – РВ7 на вход.

Затем мы используем в нашей программе проверку условия “ if”

Итак, мы видим в строчке после “if”, в скобках, условие выполнения. Код ниже выполняется, если на порту PA0 у нас присутствует логический ноль, или ноль вольт. Этот текст в скобках – сдвиг бита порта. Мы разберем в одной из следующих статей, а пока достаточно принять на веру, что этим мы опрашиваем кнопку на отжатие . Затем в фигурных скобках идет текст программы, который выполняется, если условие верно. Если условие не верно, программа продолжает выполняться дальше, пропустив текст в фигурных скобках.

Аналогично, с помощью условия “if” мы опрашиваем кнопку на нажатие . Обратите внимание, текст у нас в скобках изменился. Это означает что если на ножке РА0 у нас логическая единица, мы выполняем условие, то есть текст в фигурных скобках. То есть другими словами, у нас при отжатой кнопке, поочередно загораются и тухнут светодиоды с первого по четвертый, а при нажатии и удерживании, загораются и тухнут с четвертого по первый. Таким образом, мы можем влиять на выполнение программы, с помощью нажатия кнопки, опрашивая наличие на ней логического нуля, или логической единицы

Также , в котором находятся файл “сишник”, HEX и файл Протеуса.

А вот и видео