Кнопки тактовые виды и характеристики принцип работы. Подключение кнопки к ардуино. Подключение кнопки по схеме со стягивающим резистором

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.

Мы говорили об азах программирования Arduino. Сегодня мы будем говорить о GPIO у Arduino и PWM сигналах. Мы будем использовать кнопки и управлять яркостью светодиода с помощью PWM сигнала. Также мы будем использовать функции в среде программирования Arduino.

Для начала давайте попробуем управлять светодиодом с помощью кнопки.

Нам понадобятся :

1. Резистор номиналом около 100-400 ом. Для ограничения тока, который идет через светодиод, чтобы не сжечь его.
2. Резистор номиналом около 10 ком. Для подтягивания логических уровней на входе Arduino. Если его не ставить то наша кнопка будет работать очень нестабильно, т.к. на входе Arduino вместо полезного сигнала будут помехи.
3. Светодиод АЛ307 или любой который вам понравиться. Собственно его мы и будем зажигать.
4. Тактовая кнопка IT-1102 или любая другая. Будет использоваться для управления светодиодом.

Теперь настало время собрать простую схему, можно это сделать используя отладочную плату BreadBoard или при помощи паяльника и проводов.

Светодиод подключен через токоограничительный резистор 200 ом к 10 выходу Arduino, номинал резистора можно поставить 200 ом — 500 ом, от этого будет меняться ток, идущий через светодиод и соответственно его яркость. Если вы подключите светодиод напрямую то это закончится плохо, через светодиод пойдет большой ток, в результате чего либо сам светодиод либо выход Arduino выйдет из строя. Необходимо также учесть что светодиод, это как никак диод, у него есть полярность!

Если вы подключите светодиод неправильно, он не загорится, потому что ток через него не пойдет (он просто будет закрыт). Определить полярность светодиода легко, короткая нога светодиода это минус (т.е. ноль или GND), а длинная это +.

Кнопка подключена таким образом, что в момент нажатия она скоммутирует на вход №10 Arduino +5 вольт что соответствует логической единице цифрового входа Arduino. В момент когда кнопка не нажата наш резистор номиналом 10 ком, притянет вход Arduino к GND (т.е. к нулю) и на входе Arduino стабильно будет логический ноль. Если вы не будете использовать этот подтягивающий резистор, то вполне возможна ситуация, когда будут происходить ложные срабатывания, это связанно с тем что на входе Arduino будет отсутствовать подтягивающий резистор и соответственно напряжение не будет равно нулю, оно будет хаотично меняться, что влечет за собой появление ложной логической единицы на входе Arduino.

Итак, настало время написать программу для Arduino. Для начала давайте будем держать включенным светодиод до тех пор, пока нажата кнопка. Конечно решить такую задачу очень легко без микроконтроллера, но ведь нам нужно с чего-то начать. Открываем среду программирования Arduino (как программировать Arduino подробно изложено в №1) и начинаем писать код:

/*

Мигаем светодиодом.
Будем держать включенным светодиод до тех пор, пока нажата кнопка.

*/

{


}

{
if (digitalRead(switchPin) == HIGH) // Если кнопка нажата, наша переменная switchPin будет иметь значение HIGH (логическую 1) и выполниться код на след. строке
{
digitalWrite(ledPin, HIGH); // Зажигаем светодиод, выставив логическую 1 (уровень HIGH) на выходе 13
}
else // Если кнопка не нажата выполниться код идущий ниже.
{
digitalWrite(ledPin, LOW); // Выключаем светодиод
}
}

Ну что работает?! :)

А теперь давайте усложним задачу, сделаем так, чтобы при нажатии кнопки светодиод загорался и горел до тех пор пока не нажмем еще раз и так по кругу.

Наш код для этих целей будет выглядеть так:

/*
Урок 2. GPIO, Кнопки и PWM у Arduino

Будем включать светодиод после нажатия кнопки и выключать после второго нажатия.
Этот демонстрационный код был скачан с сайта www.сайт
*/

int switchPin = 10; // Для удобства задаем имя «switchPin» для 10 вывода
int ledPin = 13; // Для удобства задаем имя «ledPin» для 13 вывода


void setup() // Блок «Setup» запускается только 1 раз при запуске Arduino, он нужен для инициализации.
{
pinMode(switchPin, INPUT); // Конфигурируем 10 вывод Arduino на вход. Т.к. мы будем считывать состояние кнопки.
pinMode(ledPin, OUTPUT); // Конфигурируем 13 вывод Arduino на выход. С помощью него мы будем включать светодиод.
}

void loop() // Блок «loop» это цикл, т.е. код который работает раз за разом бесконечно
{
if (digitalRead(switchPin) == HIGH && lastButton == LOW) // Если кнопка нажата, и последнее состояние кнопки было «не нажата», тогда выполняем следующий код
{

lastButton = HIGH; // Меняем значение lastButton на логическую единицу
}
else
{
lastButton = digitalRead(switchPin); // Устанавливаем в переменную lastButton такое же значение как в переменной switchPin
}

}

Ну как работает?! Хмм… Странно.. Иногда у нас все срабатывает как ожидается, а иногда нет… Почему так могло произойти? Всё дело в эффекте «дребезга контактов»:

Как вы видите на этой осциллограмме на самом деле наша кнопка срабатывает не идеально… И если мы с большой частотой опрашиваем кнопку, то в переходный момент мы можем считать как единицу так и ноль. Лучше было бы использовать аппаратные решения проблемы, но речь сейчас идет о нашем коде. Чтобы избежать этого дребезга нам придется доработать программу и просто ввести задержку по времени :

/*
Урок 2. GPIO, Кнопки и PWM у Arduino
Включаем/выключаем светодиод.
Будем включать светодиод после нажатия кнопки и выключать после второго нажатия и устраняем дребезг кнопок.
Этот демонстрационный код был скачан с сайта www.сайт

int switchPin = 10; // Для удобства задаем имя «switchPin» для 10 вывода
int ledPin = 13; // Для удобства задаем имя «ledPin» для 13 вывода
boolean lastButton = LOW; // В этой переменной мы будем хранить состояние кнопки во время предыдущей обработки нашего цикла, а также установим его в ноль.
boolean ledOn = false; // В этой переменной мы будем хранить состояние светодиода, чтобы мы могли переключать его

void setup() // Блок «Setup» запускается только 1 раз при запуске Arduino, он нужен для инициализации.
{
pinMode(switchPin, INPUT); // Конфигурируем 10 вывод Arduino на вход. Т.к. мы будем считывать состояние кнопки.
pinMode(ledPin, OUTPUT); // Конфигурируем 13 вывод Arduino на выход. С помощью него мы будем включать светодиод.
}

{


{


}

}

void loop() // Блок «loop» это цикл, т.е. код который работает раз за разом бесконечно

{


{
ledOn = !ledOn; // Меняем значение ledOn на противоположное
}

digitalWrite(ledPin, ledOn); // Собственно эта строчка будет зажигать и гасить светодиод
}

Я думаю теперь у всех все заработало так, как и задумывалось;)

Теперь настало время изменить нашу программу таким образом, чтобы после каждого нажатия кнопки менялась яркость светодиода, для этого мы будем использовать ШИМ сигнал или как его еще называют PWM. Если вы хотите узнать подробнее про ШИМ, можете почитать об этом в ВИКИ . А для нас на текущий момент достаточно знать лишь то, что меняя логические значения 0 и 1 в определенной последовательности можно заставить светодиод светиться по разному, но сути он просто будет по разному мигать, но так как частота миганий высокая, глазу будет казаться что он просто меняет яркость.

Но к сожалению не все выходы Arduino поддерживают PWM, поддержка PWM обозначена значком ~ рядом с номером контакта на шелкографии Arduino. Одним из таких контактов является контакт №11, а текущий наш контакт №13 не поддерживает PWM, следовательно нам нужно изменить схему подключения следующим образом:

А также внести изменения в программный код, а именно нужно изменить номер контакта и добавить использование ШИМ :

/*
Урок 2. GPIO, Кнопки и PWM у Arduino
Меняем яркость светодиода.
Будем менять яркость свечения светодиода после каждого нажатия кнопки.
Этот демонстрационный код был скачан с сайта www.сайт
*/

int switchPin = 10; // Для удобства задаем имя «switchPin» для 10 вывода
int ledPin = 11; // Для удобства задаем имя «ledPin» для 11 вывода
boolean lastButton = LOW; // В этой переменной мы будем хранить состояние кнопки во время предыдущей обработки нашего цикла, а также установим его в ноль.
int ledLevel = 0; // В этой переменной мы будем хранить яркость свечения светодиода, яркость может иметь значение от 0 до 255, в момент инициализации установим его в 0, чтобы светодиод не светился
boolean currentButton = LOW; // Переменная для нашей функции debounce

void setup() // Блок «Setup» запускается только 1 раз при запуске Arduino, он нужен для инициализации.
{
pinMode(switchPin, INPUT); // Конфигурируем 10 вывод Arduino на вход. Т.к. мы будем считывать состояние кнопки.
pinMode(ledPin, OUTPUT); // Конфигурируем 13 вывод Arduino на выход. С помощью него мы будем включать светодиод.
}

boolean debounce(boolean last) //функция для устранения дребезга контактов кнопки, будет возвращать предыдущее её состояние
{
boolean current = digitalRead(switchPin); // Пишем в current текущее состояние кнопки
if (last != current) // Проверяем изменилось ли состояние кнопки
{
delay(5); // Если да, делаем задержку 5 миллисекунд, для того чтобы кнопка перестала «дребезжать»
current = digitalRead(switchPin); // Считываем значение кнопки после паузы, сейчас дребезг уже должен пройти
}
return current; // возвращаем стабильное значение кнопки
}

void loop() // Блок «loop» это цикл, т.е. код который работает раз за разом бесконечно
{
currentButton = debounce(lastButton); // передаем в currentButton результат работы функции debounce с переданным в него состоянием кнопки
if (lastButton == LOW && currentButton == HIGH) // Проверяем была ли нажата кнопка
{
ledLevel = ledLevel + 51; // Меняем значение яркости на 51
}
lastButton = currentButton; // Устанавливаем в переменную lastButton такое же значение как в переменной currentButton

if (ledLevel > 255) ledLevel = 0; // Ограничиваем макс. значение в 255
analogWrite(ledPin, ledLevel); // Собственно эта строчка будет зажигать светодиод с нужной яркостью
}

Надеюсь у вас все заработало. Это конец урока.

Вы можете задать вопросы и спросить совета в комментариях.

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.

В этом примеры мы рассмотрим подключение кнопки к контроллеру Arduino. При нажатие кнопки мы будем зажигать встроенный светодиод. Большинство плат Arduino имеют встроенный SMT светодиод, подключенный к выходу 13 (pin 13).

Необходимые компоненты

• контроллер Arduino
• тактовая кнопка
• 10кОм резистор
• контактная макетная плата
• соединительные провода

Подключение

Подключаем выход питания (5V) и землю (Gnd), красным и черным проводом соответственно к макетной плате. Обычно на макетных платах для питания и земли используют крайние ряды контактов, как показано на рисунке. Третьим синим проводом мы соединяем цифровой пин 2 контроллера Arduino к контакту тактовой кнопки. К этому же контакту, либо к контакту, постоянно соединенному с ней в 4х штырковом исполнении, подключаем подтягивающий резистор 10 кОм, который в свою очередь соединяем с землей. Другой выход кнопки соединяем с питанием 5 В.

Когда тактовая кнопка не нажата, выход 2 подключен только к земле через подтягивающий резистор и на этом входе будет считываться LOW . А когда кнопка нажата появляется контакт между входом 2 и питанием 5В, и считываться будет .

Замечание: Чаще всего тактовые кнопки имеют по два контакта с каждой стороны так, как это показано на рисунке подключение. При этом по форме кнопка почти квадратная. ВАЖНО не перепутать при подключении какие контакты соединены, а какие замыкаются при нажатие. Лучше всего прозвонить кнопку если не уверены.

Можно также подключить кнопку наоборот — через подтягивающий резистор к питанию и через кнопку к земле. Тогда с входа будет считваться HIGH, а при нажатие кнопки LOW.

Если вход оставить неподключенным, то на входе будет считываться HIGH или LOW случайным образом. Именно поэтому мы используем подтягивающий резистор, чтобы задать определенное значение при ненажатой кнопке.

Схема

Код