теорія
Перемикач - це електромеханічний пристрій для з'єднання і роз'єднання електричних ланцюгів. Існують різні перемикачі, але типовий механічний перемикач складається з клем, які можна підключати між собою механічно. При з'єднання клем електричний ланцюг замкнута і через перемикач може протікати електричний струм. Якщо клеми відкриті, то електричний ланцюг розімкнути, і електричний струм через перемикач протікати не може.
За допомогою перемикачів можна безпосередньо живити електричні ланцюги, але так само, їх можна використовувати в якості датчиків. Перемикачі в функції датчиків одна з тем цієї вправи, тому тут не розглядаються специфічні перемикачі високих напруг і великих струмів. Перемикачі відрізняються кількістю контактів і методами їх підключень. Існують перемикачі з двома контактами, а так само подвійні вимикачі, де з'єднуються пари контактів. Є кнопочние-, клавішние- і движкові перемикачі, а також перемикачі при натискання на які електричний ланцюг не замикається, а розмикається.
У різних видів перемикачів різний схематичне позначення. Далі наведені перемикачі, використовувані в типових електросхемах і їх електрич -
етичні позначення:
При використанні перемикача в якості датчика у мікроконтролера, один контакт вимикача з'єднується з виводом мікроконтролера, який позначається в програмі входом. Коли відбувається з'єднання контакту з землею або електричним потенціалом, змінюється так само значення біта шини відповідне введення мікроконтролера. Логічний варіант використовувати тумблер, що дозволяє один контакт з'єднати з обраним контактом (в даному випадку з землею або харчуванням), але це не так легко. Причина в тому, що під час перемикання контакти не перебувають в з'єднанні між собою. Цей момент дуже маленький (мілісекунди), але протягом цього самого моменту вхідний висновок мікроконтролера нікуди не підключений і у нього невизначене значення. У зв'язку з електромагнітними перешкодами (що зустрічається всюди) нікуди не підключений висновок може в будь-який момент отримати значення 0 або 1.
Перешкоди ускладнюють використання перемикачів. Один з головних методів для уникнення невизначених станів це підключення виведення мікроконтролера через опір з землею або годує потенціалом. Опір в цій функції на англійській мові називають pull-down або pull-up опором. Зазвичай опір pull-up або pull-down резисторів коливається від декількох кіло до одного мегаомах. Якщо перемикач відкритий, то на вході, де підключений резистор, залишається напруга. Eсли перемикач закрити, то Кo входу прикладається напруга, тому що опір вимикача набагато менше (наближене до нуля) ніж опір резістров. По суті маємо справу з подільником напруги.
Схема підключення перемикача з pull-up резістров
Прості двох контактні перемикачі з pull-up або pull-down резисторами можна використовувати в якості датчиків так, щоб перемикач з'єднував вхід з одним потенціалом, а резистор з іншим.
Зазвичай в мікроконтролерах вбудована можливість використання pull-up або pull-down down резистора, внаслідок чого не потрібно в схему окремо додавати опір. Наприклад, в мікроконтролерах AVR у IO висновків є 20 - 50 кіло pull-up резістров.
Слід зазначити, що механічні перемикачі мають ще одну проблему - брязкіт контактів. Це призводить до того, що в момент перемикання відбувається безліч короткочасних пере-дання. Ця тема розглянута в наступному розділі. Проблема брязкоту контактів практично не впливає на приклади цієї глави.
Практика
На платі модуля «дигітальному входи-висновки» Домашньої Лабораторії знаходяться три кнопкових перемикача. Перемикачі з'єднують висновки мікроконтролера з землею, але не на пряму, а через опір - це з причини, щоб при випадковому визначенні виведення мікроконтролера виходом не сталося замикання при натискання кнопки. У перемикачів теж є pull-up опору, але вони з набагато більшим опором, ніж захисні резістров, так що при натисканні на кнопку на виході мікроконтролера залишається напруга, наближене до 0.
Перемикачі знаходяться на висновках PC0, PC1 і PC2. Для читання стану перемикачів, потрібно в мікроконтролері необхідні висновки відзначити входом. Вбудовані в AVR pull-up не потрібно застосовувати, тому що як було вже сказанно у висновків є зовнішні резістров. Якщо натиснути на кнопку, то на виведення відповідного бітної шині значення буде 0, якщо кнопку відпустити, то значення буде 1. Для того щоб побачити, чи реагує мікроконтролер на натискання кнопки, можна використовувати що знаходяться на платі LED індикатори.
Приклад коду використання кнопок заснований на бібліотеці висновків Домашньої Лабораторії, що представлено в прикладі світлодіодів.
// // Програма для тестування кнопок модуля «дигітальному входи-виходи» // Домашньої Лабораторії // #include <homelab / pin.h> // // Позначення висновків LED-ів і кнопок // pin leds [3] = { PIN (C, 5), PIN (C, 4), PIN (C, 3)}; pin buttons [3] = {PIN (C, 2), PIN (C, 1), PIN (C, 0)}; // // Основна програма // int main (void) {unsigned char i; // Налаштування висновків LED-а виходом і висновків кнопок входом for (i = 0; i <3; i ++) {pin_setup_output (leds [i]); pin_setup_input (buttons [i]); } // Нескінченний цикл while (true) {// Кожній кнопці відповідає один LED, який загоряється // при натисканні на кнопку. for (i = 0; i <3; i ++) {pin_set_to (leds [i], pin_get_value (buttons [i])); }}}
У наведеному прикладі LED-и і кнопки визначені масивом - це дозволяє використовувати їх в for циклі. При запуску програми висновки LED-ів позначаються виходом, а висновки кнопок входом. Всередині програми нескінченним циклом відбувається постійний запит стану кнопок і визначення стану відповідних їм LED-ів. Перша кнопка запалює зелене LED, друга жовта і третя червоний.