3.2 Кнопки и датчики

Электромеханический контакт – кнопка, геркон, клавиатура – один из наиболее простых и распространенных устройств ввода информации в МП- систему. Особенность всех электромеханических контактов – генерация импульсных помех при переключении, вызванная дребезгом контактов ("звон").

"Дребезг" – многократное неконтролируемое замыкание и размыкание контактов в момент их переключения происходит из-за механического резонанса в течение времени до 100 мс. Подача сигналов управления на входы большинства цифровых устройств требует специальных мер по подавлению дребезга, без них возможно многократное срабатывание триггеров и счетчиков.

Рис. Импульсы с дребезгом на контактах

Схемотехнические способы борьбы с дребезгом контактов заключаются в использовании RC- цепей, одновибраторов, триггеров. Цепь на схеме формирует короткий импульс отрицательной полярности (порядка 0,7 мкс на уровне 0,5) в момент первого касания контактов кнопки, в результате чего конденсатор С1 быстро заряжается через резистор R2. Дальнейший дребезг контактов кнопки не влияет на выходное напряжение, так как разряд конденсатора С1 происходит через резистор R1 значительно большей величины.

Недостатки схемотехнических методов – дополнительные затраты на компоненты и дополнительное время требуемое на перезарядку RC- цепей.

В МП- системах основной метод избавления от "звона" контактов – программный. При этом опрашивается состояние вывода порта и если после первого импульса состояние ключа не изменилось в течение 20 мс, можно считать, что звон закончился. Ключ подключается непосредственно ко входу порта.

Резистор фиксирует потенциал на входе порта при разомкнутых контактах. Если используются линии порта с внутренними подтягивающими резисторами, то наличие внешнего резистора не обязательно. Такой простой способ подключения используется при небольшом числе кнопок или контактных датчиков.

При большом числе кнопок становится недостаточным число линий ввода/вывода МК и используется матричное включение клавиш.

Контроллер периодически устанавливает на одной из линий столбцов "0" и опрашивает линии строк матрицы. При использовании n- выводов порта можно организовать ввод с клавиатуры размерностью до km, где k+m  n. При ограниченном числе линий порта ввода/вывода и при этом способе может оказаться недостаточным число линий ввода. В этом случае можно подключить линии строк и/или столбцов матрицы клавиатуры через дешифраторы/мультиплексоры. Теперь размерность матрицы km должна удовлетворять условию km  2ⁿ.

3.3 Подключение светодиодных индикаторов

Светодиодные индикаторы характеризуются высокой яркостью, контрастностью, различным спектром излучения, конструктивным оформлением, имеют высокую надежность. Для "зажигания" светодиода требуется ток от 5до 20 мА при падении напряжения от 1,5 до 2,5 В, в зависимости от цвета свечения.

Каждый из выходов МК способен обеспечить ток до 20 мА, но при условии, что суммарный ток через все выходы не превышает 80 мА. Мощные светодиоды подключаются через буферные элементы. Кроме максимально допустимого тока через нагрузку и тока потребляемого от МК эти схемы отличаются и способом управления. Схема а требует инверсного управления – светодиод "зажигается" при "нуле" на выходе МК, схема б имеет прямое управление – светодиод "горит" при "1" на выходе.

Для схемы а ток через светодиод i=(V_dd-U_HL)/R₁

Для схемы б максимальный ток через светодиод ограничивается не выходным током порта МК, а допустимым током коллектора транзистора. Сопротивление резистора должно удовлетворять условию R₂  (U¹-U_ЭБ)/(i_HL/).

а	б
Подключение светодиода	Подключение светодиода через буферный элемент

Для отображения числовой информации применяются семисегментные индикаторы. Подключение одного семисегментного индикатора аналогично подключению семи единичных светодиодных индикаторов, но на практике цифровой индикатор должен состоять из нескольких десятичных разрядов. Число требуемых выводов МК становится недопустимо большим. При статическом способе включения индикаторов на один десятичный разряд требуется один восьми- разрядный порт. Особенности человеческого зрения позволяют использовать динамический способ индикации, когда в каждый данный момент времени светится только один индикатор. Частота опроса индикаторов должна быть более 20 Гц. При этом одноименные сегменты всех используемых индикаторов включаются параллельно, что существенно экономит количество требуемых выводов МК. В этом случае два порта МК могут обслуживать до восьми десятичных разрядов цифрового индикатора.

Как и в случае с матричной клавиатурой, сэкономить требуемое число выводов МК позволяет применение внешних дешифраторов.

В приведенной схеме для подключения восьми индикаторов использовано семь линий порта. Восемь линий порта позволяют подключить до 16 индикаторов (при этом необходимо использовать дешифратор 4/16).