Изучаем Arduino: инструметы и методы технического волшебства - [65]
Плата | INTO | INT1 | INT2 | INT3 | INT4 | INT5 |
UNO, Ethernet | Pin2 | Pin3 | - | - | - | - |
Mega2560 | Pin2 | Pin3 | Pin21 | Pin20 | Pin19 | Pin18 |
Leonardo | Pin3 | Pin2 | Pin0 | Pin1 | - | - |
Для вызова прерывания существует встроенная функция attachInterrupt(). Ее первый аргумент - это идентификатор прерывания (для плат из табл. 12.1) или номер контакта Arduino (для платы Due). Если на плате Arduino Uno вы хотите назначить прерывание физическому контакту 2, то первый аргумент функции attachInterrupt() будет 0. Arduino Uno (и другие платы на базе ATmega328) поддерживает всего два внешних прерывания, платы Mega и Leonardo больше (см. табл. 12.1).
- 257 -
Аппаратные прерывания осуществляют переход к выполненшо определенных функций. Второй аргумент функции attach_interrupt() - имя выполняемой функции. Если вы хотите переключать состояние логической переменной при каждом прерывании, то функция обработки прерывания будет выглядеть так:
void toggleLed()
{
var = !var;
}
При вызове этой функции переменная var переключается в состояние, противоположное предыдущему, и происходит возврат в основную программу. Последний аргумент функции attachInterrupt() - режим запуска прерывания. Существуют режимы LOW, CHANGE, RISING и FALLING (для платы Due также есть режим HIGH).
Режимы CHANGE, RISING и FALLING наиболее популярны, потому что прерывание выполняется только один раз при изменении состояния входа. Режимы HIGH и LOW встречаются реже, потому что будут вызывать процедуру обработки прерывания непрерывно, блокируя остальную часть программы.
12.3. Разработка и тестирование системы противодребезговой защиты для кнопки
Чтобы применить полученные знания на практике, построим схему управления RGB-светодиодом с помощью кнопки с аппаратной противодребезговой защитой.
Пусть яркость одного из компонентов цвета RGB-светодиода меняется от максимума к минимуму и наоборот. При нажатии кнопки цвет меняется на другой, в то время как при изменении яркости используется функция задержки delay().
Как вы узнали в главе 2, при нажатии кнопок уровень напряжения на входе многократно меняется от максимального до минимального значения. При наличии аппаратных прерываний это представляет большую проблему, потому что программа обработки прерывания будет вызвана несколько раз. К счастью, дребезг можно устранить аппаратно, получая на входе неискаженный сигнал.
Обычная кнопка подключена к цифровому выводу с помощью подтягивающего резистора. Наличие подтягивающего резистора (pull-up) дает следующий эффект: по умолчанию на входе высокий уровень, при нажатии на кнопку контакт Arduino соединяется с землей, и на вход платы поступает низкий уровень.
На рис. 12.2 изображена осциллограмма сигнала на входе при нажатии кнопки.
Видно, что напряжение скачет несколько раз вверх и вниз, прежде чем устанавливается в низком состоянии.
При таком сигнале функция обработки прерывания будет вызвана три раза подряд.
Чтобы предотвратить это, добавим в схему RC-цепочку. Подключим параллельно
- 258 -
кнопке конденсатор, а последовательно подсоединим резистор (рис. 12.3). Когда кнопка не нажата, конденсатор заряжается через резисторы R1 и R2. При нажатии на кнопку конденсатор начинает разряжаться и через некоторое время на выходе напряжение упадет до нуля. Если есть дребезг, сигнал "подпрыгивает" вверх и вниз в течение нескольких миллисекунд, но конденсатор подзаряжается через резистор и на выходе поддерживается высокий уровень напряжения. Благодаря этому уровень сигнала меняется с высокого на низкий только один раз в течение интервала времени, определяемого значениями резистора и конденсатора.
Рис. 12.2. Дребезг при нажатии обычной кнопки
Рис. 12.3. Схема устранения дребезга с помощью RC-цепочки
- 259 -
Резистор R2, включенный последовательно с кнопкой, уменьшает ток заряда и разряда конденсатора. Слишком большой ток может повредить кнопку. Добавление резистора 100 Ом увеличивает время разряда и обеспечивает безопасность компонентов. Но в результате спад импульса приобретает вид, изображенный на рис. 12.4.
Погашение дребезга с помощью RC-контура
Рис. 12.4. Сигнал на выходе RC-цепочки, устраняющей дребезг
Благодаря RC-цепочке дребезг исчез, но перепад напряжения на выводе Arduino приобрел экспоненциальную форму. При опросе контакта прерывание происходит при переходе от низкого уровня к высокому и от высокого к низкому с определеой скоростью. Из-за сглаживания, вызванного конденсатором, момент прерывания определяется неточно. Крутизну спада сигнала можно увеличить с помощью триггера Шмитта. Интегральные схемы с триггером Шмитта обеспечивают резкий перепад сигнала на выходе, при превышении входным сигналом определенного порога. Выходной сигнал с триггера Шмитта можно непосредственно подавать на контакт Arduino. В этой главе мы используем инвертирующий триггер Шмитта на микросхеме 74НС14. В корпусе этой микросхемы находятся шесть отдельных инвертирующих триггеров Шмитта, в наших примерах понадобится только один.
Цоколевка микросхемы приведена на рис. 12.5.
Подсоединим выход RC-цепочки к входу триггера Шмитта, а сигнал с его выхода подадим на контакт платы Arduino (рис.-12.6).