Conectando um grande número de botões a uma entrada de microcontrolador. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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A ideia da solução proposta foi apresentada em [1]. Sua essência é conectar o número máximo de sensores de contato (reed switches, botões) ao microcontrolador usando o número mínimo de suas saídas. Esta ideia foi implementada usando o temporizador universal KR1441VI1. O circuito RC de ajuste de tempo do temporizador é composto por um capacitor e um conjunto de resistores conectados em série com cada botão. Um botão fechado específico possui sua própria taxa de repetição de pulsos gerada pelo temporizador, que é medida pelo microcontrolador [2].

A versão original tem duas desvantagens significativas. Uma delas é a utilização de duas entradas do microcontrolador. Os pulsos gerados são fornecidos a um deles. A segunda é utilizada para determinar se o botão está fechado, embora isso possa ser feito facilmente por software, pelo que esta entrada do microcontrolador pode ser utilizada para outros fins. Outra desvantagem é que ele mede a frequência em vez do período de repetição do pulso. Como resultado, para obter uma dependência linear da frequência no número do botão, foi utilizado um grande número de resistores de temporização de diferentes valores.

Arroz. 1. Esquema de construção

A solução técnica proposta, cujo diagrama é mostrado na Fig. 1, livre dessas deficiências. O temporizador KR1441VI1 de estrutura CMOS (análogo ao LMC555) opera em modo autooscilante com ciclo de trabalho de pulso de 2 [3]. Neste modo, o período de repetição do pulso é igual a

T = 2 ln2 C R,

onde C e R são a capacitância e a resistência dos elementos do circuito de temporização, respectivamente. Com C = C1 e R = R1·N, constituído por N (de acordo com o número de botões) resistores idênticos com resistência R1 conectados em série, o período T é igual a:

T≈1,39 C1 R1 N

Acontece que é proporcional ao número de resistores entre o capacitor C1 e o primeiro botão fechado SB1 - SB32 e pode ser facilmente medido por um microcontrolador. Assim como na fonte original, quando vários botões estão em curto simultaneamente, aquele com o menor número tem prioridade.

O resistor R38 é necessário para manter a geração de pulso quando todos os botões estão abertos. O resistor trimmer R35 é utilizado para definir a relação entre o período de oscilação do temporizador e a duração do intervalo de medição gerado pelo microcontrolador que é necessário para determinar corretamente o número do botão pressionado.

O programa de demonstração do microcontrolador para interrupção IRQ0 mede a duração do período T, converte-o em um número de botão e exibe-o no LCD MT-16S2S [4]. A conexão entre o microcontrolador e o LCD é organizada através de uma interface serial de três fios. Apenas quatro pinos do microcontrolador são usados ​​para entrada e saída de informações; o restante pode ser usado para outros fins.

Para medir o período, é usado um microcontrolador temporizador-contador 0 de oito bits. Com base na diferença crescente de nível na entrada de solicitação de interrupção IRQ0, o programa lê a duração do período medido e zera o registro do contador. Para aumentar a precisão da medição, o pré-scaler do contador também é redefinido. Como o pré-escalador de todos os microcontroladores temporizador-contador nos microcontroladores da série ATtiny é comum, isso pode afetar a duração dos intervalos de tempo gerados pelo temporizador-contador 1 se ele for usado com um pré-escalador diferente de um. Quando os contatos de todos os botões estão abertos, o contador que mede o período transborda. O estado aberto é determinado pela interrupção correspondente.

O número máximo de botões reconhecidos depende da instabilidade dos intervalos de tempo gerados pelo temporizador e microcontrolador. Ao sincronizar o microcontrolador a partir de um oscilador RC interno e usar um capacitor de filme com um pequeno TKE, resistores com um pequeno TKE e um desvio do valor nominal não superior a 1% no circuito do temporizador RC de ajuste de tempo, o número de botões pode chegar a 12-16. Com uma seleção mais precisa dos resistores, foi possível reconhecer 32 botões. Seu número pode ser aumentado ainda mais estabilizando a frequência do gerador de clock do microcontrolador com um ressonador de quartzo.

O layout do dispositivo usa um capacitor de filme importado C1 (análogo ao K73-17) e resistores R1 - R32 para montagem em superfície CR1206-FX-5621ELF com uma resistência de 5,62 kOhm ±1%. Dos 50 resistores de uma fita, 32 foram selecionados com uma diferença na resistência máxima e mínima não superior a 20 Ohms. Para reduzir a influência no período de oscilação da dependência da tensão de saída do temporizador DA1 no número de resistores conectados R1-R32, os resistores com menor resistência possuem números de posição mais baixos e as saídas do temporizador 3 e 7 são conectadas entre si.

O resistor trimmer R35 deve ser multivoltas, por exemplo SP5-3 ou similar. O ajuste é realizado da seguinte forma. Feche o botão com um número de posição um menor que o máximo (neste caso SB31) e encontre duas posições do controle deslizante do resistor de corte R35, correspondendo a uma mudança nas leituras do LCD de 31 para 32 e de 31 para 30. Defina o controle deslizante para a posição intermediária entre as posições encontradas.

Arroz. 2. Verificando o dispositivo e depurando o programa do microcontrolador

A verificação do dispositivo e a depuração do programa do microcontrolador foram realizadas de acordo com o layout mostrado na Fig. 2. Os bytes de configuração do microcontrolador foram programados da seguinte forma: baixo - 0xBF, alto - 0xD4, adicional - 0xFF. Como o número necessário de botões para o layout não foi encontrado, tive que usar um switch PP7-4LV. Os resistores de montagem em superfície são soldados diretamente nas placas de distribuição. Com resistores selecionados em condições ambientes, o número de contatos de chave fechados foi determinado corretamente, embora o microcontrolador operasse a partir de um oscilador RC interno.

O programa do microcontrolador pode ser baixado em ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/11/key-tx.zip.

Literatura

1. Interface de teclado de 2 fios usando um temporizador 555. - URL: radiolocman.com/shem/schematics.html?di=88598.
2. Evstifeev A. V. Microcontroladores AVR da família Tiny - M.: "DODEKA-XXl", 2007.
3. Temporizador CMOS LMC555. - URL: pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/9100/NSC/LMC555CN.html.
4. MT-16S2S. Display de cristal líquido alfanumérico de 2 linhas de 16 caracteres. - URL: melt.com.ru/docs/MT-16S2S.pdf.

Autor: S. Ivanov

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