EPP: Eliminacja drgań styków by omicronNs

Autor: omicronNs
Redakcja: dondu

Tematem dot. zadania eliminacji drgań styków klawiatury.


Eliminacja drgań styków przycisków mechanicznych, generalnie polega na odczytaniu stanu przycisku, a następnie odczytaniu go ponownie po pewnym czasie ok 5-20ms, jak to ma miejsce w przykładzie z zadania.


Jednak taka realizacja eliminacji drgań styków ma podstawową wadę – program staje w miejscu (pętli oczekującej) na te kilka - kilkanaście milisekund, a dla mikrokontrolera to wieczność (przy taktowaniu 8MHz daje to 40.000-160.000 zmarnowanych cykli procesora!). Dlatego należy podejść do problemu z trochę innej perspektywy.


Układ testowy zaprojektowałem tak:

Plik Eagle: schemat.zip 

Procesor Atmega8 wyposażony jest w sprzętowy 8-bitowy timer/counter Timer0. Można go z powodzeniem wykorzystać do naszego celu. Użyjemy przerwanie od przepełnienia tego licznika, w którym:

1. sprawdzimy stan pinów z przyciskami, 
2. w następnym przerwaniu wpiszemy je do zmiennej stan_przyciskow, ale tylko wtedy, gdy aktualny stan pinów jest taki sam jak poprzedni, 
3. w przeciwnym wypadku wartość zmiennej  stan_przyciskow pozostanie nietknięta.

W efekcie zmienna stan_przyciskow zawsze zawiera aktualną informację nt. wciśniętych przycisków, ale ignorowane są szybkie zmiany ich stanów, które mogłyby zakłócić pracę pozostałej części programu.

W tym przykładzie timer0 pracuje z 256-krotnym prescalerem, co daje przerwanie co ok. 8ms:

więc opóźnienie między zmianą stanu pinu, a uaktualnieniem zmiennej stan_przyciskow będzie zawierać się w granicach 8-16ms, w zależności od tego, w którym momencie nastąpi rzeczywista zmiana logicznego stanu pinu.

Efekt końcowy jest taki, że czas jaki procesor wykorzystuje na obsługę pinów spadł do wartości 5,5us (44cykle) jest to zmiana o 99,945% w stosunku do opóźnienia programowego, a sam algorytm wykonuje się w tle i możemy o niej zapomnieć.

/*
* Data:                 18.02.2012
* Autor:                omicronNs
* E-Mail:               omicronns[maupa]gmail.com
* Opracowano dla:       http://mikrokontrolery.blogspot.com 
* Tytuł:                Szkielet programu z zaimplementowaną eliminacją drgań
*                       styków przycisków
* Procesor:             Atmega8
* F_CPU:                8MHz
*
* Przyciski podłączone do portu B piny PB0-PB3 (4 przyciski)
*/



#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>


volatile uint8_t stan_przyciskow;

ISR(TIMER0_OVF_vect)
{
  static uint8_t stan_przyciskow_stary = 0, stan_przyciskow_nowy;

  //Pobranie stanu przycisków, i wpisanie do zmiennej
  //stan_przyciskow_nowy w taki sposób, że 1 oznacza wciśnięty
  //ponieważ przyciski zwierają do masy (GND) należy odwrócić odczytaną
  //wartość z portu gdzie przyciski są podłączone
  stan_przyciskow_nowy = (~PINB & 0b00001111);

  //jeżeli stan przycisków jest taki sam jak poprzednio
  if(stan_przyciskow_stary == stan_przyciskow_nowy)
     stan_przyciskow = stan_przyciskow_nowy;   //to aktualizuj zmienną glonalną
  
  //zapamietaj nowy stan
  stan_przyciskow_stary = stan_przyciskow_nowy;
}

int main(void)
{
  //Konfiguracja pinów
  DDRB = 0b11110000;
  PORTB = 0xff;

  //Uruchomienie timera0, odblokowanie przerwań
  TCCR0 |= (1<<CS02);
  TIMSK |= (1<<TOIE0);
  sei();

  //pętla główna
  while(1)
  {
     //Tutaj Twój program
  }
}

Projekt AVR Studio z plikiem C: drgania.zip 

Komentarz Dondu:
To jeden z najprostszych i skutecznych algorytmów eliminacji drgań styków, który dodatkowo charakteryzuje się krótkim kodem wynikowym. Jego stosowanie polecam w szczególności początkującym, ze względu na jego nieskomplikowany kod ułatwiający zrozumienie jego działania.

Zobacz inne rozwiązania problemu drgań styków:

• EPP: Drgania styków - zmora początkujących
• Przycisk - drgania styków - bouncing