86_88.pdf

K U R S

Wiêkszoæ urz¹dzeñ wykonanych na mikrokontrolerach

wymaga zastosowania jakiego interfejsu zapewniaj¹cego komunikacjê

z u¿ytkownikiem. W poprzednich odcinkach kursu zajmowalimy siê

prezentacj¹ wyników przy pomocy wywietlacza LED czy LCD. Czasami

jednak trzeba równie¿ wprowadziæ pewne parametry - na przyk³ad wartoæ

czasu, napiêcia itp. Mo¿na to zrobiæ na wiele sposobów, lecz jeden z nich

przyj¹³ siê wiele lat temu i króluje do dzi - klawiatura.

czêæ 10

Obs³uga klawiatury w C, czêæ 1

Ten odcinek w ca³oci powiêco-

ny bêdzie obs³udze pojedynczych kla-

wiszy, klawiatur, zawrzemy w nim

przegl¹d najczêciej stosowanych roz-

wi¹zañ. Zaczniemy od prostych me-

tod wykrywania naciniêcia pojedyn-

czego klawisza, poprzez proste kla-

wiatury wielostykowe, przedstawimy

tak¿e zagadnienia obs³ugi klawiatur

matrycowych, a tak¿e dzia³aj¹cych

z wykorzystaniem przerwañ.

w przyk³adzie. Pojedynczy przycisk pod-

³¹czony zosta³ do portu P1.2 mikrokon-

trolera z rodziny 8051 (AT89C2051). Ty

mo¿esz zrobiæ to tak samo, mo¿esz

równie¿ wykorzystaæ inn¹ liniê portu.

Zwróæ tylko uwagê na to, czy nie ma

przypadkiem koniecznoci do³¹czenia

do tej linii rezystora pullup . Potrzebne

informacje mo¿na znaleæ w dokumen-

tacji mikrokontrolera. W przyk³adzie

u¿ywa³em AT89C2051, który posiada

wewnêtrzny rezystor pullup do³¹czony

do linii P1.2.

Przycisk pod³¹czy³em w taki spo-

sób, aby w momencie jego naciniê-

cia linia portu P1.2 zwierana by³a do

masy. Dlaczego? Otó¿ w normalnej

sytuacji, gdy port pracuje jako wej-

ciowy, linia ta jest pod³¹czona do

dodatniego napiêcia zasilania przez

rezystor pullup . W konsekwencji mik-

rokontroler sprawdzaj¹c stan bitu

P1.2 odczyta stan wysoki. Mo¿na go

zmieniæ (pamiêtajmy, ¿e linia pracuje

jako wejciowa) podaj¹c stan niski,

tak aby zmieni³ siê potencja³ wymu-

szany przez rezystor. Podanie stanu

niskiego odpowiada zwarciu linii

P1.2 do masy. To jeden z powodów.

Drugi, to mog¹ce pojawiæ siê zak³ó-

cenia. W przyjêtej konfiguracji znacz-

nie ³atwiej je wyeliminowaæ, ponie-

wa¿ impedancja linii w stanie niskim

jest wielokrotnie mniejsza ni¿ w sta-

nie wysokim. Tyle o pod³¹czeniu, te-

raz warto by wspomnieæ o w³aciwo-

ciach fizycznych styków prze³¹cznika.

Podczas zwierania styków prze-

³¹cznika, mo¿e pojawiæ siê ich drga-

nie, co zilustrowano na rys. 2 . Jak

³atwo zauwa¿yæ, stan niski na wej-

ciu portu pojawi siê co najmniej

kilkakrotnie i jeli mikrokontroler bê-

dzie wystarczaj¹co szybki, a zadanie

klawisza polegaæ ma np. na zwiêk-

szeniu jakiego parametru wartoci

o 1 przy jego naciniêciu, to mo¿e siê

okazaæ, ¿e pojedyncze naciniêcie

klawisza owocuje przyrostem warto-

ci zmiennej o kilka czy nawet kilka-

nacie kroków. We wspó³czenie pro-

dukowanych miniaturowych prze³¹cz-

nikach zjawisko drgania styków zo-

sta³o prawie ca³kowicie wyeliminowa-

ne, jednak jego wystêpowanie zale-

¿eæ bêdzie od konstrukcji mechanicz-

nej prze³¹cznika - poniewa¿ tej ni-

gdy nie mo¿emy byæ pewni, lepiej

siê przed nim zabezpieczyæ.

Lekarstwem na to zjawisko jest

prosty zabieg: reakcja na wciniêty

klawisz (czy to opadaj¹ce zbocze, czy

poziom niski sygna³u), odczekanie

przez czas 20...50 ms i ponowny od-

czyt stanu portu. Jeli nie zmieni³

siê on, to oznacza, ¿e klawisz nadal

jest wciniêty i u¿ytkownik oczekuje

reakcji na wciniêcie przycisku. Jeli

odczytany stan jest wysoki, to ozna-

czaæ mo¿e, ¿e albo odebrano zak³ó-

cenie, albo przypadkowo naciniêto

klawisz. Tê prost¹ zasadê dzia³ania

wykorzystuje program umieszczony na

list. 1 . Stan klawisza sygnalizowany

jest przez bit 3 portu P1. Bit ten

przyjmuje poziom logiczny niski, gdy

klawisz jest wciniêty.

Testowanie stanu

pojedynczego przycisku

Na pocz¹tek zajmiemy siê testo-

waniem stanu pojedynczego przycis-

ku. Wbrew pozorom nie jest to za-

danie ³atwe, mimo i¿ tak mo¿e siê

wydawaæ na pocz¹tku. Program musi

uwzglêdniæ fizyczne w³aciwoci sty-

ku, zabezpieczyæ siê przed przypad-

kowym jego wciniêciem lub zewnêt-

rznym zak³óceniem. Na podstawie ob-

s³ugi pojedynczego przycisku omówi-

my podstawowe zasady odczytu sta-

nu prze³¹cznika. Funkcje omawiane

dalej bêd¹ tylko rozwiniêciem oma-

wianej tutaj funkcji podstawowej.

Na rys. 1 pokazano sposób pod³¹-

czenia klawisza wykorzystywany

Rys. 1. Pod³¹czenie pojedynczego

klawisza do mikrokontrolera

wykorzystywane w przyk³adzie 1

Rys. 2. Typowy przebieg sygna³u na

wejciu mikrokontrolera po

naciniêciu przycisku

Elektronika Praktyczna 3/2003

K U R S

List. 1. Prosty program odczytuj¹cy stan klawisza pod³¹czonego do P1.2

/* prosty program demonstracyjny odczyt pojedynczego klawisza

klawisz w³¹czony pomiêdzy masê a port P1.2, stan aktywny = L;

rezonator kwarcowy 8MHz */

Zaznaczam - jest to jedna z naj-

prostszych mo¿liwych funkcji obs³ugi

klawisza. W wiêkszoci sytuacji jest

wystarczy, ma jednak tê wadê, ¿e po

jego wciniêciu oczekuje na zwolnie-

nie blokuj¹c tym samym wykonywa-

nie innych zadañ, o ile nie s¹ one

obs³ugiwane przez przerwania.

#include <reg51.h>

//do³¹czenie definicji rejestrów mikrokontrolera

sbit PortKey = P1^2;

//definicja bitu portu klawisza

sbit Active = P1^3;

//port przyjmuje stan niski, gdy klawisz

//jest wciniêty

//opónienie oko³o 1 milisekundy dla kwarcu 8MHz

void Delay(unsigned int time)

{

Funkcja autorepeat klawisza

Ka¿dy u¿ytkownik komputera PC

zna funkcjê autorepeat klawiatury.

Polega ona na powtarzaniu kodu

wciniêtego klawisza. Zrealizujemy ta-

k¹ funkcjê w programie dla mikro-

kontrolera. Ustalmy najpierw metodê.

Wydaje mi siê, ¿e sporód wielu

sposobów obs³ugi klawiszy, najbar-

dziej naturalnymi s¹:

1. Po wciniêciu jednokrotne wy-

s³anie kodu wciniêtego klawisza,

brak reakcji jeli klawisz nie zosta³

zwolniony.

2. Po wciniêciu wys³anie kodu

klawisza i jeli nie zosta³ on zwol-

niony powtarzanie kodu klawisza co

pewien ustalony odstêp czasu.

3. Po wciniêciu wys³anie kodu

klawisza i jeli nie zosta³ on zwol-

niony - powtarzanie kodu klawisza

pocz¹tkowo wolno a po wykonaniu

pewnej liczby powtórzeñ - znacznie

szybciej.

W tym odcinku kursu wykonamy

program, który zrealizuje w praktyce

dzia³anie klawiatury w sposób numer

3. Z racji tego, ¿e liczba klawiszy nie

ma wiêkszego znaczenia dla zrozu-

mienia zasady dzia³ania, zanim prze-

jdziemy do bardziej zaawansowanych

rozwi¹zañ, pos³u¿ymy siê (podobnie

jak poprzednio) rozwi¹zaniem wyko-

rzystuj¹cym pojedynczy przycisk. Tu

jedna uwaga: to tylko propozycja roz-

wi¹zania. Pisz¹c programy czêsto za-

uwa¿ysz, ¿e jeden problem mo¿na

rozwi¹zaæ na kilka mo¿liwych sposo-

bów.

Aby funkcja automatycznego po-

wtarzania naciniêtego klawisza mog-

³a dzia³aæ, nie wolno zatrzymywaæ

programu i oczekiwaæ na zmianê sta-

nu przycisku. Mikrokontroler musi

nieprzerwanie (nie bierz tego dos³ow-

nie) wykonywaæ program sprawdzaj¹c

stan klawisza i sprawdzaj¹c warunki

dla funkcji autorepeat. W zwi¹zku

z tym nie wolno nam u¿yæ konstruk-

cji while (!PortKey) z poprzedniego

przyk³adu. Trzeba zastosowaæ zupe³-

nie inn¹ metodê: program przyk³ado-

wy liczy liczbê cykli odczytu stanu

przycisku i w zale¿noci od jej war-

toci podejmuje odpowiedni¹ akcjê.

unsigned int j;

while (time >= 1)

//wykonanie pêtli FOR zajmuje oko³o 1 msek.

{

//pêtla jest powtarzana TIME razy

for (j=0; j<65; j++);

time--;

}

//funkcja - reakcja na naciniêcie klawisza

//tylko ustawienie stanu portu wyjciowego

void KeyPressed(void)

{

Active = 0;

}

//funkcja - reakcja, gdy klawisz nie jest wciniêty

//tylko ustawienie stanu portu wyjciowego

void KeyNotPressed(void)

{

Active = 1;

}

//pocz¹tek programu g³ównego

void main(void)

{

while (1)

//pêtla nieskoñczona

{

if (!PortKey)

{

Delay(20); //opónienie 20ms

if (!PortKey) //ponowny odczyt klawisz i podjêcie akcji,

{

//jeli nadal wciniêty

KeyPressed();

while (!PortKey); //oczekiwanie na zwolnienie klawisza

}

KeyNotPressed(); //akcja, gdy klawisz nie jest wciniêty

}

Pocz¹tek programu zawiera dekla-

racje bitów portu: bit 2 pracuje jako

wejciowy - do niego jest pod³¹czo-

ny klawisz, bit 3 pracuje jako wyj-

ciowy - jego stan zmienia siê w za-

le¿noci od stanu klawisza. Funkcja

void KeyPressed() zawiera polecenia

wykonywane w sytuacji, gdy klawisz

jest wciniêty i odwrotnie: funkcja

void KeyNotPressed() zawiera polece-

nia wykonywane, gdy klawisz jest

zwolniony. W³aciwy odczyt klawisza

zosta³ zdefiniowany w programie

g³ównym i sprowadza siê do testowa-

nia stanu pojedynczego bitu portu

przy pomocy polecenia if (jeli). Wy-

ra¿enie if (!PortKey) oznacza: jeli

zmienna PortKey ma wartoæ nie ze-

ro, to wykonaj polecenia zawarte

pomiêdzy nawiasami klamrowymi.

Czyli: odczekaj 20 milisekund, odczy-

taj ponownie stan bitu portu. Jeli

nadal jest on równy stanowi niskie-

mu, to wykonaj funkcjê odpowiadaj¹-

c¹ wciniêtemu klawiszowi. Zadaniem

pêtli while (!PortKey) jest oczekiwa-

nie a¿ klawisz zostanie zwolniony.

while (1) //pêtla nieskoñczona,

{

//w niej odczyt klawisza

if (!PortKey)

{

Delay(20); //opónienie 20ms

if (!PortKey)

//ponowny odczyt klawisz

//i podjêcie akcji,

{

KeyPressed();

//jeli nadal wciniêty

while (!PortKey);

//oczekiwanie na zwolnienie

//klawisza

}

KeyNotPressed();

//akcja, gdy klawisz nie jest

//wciniêty

}

Elektronika Praktyczna 3/2003

K U R S

List. 2. Program odczytuje stan klawisza pod³¹czonego do P1.2 wyposa¿ony w

rozbudowan¹ funkcjê autorepeat

/* prosty program demonstracyjny odczyt pojedynczego klawisza

z funkcj¹ automatycznego powtarzania.

klawisz w³¹czony pomiêdzy masê a port P1.2, stan aktywny = L;

rezonator kwarcowy 8MHz */

//czy licznik jest wiêkszy

//od warunku dla

{ //wolniejszego autorepeat?

KeyPressed(); //tak - wykonaj

//fragment kodu

Delay(500); //d³u¿sze opónienie

#include <reg51.h>

//do³¹czenie definicji rejestrów mikrokontrolera

#define Time_1 900

//time 1 = oko³o 15 ms

}

else

if (Counter == Time_1)

//czy licznik osi¹gn¹³ wartoæ,

//gdy uznajemy klawisz

{ //za wciniêty?

KeyPressed(); //tak - wykonaj

//fragment kodu

#define Time_2 9000

//oko³o 1,5 sekundy

#define Time_3 9020

//po 20 wykonaniach pêtli dla Time_2

unsigned int Counter = 0;

//deklaracja zmiennej licznika

sbit PortKey = P1^2;

//definicja bitu portu klawisza

sbit Active = P1^3;

//port przyjmuje stan niski, gdy klawisz

//jest wciniêty

//opónienie oko³o 1 milisekundy dla kwarcu 8MHz

void Delay(unsigned int time)

{

}

unsigned int j;

}

else

Counter = 0;

//zeruj licznik, jeli zwolniono

//klawisz

while (time >= 1)

//wykonanie pêtli FOR zajmuje oko³o 1 msek.

{

//pêtla jest powtarzana TIME razy

for (j=0; j<65; j++);

time-;

}

//funkcja - reakcja na naciniêcie klawisza

//tylko ustawienie stanu portu wyjciowego

void KeyPressed(void)

{

Na pocz¹tku program sprawdza

stan klawisza. Jeli jest on wciniêty,

to wartoæ zmiennej Counter zwiêksza-

na jest o 1 i rozpatrywana przez kon-

strukcjê if . W przeciwnym przypadku

zmiennej nadawana jest wartoæ 0.

Zadaniem if jest zdecydowanie jaka

akcja zostanie podjêta w zale¿noci od

wartoci zmiennej Counter . Sta³a Ti-

me_1 to iloæ pojedynczych operacji

odczytu bitu przycisku, po której

uznaje go za wciniêty. Jej wartoæ

w g³ównej mierze zale¿y od szybkoci

mikrokontrolera i musi byæ dobrana

indywidualnie dla budowanego uk³a-

du. Sta³a Time_2 , to iloæ przebiegów

cykli odczytu, dla której uznajê wa-

runek dla wolniejszego powtarzania

za spe³niony. Wykonywany jest wów-

czas fragment programu zawieraj¹cy

instrukcjê Delay(500) powoduj¹c¹ prze-

rwê ok. 0,5 sekundy pomiêdzy powtó-

rzeniami odczytu klawisza. Jeli war-

toæ zmiennej Counter osi¹gnie war-

toæ sta³ej Time_3 , to wykonywany

jest fragment programu z instrukcj¹

Delay(100) : czas pomiêdzy powtórze-

niami akcji w³aciwej dla wciniêtego

przycisku jest piêciokrotnie krótszy.

Instrukcja Counter- s³u¿y do zabezpie-

czenia przed przekroczeniem wartoci

dopuszczalnej dla danego typu zmien-

nej Counter .

Do automatycznego powtarzania

kodu klawisza wrócimy jeszcze przy

okazji budowy menu. W tym momen-

cie, proponujê wykorzystaæ program

z list. 2 aby zobaczyæ jak nastawy

wartoci Time_1 , Time_2 i Time_3

wp³ywaj¹ na pracê programu wyko-

nywanego przez mikrokontroler.

Jacek Bogusz, AVT

jacek.bogusz@ep.com.pl

Active = Æounter;

}

//funkcja - reakcja, gdy klawisz nie jest wciniêty

//tylko ustawienie stanu portu wyjciowego

void KeyNotPressed(void)

{

Active = 1;

}

//pocz¹tek programu g³ównego

void main(void)

{

while (1)

//pêtla nieskoñczona

{

if (!PortKey)

{

Counter++; //tak, zwiêksz licznik

if (Counter > Time_3) //czy licznik wiêkszy od warunku dla

{

//szybszego autorepeat?

KeyPressed(); //tak - wykonaj fragment kodu

Counter-;

Delay(100);

//krótsze opónienie

} else;

if (Counter > Time_2) //czy licznik wiêkszy od warunku dla

{

//wolniejszego autorepeat?

KeyPressed(); //tak - wykonaj fragment kodu

Delay(500);

//d³u¿sze opónienie

} else;

if (Counter == Time_1) //czy licznik osi¹gn¹³ wartoæ, gdy

{

//uznajemy klawisz za wciniêty?

KeyPressed(); //tak - wykonaj fragment kodu

}

else;

{

Counter = 0; //licznik jest zerowanym, gdy klawisz

KeyNotPressed(); //zostaje zwolniony

}

Oto czêæ programu napisanego w jê-

zyku C, w którym pozostawi³em tyl-

ko naprawdê niezbêdne fragmenty ko-

du ród³owego:

//czy licznik jest wiêkszy

//od warunku dla

{ //szybszego autorepeat?

KeyPressed(); //tak - wykonaj

//fragment kodu

if (!PortKey)

//czy naciniêto klawisz?

{

Counter-;

Delay(100); //krótsze opónienie

}

else

if (Counter > Time_2)

Counter++; //tak, zwiêksz licznik

if (Counter > Time_3)

Elektronika Praktyczna 3/2003

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: