der Elektromechanik gibt es einen Störeffekt, den man Prellen nennt. Wenn du einen ganz normalen Taster drückst und gedrückt hältst, sollte man meinen, dass der mechanische Kontakt im Taster dauerhaft geschlossen wird. Das ist jedoch meistens nicht der Fall, denn wir haben es mit einem Bauteil zu tun, das innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne – im Millisekundenbereich – den Kontakt mehrfach öffnet und wieder schließt. Die Kontaktflächen eines Tasters sind in der Regel nicht vollkommen glatt, und wenn wir sie uns unter einem Elektronenmikroskop ansähen, sähen wir viele Unebenheiten und Verunreinigungen. Das führt dazu, dass die Berührungspunkte der leitenden Materialien bei Annäherung nicht sofort und nicht auf Dauer zueinanderfinden. Eine weitere Ursache für den hier angeführten Effekt, den man Prellen nennt, kann im Schwingen oder Federn des Kontaktmaterials liegen, wodurch bei Berührung kurzzeitig der Kontakt mehrfach hintereinander geschlossen und wieder geöffnet wird.
Diese Impulse, die der Taster liefert, werden vom Mikrocontroller registriert und korrekt verarbeitet, nämlich so, als ob du den Taster absichtlich ganz oft und schnell hintereinander drücken würdest. Das Verhalten ist natürlich störend und muss in irgendeiner Weise verhindert werden. Dazu sehen wir uns das Impulsdiagramm in Abbildung 1 einmal etwas genauer an.
Ich habe einen Taster einmal gedrückt und dann gedrückt gehalten, doch bevor er den stabilen Zustand des Durchschaltens erreicht hatte, zickte er ein wenig und unterbrach die gewünschte Verbindung mehrfach. Das Ein- und Ausschalten, bis der endgültige gewünschte HIGH-Pegel erreicht ist, wird also Prellen genannt. Das Verhalten kann auch in entgegengesetzter Richtung auftreten. Auch wenn ich den Taster wieder loslasse, werden unter Umständen mehrere Impulse generiert, bis ich endlich den gewünschten LOW-Pegel erhalte. Das Prellen des Tasters ist für das menschliche Auge kaum oder überhaupt nicht wahrnehmbar, und wenn wir eine Schaltung aufbauen, die bei gedrücktem Taster eine LED ansteuern soll, stellen sich die einzelnen Impulse aufgrund der Trägheit der Augen als ein HIGH-Pegel dar. Ich schlage eine Schaltung mit einem entsprechenden Sketch vor, bei dem die einzelnen Impulse eines Prellens gezählt werden, denn das menschliche Auge kann diese Impulse nicht differenzieren.
Abb. 1: Ein prellender Taster – Schlimmer Finger!
Was wir brauchen
Für dieses Bastelprojekt benötigen wir die folgenden Bauteile:
| Tabelle 1: Bauteilliste | |
| Bauteil | Bild |
|---|---|
| Widerstand 10KΩ 1x |
|
| Mikrotaster 1x |
|
Der Schaltplan
Der Schaltplan und der Schaltungsaufbau dazu ist recht einfach und sieht wie folgt aus:
Abb. 2: Die Abfrage des Tasterstatus an Pin 8
Der entsprechende Schaltungsaufbau auf dem Arduino Discoveryboard sieht so aus:
Abb. 3: Die Abfrage des Tasterstatus an Pin 8
Der Arduino-Sketch
Der folgende Code bringt die einzelnen Impulse zur Anzeige:
int tasterPin = 8; // Taster-Pin int impulse = 0; // Zähler boolean prevTasterState; // Änderung erkennen void setup(){ Serial.begin(9600); // Serielle Schnittstelle } void loop() { boolean tasterStatus = digitalRead(tasterPin); if(tasterStatus != prevTasterState){ // Änderung wurde erkannt prevTasterState = tasterStatus; if(tasterStatus == HIGH) { impulse++; // Impulse zählen Serial.println(impulse); } } }
Den Code verstehen
Die Variable tasterPin wird mit dem Wert 8 initialisiert, da dort der Mikrotaster angeschlossen ist. Um später die Anzahl der Impulse zu speichern, wird eine Variable mit Namen impulse deklariert und mit dem Wert 0 initialisiert. Die Initialisierung der seriellen Schnittstelle erfolgt über ein entsprechendes Objekt innerhalb der setup-Funktion. Zuerst wird die Klasse genannt und im Anschluss – durch einen Punkt voneinander getrennt – die Methode mit dem Parameter. Die genauere Erläuterung erfolgt im Bastelprojekt über die objektorientierte Programmierung, wo es um Objekte, Klassen und Methoden geht.
Wichtig ist hier die Baudrate, die mit 9600 Baud angegeben wurde. Wird von einem Terminalprogramm wie dem Serial Monitor darauf zugegriffen, muss die Baudrate dort ebenfalls mit 9600 Baud angegeben werden, was dort in der linken unteren Ecke über eine Liste mit unterstützten Baudraten erfolgt:
Innerhalb der loop-Funktion wird nun die Variable prevTasterState genutzt, die dazu da ist, um immer den letzten Tasterstatus zu speichern. Sie ist notwendig, da immer nur ein Wechsel des Status berücksichtig werden soll und auch nur dann, wenn ein HIGH-Pegel am Taster vorherrscht. Wenn du nun den Taster betätigst, sollte je nach Tastendruck die Variable impulse immer um den Wert 1 erhöht werden. Im Serial Monitor kannst du die Ergebnisse ablesen. Zur Anzeige der ermittelten Impulse wird die folge Syntax der seriellen Schnittstelle verwendet, wobei die Methode println den angegebenen Wert versendet:
Theoretisch sollte pro einzelnem Tastendruck der angezeigte Wert um 1 erhöht werden. Das scheint auch teilweise zu stimmen, doch nicht immer. Manchmal wird der Wert je Tastendruck um mehr als 1 erhöht, was auf das angesprochene Prellen hinweist. Öffne den Serial Monitor und beobachte die Anzeige. Man sollte meinen, dass bei jedem Tastendruck der Zähler um den Wert 1 erhöht wird, was jedoch nicht immer der Fall ist.
Abb. 4: Der Serial Monitor bringt das Prellen ans Licht
Gleich beim ersten Tastendruck zeigte die Anzeige hintereinander die Werte 1 und 2. Danach ging es stabil weiter und dann traten wieder 6 und 7 gleichzeitig in Erscheinung. Prellt ein Taster wirklich heftig, können pro Tastendruck auch mal mehr als zwei Impulse registriert werden. Probiere es einfach einmal aus. Wenn du keinen Zugang zu einem Oszilloskop hast, um dir das Prellen eines Tasters grafisch darzustellen, ist das auch kein Problem, denn die Arduino-Entwicklungsumgebung verfügt über ein interessantes Feature, den sogenannten Serial Plotter. Er kann anstelle des Serial Monitors den zeitlichen Verlauf von Pegeln darstellen. Verwende dazu den folgenden Sketch und öffne im Anschluss den Serial Plotter über den Menüpunkt Werkzeuge | Serieller Plotter:
int tasterPin = 8; // Taster-Pin void setup() { Serial.begin(9600); // Serielle Schnittstelle } void loop() { Serial.println(digitalRead(tasterPin)); }
Was ist eine serielle Schnittstelle?