ich nutze den 3-8 Decoder 74HC138N (DIP16 Gehäuse), um den Zustand von 16 mechanischen Tastschaltern mit einen Atmega328P zu verarbeiten. Der Decoder ist notwendig, weil ich nur 5 Anschlüsse am Atmega328P frei habe.
Schaltung:jeweils 2 Taster liegen an einem Ausgang (Y0 bis Y7) des Decoders, und jeweils 8 Taster sind zu einer Bank zusammen gefasst. Jeder Taster ist mit einer Diode gegen Übersprechen geschützt. Siehe Skizze, Sorry für die Handzeichnung, musste gerade schnell gehen.
Ich nutze PC0, PC1 und PC2 als Digital Output für die Adressleitungen (A, B und C am Decoder) sowie PB0 und PB1 als Digital Input mit internen Pull-Ups für den Anschluss der zwei Taster-Bänke.
Das funktioniert auch. Allerdings muss nach dem Umschalten der Decoder Ausgänge eine Zeitverzögerung einbauen, bevor die Taster-Zustände sicher gelesen werden können. Was mich etwas verwirrt, denn die Propagation Delay Time des 74HC138 liegt beim Betrieb mit 5V und Raumtemperatur immer unter der Cycle Time des Atmega (16MHz -> 62,5ns). Konkret muss ich 4 Cycle Times nach dem Wechsel der Adresse warten, erst dann sind die adressierten Schalter auch auf GND gesetzt. Ich hätte erwartet, dass ich nur eine Cycle Time warten muss.
An PB0 und PB1 müssen die schwachen internen Pullups die Leitungskapazität aufladen bei einem L-H Übergang (der letzte Taster war gedrückt, der nächste ist es nicht). Die haben so 30kOhm, bei 10pF Leitungskapazität (schnell zusammen in so einer Matrix) sind das schon 300ns Zeitkonstante.
Nutze externe Pullups von 2-5kOhm dann sollte das passen.
An der unendlichen Geschwindigkeit des Strom bei der Ausbreitung durch den Decoder in die Dioden und Schalter. :D
Und da ist ja auch (k)ein Pullup und vollkommen irrelevante Leitungskapazitäten im Weg.
Plus das der Prozessor schneller die Befehle abarbeitet, als die IO funktioniert: Das lesen des Eingangs aus dem Befehl n+1 passiert extrem knapp vor dem schreiben des Ausgangs im Befehl n.
Das ist einfach die Füsick, die dir da reinspielt.
"Reading the Pin Value
Independent of the setting of Data Direction bit DDxn, the port pin can be read through the PINxn register bit. As shown in Ports as General Digital I/O, the PINxn register bit and the preceding latch constitute a synchronizer. This is needed to avoid metastability if the physical pin changes value near the edge of the internal clock, but it also introduces a delay."
Muchas gracias für die schnellen Antworten! Ich hab tatsächlich nur in Richtung Decoder geschaut. Total vernagelt. Man sollte sowas nicht Morgens auf die Schnelle zusammen basteln, sondern erst mal einen Kaffee nehmen und denken...
Ich hab tatsächlich nur in
Richtung Decoder geschaut. Total vernagelt.
Mit zwei Käfern á la 74HC165 würdest du dir Leitungen zum
Controller sparen und weniger von hinten durch die Brust ins
Auge programmieren müssen. Dioden zum "Entstören" bräuchtest
du auch keine ....
Wenn man genug Kaffee getrunken hat, kann man auch zur Erkenntnis gelangen, dass man sich den 74138 komplett sparen kann, indem man Charlieplexing macht (Mit 5 GPIOs gehen bis zu 4x5 = 20 Tasten).
https://en.wikipedia.org/wiki/Charlieplexing
Kapitel: Input data multiplexing
Die haben so 30kOhm, bei 10pF Leitungskapazität (schnell zusammen in
so einer Matrix) sind das schon 300ns Zeitkonstante.
Zu den angenommenen 10pF Leitungskapazität (zzgl. Eingangskapazität) kommen dann noch die Sperrschichtkapazitäten der jeweils 8 Dioden (bei 1N4148 bspw. noch gut 30 pF).
Konkret muss ich 4 Cycle Times nach dem Wechsel der Adresse warten,
erst dann sind die adressierten Schalter auch auf GND gesetzt. Ich
hätte erwartet, dass ich nur eine Cycle Time warten muss.
Lies die Werte doch unmittelbar BEVOR du die Adresse am Decoder änderst. Dann kannst du die Umschaltzeit anderweitig nutzen. Sinnvollerweise reicht es doch, alle paar Millisekunden nach den Tasten zu gucken, d.h. du hast alle Zeit der Welt.
Lesen unmittelbar vor dem Setzen der neuen Adresse: hab ich zwischenzeitlich gemacht, geht auch. Mir ging es bei der Frage eher um das Verständnis (und ich hätte selbst auf die genannten Einflüsse kommen müssen...).
Mit externen 3,3k Pull-Ups reduziert sich die Verzögerung auf 2 Zyklen. Schick. Was die Kapazitäten angeht: Das 74HC138 Datenblatt gibt die Propagation Time bei einer kapazitiven Last von 50pF an, das hatte mir auf den ersten schnellen Blick gereicht. Tja.
Schieberegister anstatt 3-8 Decoder: geht auch, und 16 Dioden gegen ein IC einzutauschen ist eine überdenkenswerte Option. Den 74HC138 hatte ich hier herum liegen, Dioden sowieso, so ist meine Schaltung zustande gekommen.
Was mich aber gerade wirklich fett nach vorne gebracht hat, ist das Charlieplexing. Vielen Dank für den Tipp, das kannte ich noch nicht. Genial. Ich musste etwas nachdenken, bis ich die Schalter-Variante verinnerlicht hab. Für mich bietet sie neben der Schaltungs-Reduzierung den Vorteil, dass ich 4 Schalter gleichzeitig lesen kann. Das vereinfacht meinen Code sehr.
Mit zwei Käfern á la 74HC165 würdest du dir Leitungen zum
Controller sparen und weniger von hinten durch die Brust ins
Auge programmieren müssen. Dioden zum "Entstören" bräuchtest
du auch keine ....
Oder auch CD4021 - bei Bedarf einfach melden.
Großer Vorteil dabei: ob 16, 32 oder 64 Eingänge, es braucht keine weiteren Anschlüsse am µC. Zudem ist es egal ob Taster oder Schalter angeschlossen werden.
ich nutze den 3-8 Decoder 74HC138N (DIP16 Gehäuse), um den Zustand von
16 mechanischen Tastschaltern mit einen Atmega328P zu verarbeiten. Der
Decoder ist notwendig, weil ich nur 5 Anschlüsse am Atmega328P frei
habe.
Alternativ kann man die Taster analog einlesen, spart noch mehr IOs.
Nach ein paar Tests mit Charlieplexing, seltsamen Problemen und Stöbern im Internet fand ich: es gibt auch mit vorgeschalteten Dioden noch ein Ghosting-Problem mit Schaltern. Eine Erklärung und Lösungsansatz fand ich hier: https://github.com/thanks4opensource/markoplexing
Taugt für mich nicht, aber wenn man die Schalter analog lesen kann und die mehrfachen Diodendurchläufe damit erkennt, bringt das Verfahren bei Schaltern noch Sinn (im Text ist das sehr gut erläutert). Beim Plexen von LEDs ist es auf jeden Fall eine coole Nummer.
Es ist echt spannend, worauf man so stößt wenn man die Gemeinde um Hilfe bittet. Oder, wie es bei der Sesamstraße heisst: wer nicht fragt bleibt dumm.
Hallo,
würde Dir den IC MM74C922 für solche Zwecke
empfehlen wenn Dein geplantes Layout noch
Änderungen zulässt. Kein Tastenprellen und
eifach im Umgang.
Hallo,
würde Dir den IC MM74C922 für solche Zwecke
empfehlen wenn Dein geplantes Layout noch
Änderungen zulässt. Kein Tastenprellen und
eifach im Umgang.
Geht heute halt billiger und sortimentssparender mit einen zweiten uC.
Nach ein paar Tests mit Charlieplexing, seltsamen Problemen und Stöbern
im Internet fand ich: es gibt auch mit vorgeschalteten Dioden noch ein
Ghosting-Problem mit Schaltern. Eine Erklärung und Lösungsansatz fand
ich hier: https://github.com/thanks4opensource/markoplexing
Taugt für mich nicht,
Warum? Du willst 16 Schalter auslesen. Das Projekt zeigt, wie es geht!
Und in deiner Skizze sind PC0-PC4 benutzt, das sind die ADC-IOs!
Mit vier Analogeingängen und 16 Tastern geht es rein analog aber besser und mit halb soviel Bauteilen: 4 Pull-Widerstände und ein Spannungsteiler aus 4 gleichen Widerständen liefert 4 Spannungen für die 4 Spalten der Tastermatrix.
Man kann immer noch bis zu 4 gleichzeitige Taster eindeutig erkennen, nur nicht beliebige Kombinationen.
Bonus: Alle Signale an den Tastern sind rein statisch. Das Programm muss nichts umschalten, nur noch die 4 ADC-Kanäle lesen; multiplexen kann der ADC hoffentlich selber.
Mit zwei Käfern á la 74HC165 würdest du dir Leitungen zum
Controller sparen
Dann lieber HCS165, die haben auch Schmitt-Trigger. Ich benutze HCS-Serie an solchen Stellen seit ein paar Jahren.
Man kann dann ~CS von SPI mit SH/~LD über RC verbinden und noch ein Pin sparen: dann wird Tastenzustand automatisch geladen wenn ~CS von Tastatur auf "0" gesetzt wird.
Nachteil im Vergleich mit direkten Anschluss von Tasten an Mikrocontroller: für jeden Eingang von HCS165 braucht man externe Pullup-Widerstand.
Es gibt noch eine Möglichkeit: MCP23S17. Dann hat man 16 Eingänge mit Pullup, die auch über SPI gelesen sein können. Nachteil: ein Byte mehr bei Datenaustausch mit Mikrocontroller und Notwendigkeit, MCP23S17 initialisieren. D.h. etwas komplizierter in Programm.
statt "kn" eine Funktion, die Tasten liest, z.B. über SPI.
Wenn wir mehr als 8 Tasten brauchen, dann statt uint8_t einfach uint16_t oder uint32_t verwenden.
Mit vier Analogeingängen und 16 Tastern geht es rein analog aber besser
Diese Variante finde ich schlecht, da ca. 200x langsamer. Außerdem digitale Zustände (wie bei Taster) über analoge Umweg abzulesen heißt zusätzlich und nicht unbedingt notwendige Störungsquelle.
Und noch: mit HC(HCS)165 oder MCP23S17 kann man beliebige Tastenkombinationen, die zusammen gedruckt, ablesen. Analoge Umweg macht das nicht möglich.
Mit HCS165 habe ich vor drei Jahren Orgelpedal gemacht. 30 Tasten mit Optocoppler TCRT5000L, direkt (mit 3k9 Pullup) mit HCS165 verbunden. Zuerst werden LED von Optocoppler geschaltet, dann nach 20 us LD-Impuls für HCS165, um Tasten abzulesen. 20 us waren nach Experimenten optimal.
Es sind 5 Module mit Tastenteilung für Optocoppler: 2x für 5 Tasten (C-Cs-D-Ds-E), 2x für 7 Tasten (F-Fs-G-Gs-A-B-H) und noch ein 7-Tasten-Modul für obere c1-cs1-d1-ds1-e1-f1 benutzt. Somit reichte es 2 Platinen zu bestellen, da sowieso mindestens je 5 Stück gemacht werden. Jede Platine hat je 2 langen Befestigungslöcher, somit wird genaue Lage bestimmt. Alle Platinen sind nacheinander seriell geschaltet (da Schieberegister). Deshalb konnte ich alles zu dem Mikrocontroller recht sparsam anschließen: SCK, DI und ~LD, separate Pins für LED von Optocoppler (je zwei für "+" und für "-"), +5V und GND (2x), insgesamt 10 Pins Badewannestecker.
Mit vier Analogeingängen und 16 Tastern geht es rein analog aber besser
und mit halb soviel Bauteilen: 4 Pull-Widerstände und ein
Spannungsteiler aus 4 gleichen Widerständen liefert 4 Spannungen für die
4 Spalten der Tastermatrix.
Man kann immer noch bis zu 4 gleichzeitige Taster eindeutig erkennen,
nur nicht beliebige Kombinationen.
Wenn man nicht vier gleiche Widerstände benutzt, kann man sogar alle 16 Tasten gleichzeitig eindeutig erkennen.
Wenn man nicht vier gleiche Widerstände benutzt, kann man sogar alle 16
Tasten gleichzeitig eindeutig erkennen.
Wie lange braucht ADC?
Auch mit ungleichen Widerständen 16 Tasten mit Erkennung von gleichzeitig gedruckten wäre zu viel. Nicht machbar. Irgendwann habe ich versucht, notwendige für diese Variante Widerstände zu berechnen. Ergebnis: 10 bit ADC zu ungenau dafür.
Spielt keine Rolle, weil er unabhängig von der CPU laufen kann.
Ich glaube, Taste, die von Natur aus digital ist (ein oder aus), über ADC abzulesen, hier ist etwas unnatürliches.
Auch wie gesagt, mit ADC gibt es Problem, mehrere gleichzeitig gedruckte Tasten zu erkennen.
Ich kannte eine chinesische Platine, die so macht. Aber ich war nicht begeistert davon. Selbst verwende ich nur digitale Varianten. Alle die oben beschrieben: als Matrix, über Schieberegister und über MCP23S17, das habe ich in meinen Platinen benutzt.
Es gibt noch HT16K33, I2C LED-Treiber mit Möglichkeit, bis 13x3 Tasten Matrix abzufragen und entprellen. 30 St. habe ich in meinem Lager, aber noch nie benutzt.
Ich glaube, Taste, die von Natur aus digital ist (ein oder aus), über
ADC abzulesen, hier ist etwas unnatürliches.
Auch wie gesagt, mit ADC gibt es Problem, mehrere gleichzeitig gedruckte
Tasten zu erkennen.
Zahlreiche genau so gebaute Bedienfelder in der Unterhaltunfselektronik funktionieren so. Auch bei namhaften Marken.
Na ja... Wie sagt ein bekannter Tontechniker: man darf alles, hier in Deutschland gibt es keine Audiopolizei :)
Ja, gut zu erinnern. Ich mache mal eine Platine mit HT16K33 für Giga. Und teste, wie das alles zusammen läuft. Da IC wie geschrieben von 4,5 bis 5,5 Volt läuft, brauche ich dann wohl so etwas wie PCA9517D als Pegelwandler. Obwohl so auch für MAX7219 steht (4.0 bis 5.5 Volt), trotzdem läuft IC auch mit 3V3.
brauche ich dann wohl so etwas wie PCA9517D als Pegelwandler
In der Regel kannst du den I2C Bus mit 3.3V betreiben, auch wenn die angeschlossenen IC eine 5V Versorgung haben. Die Bus-Spannung gibst du selber durch die beiden Pull-Up Widerstände vor.
Der MAX7219 hat keine I2C Schnittstelle, und verlangt mindestens 3,5V als High Pegel. Für den bräuchtest du ganz andere Pegewandler.
Ich glaube, Taste, die von Natur aus digital ist (ein oder aus), über
ADC abzulesen, hier ist etwas unnatürliches.
Wenn Du das sagst ...
Auch wie gesagt, mit ADC gibt es Problem, mehrere gleichzeitig gedruckte
Tasten zu erkennen.
Die Frage ist, warum man das will oder braucht.
Ich kannte eine chinesische Platine, die so macht. Aber ich war nicht
begeistert davon. Selbst verwende ich nur digitale Varianten.
Das ist Deine Religion, Taster mit Widerstand sollen in vielen Autos vorgekommen sein.
Ich habe in einem Gerät 9 Tasten mit Widerständen an einem Arduino, funktioniert bestens und zuverlässig. Gleichzeitigkeit wäre dort sinnlos und wird abgefangen.
Ein offener Eingang an einem 74HC-Bauteil ist unzulässig.
Du musst klare Pegel anliefern. Entweder mit einem Taster der umschaltet von GND auf VCC oder mit einem Pullup-Widerstand.
So üblich sind 10kOhm - 100kOhm.
Weiterhin muss Deine Software so laufen, dass das Prellen der Tasten wirksam unterdrückt wird. Das liegt meist so im Bereich von 10-50 ms.
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