Przyciski w praktyce

W projektowanych przez nas układach elektronicznych najczęściej stosowaną odmianą przycisków są popularne mikroprzyciski do montażu przewlekanego (THT) bądź powierzchniowego (SMD), tj. bezpośrednio na płytce drukowanej. Elementy te, zwane tact switch, są szczególnie chętnie wykorzystywane w układach mikroprocesorowych, gdyż pozwalają na łatwą konstrukcję paneli sterujących. W większości przypadków mikroprzyciski podłącza się z użyciem rezystora podciągającego do dodatniej szyny zasilania w sposób przedstawiony na schemacie (tutaj przykład: uswitch + pullup 10 k do 5 V + mikrokontroler lub inny układ zaznaczony „blokowo”). W stanie nieaktywnym na wejściu układu panuje napięcie równe napięciu zasilania (w naszym przykładzie jest to 5 V). Zwarcie przycisku powoduje obniżenie napięcia na wejściu układu do potencjału masy (0 V). Taki prosty układ ma jednak pewną wadę: w momentach przełączania na wyjściu pojawiają się losowe ciągi impulsów spowodowane przez drgania sprężystych styków wewnątrz przycisku. Jeżeli układ współpracujący z przyciskiem szybko reaguje na zmiany napięcia na wejściu z przycisku, to po krótkim naciśnięciu zamiast jednego zliczenia kontroler „zauważy” kilka albo nawet kilkanaście impulsów, a to oczywiście spowoduje całkowicie nieprawidłowy odczyt. Co więcej, sytuacja będzie pogarszała się w miarę „starzenia się” (zużywania styków) przycisku.

Metody zabezpieczania przed drganiami styków

Jedną z metod jest zastosowanie prostego filtru RC złożonego z kondensatora i rezystora połączonych z bramką logiczną (lub inwerterem), która wyposażona została w wejście Schmitta. Taka konstrukcja pozwala na filtrację niepożądanych impulsów, gdyż bramka logiczna z wejściem Schmitta to nic innego jak… prosty komparator z histerezą. Oczywiście, zamiast bramki można zastosować klasyczny komparator z rezystorami, zapewniającymi dodatnie sprzężenie zwrotne dla uzyskania histerezy (więcej na ten temat przeczytasz w artykule o komparatorach). Takie rozwiązanie stosowane jest jednak niezwykle rzadko. Dlaczego?

Jak wspomnieliśmy, w dużej części przypadków microswitche wykorzystuje się w układach bazujących na mikrokontrolerach. Choć urządzenia takie są narażone na niepożądane drgania styków jeszcze bardziej niż prostsze układy analogowe lub cyfrowe, paradoksalnie znacznie łatwiej jest zabezpieczyć je przed efektami oscylacji styków. W takim przypadku wystarczy bowiem zastosować tzw. debouncing, czyli algorytmiczną (programową) metodę niezawodnego, jednoznacznego określania stanu przycisku. Metoda ta polega na wykryciu zbocza (np. opadającego, czyli – w naszych przykładach – odpowiadającego wciśnięciu przycisku), a następnie na krótkim odczekaniu (np. 50 milisekund) i ponownym odczycie stanu przycisku. Jeżeli po tym czasie przycisk nadal będzie się znajdował w tym samym położeniu, co po wykryciu zbocza oznacza to, że można uznać wciśnięcie przycisku za fakt. W przeciwnym wypadku impuls zostanie odrzucony jako zakłócenie i nie będzie brany pod uwagę podczas działania programu.

Kontaktrony

Metody „odkłócania” wejść z przycisków można także z powodzeniem zastosować do obsługi tzw. kontaktronów. Elementy te stanowią swego rodzaju nietypowe „przekaźniki”, ale sterowane polem magnetycznym, a nie wbudowaną cewką. Budowa kontaktronu jest banalnie prosta. Wewnątrz szklanej rurki, wypełnionej gazem obojętnym lub pozbawionej gazu (próżnia), znajdują się dwie, zatopione na obu jej końcach, metalowe blaszki, ułożone w taki sposób, że w stanie spoczynku nie stykają się ze sobą. Po umieszczeniu kontaktronu w polu magnetycznym moglibyśmy zaobserwować, jak blaszki przyciągają się do siebie, co skutkuje zwarciem styków i umożliwieniem przepływu prądu w obwodzie. Kontaktrony są dziś wykorzystywane niemal wyłącznie w systemach alarmowych do detekcji otwarcia drzwi i okien. Element taki jest montowany na ościeżnicy, odpowiednio obudowany magnes zaś – na skrzydle drzwi lub okna. Otwarcie powoduje rozłączenie styków, a fakt ten wykrywa centralka alarmowa jako sygnał aktywacji do rozpoczęcia alarmu bądź rozpoczęcia odliczania (w celu umożliwienia rozbrojenia centrali przez upoważnioną osobę). Dawniej kontaktrony były także stosowane jako element szybkich przekaźników kontaktronowych, sterowanych – tak, jak każdy inny przekaźnik elektromagnetyczny – za pomocą prądu cewki. Przekaźniki kontaktronowe charakteryzowały się wysoką jakością i pozwalały na przełączanie niewielkich sygnałów, m.in. w delikatnych obwodach pomiarowych aparatury laboratoryjnej.

LED RGB – mieszanie barw

Diody LED RGB pozwalają na uzyskanie niemal dowolnej barwy światła poprzez mieszanie trzech barw podstawowych: czerwonej (ang. Red), zielonej (ang. Green) oraz niebieskiej (ang. Blue). Wśród diod do montażu powierzchniowego popularne są także diody RGBW, zawierające dodatkowo czwartą strukturę półprzewodnikową świecącą światłem białym (ang. White).

Być może zastanawiasz się, w jakim celu stosujemy dodatkową, białą diodę, skoro teoretycznie za pomocą odpowiedniej kombinacji trzech kolorów podstawowych można uzyskać także szerokopasmowe światło białe? Odpowiedź leży w tzw. współczynniku odwzorowania barw. Użytkownicy współczesnych systemów oświetlenia i ekranów LED wymagają doskonałej jakości światła białego – znacznie łatwiej jest uzyskać kontrolowany odcień bieli za pomocą dodatkowej, białej diody, niż próbować wyrównać poziomy jasności setek struktur półprzewodnikowych w trzech kolorach podstawowych.

Diody LED RGB w praktyce – eksperyment

Jeżeli chcesz samodzielnie przekonać się o możliwościach uzyskiwania dowolnej barwy światła za pomocą mieszania kolorów podstawowych, zachęcamy Cię do zbudowania prostego układu eksperymentalnego. Do jego konstrukcji (patrz schemat, szeregowe rezystory i potencjometry na poszczególnych końcówkach LED, zasilanie 5 V) wystarczy dioda LED RGB, trzy rezystory o wartościach rzędu 330..470 Ω oraz trzy potencjometry montażowe o rezystancji np. 4,7 kΩ. Zadaniem rezystorów jest ograniczenie prądu poszczególnych struktur diody w sytuacji, gdy suwak potencjometru znajdzie się w minimalnym położeniu. Ustawiając odpowiednie kombinacje za pomocą trzech potencjometrów, będziesz mógł zmieniać wynikową barwę światła w bardzo szerokich granicach. Oczywiście, w realnym układzie zasilanie za pomocą szeregowych potencjometrów nie byłoby najlepszym pomysłem – dlatego sterowniki LED wykorzystują do kontroli poziomów oświetlenia najczęściej trzy osobne sygnały PWM i tranzystory przełączające (np. MOSFET) o odpowiedniej wydajności prądowej.