Arduino Nano vs. Arduino Micro

[kleofas]

Witam

Zacznę od tego, iż dopiero zaczynam przygodę z Arduino. Robię projekt - około 20 przycisków podpiętych pod Arduino, które jest wpięte pod wyświetlacz/ekran monitora. Wciśnięcie danego przycisku pokazuje na ekranie, który przycisk jest wciśnięty. Od razu dodam, że moduł klawiatury odpada, gdyż przyciski będą umieszczone na takiej ściance, w różnych miejscach, w związku z czym do każdego będę musiał doprowadzić kabelek. I tu mam pytanie - Arduino Micro posiada tych 20 wejść, w związku z czym teoretycznie mógłbym się zmieścić. Ale czy mógłbym zakupić model Nano, który jest tańszy, i posiada 14 wejść cyfrowych i bodajże 8 analogowych i wpiąć kilka przycisków pod wejścia analogowe? Czy nie ma możliwości wpięcia przycisku pod wejście analogowe? Czy może lepszym wyjściem jest zastosowanie multipleksera pod Nano na np. 8 czy 16 dodatkowych wejść cyfrowych?

[marek1707]

Oczywiście możesz podłączać przyciski pod wejścia analogowe - w tę stronę nie są one w żaden sposób "upośledzone" w stosunku do cyfrowych, możesz tam załączać oporniki podciągające (bardzo wygodne) i czytać stany cyfrowe. Niemniej jednak kupowanie płytki z dużym procesorem tylko dlatego, że chcesz podłączyć mnóstwo przycisków to trochę wyrzucanie pieniędzy. Moduł multipleksera to pomysł niezły:

https://botland.com.pl/multipleksery/7192-modul-z-multiplekserem-analogowo-cyfrowym-74hc4051-sparkfun.html

ale jeszcze lepszym jest sprytniejsze połączenie przycisków w tzw. matrycę. W ten sposób za pomocą M+N pinów możesz wczytywać stan MxN zestyków. Zysk jest tym większy im liczby są większe: dla 2 i 2 nie ma żadnego, ale już dla 4 i 4 - dwukrotny. Twoje 20 przycisków można skanować za pomocą np. 5 linii wyjściowych i 4 wejściowych (5x4=20) bez żadnego multipleksera a gdyby go użyć łącznie z połączeniem w matrycę, opędzisz to 3 liniami wyjściowymi i 3 wejściowymi.

Pamiętaj, że potrzebujesz jeszcze kilka drutów do wyświetlacza.

[kleofas]

Czy do multipleksera potrzeba jeszcze jakiegoś dodatkowego modułu czy bezpośrednio podłączam go pod arduino? Multiplekser potrafi wykryć zmiany stanu kilku przycisków? Mam na myśli jednoczesne przyciśnięcie kilku switchów.

[marek1707]

Multiplekser niczego nie wykrywa. On nie rozumie sygnałów które przez siebie przepuszcza więc nie może ich w żaden sposób interpretować. To cyfrowy odpowiednik zwykłego przełącznika wielopozycyjnego. Na wejścia adresowe podajesz binarny numer kanału a na wyjściu dostajesz stan tego kanału. Program procesora, zamiast wczytywać "jednym strzałem" np. stan kilku bitów/przycisków bezpośrednio podłączonych do portu procesora wystawia najpierw numer kanału do multipleksera a potem "wciąga" stan wskazanego wejścia. Gromadzi to sobie (bit po bicie) aż wczyta wszystkie przełączniki ze wszystkich wejść (tego i ew. innych multiplekserów) i dopiero potem przechodzi do analizy: co jest wciśnięte aktualnie, co zostało rozwarte względem poprzedniego stanu a co właśnie przyciśnięto. Musisz zatem przechowywać przynajmniej jeden stan poprzedni wszystkich przycisków a po analizie i detekcji zmian nowy stan staje się poprzednim.

Może w opisie wygląda to trochę pokrętnie, ale nie jest trudne. Obsługa takiej "klawiatury" to jedna z podstawowych umiejętności programisty mikrokontrolerów. Po zastanowieniu bez problemu to zrobisz samodzielnie albo.. z niewielką naszą pomocą 🙂

Multipleksery możesz połączyć ze sobą równolegle, obok siebie - to najprostszy sposób, albo w struktury drzewiaste, które tutaj, przy stosunkowo małej liczbie wejść chyba nie mają sensu. W pierwszej metodzie wszystkie multipleksery korzystają z tych samych linii adresujących, ale każdy z nich doprowadza swoje wyjście danych do osobnego pinu procesora. Przykładowo: gdy zakupisz 3 takie moduły jak ten botlandowy masz 3 "przełączniki" 8-wejściowe czyli możesz obsłużyć 24 linie. Każdy z multiplekserów ma 3 wejścia adresowe i jedno wyjście danych. Adresy każdego przełącznika łączysz razem dostając 3 linie podłączone do 3 wyjść cyfrowych procesora a wyjście danych każdego multipleksera podłączasz do osobnej linii wejściowej proca. Wtedy program wystawiając jakiś adres - w przypadku multipleksera 8-wejściowego będzie liczba 0..7 - dostaje na 3 osobnych wejściach 1-bitowe stany ze wskazanych wejść 3 multiplekserów. W ten sposób za pomocą 3 linii wyjściowych i 3 wejściowych wczytujesz stan 24 wejść "porcjami" po 3 wejścia "przemiatając" adresy od 0 do 7. Oczywiście jeśli masz mniej styków, możesz zatrzymać się na adresie niższym, np. 20 wejść potrzebuje tylko 7 różnych adresów, bo 3x7=21.

Korzystając z techniki multipleksowania możesz zrobić to samo (maks. 24 wejścia zestykowe, 6 linii procesora) przy pomocy tylko jednego multipleksera 🙂 Zainteresowany?

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[kleofas]

Czyli jeśli dobrze zrozumiałem to: multiplekser odczytuje dane wejście (np pierwsze wejście), potem ciąg bitów jest wysyłany do arduino, a to odczytuje stan wejścia. Tylko czy ja mogę zrobić tak, że wcisnę jeden przycisk, potem drugi, trzeci itd. i będę mógł odczytywać te stany (poprzednie przyciski nadal byłyby wciśnięte)? Bo liczę, że to nie zadziała tak, jak przełącznik wielopozycyjny - czyli tylko jeden stan wysoki z danej pozycji bym odczytał.

[ Dodano: 06-06-2018, 10:44 ]

Zgodnie z tym co mówi wikipedia na temat multipleksera, i to co w internecie wygrzebałem to: "służący do wyboru jednego z kilku dostępnych sygnałów wejściowych i przekazania go na wyjście." Jak w takim razie mogę sprawdzać, który przycisk jest obecnie wciskany, które już są wciśnięte, a które wolne? Chodzi o to, czy będzie taki moduł działał dokładnie tak samo jak wejścia na arduino - czyli odczyt wszystkich wejść, a nie tylko jednego.

[marek1707]

Powoli łapiesz, ale jeszcze nie czujesz skali czasowej. Procesor i multiplekser to elektronika, która - w stosunku do mechanicznych przełączników a tym bardziej porównując je z Twoim palcem wciskającym przyciski - jest niesamowicie szybka.

Działa to mniej więcej tak:

1. Procesor wysyła adres wejścia do multipleksera i wczytuje z niego (tylko raz) stan wybranego przycisku. Jeśli ma kilka multiplekserów, z nich także od razu wczytuje stany. W Twoim konkretnym przypadku, mając 3 multipleksery wczytuje za jednym zamachem stany 3 przycisków. Zajmuje mu to jakieś 10us czyli 1/100000s. Wczytane 3 bity zapamiętuje w jakiejś tablicy danych.

2. Procesor zmienia adres na kolejny i jeśli nie doszedł do końca całego skanu, powtarza punkt pierwszy. W tym przypadku mamy do przejrzenia 7 adresów (z 8 dostępnych w multiplekserze) po 3 przyciski w każdym.

3. Po zakończonym skanie w tablicy mamy 3x7 bitów odzwierciedlających stan potencjalnie 21 zestyków. U Ciebie 1 "węzeł" będzie pusty i nigdy nie zwarty, ale to nie ma znaczenia. 7 odczytów 3-bitowych zajęło procesorowi 70us. Z Twojego punktu widzenia to czas zerowy - procesor w jednej chwili wczytał stan wszystkich przycisków.

4. Teraz trzeba porównać właśnie wczytany, aktualny stan całej "klawiatury" ze stanem poprzednim, przechowywanym w osobnej tablicy. Procesor sprawdza więc różnice, bit po bicie, przykładowo:

- jeżeli gdzieś w "starej" tablicy było 0 a teraz na tym samym miejscu w "nowej" tablicy jest 1, to przycisk został wciśnięty - zapamiętujemy to gdzieś w tablicy "przyciski właśnie zwarte"

- jeżeli gdzieś było 1 a jest 0, wykryliśmy puszczenie i zapamiętujemy ten fakt (i numer węzła czyli adres multipleksera 0..6 i numer wejścia 0..2) w tablicy "przyciski właśnie rozwarte"

5. Po skończonej analizie różnic przepisujesz "nową" tablicę do "starej", bo następnym razem to ten nowy skan będzie poprzednim a kolejny znowu wczytasz z wejść. Na koniec zajmujesz się zawartością tablic "przyciski właśnie zwarte" i "przyciski właśnie rozwarte". Jeżeli są puste, nic się na polu stykowym nie zmieniło od ostatniego skanu a gdy w którejś coś jest (zwykle ważniejsza jest ta z wykrytymi zwarciami, ale to zależy od potrzeb reszty programu) generujesz odpowiedni kod przycisku (oparty na współrzędnych wykrytego zwarcia) z którego korzysta program oczekujący na wciśnięcia.

Wszystko powyższe powtarzasz np. 50 razy na sekundę. Nie masz szans by zrobić coś przyciskiem/palcem krócej więc każda zmiana zostanie zauważona i odnotowana, gdziekolwiek zajdzie w matrycy i w którąkolwiek stronę. Proces skanowania musi odbywać się cały czas i dlatego zwykle jest odpalany jako funkcja wywoływana z przerwania okresowego od któregoś z timerów, ale nie jest to wymóg konieczny. Wiele zależy od reszty programu, co ma robić i jak często.

Żeby nie zaciemniać pominąłem tu problemy odbić zestyków, bo przecież mechaniczny przycisk jest sprężysty i po przyciśnięciu może odbić się kilka razy zanim na pewno zewrze. To samo przy wyłączaniu: powoli (z punktu widzenia elektroniki) malejąca siła dociskająca styki powoduje, że rezystancja przycisku nie zmienia się skokowo z zera do nieskończoności tylko przechodzi przez jakieś pośrednie wartości, być może z nawrotami. Tak więc zarówno przy wciskaniu jak i puszczaniu przycisku procedura skanująca może wykryć wielokrotne zamknięcia i otwarcia. Jeśli program ma zliczać zdarzenia (np. liczbę wciśnięć), to może głupieć. Na szczęście ludzie sobie z tym także poradzili i bez problemu napiszesz odpowiedni kawałek kodu. Oczywiście do Arduino są też odpowiednie biblioteki obsługujące takie matryce klawiszków.

Jak widzisz skrajnie prosty hardware jest tylko po to by szybko i często wczytywać stan przycisków. Wszelkie analizy i interpretacje stanów i zmian wykonuje krótki program wykonywany w kółko.

[kleofas]

Czyli chyba już załapałem. Multiplekser zadziała jak zwykły przełącznik kołyskowy (wielopozycyjny), gdzie z 16 stanów możemy odczytać jeden, który jest akurat wybrany. Jednak różni się tym od mechanicznego przełącznika, że manipulując kodem/zwłoką czasową/tablicą możemy mieć wrażenie, że dany przełącznik kołyskowy może mieć jednocześnie wyświetlonych kilka stanów - czyli przekładając to na projekt, mogą być wciśnięte jednocześnie kilka przycisków (a nie jak np. na kalkulatorze, że wciśnięcie dwóch przycisków blokuje jakby stan - de facto poprzedni stan "klawiatury" jest w sumie zapisywany na wyświetlaczu w postaci danej cyfry). Okej, czyli skłonię się do kupienia multipleksera. Mam jeszcze jedno pytanie - gdybym miał takich przycisków z 18, to mógłbym obejść się bez multipleksera. Jakie arduino wtedy wybrać? Uno/Leonardo/Micro/Nano? Leonardo i Micro posiadają po 20 wejść cyfrowych, Uno i Nano po 14 - ale mógłbym w nich wtedy podpiąć przyciski normalnie do analogowego? Czyli czy nie najlepszym wyborem byłoby Nano? 14 wejść cyfrowych i 8 analogowych (suma 22).

[ Dodano: 06-06-2018, 11:49 ]

Co do zasilania - arduino będzie zasilane zewnętrznie, najlepiej z gniazdka 230V (żadne akumulatory/baterie nie wchodzą w grę, gdyż ma to być zasilanie stałe). W internecie widzę takie zasilacze ale z okrągłym stykiem DC. Czy istnieją podobne, ale żeby zasilić arduino mirco/nano?

[ethanak]

O ile mnie pamięć nie myli, wejść A6 i A7 w 328 (a więc Nano i podobne) nie możesz używać jako cyfrowych.

[kleofas]

Czyli wtedy obojętnie które bym wybrał tak? Uno/Leonardo/Micro/Nano. Pod względem akurat tego projektu.

[marek1707]

ethanak: Fakt, zapomniałem o tym, dzięki. Rzeczywiście A6 i A7 w mega328P są biedniejsze: prowadzą sygnały tylko do ADC a są wyprowadzone na złącze. Naprawili to dopiero w dużo bogatszej wersji 328PB, ale tych nie montuje się w Arduino. Zawsze można te czysto analogowe piny wykorzystać do pomiaru np. napięcia baterii 🙂

kleofas: Nie przejmuj się tak tą liczbą pinów. Już Ci pisałem: stosując technikę multipleksowania (poczytaj o tym koniecznie a jeśli masz kłopoty, pytaj) podłączasz 20 przycisków poprzez 9 pinów procesora (np. 5 wyjściowych i 4 wejściowe, 5x4=20 - pamiętasz?) bez żadnych multiplekserów. A jeśli nie rozbudujesz systemu jakoś bardzo, to tyle linii na matrcyę wygospodarujesz nawet w malutkim Nano/Pro i na wyświetlacz (jaki?) jeszcze zostanie 🙂

Czy możesz napisać co to będzie za urządzenie? Jakaś gra czy coś?

EDIT: To, czy klawiatura blokuje się po wykryciu jednego przycisku czy jest skanowana ciągle w poszukiwaniu dalszych zmian zależy jedynie od programu. Pierwszy algorytm nazywa się 2-key-lockout i często jest stosowany w prymitywnych rozwiązaniach sprzętowych, gdzie do obsługi matrycy zaprzęgasz liczniki, rejestry itp. np. w FPGA lub właśnie w starych kalkulatorach. Tam nie potrzeba np. SHIFTów czy ALTów wciskanych jednocześnie z innymi klawiszami. Natomiast mając procesor możesz napisać dowolnie skomplikowany program który nie blokuje się na pierwszym napotkanym zwartym klawiszu i który generuje całą listę "zdarzeń" w matrycy. Takie coś nazywa się N-key-rollover, gdzie N to pojemność tablic zdarzeń. Często klawiatury komputerowe (szczególnie te gamingowe) mają podawaną tę liczbę (np. 10-key-rollover) i oznacza ona jak dużo klawiszy możesz wcisnąć na raz by żaden nie został pominięty. Ty dla matrycy 20 zestyków możesz spokojnie w Arduino zrobić pełne N=20 i nic Ci nie umknie.

[kleofas]

Powiem szczerze, że nie wiem co to za urządzenie. W pracy, w której obecnie przebywam, padł pomysł aby w każdym pomieszczeniu umieść dane przyciski, których stan następnie będzie zebrany i przesłany dalej. Nie mam kompletnie pojęcie na temat większych szczegółów. Dlatego narazie rozmyślam jak to można by połączyć. Tylko łącząc przyciski w matrycę będę musiał zająć więcej wejść w arduino (dla 4x4 to 8 wejść), a taki moduł 16 wejść zajmie mi 4 cyfrowe i 1 analog. A no tak, i jeszcze zasilenie tego.

[marek1707]

No ale to są kolejne informacje. Szkoda, że nie piszesz tego od razu.

Nie możesz gołych linii procesora ani multipleksera ciągnąć przez pomieszczenia. Takie podłączanie działa tylko w obrębie stołu, gdy klawiatura jest blisko elektroniki. Poza tym gdy przełączniki są rozstrzelone po budynku to połączenie w matrycę jest upierdliwe, bo musisz prowadzić wiele kabli i pamiętać co z czym już połączyłeś. A przede wszystkim trudno zrobić zabezpieczenia. W przypadku wielometrowych przewodów obowiązkowo musisz dać na wejściach układy/filtry/diody przeciwprzepięciowe, bo pierwsze zaiskrzenie w pobliskim gniazdku lub włączenie odkrzacza załatwi któryś pin procesora. To już nie jest hobbystyczna zabawa na biurku, ale niestety budowa instalacji "antenowej". Procesory i inne scalaki cyfrowe to bardzo delikatne układy, musisz się z nimi cackać.

Mając nawet kilka multiplekserów, wszystkie one korzystają z tych samych adresów. Tak więc w przypadku 3 modułów 8-wejściowych masz 3 linie adresowe puszczone do wszystkich oraz po 1 wyjściu danych z każdego. Obsługujesz 24 przyciski (podłączone bezpośrednio do wejść multiplekserów poprzez układy zabezpieczeń) za pomocą 6 pinów: 3 wyjściowych i 3 wejściowych.

[kleofas]

tzn. pomieszczenia są zaraz obok siebie - drzwi w drzwi wręcz, a w danym pomieszczeniu będzie kilka przycisków. Więc kolosalnych odległości nie będzie. Ale jeszcze wracając do zasilania tego no Nano/Micro - czy istnieje taki zasilacz jak dla Uno, dzięki któremu mógłbym podpiąć go do gniazdka? Bo tam jest micro albo nano usb, a nie taki okrągły wtyk.

[marek1707]

Nie mówię o "kolosalnych odległościach" tylko o kilku metrach przewodu z czułymi sygnałami cyfrowymi prowadzonych wzdłuż i w poprzek wszechobecnej instalacji 230VAC.

Każda "ładowarka" do telefonu czyli coś co daje 5V z odpowiednim gniazdkiem USB:

https://botland.com.pl/414-zasilacze-sieciowe-5-v

Złącza USB są typu normalnego, mini i micro. O ile wiem nie ma "nano".

[kleofas]

Dobra panowie, narazie dziękuję za pomoc. Jak się dowiem czegoś więcej to zwrócę się z pytaniami 🙂