FAQ Obsługa przycisku w Arduino - wyzwalanie zmianą stanu

[Gieneq]

Ten krótki artykuł dedykowany jest kursantom i często pojawiającym się pytaniom o wykonanie pojedynczego zadania po kliknięciu przycisku.

Obsługa przycisku w Arduino jest prostym zadaniem pojawiającym się m.in. w kursie Arduino. Choć z odczytem stanu pinu nikt nie ma problemu, to problem może sprawić wykonanie jakiegoś bloku kodu tylko jeden raz po wciśnięciu przycisku.

Załóżmy, że treść zadania brzmi:

(...) po wciśnięciu przycisku wypisz przy pomocy portu szeregowego napis Hello world!.

Często spotkałem się z sytuacjami, gdzie adepci programowania przesyłają rozwiązania tego typu:

if (digitalRead(4) == LOW) {
  Serial.println("Hello world!");
  delay(500);
}

Jeżeli uzna się, że użytkownik takiego rozwiązania wie, że trzeba kliknąć i możliwie szybko puścić przycisk to rozwiązanie to zadziała. Ale co jeżeli nikt nie wie o konwencji klikania i zamiast energicznego kliknięcia, użytkownik przytrzyma przycisk? Właśnie... kod wykona się cyklicznie z odstępem 500 ms. A nie o to chodzi.

Celem zadania jest zatem nie tyle wykrycie stanu przycisku lecz zarejestrowanie zmiany stanu. Zmiana ta jest jednoznaczna z wykonaniem wciśnięcia przycisku (podczas gdy samo wykrycie stanu może trwać bardzo długo).

Są 2 sposoby realizacji tego zadania:

1. przesłuchiwanie (polling) z zatrzaskiem (proste od strony implementacji),
2. przy pomocy przerwania (trudniejsze).

Przesłuchiwanie i zatrzask

Choć nazwa tego 1 może odstraszać, to niewiele różni się od tego co jest w powyższym kodzie, potrzeba tylko dodać dodatkową zmienną pamiętającą stan przycisku. Warunek zaś będzie poległ na tym, że sprawdzane będą 2 zmienne, w których odczyt obecnego stanu pinu różni się od tego co było ostatnio. Jeżeli przy obiegu pętli nastąpiła różnica, to wiadomo że przycisk był wciśnięty.

#define PRZYCISK 4
int ostatniStan = HIGH; //BO PULLUP

void setup() {
 Serial.begin(9600); 
 pinMode(PRZYCISK, INPUT_PULLUP);
}

void loop() {
 int stan = digitalRead(PRZYCISK);
 if(ostatniStan == HIGH &&  stan == LOW) {
   Serial.println("Hello world!");
 }
 ostatniStan = stan;
 delay(50);
}

W kodzie widać nową, globalną zmienną pamietającą ostatni stan:

int ostatniStan = HIGH; //BO PULLUP

Następnie w pętli loop najpierw odczytujemy stan przycisku ale nie wewnątrz warunku. Od razu zapisujemy stan do tymczasowej zmiennej tak by odczytywać stan tylko raz (uchroni to kod od wstrzelenia się z kliknięciem przycisku pomiędzy 2 odczyty).

Teraz patrzymy co jest na końcu pętli:

 ostatniStan = stan;
 delay(50);

Istota zapamiętania stanu - to co było teraz (obecny stan) trafia do przeszłości i w kolejnym obiegu pętli będzie już poprzednim stanem. Do tego drobne opóźnienie.

Realizacja zatrzasku

Dysponując 2 zmiennymi: obecnym stanem (zmienna stan) oraz stanem z poprzedniego obiegu pętli (zmienna ostatniStan) można bez problemu wykryć zmiany jakie nastąpiły przy ostatnim obiegu pętli.

W powyższym kodzie w warunku następuje wykrycie tak zwanego zbocza opadającego - zmienna zmienia się ze stanu wysokiego w niski. Odwrotną sytuacją jest wykrycie stanu narastającego polegającego na wykryciu przejścia ze sanu niskiego w wysoki. Oba przypadki mają sens stosowania i zależnie od potrzeb wybiera się jeden lub drugi.

Przykładowo reakcja na puszczenie przycisku występuje często w komputerowym GUI - naciskają przycisk myszy zazwyczaj nic się nie dzieje, można nim jeździć po przyciskach, a w razie pomyłki nawet zmienić przycisk na poprawny. Dopiero puszczenie przycisku aktywuje to na co się nim najechało.

Przerwania

Istnieje jednak inny sposób detekcji zdarzeń, są to przerwania zewnętrzne i tu polecam przeczytać kurs Arduino 2.

W skrócie, w Arduino UNO przerwania zewnętrzne dostępne są tylko na pinach 2 i 3. Utworzenie przerwania polega na przypięciu funkcji obsługi przerwania:

#define PRZYCISK 2

void setup() {
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(PRZYCISK), funckjaObslugiPrzerwania, RISING);
}

Zdarzenie zostanie wykonane przy zboczu narastającym (parametr RISING), zaś kod zostanie zawarty w funkcji o nazwie funckjaObslugiPrzerwania (w argumencie attachInterrupt nazwa funkcji jest referencją).

Funkcja obsługi przerwania

Funkcja obsługi przerwania nie przyjmuje argumentów, zwraca typ void, nie może zawierać innych przerwań ani opóźnień (stąd nie są dozwolone żadne wywołania delay, Serial.print itp).

To skoro nie można użyć Serial.print wewnątrz przerwania to jak go użyć? Przyda się tu zmienna pomocnicza:

#define PRZYCISK 2

volatile int stan = HIGH;
  
void funckjaObslugiPrzerwania() {
  stan = LOW;
}

void setup() {
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(PRZYCISK), funckjaObslugiPrzerwania, RISING);
}

void loop() {
  if(stan == LOW) {
    stan = HIGH;
    Serial.println("Hello world!");
  }
}

Pierwsze co widać to dopisek przed typem zmiennej stan: volatile oznacza że kompilator nie zoptymalizuje tej zmiennej (szczegóły w kursie). Funkcja obsługi przerwania ustawia zmienną, a w głównej pętli jest sprawdzany jej stan. Ta prosta komunikacja pomiędzy 2 funkcjami poprzez zmienną globalną umożliwia wykonanie bardziej złożonych operacji poza ciałem funkcji obsługi przerwania.

Też drobna uwaga, deklaracje funkcji dobrze jest umieszczać przed ich wystąpieniem. W starszych wersjach wiązało się to z błędem, obecnie nie ma znaczenia.

Podsumowanie

W tym krótkim artykule postarałem się przedstawić bardzo prosty sposób obsługi przycisku. Skupiłem się na istocie realizacji zatrzasku lecz niedługo dopiszę fragment dotyczący problemu drgania styków i związanych z tym bibliotek.

Edytowano Październik 5, 2020 przez Gieneq

[ethanak]

Świetnie - link wędruje do zakładek żeby można było bez rozpisywania się udzielić po raz piętnasty w tygodniu odpowiedzi na dziwne pytania 🙂 Mógłbyś dodać wzmiankę o Bounce2 (albo czymś podobnym - nie chodzi mi tu oczywiście o eliminację drgań, ale metody rose i fell bardzo upraszczają życie, szczególnmie przy większej ilości klawiszy)?

 

[Gieneq]

8 minut temu, ethanak napisał:

Mógłbyś dodać wzmiankę o Bounce2

Dobra zbadam temat, dzięki!

8 minut temu, ethanak napisał:

po raz piętnasty w tygodniu odpowiedzi na dziwne pytania

Po raz 15 to może nie... ale na pewno jest to dość często zadawane pytanie 😅