Jak podłączyć switch TACT?

Przyciski są elementarnym składnikiem wszystkich interfejsów cyfrowych. Bez przycisków nie da się sterować urządzeniem. Mikroprzełączniki – switch TACT – są podstawowym elementem składowym np. klawiatury często stosowanych w systemach cyfrowych. Podłączenie ich do mikrokontrolera czy płytki rozwojowej jest proste i nie wymaga zbyt wielu elementów dodatkowych.

Switch TACT (modele mikroswitchy znajdziesz tutaj) często nazywane microswitch'ami lub mikroprzełącznikami, to mechaniczne łączniki elektryczne o niskiej mocy, dedykowane do obwodów kontrolnych i sterowniczych w systemach elektronicznych. Dzięki swojej mechanicznej budowie, w odróżnieniu od przycisków innego rodzaju – foliowych – charakteryzują się one wyczuwalnym skokiem i sprzężeniem haptycznym, co zapewnia użytkownikowi komfort naciskania przycisków między innymi dzięki mechanicznemu potwierdzeniu przyciśnięcia elementu – wyczuwalny i słyszalny jest wtedy „klik”.

Podłączanie mikroswitch’a do wejścia cyfrowego

Mikroprzełącznik posiadać może piny normalnie otwarte lub normalnie zamknięte (zwarte). Oznacza to tylko i wyłącznie jaki jest ich domyślny stan, gdy przycisk nie jest naciśnięty – czy jest on rozwarty i nie przewodzi prądu, czy też jest zwarty i prąd przewodzi. Naciśnięcie przycisku zmienia stan pinów na odwrotny. W zależności od typu przycisku (bistabilny, monostabilny etc.) do ponownej zmiany stanu, do pozycji domyślnej, potrzebne jest kolejne naciśniecie przycisku lub po prostu zwolnienie nacisku.

Niezależnie od tego, jakiego rodzaju przycisk użyjemy w systemie, jego podłączanie jest podobne. Aby użyć przełącznika jako wejścia podłączonego np. do mikrokontrolera, jeden pin mikroprzełącznika jest łączony z pinem mikrokontrolera, który skonfigurowany jest w programie jako wejście. Drugi pin mikroprzełącznika jest łączony z masą lub potencjałem zasilania. W ten sposób potencjał na pinie wejściowym mikrokontrolera jest zmieniany po naciśnięciu mikroprzełącznika. Takie rozwiązanie możliwe jest tylko w przypadku przełączników dwupozycyjnych – w jednej pozycji dołączamy masę w drugiej zasilanie.

Niestety większość mikroprzełączników TACT dostępnych na rynku to układy monostabilne, posiadające tylko jedną parę kontaktów. Podłączenie takiego przełącznika nie jest aż takie proste, ponieważ w momencie gdy kontakty są z rozłączone, to nie są z niczym połączone. W tym momencie pin wejściowy mikrokontrolera nie jest z niczym połączony i ma nieokreślony potencjał. Z powodu zakłóceń elektromagnetycznych pin taki może przyjmować wartości losowe i konieczne jest jego podłączenie do ustalonej wartości.

Najczęstszą metodą unikania stanów nieustalonych jest podłączenie wejścia mikrokontrolera do masy lub potencjału zasilania przez rezystor. Przy podłączaniu mikroprzełączników TACT ważne jest, aby był to potencjał przeciwny do tego, do którego podłączony jest przeciwległy pin switch’a. Rezystor dla tej funkcji jest nazywany rezystorem, odpowiednio, pull-down lub pull-up – ściągającym (do masy) lub podciągającym (do zasilania). Zwykle rezystancja tego opornika waha się od 1 kΩ do 1 MΩ. Przy otwartym przełączniku, wejście jest ustalane napięciem do którego podłączony jest opornik, przez zamknięcie przełącznika, wejście zwierane jest przez zwarte styki do przeciwnego potencjału.

Prosty dwupinowy przełącznik może być używany jako np. czujnik nacisku z pojedynczym tylko rezystorem podciągającym do zasilania (gdy przełącznik ściąga linię do masy) lub ściągającym do masy (gdy przełącznik zwiera pin wejściowy z zasilaniem). Zwykle mikrokontrolery mają wbudowaną opcję programowego włączenia rezystora pull-up lub pull-down; dlatego w takich wypadkach nie ma potrzeby dodawania zewnętrznego rezystora do obwodu.

Należy wspomnieć, że przełączniki mechaniczne mają jeszcze jeden problem – drżenie kontaktów. Powoduje to kilka bardzo krótkich impulsów w momencie połączenia – powstają one na skutek mechanicznego drżenia. Aby wyeliminować ten efekt stosuje się zabiegi programistyczne, dodaje filtry RC na wejściu mikrokontrolera lub stosuje dedykowane układy scalone do filtrowania tego rodzaju niepożądanych sygnałów.