Digitaler Input

Digitaler Input

Unter digitalem Input versteht man Schaltungen, welche lediglich zwei Zustände kennen: EIN oder AUS. Im Falle des Arduino entspricht der Zustand EIN dabei einer elektrischen Spannung von 5V und AUS einer Spannung von 0V. Je nachdem ob man diese Zustände einliesst oder ausgibt spricht man von Input oder Output. Am Arduino verwenden wir vor allem die Digitalen PINs (D0-D13) für digitale Schaltungen. Es können jedoch auch die Analogen PINs verwendet werden, falls noch mehr Ein- bzw. Ausgänge benötigt werden.

Die entsprechende Funktion für das Einlesen lautet:

Im Folgenden werden wir einen Tastendruck mit dem Arduino einlesen. Dabei gibt es prinzipiell zwei Möglichkeiten, welche hier illustriert sind:

Negative oder positive Logik

Der Unterschied zwischen negativer und positiver Logik besteht in der Tatsache, dass bei einer negativen Logik der Wert am digitalen Pin auf 0V (LOW) gezogen wird, wenn man den Taster drückt. Wird der Taster dagegen nicht gedrückt so fliesst ein kleiner Strom nach 5V und zieht den Wert am digitalen Pin nach oben (HIGH). Bei der positiven Logik ist dies genau anders herum. Das ist auch der Grund warum wir bei dieser Schaltung sog. Pullup- bzw. Pulldown Widerstände verwenden. Diese sorgen dafür, dass die Spannung abfällt = pulldown (oder ansteigt = pullup) wenn der Taster nicht gedrückt ist und wir somit wir auch wirklich 5V bzw. 0V einlesen werden wenn wir den Taster drücken.

Um einen Taster am Arduino einzulesen kann eine der beiden Logiken verwendet werden – beide funktionieren. Der Code lautet dann wie folgt:

#define TASTER 7 // Taster an digitalPin 7
#define LED 13 // LED an digitalPin 13
 
void setup()
{
  pinMode(TASTER, INPUT); // TasterPin als Input nutzen
  pinMode(LED, OUTPUT); // LEDPin als Output nutzen
}
 
void loop()
{
  digitalWrite(LED, digitalRead(TASTER)); // LED anmachen, wenn Taster gedrückt
}

Interner PullUp Widerstand

Bis jetzt haben wir einen extra 10kOhm Widerstand verwendet um die Spannung am PIN anzuheben wenn der Taster nicht gedrückt wurde. Der Microkontroller verfügt aber auch über eigene, interne Pullup Widerstände, die sich per Programmierung aktivieren lassen. Diese Methode funktioniert nur bei einer negativen Logik ist dann aber sehr komfortabel, da nur noch ein Taster und kein Widerstand benötigt wird. Denn internen PullUp aktiviert man, indem direkt nach dem Aufruf von pinMode() im setup() die Funktion digitalWrite(pin, HIGH) gerufen wird.

#define TASTER 2
 
void setup()
{
  pinMode(TASTER, INPUT);
  digitalWrite(TASTER, HIGH);
}

Debounce

Es kann passieren, dass der Befehl digitalRead() zu schnell hintereinander gelesen wird und wir deshalb mehrere “Pushs” erhalten. Dies kann vermieden werden, wenn wir ein sog. Debouncing hinzufügen. Diese arbeitet mit der Funktion millis() um sich den letzten Zeitpunkt des Drückens zu merken und ein kleine Verzögerung hinzuzufügen.

#define BUTTON  2  // Taster an Pin 2
#define LED     13 // LED an Pin 13
 
int ledState = HIGH;         // Aktueller Status der LED
int buttonState;             // Aktueller Status des Tasters
int lastButtonState = LOW;   // Der letzte Staus des Tasters
 
long lastDebounceTime = 0;   // Die letzte Zeit als der Taster gedrückt wurde
long debounceDelay = 50;     // Die Verzögerung des Tasters
 
void setup() 
{
  pinMode(BUTTON, INPUT);
  pinMode(LED, OUTPUT);
}
 
void loop() 
{
  int reading = digitalRead(BUTTON); // Taster einlesen und in reading speichern
   
  if (reading != lastButtonState)    // Vergleich ob der Status sich verändert hat
  {
    lastDebounceTime = millis();     // Speichern der Zeit
  } 
   
  if ((millis() - lastDebounceTime) > debounceDelay) // Checken der vergangenen Zeit
  {
    buttonState = reading;          // Zuweisen der Wertes
  }
   
  digitalWrite(LED, buttonState);   // Die LED ein oder aus schalten
  lastButtonState = reading;        // Speichert den aktuellen Status
}

Aufgaben

1. Nutzt den Taster um zwischen zwei LEDs hin- und her zu wechseln.
2. Programmiert den Code so, dass erst nach viermaligem drücken der Wechsel erfolgt.
3. Programmiert einen Papagei, welcher eine eingegebene Sequenz wiederholt.