Molti progetti realizzati con microcontrollore sfruttano sistemi di I/O per l'interazione tra l'Uomo e l'elettronica. Senz'altro il sistema di immissione dati in un microcontrollore è il pulsante; l'idea che il contatto presenti solo due stati, aperto o chiuso, è ottima per la gestione di segnali binari (0, 1). Ma attenzione alle insidie che si nascondono dietro ad un aspetto che, se trascurato, porta a malfunzionamenti e a comportamenti inattesi del circuito: il rimbalzo del contatto.

Cos'è il rimbalzo

Questo fenomeno è tipico dei contatti meccanici i quali portandosi dallo stato di aperto a quello di chiuso non lo fanno in maniera istantanea. Ciò che accade a livello macroscopico è il passaggio netto da aperto a chiuso, ma analizzando in dettaglio il comportamento del contatto si nota che il passaggio dallo stato stabile aperto a quello stabile chiuso è caratterizzato da stati intermedi di chiuso e aperto. Il contatto rimbalza nel vero senso della parola cioè prima di portarsi in modo certo alla posizione di contatto chiuso, si apre e si chiude in successione alcune volte.

Rimbalzo.jpg

La durata del rimbalzo dipende da diversi fattori:

• il tipo di contatto;
• la presenza di una molla di richiamo;
• la forza con cui viene azionato;
• la presenza di archi elettrici;
• ecc.

Per le applicazioni a microcontrollore si può considerare concluso un rimbalzo quando il contatto assume valore stabile entro un periodo di tempo compreso tra 30 e 50 ms.

Gli stati intermedi, che si manifestano in successione durante la chiusura del contatto, rischiano di essere acquisiti dal microcontrollore fornendo un'informazione non corretta al firmware che gestisce l'applicazione; per questo motivo il rimbalzo va eliminato. Per evitare di aggiungere componenti esterni al microcontrollore (fatto salvo un eventuale resistore di pull-up o pull-down, qualora non si possano utilizzare quelli interni al micro), il metodo che viene illustrato si basa esclusivamente sull'utilizzo di tecniche firmware. Benché si faccia esplicito riferimento ai PICMicro, questa metodologia può essere utilizzata anche con altri microcontrollori, andando ad attivare opportunamente i meccanismi hardware interni.

Eliminare il rimbalzo

L'obbiettivo è quindi quello di misurare uno stato stabile entro un periodo di tempo prefissato. Per dare esempio di come si può fare, stabiliamo:

- tipo contatto: normalmente aperto

- stato iniziale: aperto

- stato finale: chiuso

- periodo di antirimbalzo: 30ms

Il comportamento del PIC è il seguente: non appena il pulsante cambia di stato, portandosi da aperto a chiuso, viene avviato un timer; se il valore dello stato non cambia entro i 30 ms stabiliti, il comando impartito dal pulsante è considerato valido. Se invece avviene un rimbalzo come prima cosa il timer viene resettato ed il PIC resta in attesa di una nuova commutazione da aperto a chiuso. Così facendo, i rimbalzi che si manifestano nell'intervallo A-E (vedi figura precedente) vengono completamente ignorati. Gli stati stabili aperto e chiuso vengono presi in considerazione senza che il rimbalzo possa ingannare il PIC. In figura è riportato il flow chart che gestisce l'antirimbalzo, con la descrizione a blocchi della routine di interrupt.

DebounceFlowChart.jpg

Un esempio

La routine di interrupt che gestisce l'antirimbalzo, viene proposta in linguaggio C per MikroC PRO, ma è facilmente esportabile in assembly. In questo caso, il sorgente è stato preso dall'esempio MerryChristmas che utilizza un PIC12F675/PIC16F683 per la riproduzione di alcuni brani audio. Qui nel seguito è riportato un estratto del codice sorgente con riferimento alla routine di interrupt.

// Routine di interrupt
void interrupt (void)
{
     // Interrupt on change
     if (INTCON.GPIF)
     {
        INTCON.GPIF = 0;
        // Acquisizione degli input
        chInput = GPIO & 0x20;

        // Se INPUT è premuto, si abilita il flag associato
        if (INPUT == PREMUTO)
        {
           flDebounceInput = 1;
        } else {
           flDebounceInput = 0;
        }
     }

     // Overflow TMR0
     if (INTCON.T0IF)
     {
        INTCON.T0IF = 0;
        TMR0 = 150;
        // Se il flag di antirimbalzo del tasto Input è abilitato
        if (flDebounceInput)
        {
           // si incrementa il contatore.
           chDebounceInput++;
           // Quando il contatore raggiunge il valore prestabilito
           if (chDebounceInput == 100)
           {
              chPulsInput = ON;
              flDebounceInput = 0;
              chDebounceInput = 0;
           }
        } else {
           chDebounceInput = 0;
           chPulsInput = OFF;
        }
    }
}

Il tutto funziona se le impostazioni di IOC e TMR0 sono state attivate. Ecco un estratto della routine di inizializzazione:

// Abiiltazione weak pull-up su GP5
     OPTION_REG.NOT_GPPU = 0;
     WPU = 0x20;

// Interrupt on change su GP5
     IOC = 0X20;

// TIMER 0: Prescaler 1:64
     OPTION_REG.PS0 = 1;
     OPTION_REG.PS1 = 0;
     OPTION_REG.PS2 = 1;
     OPTION_REG.T0CS = 0;
     TMR0 = 150;

// Inizializza le variabili: flag antirimbalzo pulsanti
     flDebounceInput = 0;

// Inizializza le variabili: contatori di antirimbalzo
     chDebounceInput = 0;
     chPulsInput = OFF;

// Attivazione degli interrupt
     INTCON.GPIE = 1;
     INTCON.INTE = 0;
     INTCON.T0IE = 1;
     INTCON.PEIE = 1;
     INTCON.CMIE = 0;
     INTCON.GIE  = 1;

Riferimenti

Come detto l'esempio si basa sul circuito elettrico del progetto MerryChristmas i cui file sono disponibile al link http://www.electroportal.net/users/files/MerryChristmas.zip

Datasheet PIC12F675: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/41190F.pdf

Data sheet PIC12F683: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/41211D_.pdf

MikroC PRO: http://www.mikroe.com/en/compilers/mikroc/pro/pic/

Pillole di microcontrollori PIC: http://www.inwaredizioni.it/pic2/