Interruttori

Interruttori su breadboard

In fase di sviluppo Stesura preliminare In fase di sviluppo

Un interruttore è il più semplice oggetto che permette di far comunicare un umano con un sistema digitale; esempi che probabilmente vi stanno davanti in questo momento sono la tastiera del PC oppure i pulsanti "fisici" del telefonino.

In estrema sintesi un interruttore è un sistema meccanico che permette di aprire o chiudere un circuito elettrico sotto l'azione delle dita oppure di un oggetto che si muove.

Nella fotografia di apertura possiamo vedere montati su una breadboard, da sinistra, un deviatore, un pulsante (push button) e otto interruttori inseriti in un unico contenitore (DIP switch).

Tipi di interruttori

In questa pagina verranno illustrate solo applicazioni in cui gli interruttori sono usati in circuiti digitali, quindi con correnti e tensioni piccole.

Interruttore

SI tratta del dispositivo più semplice: agendo su questo dispositivo i due contatti 1 e 2 vengono connessi tra di loro oppure disconnessi. Entrambe le posizioni sono stabili: una volta tolta l'azione meccanica il circuito può rimanere sia aperto che chiuso.

Interruttore

A volte viene indicato come interruttore SPST (Single Pole Single Throw, Singolo polo singolo contatto), oppure One-Way oppure Two-Way (nota 1)

Pulsante

Agendo su questo dispositivo i due contatti vengono connessi tra di loro, ma, a differenza dell'interruttore, questa posizione non è stabile: terminata l'azione meccanica, i contatti tornano disconnessi. Esistono pulsanti NO (normalmente aperti), come quello appena descritto, che a riposo sono circuiti aperti; esistono anche pulsanti NC (normalmente chiusi, meno usati) che hanno il comportamento contrario: a riposo sono circuiti chiusi.

Esempio tipico di pulsanti sono i tasti di una tastiera da PC.

Deviatori

In questo dispositivo sono presenti due posizioni in genere entrambe stabili: nella prima è presente una connessione tra il contatto 2 ed il contatto 1, nell'altra la connessione è tra il contatto 2 ed in contatto 3.

A volte viene indicato come interruttore SPDT (Single Pole Double Throw, Singolo polo doppio contatto), oppure Two-Way (nota 1) oppure Three-way.

Se il contatto 1 (oppure in contatto 3) non è utilizzato, il comportamento è lo stesso di un interruttore.

Usare gli interruttori

In genere l'uso degli interruttori nei circuiti digitali è quello di fornire un ingresso ad una porta logica. Le due configurazioni più note sono di seguito disegnate (nota 4). Questi circuiti possono essere indifferentemente utilizzate con interruttori, deviatori o pulsanti e fanno uso di un resistore dal valore indicativo da 10 kΩ a 100 kΩ.

Ingresso digitale: pull-up e pull-down

Descriviamo il funzionamento del primo di questi circuiti, il più usato tra i due:

Si noti l'analogia, anche nei termini usati, con le porte logiche Open Drain.

A volte sono visibili circuiti simili, ma senza resistore di pull-up. Due le ragioni:

Esercizio 1

Descrivere il funzionamento del secondo circuito sopra disegnato (con resistore di pull-down)

Esercizio 2

Disegnare il diagramma temporale dell'ingresso e dell'uscita del primo circuito sopra disegnato (con resistore di pull-up)

Esercizio 3

Utilizzare un pulsante con Arduino, attivando il pull-up interno

I rimbalzi

Probabilmente la vostra risposta all'esercizio 2 è sbagliata... Forse non avete tenuto conto del fatto che, quando i contatti di un interruttore si chiudono, si "scontrano" tra di loro, rimbalzando esattamente come un pallone che cade per terra.

La seguente immagine mostra l'andamento reale dell'ingresso della porta logica (nota 2):

imbalzo

Questo andamento a volte potrebbe creare grossi problemi; si pensi per esempio ad una tastiera: premendo un tasto, l'intenzione dell'utente è digitare un solo carattere, non una serie...

Esercizio 4

Acquisire con un oscilloscopio il segnale generato da un interruttore inserito in uno qualunque dei circuiti sopra disegnati. Si noti l'impostazione nella sezione di trigger, in basso, e la posizione del piccolo rombo giallo al centro dello schermo.

Le soluzioni sono si basano su due idee di base:

Esercizio 5

Analizzare il seguente circuito, realizzarlo su breadboard e verificarne l'effettivo funzionamento (nota 3):

Antirimbalzo

Confrontate il vostro diagramma con il seguente:

Esercizio 5

Scrivere un routine antirimbalzo con Arduino, pensando anche una procedura per il collaudo

Note

  1. Il nome Two-Way porta spesso a fraintendimenti, identificando due dispositivi diversi
  2. In realtà gli interruttori usati per queste applicazioni hanno in genere un comportamento migliore di quanto mostrato
  3. Se questo circuito vi ricorda un latch... non è un caso
  4. Al posto della porta NOT può essere presente un qualunque circuito digitale


Pagina creata nel dicembre 2020. Ultima modifica: 9 dicembre 2020


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