Contrôle d'un chenillard à 8 LEDs par un bouton poussoir

L'objectif de cet atelier est de poursuivre le travail que nous avons commencé sur le chenillard à 8 LEDs. Nous allons ajouter un bouton poussoir dans notre petit circuit électronique pour commander la rampe de LEDs. J'utilise ici une carte Arduino Nano, mais vous pouvez tout à fait réaliser le même montage avec une carte Arduino Uno. Le raccordement des LEDs et du bouton poussoir sur les broches de commandes numériques de la carte Arduino est exactement le même.

Schéma de câblage du prototype

Les anodes (+) de chaque LED sont respectivement reliées, dans le même ordre, aux broches D5 à D12 (de droite à gauche) de la carte Arduino. Les cathodes (-), quant à elles, sont toutes reliées à la masse, c'est-à-dire à la broche GND de la carte Arduino, au travers d'une résistance de 220 Ω pour limiter l'intensité du courant qui traversera les LEDs, et les protéger d'une dégradation qui leur serait fatale.

On utilisera ici deux platines de prototypage pour que le câblage ne soit pas trop étriqué :

Le bouton poussoir, quant à lui, est relié à la broche D2 de la carte Arduino pour qu'on puisse lire son état (enfoncé / relâché), ainsi qu'à la broche d'alimentation 5V de la carte Arduino, qui permettra de faire circuler un courant électrique lorsque le bouton sera enfoncé et, dans le même temps, de basculer la broche de lecture D2 à l'état HIGH. Lorsque le bouton est relâché, pour éviter que la broche de lecture D2 ne se trouve dans un état flottant et oscille intempestivement entre les états logiques HIGH et LOW, il convient de la relier à la masse (GND) au travers d'une résistance de rappel de 10 kΩ. Cette résistance est ainsi caractérisée comme une résistance pull-down et permet de maintenir l'état de la broche de lecture D2 au niveau logique LOW lorsque le bouton est relâché. La valeur élevée de la résistance permet de limiter l'intensité du courant à une valeur très faible lorsque le bouton est enfoncé et que le circuit est fermé entre la broche d'alimentation 5V et la masse.

Effet rebond du bouton poussoir

Le bouton est un dispositif mécanique dans lequel les éléments de contacts s'entrechoquent lorsqu'on enfonce ou relâche le poussoir. À l'échelle temporelle de traitement de l'information, induite par l'activité électronique au niveau de la carte Arduino, on observe donc une phase de transition pendant laquelle apparaissent des effets rebonds indésirables. Le bouton ne change pas instantanément d'état lorsqu'on agit dessus, et la broche de lecture de la carte Arduino va donc détecter une succession de changements d'états logiques HIGH / LOW avant de se stabiliser. Voilà par exemple ce que l'on peut observer à l'oscilloscope lorsqu'on presse le bouton :

Un phénomène similaire apparaît également lorsqu'on relâche le bouton et que la broche de lecture repasse à l'état LOW. Le profil des changements d'états qui surviennent pendant la phase transitoire où l'on observe les effets rebonds dépend de plusieurs facteurs comme la structure du bouton lui-même, ou la manière dont l'utilisateur enfonce ou relâche le poussoir. La durée de cette phase peut également être variable d'un bouton à l'autre.

Nous allons voir, avec les exercices proposés, comment mettre en évidence ce phénomène, et surtout comment en tenir compte pour éliminer ses effets indésirables et gérer proprement la réponse du micro-contrôleur aux signaux perturbés induits par l'action de l'utilisateur sur le bouton.

Configuration du projet PlatformIO

La configuration du projet est définie par les directives inscrites dans le fichier platformio.ini :

[env:led-chaser]
platform  = atmelavr
board     = nanoatmega328
framework = arduino

Le projet est ici configuré pour être téléversé sur une carte Arduino Nano. Si, de votre côté, vous utilisez une carte Arduino Uno, vous devez remplacer la désignation de la carte board par la valeur uno :

[env:led-chaser]
platform  = atmelavr
board     = uno
framework = arduino

Organisation des codes sources

Chaque exercice proposé correspond à un programme Arduino indépendant des autres exercices. Néanmoins, pour ne pas avoir à gérer autant de projets PlatformIO qu'il y'a d'exercices, on peut s'arranger pour tous les faire coexister au sein d'un même projet. Il existe différentes façons de mettre cela en oeuvre avec PlatformIO, et nous avons déjà appliqué l'une d'entre elles dans l'atelier précédent. Cette fois, nous allons procéder autrement.

Chaque exercice est traité dans un fichier source portant l'extension .cpp et stocké dans le dossier src. Par défaut, PlatformIO se charge de compiler tous les fichiers sources qu'il trouve dans le dossier src, et notamment le traditionnel main.cpp. Aussi, pour modifier ce comportement, il existe une directive très pratique à insérer dans le fichier platformio.ini qui va nous permettre d'indiquer précisément ce qu'il faut compiler ou non. Par exemple, si l'on souhaite compiler le programme décrit dans le fichier 01-basic-button.cpp, et uniquement celui-là, il suffira de le spécifier à l'aide de la directive src_filter de la manière suivante :

[env:led-chaser]
platform   = atmelavr
board      = uno
framework  = arduino
src_filter = -<*> +<01-basic-button.cpp>

Ici on construit une liste de fichiers à compiler, en commençant par exclure tous les fichiers se trouvant dans le dossier src avec la balise -<*>, puis en insérant le seul fichier 01-basic-button.cpp que l'on souhaite compiler avec la balise +<01-basic-button.cpp>.

Par conséquent, pour compiler un autre programme, vous devrez préciser le nom du fichier correspondant avec la balise appropriée. Chaque fichier solution est spécifique et indépendant des autres. Vous ne pouvez donc en compiler qu'un seul à la fois.

Reportez-vous à la documentation officielle de PlatformIO pour plus de détails sur la directive src_filter.

Bon code !