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2 Grundlagen Abbildung

2 Grundlagen Abbildung 2.10: Anschlussbeispiel einer Matrixtastatur an 7 Pins eines Mikrocontrollers den – wird mehr als eine Taste gedrückt wird, stören fehlerhafte Informationen aus den anderen Tasten das Gesamtergebnis derart, dass es nicht mehr einer Taste zugeordnet werden kann – auf diese Weise sind Mehrfacheingaben eindeutig als solche identifizierbar. 2.3.2 Anschlussvarianten Zum Anschluss von Matrixtastaturen stehen zwei Varianten zur Verfügung. Eine Variante benötigt sieben Pins am Mikrocontroller, die andere Variante benötigt einen ADC-Pin. Beide Varianten werden hier vorgestellt, auf Grund der einfachen Umsetzbarkeit der 7-Pin-Variante wurde diese bei der CAN-Demonstration eingesetzt. 7-Pin-Variante Man schließt die Tastatur mit allen sieben Pins an. Hierbei unterteilen sich die Pins in Reihen und Spalten. Alle Pins müssen im offenen Zustand über Widerstände auf Ground gezogen werden, damit kein unbestimmter Zustand die Softwareabfrage der Pins verhindert. Die eine Hälfte der Pins (entweder Reihen oder Spalten) versorgt die Matrixtastatur permanent mit Spannung, die an den anderen Pins detektiert werden kann, sobald eine Taste gedrückt wird. Um Fehlspannungen zu vermeiden, können die Ausgänge durch Dioden geschützt werden. Sobald ein Spannung an den Eingängen detektiert wird, werden die Ausgänge einzeln auf High geschaltet und der Status der Eingänge abgelesen. Wird mehr als eine Taste beim Tastaturscan gefunden, so ist die Eingabe fehlerhaft, da sich Mehrfacheingaben nicht immer klar voneinander unterscheiden lassen. 1-Pin-ADC-Variante Hierbei nutzt man einen Analog-Digital-Converter (ADC) Eingang des Mikrocontrollers. Hierbei unterteilen sich die Matrixtastaturpins in Reihen 23

2 Grundlagen Abbildung 2.11: Anschlussbeispiel einer Matrixtastatur über einen ADC Pin eines Mikrocontrollers inklusive Widerstandswerten. und Spalten. Die einen (entweder Reihen oder Spalten) werden über Widerstände auf die Spannungsversorgung gelegt, die anderen werden über Widerstände auf einen gemeinsamen Referenzwiderstand gelegt. Der Referenzwiederstand selbst liegt auf Ground. Man hat so einen variablen Spannungsteiler, bestehend aus einem Ersatzwiderstand für die Matrixtastatur und einem Referenzwiderstand. Der ADC misst den Spannungsabfall über den Referenzwiderstand. Bei der Dimensionierung der Widerstände kommt es darauf an, dass die vom ADC erzeugten Integerwerte 16 möglichst eng beisammen liegen. Zieht man Bauteiltoleranzen und ADC-Toleranzen in Betracht, entstehen so Integerbereiche für jede Taste, die sich mit denen der anderen Tasten nicht überlappen dürfen. Die ADC-Toleranz ist im Integerbereich von ±2, die Bauteiltoleranzen von Widerständen liegen bei ±5% (E24) bzw. ±1% (E96) 17 . Es ist außerdem darauf zu achten, dass der maximale Ersatzwiderstand eines Mehrfachdrucks deutlich kleiner ist als der der Einzeltasten. Abbildung 2.11 zeigt ein Anschlussbeispiel mit Widerstandswerten, wie sie in der E96-Reihe 18 verfügbar sind. Nach Aufteilung der Bereiche, wie dies in Tabelle 2.4 gezeigt ist, fragt man über den ADC die abfallende Spannung am Referenzwiderstand ab und erhält so die gedrückte Taste. Alle ADC-Werte, die nach der Tabelle 2.4 nicht in den Bereich 248 bis 301 fallen, sind Fehleingaben. Man kann innerhalb der Fehleingaben noch unterscheiden, ob der Fehler durch einen Mehrfachtastendruck oder durch eine andere Ursache ausgelöst wurde. Im bisherigen Beispiel kann man eine Fehleingabe für den größten Mehrfach- 16 Der ADC-Bereich spielt hier eine Rolle. Ein 10-Bit ADC unterteilt die maximale Eingangsspannung in 4096 Schritte, ein 8-Bit ADC in nur 1024 Schritte. 17 Für einen 10-Bit ADC bei maximaler Spannung von 5 V und Widerständen mit einer Unsicherheit von 5% ist man mit einem Abstand von 0,1 V zwischen den Messwerten für einzelne Pins bereits auf der sicheren Seite. 18 Hinter den E-Reihen steht eine mathematische Vorschrift zur Bildung von Werten. In der Elektronik werden diese Reihen verwendet, um damit Bauteile zu standardisieren. 24

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