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Raspberry Pi Pico – controllare lo stato di un pin digitale

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Propongo in questa breve lezione due esempi di base sull’uso del Raspberry Pi Pico: identificare lo stato di un pulsante e realizzazione di un interruttore mediante un pulsante.

Per questo esempio utilizzeremo il pin 14 a cui connetteremo un pin del pulsante, così come rappresentato nell’immagine che segue. Come sapete molti dei pulsanti disponibili nei kit elettronici sono costituiti da 4 pin, connessi frontalmente a due a due.
Proseguiamo connettendo il secondo pin del pulsante al positivo sulla breadboard (3,3V). Ricordiamoci inoltre la connessione del 3,3V del PiPico al positivo della breadboard.

E’ molto importante ricordare che una simile connessione del pulsante con il PiPico potrebbe causare problemi di cortocircuito alla pressione del pulsante, perché non presente una resistore di PULL-UP o di PULL-DOWN fisico. Per evitare di utilizzare un resistore, attiviamo la resistenza di PULL-DOWN sul pin 14, ATTENZIONE ricordate di fare questa operazione altrimenti rischiate di distruggere irrimediabilmente  il vostro microcontrollore.

Aprite l’editor Thonny e digitate il seguente programma:

# Prof. Maffucci Michele
# Controllo dello stato sul pin 14 (una sola volta)
# 18.09.2021

# libreria che permette di utilizzare MicroPython con il RaspyMicro
import machine

# creazione dell'oggetto pulsante che include il pin 14 impostato come input
# su cui viene attivata il resistore di PULL-DOWN
pulsante = machine.Pin(14, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_DOWN)

# la lettura del pulante viene fatta usando l'API machine
# usando la funzione value

print(button.value())

Salvate il programma sulla vostra scheda, assegnate ad esempio il nome pulsante1.py
Se mandate in esecuzione il programma lo stato del pin verrà mostrato immediatamente sulla Shell una sola volta.

Se non premete il pulsante verrà mostrato sulla Shell il valore logico 0 in quanto abbiamo utilizzato una resistenza di PULL-DOWN, nel momento in cui, all’avvio premete il pulsante lo stato logico visualizzato sulla Shell sarà 1.

Per leggere lo stato del pulsante in modo continuo bisognerà aggiungere un loop all’interno del programma che segue che chiameremo pulsante2.py

# Prof. Maffucci Michele
# Controllo dello stato sul pin 14 (in modo continuo)
# 18.09.2021

# libreria che permette di utilizzare MicroPython con il RaspyMicro
import machine

# per la gestione del tempo
import utime

# creazione dell'oggetto pulsante che include il pin 14 impostato come input
# su cui viene attivata il resistore di PULL-DOWN
pulsante = machine.Pin(14, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_DOWN)

# la lettura del pulante viene fatta usando l'API machine
# usando la funzione value

# while True definisce un loop infinito al cui interno
# troviamo il controllo dello stato del pulsante
while True:
    # se la condizione è vera viene stampato
    # il messaggio mediante la print
    # e fermato il programma per 1 secondi
    if pulsante.value() == 1:
        print("Hai premuto il pulsante")
        utime.sleep(1)

Premete sul pulsante di Run nell’IDE, vedrete che fino a quando non premete il pulsante non accade nulla. Non appena il pulsante viene premuto viene stampata sulla Shell la strina “Hai premuto il pulsante”.

Attenzione che senza la brevissima pausa di 1 secondo verrebbe stampato continuamente il messaggio “Hai premuto il pulsante”.

Vedrete quindi la stampa del messaggio ogni secondo. Se mantenete premuto il pulsante per un tempo superiore a 1 secondi verrà stampato nuovamente il messaggio e ciò si ripeterà ogni secondo fino a quando non rilasciamo il pulsante.

Vediamo ora un programma che, oltre ad inviare un messaggio sulla Shell, accende un LED esterno connesso al pin 15 ogni volta che premiamo il pulsante, chiamiamo il programma pulsante3.py.

# Prof. Maffucci Michele
# Controllo dello stato sul pin 14 (in modo continuo)
# eaccensione di un led alla pressione del pulsante
# 18.09.2021

# libreria che permette di utilizzare MicroPython con il RaspyMicro
import machine

# per la gestione del tempo
import utime

# creazione dell'oggetto pulsante che include il pin 14 impostato come input
# su cui viene attivata il resistore di PULL-DOWN
pulsante = machine.Pin(14, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_DOWN)

#pin 15 dichiarato come OUTPUT
ledEsterno = machine.Pin(15, machine.Pin.OUT)

# while True definisce un loop infinito al cui interno
# troviamo il controllo dello stato del pulsante
while True:
    # se la condizione è vera viene stampato
    # il messaggio mediante la print
    # e fermato il programma per 1 secondi
    if pulsante.value() == 1:
        ledEsterno.value(1)    # imposta il livello logico 1 sul pin 15
        print("Hai premuto il pulsante")
        utime.sleep(0.5)       # imposta una pausa di mezzo secondo
        ledEsterno.value(0)    # imposta il livello logico 0 sul pin 15

Vediamo ora come realizzare un programma che realizza la funzione di un interruttore, cioè il mantenimento dello stato al rilascio del pulsante. Chiamiamo il programma interruttore1.py. Il circuito è il medesimo dell’esempio al passo precedente.

# Prof. Maffucci Michele
# realizzazione di un interruttore 
# mediante pulsante connesso al Pin 14 con antirimbalzo software
# con accensione di un LED connesso al pin 15
# 18.09.2021

# libreria che permette di utilizzare MicroPython con il RaspyMicro
import machine

# per la gestione del tempo
import utime

# creazione dell'oggetto pulsante che include il pin 14 impostato come input
# su cui viene attivata il resistore di PULL-DOWN
pulsante = machine.Pin(14, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_DOWN)

#pin 15 dichiarato come OUTPUT
ledEsterno = machine.Pin(15, machine.Pin.OUT)

# val usato per conservare lo stato del pulsante
val = 0

# vecchio_val per conservare lo stato del pulsante al passo precedente
vecchio_val = 0

# ricorda lo stato in cui si trova il LED,
# stato = 0 led spento, stato = 1 led acceso
stato = 0

# while True definisce un loop infinito al cui interno
# troviamo il controllo dello stato del pulsante
while True:
    val = pulsante.value()                   # legge il valore del pulsante e lo conserva
    if (val == 1) and (vecchio_val == 0):    # controlla se è accaduto qualcosa
        stato = 1 - stato
        utime.sleep(0.15)	             # attesa di 15 millisecondi
    vecchio_val = val;
    if (stato == 1):
        ledEsterno.value(1)    # imposta il livello logico 1 sul pin 15
    else:
        ledEsterno.value(0)    # imposta il livello logico 0 sul pin 15

Modifichiamo ora il programma precedente inviando sulla Shell il messaggio che indica lo stato del LED, chiamiamo il programma interruttire2.py. Il circuito è il medesimo dell’esempio al passo precedente.

# Prof. Maffucci Michele
# realizzazione di un interruttore 
# mediante pulsante connesso al Pin 14 con antirimbalzo software
# con accensione di un LED connesso al pin 15
# e stampa dello stato del LED sulla Shell
# 18.09.2021

# libreria che permette di utilizzare MicroPython con il RaspyMicro
import machine

# per la gestione del tempo
import utime

# creazione dell'oggetto pulsante che include il pin 14 impostato come input
# su cui viene attivata il resistore di PULL-DOWN
pulsante = machine.Pin(14, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_DOWN)

#pin 15 dichiarato come OUTPUT
ledEsterno = machine.Pin(15, machine.Pin.OUT)

# val usato per conservare lo stato del pulsante
val = 0

# vecchio_val per conservare lo stato del pulsante al passo precedente
vecchio_val = 0

# ricorda lo stato in cui si trova il LED,
# stato = 0 led spento, stato = 1 led acceso
stato = 0

# stampare una sola volta il messaggio 'LED acceso' o 'LED spento' sulla Shell
abilitaMessaggio = 0

# while True definisce un loop infinito al cui interno
# troviamo il controllo dello stato del pulsante
while True:
    val = pulsante.value()                    # legge il valore del pulsante e lo conserva
    if (val == 1) and (vecchio_val == 0):     # controlla se è accaduto qualcosa
        stato = 1 - stato
        utime.sleep(0.15)		      # attesa di 15 millisecondi
    vecchio_val = val;
    if (stato == 1) and (abilitaMessaggio == 0):
        ledEsterno.value(1)                   # imposta il livello logico 1 sul pin 15
        abilitaMessaggio = 1
        print("LED acceso")                   # stampa il messaggio
        utime.sleep(1)
    elif (stato == 0) and (abilitaMessaggio == 1):
        ledEsterno.value(0)                   # imposta il livello logico 0 sul pin 15
        abilitaMessaggio = 0
        print("LED spento")                   # stampa il messaggio
        utime.sleep(1)

Buon Coding a tutti 🙂

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Evitare il loop di messaggi inviati sulla Serial Monitor

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Con questo post rispondo ad alcuni miei studenti su quesiti posti sull’uso di Arduino durante il ripasso condotto in questi giorni sulla modalità di stampa di messaggi sulla Serial Monitor.

L’esercizio assegnato consisteva nella tipica accensione e spegnimento di un LED mediante un pulsante con antirimbalzo software, nella seconda parte bisognava aggiungere un secondo pulsante che permetteva di accendere e spegnere un secondo LED e nella terza fase segnalare l’accensione e lo spegnimento sulla Serial Monitor mediante i messaggi:

“LED Rosso ON”
“LED Rosso OFF”
“LED Verde ON”
“LED Verde OFF”

Qundi per ciascun LED, alla prima pressione del pulsante accensione del LED e segnalazione ON sulla Serial, alla seconda pressione del pulsante segnalazione OFF sulla Serial e spegnimento del LED, ovviamente senza alcun limite sul numero di pressioni sui pulsanti.

Gli studenti sono riusciti a realizzare lo sketch ma con il solito problema di ripetizione in loop del testo di segnalazione sulla Serial.

Il problema può essere superato utilizzando un codice simile al seguente:

int stampaMessaggio = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  if(!stampaMessaggio)
  {
     Serial.println(“Qualsiasi testo da stampare una sola volta…“);
     stampaMessaggio = 1;
  }
}

Nel primo ciclo di loop la condizione dell’if risulterà vera e ciò permetterà l’esecuzione della stampa del testo,  successivamente impostata la variabile “stampaMessaggio” ad 1 non sarà più possibile stampare il testo al ciclo di loop successivo in quanto “!stampaMessaggio” risulterà uguale a 0.

Di seguito le due soluzioni, la prima con testo in loop sulla Serial, mentre la seconda con testo NON in loop.

Al fondo del post un esercizio aggiuntivo per i miei studenti.

All’interno del codice la spiegazione del funzionamento.

Soluzione con testo di output in loop

/*
   Prof. Michele Maffucci
   Accensione e spegnimento
   23.09.19

   Accensione e spegnimento di LED mediante pulsanti
   con antirimbalzo e messaggio ripetuto dello stato del LED
   sulla Serial Monitor

   Pulsante Rosso: accensione e spegnimento LED Rosso
   (prima pressione accende, seconda pressione spegne)

   Pulsante Verde: accensione e spegnimento LED Verde
   (prima pressione accende, seconda pressione spegne)

*/

// ledRosso variabile di tipo intero a cui viene assegnato
// il valore intero 5 che sarà associato al pin digitale 5

int ledRosso = 5;

// ledVerde variabile di tipo intero a cui viene assegnato
// il valore intero 4 che sarà associato al pin digitale 4

int ledVerde = 4;


// pulsanteRosso variabile di tipo intero a cui viene assegnato
// il valore intero 7 che sarà associato al pin digitale 7
// a cui sarà collegato il pulsante che comanda il LED Rosso

int pulsanteRosso = 7;

// pulsanteVerde variabile di tipo intero a cui viene assegnato
// il valore intero 6 che sarà associato al pin digitale 6
// a cui sarà collegato il pulsante che comanda il LED Verde

int pulsanteVerde = 6;

// inizializzazione della variabili in cui verrà memorizzato il valore della
// digitalRead: 0 non premuto, 1 premuto

int valRosso = 0;
int valVerde = 0;

// inizializzazione della variabili in cui verrà memorizzato lo stato del pulsante
// All'avvio dello sketch i pulsanti non sono premuti

int statoRosso = 0;
int statoVerde = 0;

// inizializzazione della variabili in cui verrà memorizzato lo stato precedente del pulsante
// All'avvio dello sketch i pulsanti non sono premuti

int valRossoOld = 0;
int valVerdeOld = 0;

void setup() {
  pinMode(ledRosso, OUTPUT);           // imposta il pin digitale come output
  pinMode(ledVerde, OUTPUT);           // imposta il pin digitale come output
  pinMode(pulsanteRosso, INPUT);       // imposta il pin digitale come input
  pinMode(pulsanteVerde, INPUT);       // imposta il pin digitale come input

  Serial.begin(9600);                 // imposta la velocità di scrittura della serial monitor
}

void loop() {

  valRosso = digitalRead(pulsanteRosso);  // lettura dell'input (pulsante) e memorizzazione in valRosso
  valVerde = digitalRead(pulsanteVerde);  // lettura dell'input (pulsante) e memorizzazione in valVerde

  // ---------- Controllo pulsante LED Rosso ----------

  if ((valRosso == HIGH) && (valRossoOld == LOW)) {
    statoRosso = 1 - statoRosso;

    // antirimbalzo software - attesa di 15 ms per attendere che l'input si stabilizzi
    delay(15);
  }


  // memorizzazione del valore precedente restituito dalla digitalRead

  valRossoOld = valRosso;

  // ---------- Controllo pulsante LED Verde ----------

  // viene controllato che l'input sia HIGH (pulsante premuto) e cambia lo stato del LED

  if ((valVerde == HIGH) && (valVerdeOld == LOW)) {
    statoVerde = 1 - statoVerde;

    // antirimbalzo software - attesa di 15 ms per attendere che l'input si stabilizzi

    delay(15);

    // memorizzazione del valore precedente restituito dalla digitalRead
  }
  
  valVerdeOld = valVerde;

  // ---------- Stampa sulla Serial Monitor dello stato del LED Rosso ----------

  // Se il pulsante è stato premuto la condizione dell'if risulta vera ed il LED Rosso si accende

  if (statoRosso == 1) {
    digitalWrite(ledRosso, HIGH);
    Serial.println("LED Rosso ON");
  }

  // nel caso in cui il pulsante non sia premuto o nello stato precedente era stato premuto
  // allora il LED dovrà essere spento ed il messaggio sulla seriale dovrà essere "LED Rosso OFF"

  else {
    digitalWrite(ledRosso, LOW);
    Serial.println("LED Rosso OFF");
  }

  // ---------- Stampa sulla Serial Monitor dello stato del LED Verde ----------

  // Se il pulsante è stato premuto la condizione dell'if risulta vera ed il LED Verde si accende

  if (statoVerde == 1) {
    digitalWrite(ledVerde, HIGH);
    Serial.println("LED Verde ON");
  }

  // nel caso in cui il pulsante non sia premuto o nello stato precedente era stato premuto
  // allora il LED dovrà essere spento ed il messaggio sulla seriale dovrà essere "LED Verde OFF"

  else {
    digitalWrite(ledVerde, LOW);
    Serial.println("LED Verde OFF");
  }
}

Soluzione con testo di output NON in loop

/*
   Prof. Michele Maffucci
   Data: 23.09.19
   
   Accensione e spegnimento di LED mediante pulsanti
   con antirimbalzo e messaggio NON ripetuto dello stato del LED
   sulla Serial Monitor
   
   Stampa 1 sola volta il messaggio dello stato del LED sulla Serial Monitor
   (non va in loop la stampa dello stato del LED)
   
   Pulsante Rosso: accensione e spegnimento LED Rosso
   (prima pressione accende, seconda pressione spegne)
   
   Pulsante Verde: accensione e spegnimento LED Verde
   (prima pressione accende, seconda pressione spegne)   
  
*/

// ledRosso variabile di tipo intero a cui viene assegnato 
// il valore intero 5 che sarà associato al pin digitale 5 

int ledRosso = 5;

// ledVerde variabile di tipo intero a cui viene assegnato
// il valore intero 4 che sarà associato al pin digitale 4 

int ledVerde = 4;


// pulsanteRosso variabile di tipo intero a cui viene assegnato
// il valore intero 7 che sarà associato al pin digitale 7
// a cui sarà collegato il pulsante che comanda il LED Rosso 

int pulsanteRosso = 7;

// pulsanteVerde variabile di tipo intero a cui viene assegnato
// il valore intero 6 che sarà associato al pin digitale 6
// a cui sarà collegato il pulsante che comanda il LED Verde 

int pulsanteVerde = 6;

// inizializzazione della variabili in cui verrà memorizzato il valore della
// digitalRead: 0 non premuto, 1 premuto

int valRosso = 0;
int valVerde = 0;

// inizializzazione della variabili in cui verrà memorizzato lo stato del pulsante
// All'avvio dello sketch i pulsanti non sono premuti

int statoRosso = 0;
int statoVerde = 0;

// inizializzazione della variabili in cui verrà memorizzato lo stato precedente del pulsante
// All'avvio dello sketch i pulsanti non sono premuti

int valRossoOld = 0;
int valVerdeOld = 0;

// inizializzazione delle variabili che consentono la stampa dello stato del LED

int stampoRossoON = 0;
int stampoRossoOFF = 0;

int stampoVerdeON = 0;
int stampoVerdeOFF = 0;

void setup() {
  pinMode(ledRosso, OUTPUT);           // imposta il pin digitale come output
  pinMode(ledVerde, OUTPUT);           // imposta il pin digitale come output
  pinMode(pulsanteRosso, INPUT);       // imposta il pin digitale come input
  pinMode(pulsanteVerde, INPUT);       // imposta il pin digitale come input
  
  Serial.begin(9600);                 // imposta la velocità di scrittura della serial monitor
  Serial.println("Avvio programma");  // stampa la stringa tra le " e va a campo
  Serial.println("---------------");  // stampa la stringa tra le " e va a campo
}

void loop() {

  valRosso = digitalRead(pulsanteRosso);  // lettura dell'input (pulsante) e memorizzazione in valRosso
  valVerde = digitalRead(pulsanteVerde);  // lettura dell'input (pulsante) e memorizzazione in valVerde

// ---------- Controllo pulsante LED Rosso ----------
 
  // viene controllato che l'input sia HIGH (pulsante premuto) e cambia lo stato del LED
  
  if ((valRosso == HIGH) && (valRossoOld == LOW)) {
    statoRosso = 1 - statoRosso;

    // antirimbalzo software - attesa di 15 ms per attendere che l'input si stabilizzi
    delay(15);

    // poichè il pulsante è stato premuto la variabile stampoRossoON viene posta a 0
    // per consentire la stampa del messaggio "LED Rosso ON"
    
    stampoRossoON = 0;
  }

  // memorizzazione del valore precedente restituito dalla digitalRead
  
  valRossoOld = valRosso;

// ---------- Controllo pulsante LED Verde ----------

  // viene controllato che l'input sia HIGH (pulsante premuto) e cambia lo stato del LED

  if ((valVerde == HIGH) && (valVerdeOld == LOW)) {
    statoVerde = 1 - statoVerde;

    // antirimbalzo software - attesa di 15 ms per attendere che l'input si stabilizzi
    
    delay(15);

    // poichè il pulsante è stato premuto la variabile stampoVerdeON viene posta a 0
    // per consentire la stampa del messaggio "LED Verde ON"
    
    stampoVerdeON = 0;
  }

  // memorizzazione del valore precedente restituito dalla digitalRead
  
  valVerdeOld = valVerde;

// ---------- Stampa sulla Serial Monitor dello stato del LED Rosso ----------

// Se il pulsante è stato premuto la condizione dell'if risulta vera ed il LED Rosso si accende

  if (statoRosso == 1) {
    digitalWrite(ledRosso, HIGH);

    // Se la variabile stampoRossoON è 0 allora !stampoRossoON vale 1
    // ciò consente la stampa del messaggio "LED Rosso ON"
    
    if (!stampoRossoON) {
      Serial.println("LED Rosso ON");

      // Per evitare una stampa continua del messaggio viene posto ad 1 stampoRossoON
      // in modo che nel ciclo di loop successivo non venga più stampato il messaggio
      // "LED Rosso ON". Viene posto a 0 stampoRossoOFF per consentire la stampa "LED Rosso OFF"
      // nel caso si prema nuovamente il pulsante che controlla il LED Rosso.
      
      stampoRossoON = 1;
      stampoRossoOFF = 0;     
    }
  }

  // nel caso in cui il pulsante non sia premuto o nello stato precedente era stato premuto
  // allora il LED dovrà essere spento ed il messaggio sulla seriale dovrà essere "LED Rosso OFF"
  
  else {
    digitalWrite(ledRosso, LOW);

    if (!stampoRossoOFF) {
      Serial.println("LED Rosso OFF");

      // Per evitare una stampa continua del messaggio viene posto ad 0 stampoRossoON
      // in modo che nel ciclo di loop successivo non venga più stampato il messaggio
      // "LED Rosso OFF". Viene posto a 1 stampoRossoOFF per consentire la stampa "LED Rosso OFF"
      // nel caso si prema nuovamente il pulsante che controlla il LED Rosso.
      
      stampoRossoON = 0;
      stampoRossoOFF = 1;  
    }
  }

// ---------- Stampa sulla Serial Monitor dello stato del LED Verde ----------

// Se il pulsante è stato premuto la condizione dell'if risulta vera ed il LED Verde si accende

  if (statoVerde == 1) {
    digitalWrite(ledVerde, HIGH);

    // Se la variabile stampoVerdeON è 0 allora !stampoVerdeoON vale 1
    // ciò consente la stampa del messaggio "LED verde ON"
    
    if (!stampoVerdeON) {
      Serial.println("LED Verde ON");

      // Per evitare una stampa continua del messaggio viene posto ad 1 stampoVerdeON
      // in modo che nel ciclo di loop successivo non venga più stampato il messaggio
      // "LED Verde ON". Viene posto a 0 stampoVerdeOFF per consentire la stampa "LED Verde OFF"
      // nel caso si prema nuovamente il pulsante che controlla il LED Rosso.
            
      stampoVerdeON = 1;
      stampoVerdeOFF = 0; 
    }
  }

  // nel caso in cui il pulsante non sia premuto o nello stato precedente era stato premuto
  // allora il LED dovrà essere spento ed il messaggio sulla seriale dovrà essere "LED Verde OFF"
  
  else {
    digitalWrite(ledVerde, LOW);

    if (!stampoVerdeOFF) {
      Serial.println("LED Verde OFF");

      // Per evitare una stampa continua del messaggio viene posto ad 0 stampoVerdeON
      // in modo che nel ciclo di loop successivo non venga più stampato il messaggio
      // "LED Verde OFF". Viene posto a 1 stampoVerdeOFF per consentire la stampa "LED Verde OFF"
      // nel caso si prema nuovamente il pulsante che controlla il LED Verde.
      
      stampoVerdeON = 0;
      stampoVerdeOFF = 1; 
    }
  }
}

Esercizio: implementare il controllo della marci e dell’arresto di un motore

Realizzare un circuito in cui con tre pulsanti vengono identificate le tre situazioni:

  1. Marcia
  2. Arresto
  3. Anomalia

Associare ad ogni situazione il colore del LED:

  1. Rosso: marcia
  2. Verde: arresto
  3. Giallo: anomalia

Alla pressione del corrispondente pulsante mostrare sulla Serial Monitor :

  1. Motore in marcia
  2. Motore fermo
  3. Anomalia motore

Buon lavoro 🙂

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Arduino: alcune precisazioni sull’antirimbalzo

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Se ricordate nella lezioni 3 su Arduino vi avevo parlato dell’antirimbalzo, una soluzione che ci consentiva di superare il problema meccanico di oscillazione dei pulsanti.
Nel sistemare gli appunti delle lezioni che ho realizzato a scuola e che proseguiranno il prossimo anno scolastico, ho trovato un grafico che meglio di ogni spiegazione teorica evidenzia il problema.
Come vi avevo detto il malfunzionamento dipende dal fatto che i pulsanti meccanici rimbalzano per alcuni millisecondi nel momento in cui sono premuti e rilasciati, questo è il grafico del segnale elettrico:

Come si evince dalla figura, appena il pulsante viene premuto o rilasciato si genera un segnale “sporco” e per risolvere il problema è necessario aggiungere la funzione “antirimbalzo“

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