Счётчик на LCD: кнопки плюс-минус с антидребезгом

Счётчик я собирал для знакомого столяра: у него в мастерскую завезли двести досок-заготовок, и он хотел знать остаток, не отрываясь от станка. Схема простая до смешного — LCD 16x2 по I2C, чья схема из четырёх проводов осталась в первом уроке раздела, и тактовая кнопка: нажал, счётчик прибавил. Загрузил скетч, нажал один раз — на экране плюс четыре. Ещё раз — плюс шесть. Кнопка была живая, провода сидели намертво, а счётчик жил своей жизнью: за десять нажатий он насчитал тридцать восемь заготовок, из которых я трогал только десять. Так я впервые познакомился с дребезгом контактов — и в тот же вечер первым делом залепил его delay(200), после чего получил вторую проблему: счётчик прибавлял честно, но интерфейс стал ощущаться как пьяный.

В этом уроке соберём честный счётчик: две кнопки — плюс и минус, значение на верхней строке дисплея, светодиод как индикатор незакрытой смены. Разберём, почему механический контакт врёт первые двадцать миллисекунд, чем плох лобовой фикс с delay(), как устроено окно тишины на millis() и почему счёт ловится на фронте нажатия, а не на уровне. В конце — тренажёр в симуляторе с двумя кнопками. Саму кнопку к плате мы подключали в уроке про digitalRead и первую кнопку, а первая встреча с дребезгом — это целый урок про антидребезг в основах — теперь прикрутим это знание к дисплею.

Внутри тактовой кнопки две металлические пластины, которые при нажатии ударяются друг о друга и пару раз отпружинивают. Контакт замыкается не один раз, а серией: раз, раз, раз — всё в пределах 5–20 миллисекунд. Для пальца это один щелчок, для процессора на 16 МГц — до трёхсот тысяч тактов, за которые loop успевает опросить пин десятки раз и честно посчитать каждое подрагивание как отдельное нажатие. Отсюда и плюс четыре за один щелчок — плата не врёт, она слишком хорошо слышит.

Второй обязательный ингредиент — подтяжка. Ножку кнопки настраивают входом с внутренним подтягивающим резистором: pinMode(pin, INPUT_PULLUP). Пока кнопка не нажата, вход через подтяжку читает HIGH; при нажатии контакт прижимает пин к земле — LOW. Без подтяжки вход повиснет в воздухе и начнёт ловить наводки от рук, розетки и соседних проводов — счётчик станет прибавлять сам, без всякого нажатия. Это классическая болезнь первой недели, и она не про дребезг: просто обе дают один симптом, «прибавляет непонятно когда», и лечатся разными строками кода.

Окно тишины работает так. Сырой сигнал с пина читаем в каждом обороте loop, но верим ему только когда он держится без изменений дольше порога. Как только сигнал дрогнул — запоминаем millis() момента фронта. Прошло 50 миллисекунд, а сигнал на месте — значит, дребезг кончился, контакт устаканился, и только теперь фиксируем новое состояние: был HIGH, стал LOW, это нажатие, прибавляем. Ещё через 50 миллисекунд при отпускании фиксируем HIGH и ничего не считаем — счёт у нас сидит на фронте нажатия, отпускание для него пустой звук. Если вы ещё не гоняли millis() против delay(), откройте сначала разбор millis против delay: там фундамент — почему разница millis() - t безопасна и почему пауза и таймер — разные вещи.

Порог 50 миллисекунд — не магия. У моих тактовых кнопок дребезг заканчивается за десять миллисекунд, порог с запасом в пять раз; на старых кнопках из донорских пультов бывает до 20–30. Больше 100–150 я бы не ставил: два быстрых нажатия подряд сливаются в одно, и счётчик начнёт врать уже в другую сторону — недосчитывать. Мой рабочий диапазон — 40–60 миллисекунд, и за десяток сборок этот выбор ни разу не подвёл. Дешевле порога ничего нет: ни конденсатора, ни библиотеки — только millis() и по три переменных на кнопку.

Механизм — это три переменных на кнопку. lastRaw — что было на пине в прошлый оборот loop, stable — что мы признали истиной, edgeP — время последнего фронта. Счёт происходит в единственном месте: stable сменился на LOW, то есть фронт нажатия прошёл окно тишины и признан настоящим. Удержание кнопки ничего не даёт — прибавится ровно один раз. Это же поведение удобно проверить пальцем: нажмите и не отпускайте, экран должен отреагировать один раз, а не строчить.

В redraw() посмотрите на пробелы после числа. «Schet: 8» занимает семь знакомест, «Schet: 100» — девять; если сначала было 100, а потом 8, без хвоста из пробелов на экране останется «800» — призрак старого разряда. Полный разбор этой болезни с дробями и ведущими нулями был в уроке про печать чисел. И заметьте: redraw() вызывается только при изменении счёта. Перерисовывать дисплей в каждом обороте loop без нужды — плохая привычка, и ближе к концу тройки мы увидим, как она мерцает на термометре.

В тренажёре собрана та же связка, что в скетче: плюс на D2, минус на D3, светодиод на D12 горит, пока счёт больше нуля, и гаснет на нуле — как лампа над дверью цеха «смена не закрыта». Нижняя строка дублирует состояние словами. Прогоните сценарий целиком: прибавьте до десяти, отнимите обратно до нуля, попробуйте уйти в минус — скетч не пустит, остаток досок не бывает отрицательным. Потом зажмите кнопку и держите: прибавится ровно один шаг, потому что счёт по фронту. Дальше из этого счётчика естественно вырастает меню: отнимать и прибавлять пункты списка на второй строке мы уже делали в уроке про меню и курсор.