Nupud ja LED-id

Nupp ehk lüliti on elektromehaaniline seade elektriahela kokku- ja lahtiühendamiseks. Tüüpiline mehaaniline lüliti koosneb klemmidest, mida saab omavahel mehaaniliselt ühendada. Klemmide ühenduse korral on elektriahel suletud ja lülitit võib läbida elektrivool. Kui klemmid on lahti, on elektriahel avatud ja elektrivool lülitit läbida ei saa.

Lülititega saab otseselt elektriahelaid pingestada, kuid neid saab kasutada ka anduritena. Lülitid erinevad kontaktide arvu ja nende ühendamise meetodilt. On olemas kahe kontaktiga lüliteid, kuid ka duubellüliteid, kus ühendatakse kontaktide paarid. On surunupp-, klahv-, liug- ja pöiallüliteid (inglise keeles thumbler) ning lüliteid, mis vajutades ei ühenda, vaid katkestavad elektriahela. Erinevat liiki lülititel on erinev skemaatiline tähis. Järgnevalt on toodud tüüpilisemad elektroonikaskeemides kasutatavad lülitid ja nende elektrilised tähised:

Surunupp-lüliti	Pöiallüliti	Klahvlüliti	Mikrolüliti	DIL-lüliti

Lüliti kasutamiseks andurina mikrokontrolleri juures ühendatakse lüliti üks kontakt mikrokontrolleri viiguga, mis määratakse programmis sisendiks. Kui toimub kontakti ühendamine maa- või toitepotentsiaaliga, muutub ka mikrokontrolleri vastava viigu väärtus. Loogiline variant on kasutada pöiallülitit, mis võimaldab üht kontakti ühendada valitud kontaktiga (antud juhul siis maa või toitega), kuid see pole päris nii lihtne. Põhjus on selles, et ümberlülitamise hetkel ei ole kontaktid omavahel ühenduses. See hetk on väga lühike (millisekundites), kuid sellesama hetke jooksul pole mikrokontrolleri sisendviik kuhugi ühendatud ja sel on määramata väärtus. Elektromagnetiliste häirete tõttu (mida leidub kõikjal) võib mitte kuhugi ühendatud sisendviik täiesti suvalistel ajahetkedel omada väärtust 0 või 1.

Häired teevadki lülitite kasutamise keerukamaks. Üks peamine meetod määramata olekute vältimiseks on mikrokontrolleri sisend ühendada läbi takisti kas maa- või toitepotentsiaaliga. Sellises funktsioonis olevat takistit nimetatakse inglise keeles kas pull-down või pull-up takistiks. Tavaliselt ulatub pull-up või pull-down takistite takistus mõnest kilo-oomist ühe mega-oomini. Kui lüliti on avatud, jääb sisendile, millele on ühendatud takisti, pinge, kui lüliti sulgeda, rakendub sisendile lüliti pinge, sest lüliti takistus on palju väiksem (nullilähedane) kui takisti oma. Sisuliselt on tegu pingejaguriga.

Lüliti ühendusskeem pull-up takistiga

Tavaliselt on mikrokontrolleritel sisseehitatud pull-up takisti kasutamise võimalus, mistõttu ei pea skeemi eraldi takistit lisamagi. Näiteks Arduino kontrollerites on IO viikudel 20 kuni 50 kilo-oomised pull-up takistid.

Mehhaaniliste lülititega kaasneb siiski veel üks probleem – kontaktide põrkumine. Kuna kontaktid on tehtud metallist, millel on teatav elastsus, siis kontaktide ühendamise ja/või lahti-ühendamise hetkel need põrkuvad ning tulemusena tekib hulga väärlülitusi. Lülituste arv ja kestus sõltub lülitist, kuid enamasti jääb see mõne millisekundi piiresse. Kui lülitit kasutatakse mõne elektriseadme käivitamiseks, siis pole see suur probleem, kuid kui lüliti on kasutusel seadme juhtimiseks, võib mitmekordne lülitumine probleemiks olla. Seda probleemi saab lahendada nii riistvaraliselt, kui ka tarkvaraliselt. Tarkvara osas võib kasutada põrkumise elimineerimise meetodit või vastavat tarkvara teeki - Bounce2.

Pööratav potentsiomeeter

Pöördnupp on tüüpiliselt potentsiomeeter, mis omakorda on kolme kontaktiga muuttakisti, mille kahe äärmise kontakti vahel on fikseeritud takistus ja äärmiste ning keskmise kontakti vahel muutuv takistus. Potentsiomeeter on põhimõtteliselt ka pingejagur, kus takistid moodustuvad äärmiste kontaktide ja keskmise kontakti vahel.

Tüüpiline potentsiomeeter koosneb voolu juhtiva pinnaga takistist ja sellel liuglevast kontaktist ehk liugurist. Mida lähemal on liugur takisti servale, seda väiksem on liuguri ja selle serva vaheline takistus ning vastupidi. Takisti rolli võib täita, kas suure eritakistusega materjal või takistustraadist keritud mähis. Potentsiomeetreid on olemas nii lineaarse kui ka logaritmilise takistuse ja positsiooni suhtega. Potentsiomeetrite eriliik on digitaalsed potentsiomeetrid, milles takistuse reguleerimine toimub mikroskeemi sees vastavalt juhtsignaalidele.

5 mm jalgadega valgusdiood

Valgusdiood on pooljuht, mille päripingestamisel kiirgab see valgust. Valgusdioodi nimetatakse inglise keelse lühendiga LED (light-emitting diode). Eksisteerib erineva värvusega ja värvikombinatsioonidega valgusdioode, millega saab tekitada ka valget valgust. Sarnaselt tavalisele dioodile on ka valgusdioodil kaks kontakti - anood ja katood. Joonistel on anood tähistatud + ja katood - sümboliga. Erinevate valgusefektide tekitamisek on olemas ka kahe- ja kolme eraldi juhitava värviga (RGB) valgusdioode. Sellist tüüpi valgusdioodidel on vastavalt 3 ja 4 kontakti.

RGB valgusdiood

LED-i polaarsus

Päripingestamisel rakendatakse valgusdioodi (LED) anoodile positiivne ja katoodile negatiivne pinge. LED-i päripinge sõltub selle värvusest – pikema lainepikkusega LED-ide (punased) puhul on see ~2 V, lühema lainepikkusega (sinised) on see ~3 V. Tavaliselt on LED-ide võimsus mõnikümmend millivatti, sellest tulenevalt peab ka vool samas suurusjärgus olema. Suurema pinge või voolu rakendamisel LED-ile on oht see läbi põletada. Kui LED-e kasutatakse spetsiaalselt valgustamiseks, on mõistlik kasutada spetsiifilisi elektriskeeme nendele täpselt õige pinge ja voolu tekitamiseks. Tihti kasutatakse LED-e aga indikaatoritena ja neid toidetakse otse mikrokontrolleri viikudelt. Kuna mikrokontrollerite toitepinge on enamasti kõrgem LED-ide päripingest ja ka voolutugevus on suurem, siis tuleb LED-iga järjestikku lisada takisti, mis piirab voolu ja tekitab vajaliku pingelangu.

LED-e toodetakse mitmesugustes kestades. Kõige levinumatel „jalgadega“ LED-idel on 3 mm või 5 mm läbimõõduga ümmargune kest ja 2 pikka metallist viiku. Pikem viik tähistab anoodi, lühem katoodi. Pindliides kestas (SMD) LED-idel on polaarsuse tähistamiseks põhja all T-kujuline tähis, kus T katus tähistab anoodi ja teravik katoodi asukohta.