Где в даташите предупреждение о ненадежности чтения PINxn?

кто-нибудь сталкивался с таким случаем, или я первый в мире?

Вы не первый. Недавно меня укусила та же самая проблема.

Однако, если вы не находитесь рядом с необычно сильным радиоисточником, я не думаю, что это имеет какое-либо отношение к электромагнитным помехам. В моем опыт, внутреннее подтягивание совершенно надежно для чтения переключатели и кнопки, даже на макетной плате с действующими перемычками как антенны. Если вы используете pinMode() и digitalRead() вместо прямой доступ к порту, вы также обнаружите, что внутренний подтягивающий хорошо.

Прежде чем я дам вам ответ (ожидание...), давайте внимательно посмотрим, что ваш код делает. Разборка выглядит так:

main:
    sbi  PORTB, PB5 ; turn on pullup on PB5
    sbi  DDRB,  PB0 ; set LED pin as output
    sbis PINB,  PB5 ; read PB5, if it is LOW then:
    sbi  PORTB, PB0 ;   turn on LED
0:  rjmp 0b         ; hang in an infinite loop

В ситуации, когда загорается светодиод, выполняется каждая инструкция за два такта ЦП, за исключением sbis, который занимает один цикл в этом случай. Теперь давайте посмотрим на тайминги и, в частности, на состояния подтягивание и входная схема во время каждого из первых семи ЦП циклы:

cycle   instruction   pullup latch PINB5
----------------------------------------
   1   sbi PORTB, PB5   off    X     X
   2      cont.         off    X     X
   3   sbi DDRB,  PB0   on     X     X
   4      cont.         on    LOW    X
   5   sbis PINB, PB5   on     X    LOW
   6   sbi PORTB, PB0   on     X     X
   7      cont.         on     X     X

В приведенной выше таблице "X" означает "все равно". Каждая инструкция занимает эффект в начале следующего цикла ЦП, когда часы увеличиваются edge фиксирует результат инструкции на затронутые триггеры. Поэтому подтяжка включается только в начале цикла 3. Теперь, поскольку на выводе действительно был НИЗКИЙ уровень, это означает, что триггер PB5 был НИЗКИМ. пока ЦП читал его, во время цикла 5. Это в свою очередь означает что синхронизирующая защелка перед этим триггером была НИЗКОЙ во время цикл 4.

Вы ожидали, что контакт будет иметь значение ВЫСОКОЕ. Итак, давайте посмотрим: как быстро должно ли напряжение на выводе повыситься, чтобы вывод действительно читался ВЫСОКИЙ? Поскольку входная защелка прозрачна в течение первой половины каждого цикла, это означает, что напряжение должно подняться выше порога Шмитта. порог срабатывания триггера во время цикла 3 и первой половины цикла 4. Таким образом, время нарастания должно быть менее 1,5 циклов. Или скорее 1,5 цикла минус комбинированная задержка распространения PORTB5 триггер и логика, которая управляет подтягиванием от этого триггера выход. Вероятно, около 90 ns. Это коротко!

Вы, наверное, уже догадались: причина не в электромагнитном поле. помехи, это паразитная емкость. Простой расчет покажет вам что около трех пикофарад достаточно, чтобы произвести эффект, который вы видеть. Это вид паразитной емкости, которую вы найдете повсюду, даже между дорожками печатной платы вашей платы Arduino. Обратите внимание, что электромагнитный шум может добавить некоторую непредсказуемость к тому, что вы видите, поскольку штифт восприимчив к нему, когда он полностью плавает, т.е. прежде чем вы включите подтяжку, которая создает начальное напряжение (при начало цикла 3) непредсказуемо. Но как только подтягивание включено и шпилька встала, вас больше не будет волновать шум, если только он не необычайно сильный.

Решение вашей проблемы — просто подождать, пока подтяжка зарядится. паразитная емкость. Микросекундной задержки должно быть достаточно, чтобы исправить проблема. В качестве альтернативы используйте функции Arduino вместо прямого порта. доступ: они настолько медленные, что вам не потребуется дополнительная задержка.

где в даташите есть предупреждение об этом глюке?

В разделе 18.2.4 – Чтение значения контакта: «[Синхронизирующая защелка] необходимо, чтобы избежать метастабильности, если физический контакт меняет значение вблизи фронт внутренних часов, но это также приводит к задержке». (выделено мной).

Изменить: в предыдущей версии этого ответа я неправильно указал что sbi — это инструкция с одним циклом, которая требует напряжения для рост за половину цикла вместо 1,5 циклов. Исправленный тайминг все еще достаточно короткий, чтобы паразитная емкость могла быть действительным объяснением наблюдаемое поведение.

Подводя итоги:

• Блуждающая емкость, прикрепленная к контакту, вместе с подтягивающей резистор для RC-цепи.
• Поскольку штифт изначально плавает, его начальное напряжение равно непредсказуемо.
• Когда подтяжка включена, напряжение начинает расти от любой начальное значение у него было 5 В.
• Через некоторое время, которое обычно может быть порядка времени RC постоянный, входной триггер Шмитта становится ВЫСОКИМ.
• После некоторой дополнительной задержки, вызванной синхронизатором, PINxn триггер становится ВЫСОКИМ.
• Если ЦП считывает регистр PINx до того, как это произойдет, он получает НИЗКИЙ уровень. чтение.