Analoginen matriisi

Analoginen matriisi on kytkentä, missä matriisin eri pisteissä on esimerkiksi vastusten avulla muodostettu eri jännite matriisin pisteisiin. Helpoiten eri jännitteiden muodostaminen tehdään vastusten avulla, ja esimerkiksi kytkinmatriisi voidaan tällä tavalla toteuttaa analogisella menetelmällä.

Analoginen matriisikytkentä näppäimistölle saadaan aikaiseksi jännitejakokytkennän ja kytkinten avulla. Jännitteenjaolla on mahdollista saada periaatteessa mikä tahansa jännite aikaiseksi, mutta käytännössä meitä rajoittaa vain käytettävissä olevat vastusarvot. Alla on esitetty kytkentä, kuinka erilaisia jännitearvoja kullekin näppäimelle matriisissa saadaan tehtyä.

Kuten kytkennästä voidaan huomata, niin käytössä on 16-näppäimen matriisikytkentä ja tätä varten tarvitaan 8 kappaletta vastuksia. Ain kytketään mikrokontrollerin analogia-inputtiin ja vastukset R1-R8 valitaan sopivasti niin, että kullekin näppäimelle muodostuu oma yksittäinen "uniikki" jännite.

Jos käytössä on 3x4 näppäinmatriisi (eli kuvasta kytkinsarake X4:F,E,D,C otetaan pois) niin vastus R5 poistetaan (= korvataan sähköjohdolla).

Analogisen jännitteen muodostuminen kytkentään

Alla olevassa kuvassa nähdään, kuinka sähkö (eli elektronit) liikkuvat kytkennässä, kun esimerkiksi nappia '2' painetaan:

Kun näppäin '2' on pohjassa, niin sähkövirta pääsee napin painalluksen johdosta liikkumaan vastusten R1...R4 sekä R7 ja R8 läpi. Tämä vastusten jono muodostaa näin ollen jännitteenjakokytkennän, missä vastukset pudottavat jännitettä riippuen siitä mitä nappia painettiin.

Vastukset R6 ja R5 näkyvät analogiatulolle "sisäänottoimpedanssina" ja koska analogiatuloilla yleensä muutenkin on suuri impedanssi, niin vastuksilla ei ole suurta merkitystä jännitteen tulkintaan (elleivät sitten ole todella suuria vastuksia, jolloin AD-muuntimen näytteistysaika pitää ottaa huomioon). Kuvaan on tästä syystä piirretty keltaisia/oransseja katkoviivoja, jotka merkitsevät sitä että äärettömän pieni virta kulkee AD-muuntimen sisään, mutta koska virta on niin pieni, ei sillä yleensä ole vaikutusta muodostuvaan jännitteeseen.

HUOM! Kuvaan ei ole merkitty häiriöiden suodatuskondensaattoreita, esim 100 nF Ain-GND ja VCC-GND vastusten lähelle.

Yllä olevan kuvan tapauksessa jännite lasketaan normaalisti jännitteenjaon kaavalla ottamalla kuitenkin huomioon jokaisen yksittäisen vastuksen arvo:

Esimerkiksi napille 2 jännite lasketaan:

Ain = R2 / (R1 + R2) * VCC, mistä saadaan
Ain = (R7+R8) / ( (R1+R2+R3+R4) + (R8 + R7) ) * VCC

Jakoviivan yläpuolelle laitetaan alemmat vastukset (yhteenlaskettu jännitteenjaon "alempi" vastus) ja alapuolelle kytkennän kokonaisvastus. Koko laskutoimitus kerrotaan käyttöjännitteellä jolloin saadaan kytkennästä analoginen Ain-jännite laskettua.

Eli kun jotain näppäintä matriisista painetaan, niin Ain-lähtöön muodostuu jännitearvo, joka riippuu käytetyistä vastuksista ja käyttöjännitteestä jännitteenjaon mukaisesti.

Voit ladata vastusarvo-laskurin Excel-tiedostona, mikäli haluat tutkia ja kokeilla erilaisilla vastuksilla kyseistä analogiamatriisia.