Автор Белов А. В.
В данной статье рассматриваются различные способы подключения к микроконтроллеру семисегментных светодиодных индикаторов.
Для того, что бы микропроцессорное устройство было способно выводить информацию в виде цифр и знаков удобно использовать семи сегментные светодиодные индикаторы. Существует огромное множество различных моделей светодиодных индикаторов, разных размеров, цвета свечения. Существуют как индикаторы представляющие собой отдельный один разряд, для индикации всего одной цифры, так и многоразрядные индикаторные панели. В зависимости от модели и схема подключения может быть разной. Кроме того, все индикаторы делятся на две большие группы. Это индикаторы с общим анодом и индикаторы с общим катодом. Схема подключения одиночного индикатора с общим анодом изображена на рисунке 1.
Рис. 1. Подключение одного индикатора
Сегменты индикатора подключены непосредственно каждый к своему выходу порта PB микроконтроллера. Общий анод всех сегментов подключается к источнику питания. На схеме показан вариант питания индикатора от того же источника +5В, от которого питается сам микроконтроллер. Для уменьшения нагрузки на стабилизатор напряжения можно запитать индикатор до стабилизатора. Для того, что бы высветить на индикаторе ту либо иную цифру микроконтроллер просто программирует все выводы порта PB на выход а затем по мере необходимости выводит в порт код, соответствующий выбранному символу. При этом каждый разряд порта отвечает за свой сегмент индикатора. Если в соответствующий разряд выводится логическая единица, то сегмент остается погашенным. Если в разряд выводится логический ноль, то соответствующий сегмент зажигается. Остается подобрать коды таким образом, что бы засветившиеся разряды высветили нужный нам символ.
Для большинства случаев одного разряда индикатора явно не хватает. Подключать же несколько разрядов, каждый к своим выводам явно не получится. Даже самый большой микроконтроллер AVR имеет всего четыре полных порта ввода вывода. Поэтому единственным способом подключения многоразрядных семи сегментных индикаторов к микроконтроллеру является матричный способ. Этот способ очень похож на матричное подключение кнопок клавиатуры, о котором подробно написано в статье "Подключение кнопок". На рисунке 2 показан один из вариантов подключения дисплея из двух семисегментных индикаторов.
Рис. 2. Подключение дисплея
Приведенная схема рассчитана на световые семи сегментные индикаторы небольшой мощности с током потребления не больше 40 мА. Для более мощных индикаторов нужно применять транзисторные ключи. Обратите внимание, что каждый из выходов порта PB микроконтроллера подключен к одноименным сегментам обоих индикаторов. Так вывод PB0 через резистор R1 подключен к выводу сегмента A индикатора HL1 и индикатора HL2. Выход PB1 через резистор R2 подключен к сегментам B обоих индикаторов и так далее. Выбор одного из индикаторов осуществляется посредством двух старших разрядов порта PD. Общий анод индикатора HL1 подключен к выводу PD6, а общий анод индикатора HL2 к выводу PD5. Такая схема включения называется матрицей. Выводы порта PB можно рассматривать, как восемь горизонтальных линий, а два выхода порта PD, как вертикальные линии матрицы. В точках пересечения каждой линии включен один светодиодный сегмент.
Подобная схема включения индикатора всегда работает в режиме динамической индикации. Динамическая индикация состоит в том, что микропроцессор постоянно с достаточно высокой частотой высвечивает символ сначала в первом, а затем во втором разряде индикатора. При частоте переключения выше 24 герц глаз не замечает мерцания и воспринимает изображение на обоих индикаторах как одно статическое изображение. По такому принципу давно уже работают большинство семи сегментных дисплеев в самых различных электронных устройствах.
Для реализации режима динамической индикации процессор должен организовать постоянный цикл. Обычно для этого используют встроенный таймер. Таймер настраивается таким образом, что бы выдавать прерывание с определенной частотой, выбранной для динамической индикации. Каждый раз, при вызове прерывания контроллер выдает изображение символа в новый разряд индикатора. Для этого в порт PB контроллер выставляет код, соответствующий нужному символу, а в соответствующий разряд порта PD (PD5 или PD6) выставляет логическую единицу. В тот разряд, который должен быть потушен, подается логический ноль. На этом обработка прерывания заканчивается, контроллер переходит к выполнению основной программы, а выставленные на выводы порта сигналы так и остаются до следующего прерывания. И все это время в соответствующем разряде индицируется нужный символ. Когда возникает следующее прерывание, в порты выводятся сигналы, которые выводят на индикацию изображение другого разряда индикатора.
На рисунке 2 приведена схема, содержащая всего два разряда индикации. Точно так же можно подключить три, четыре и более разрядов. В случае применения микроконтроллера ATtiny2313 максимальное количество разрядов - 7. Так как порт PD этого контроллера имеет всего семь выводов. В этом случае в процессе индикации только на один из разрядов порта PD подается логическая единица, а на все остальные логический ноль.
Нужно заметить, что в данной схеме выводы PD5 и PD6, к которым подключены общие аноды индикаторов находится под самой большой нагрузкой. Ток протекающий через каждый из них зависит от индицируемого символа и в том случае, когда зажигаются сразу все сегменты в восемь раз больше, чем ток одного сегмента. Такой ток легко может превысить максимально допустимый ток для одного выхода. Однако, во-первых, этот ток носит импульсный характер и среднее значение тока гораздо меньше. А во-вторых, практика показывает, что микроконтроллеры AVR имеют значительный запас по мощности и свободно выдерживают такие нагрузки.
Все вышесказанное относится к индикатором с общим анодом. Что бы зажечь такие индикаторы на общий провод следует подавать плюс источника питания, а на выводы сегментов – минус (соединять с общим проводом). Но бывают другие индикаторы, построенные по схеме с общим катодом. Рассмотрим, как использовать этот тип индикаторов. Схему на рис 1 придется немного переделать. Переделка сведется лишь к тому, что общий анод индикатора нужно отключить от источника +5В и подключить на общий провод. Немного изменится и алгоритм работы. Теперь для того, что бы зажечь сегмент на него нужно подать логическую единицу, а что бы потушить - логический ноль. Схему на рис. 2 переделывать не нужно. Изменится лишь алгоритм. Просто фаза всех сигналов должна поменяться. Там, где раньше мы подавали ноль, теперь нужно подать единицу и наоборот.
Управление ЖКИ (LCD) индикаторами
Автор Белов А. В.
В данной статье рассматривается пример подключения жидкокристаллического индикатора (сокращенно ЖКИ или LCD) к микроконтроллеру.
Сегодня на рынке электронных компонентов можно найти огромное количество индикаторов разных фирм и модификаций. Каждый индикатор имеет свои особенности, свою внутреннюю архитектуру и свой интерфейс для подключения к микроконтроллеру. Однако общие принципы подключения примерно одинаковы. Сразу отметим, что все ЖКИ можно разделить на индикаторы со встроенным контроллером и простые индикаторы без микроконтроллера. Индикаторы с микроконтроллером более предпочтительны для самостоятельного применения. Встроенный микроконтроллер уже содержит в себе сложные программы, выполняющие большинство операций по выводу изображения на индикатор и учитывающий все специфические особенности именно этой индикаторной панели. А интерфейс связи встроенного контроллера обычно совсем не сложный и позволяет легко подключить его к любому универсальному контроллеру. Возмем для примера микроконтроллер Российского производства МТ-10Т7-7. Это простой индикатор, дисплей которого представляет собой строку из десяти семисегментных знакомест. Напряжение питания такого индикатора от 3 до 5 вольт. Ток потребления 30 мкА. Габаритные размеры 66 X 31,5 X 9,5 мм. Схема подключения такого индикатора к микроконтроллеру приведена на рисунке 1.
Рис. 1. Подключение ЖКИ к микроконтроллеру
Для управления индикатором используется порт PB. Линии PB0...PB3 образуют шину данных/адреса. А линия PB4 используется для передачи на индикатор сигнала записи. Выход PB6 используется для выбора адрес/данные. Команды управления передаются на индикатор следующим образом. Сначала необходимо передать адрес разряда, куда мы хотим записать код очередного выводимого символа. Адрес состоит из одного четырехбитного двоичного числа. Нумерация разрядов ведется слева на право. Самый левый (старший) разряд имеет адрес 0 (00002). Следующий разряд имеет адрес 1 (00012). Последний, самый правый, десятый разряд имеет адрес 9 (10012). Для того, что бы записать адрес в контроллер индикатора необходимо, что бы на его A0 присутствовал сигнал логического нуля. Значение адреса выставляется на выходах PB0...PB3. А затем на выход PB4 кратковременно подается единичный сигнал, который поступает на вход WR1 индикатора. По фронту этого импульса адрес записывается в индикатор и запоминается в его внутренней памяти. Теперь, если в индикатор будет записан байт данных, он поступит именно по этому адресу.
Байт данных определяет изображение знака, которое высветится в соответствующем разряде индикатора. Каждый бит этого байта отвечает за свой сегмент в семисегментном поле. Восьмой бит отвечает за высвечивание десятичной точки. Для передачи байта данных на входе A0, а значит и на выходе PB6 должен присутствовать сигнал логической единицы. Байт данных передается в индикатор за два приема. Сначала на выводах PB0...PB3 выставляется младший полубайт. По сигналу на WR1 он записывается в память индикатора. Затем, на тех же выходах (PB0...PB3) выставляется старший полубайт и тоже записывается по сигналу на WR1. После записи второго (старшего) полубайта изображение появляется в соответствующем разряде индикатора, а адрес во внутренней памяти индикатора автоматически увеличивается на единицу. Таким образом, для записи данных в следующий разряд индикатора уже не надо передавать в него адрес. Весь процесс записи адреса и данных в индикатор изображен на рисунке 2.
Рис. 2. Диаграмма работы интерфейса индикатора
На этом рисунке представлены два варианта работы с индикатором. Запись одного знакоместа и запись нескольких знакомест подряд. Переменный резистор R1 (см. схему на рис. 1) предназначен для регулировки контрастности дисплея. Для того, что бы изображение на индикаторе было хорошо видно, нужно выставить самую подходящую контрастность наблюдая изображение на экране индикатора. Для разной освещенности и разного угла зрения ручку регулятора придется выставлять в разные положения. Хорошо видное изображение в других при изменившихся условиях наблюдения может стать абсолютно не видимым. Что бы увидеть его нужно покрутить ручку регулятора в разные стороны.
В заключении хочу отметить, что именно эти выводы порта для управления индикатором выбраны абсолютно произвольно. В данном случае автор руководствовался удобством разводки печатной платы. Вы же можете выбрать любые другие выводы и даже другой порт ввода вывода микроконтроллера.
Последнее обновление (01.05.2008 г.)
Подключение энкодера
Автор Белов А. В.
Из этой статьи вы узнаете, что такое энкодер, чем он отличается от переменного резистора и как он помогает при помощи простого поворота ручки вводить информацию в микроконтроллер.
В связи с тотальным переходом к микропроцессорному управлению бытовыми и другими электронными приборами изменились и органы регулировки, применяемые в этих приборах. Если раньше для того, что бы отрегулировать громкость радиоприемника или телевизора вы должны были просто покрутить соответствующую ручку, то теперь вы зачастую вынуждены пользоваться двумя кнопками: "Громкость +" и "Громкость -". А если нужно регулировать не только громкость? Для многих пользователей это просто не удобно. К тому же страдает оперативность регулировки. Нажав кнопку уменьшения громкости нужно еще подождать какое то время, пока громкость доползет до нужного уровня. И все это время приходится страдать от громкого звука. Совместить преимущества традиционных регуляторов и при этом не потерять новые возможности, которые нам дают микроконтроллеры призвано новое устройство ввода информации, которое получило название энкодер. По внешнему виду и установочным размерам энкодер очень похож на обычный переменный резистор, который использовался в традиционных аналоговых устройствах. Но по внутреннему устройству он кардинально отличается. Энкодер так же, как и резистор имеет выступающую вперед ось, на которую можно надеть такую же самую ручку, какую обычно одевают на резистор. Вращение рукоятки энкодера приводит к вырабатыванию им последовательности импульсов, которые затем поступают на микроконтроллер и дают ему информацию о том, на сколько нужно уменьшить либо увеличить то либо иное значение. Например, насколько нужно увеличить или уменьшить громкость сигнала и т.п. Причем устройство энкодера таково, что микроконтроллер может различать не только величину, на которую нужно изменить параметр, но и направление этого изменения. Это позволяет, например, при вращении оси энкодера в одну сторону увеличивать громкость, а при вращении в другую - уменьшать.
Рис. 1. Принцип работы энкодера
Рассмотрим, как же устроен энкодер. На рисунке 1 показано устройство простого механического энкодера. Как видно из рисунка, основой энкодера является диск из изоляционного материалла закрепленный на оси, на которую и насаживается рукоятка для ее вращения. По периметру диска равномерно расположены специальные прорези. Прорези делят всю окружность на несколько (обысно 6-8) равных секторов. Причем ширина прорезей равна ширине промежутков между ними. Кроме того, имеется две группы контактов, которые установлены таким образом, что при вращении диска они то замыкаются попав в прорезь, то размыкаются в промежутке между прорезями. Очень важно расположение этих пар контактов относительно прорезей. Контакты расположены таким образом, что в тот момент, когда одна пара находится на краю какой либо прорези, вторая пара контактов находится ровно посредине между двумя соседними прорезями. Именно такое расположение и показано на рисунке. В результате реализуется следующий порядок замыкания/размыкания контактов:
Замыкается первая группа контактов
Замыкается вторая группа контактов
Размыкается первая группа контактов
Размыкается вторая группа контактов
5. Все повторяется сначала.
Рис. 2. Схема энкодера Рис. 3. Диаграмма работы
На рисунке 2 приведена внутренняя электрическая схема простого механического энкодера. Энкодер имеет всего три вывода (что делает его еще больше похожим на переменный резистор). Нижний по схеме вывод - общий для обеих пар контактов. В результате, при вращении рукоятки энкодера на выходе мы получим две последовательности импульсов. При равномерном вращении в одну сторону это будут два меандра, сдвинутых по фазе на 90 градусов. Для наглядности этот процесс показан на рисунке 3. Как микроконтроллер определяет угол поворота оси энкодера надеюсь понятно. Он просто подсчитывает число импульсов. Причем можно считать импульсы приходящие от любой из группы контактов. Основной фокус - как определить направления вращения. Как раз тут и помогает последовательность замыкания и размыкания контактов. При вращении оси энкодера в одну из сторон каждый раз, когда первая группа контактов переходит из замкнутого состояния в разомкнутое, вторая группа контактов оказывается замкнута. Причем момент перехода первой группы приходится как раз на середину отрезка времени, когда вторая группа замкнута. То есть, дребезг уже закончился и все переходные процессы улеглись. При вращении в другую сторону порядок размыканий и замыканий сменяется на обратный. Поэтому в момент, когда первая группа контактов переходит из замкнутого состояния в разомкнутое, вторая группа всегда оказывается разомкнута. Именно по этому факту микроконтроллер и определяет направление вращения.
Рис. 4. Схема подключения энкодера к микроконтроллеру
На рисунке 4 показана схема подключения энкодера к микроконтроллеру. Контакты энкодера подключаются таким же образом, как подключается простая отдельная кнопка (см. статью "Подключение кнопок"). Линии порта PD2 и PD3 должны быть настроены как входы и внутренний нагрузочный резистор на обоих входах должен быть включен. Подробнее о настройке линий порта и внутренних нагрузочных резисторах читайте в упомянутой выше статье "Подключение кнопок". Общий вывод энкодера, как видно из схемы, подключается к общему проводу всего устройства.
Программа обработки сигнала от энкодера предельно проста. Обратите внимание, что на схеме (рис. 4) для подключения энкодера выбраны линии PD2 и PD3. И это не случайно. В микроконтроллере ATtiny2313 альтернативной функцией этих выводов является функция входов внешнего прерывания INT0 и INT1. Для работы с энкодером как раз и используется одно из этиз прерываний. Например, можно использовать прерывание по внешнему входу INT0. То есть по входу PD2 (вывод 6). Из чего же состоит программа? Ну, во первых, сначала нужно разрешить прерывание по INT0. Причем необходимо выбрать такой режим, когда прерывание происходит по фрону (или спаду) импульса на этом входе. Ну а затем еще нужна простейшая подпрограммка обработки этого прерывания. Эта подпрограммка должна просто проверять значение линии порта PD3 и в зависимости от того, равно оно нули либо единице уменьшать либо увеличивать регулируемое значение.
Рассмотрим это подробнее. Допустим, что мы выбрали режим прерывания по фронту импульса. Представим, что контроллер выполняет основную программу, не связанную с энкодером. В какой то момент пользователь вращает рукоятку энкодера, например, влево. Контакты начинают замыкаться и размыкаться. По фронту импульса на входе INT0 в микроконтроллере происходит вызов прерывания. Это значит, что работа основной программы временно прерывается и контроллер переходит к подпрограмме обработки прерывания. Эта подпрограмма читает информацию из порта PD и оценивает содержимое разряда PD3. Так как рукоятка энкодера была повернута (мы договорились) вправо, то в этом разряде микроконтроллер обнаружит логическую единицу. Обнаружив единицу подпрограмма обработки прерывания увеличивает значение специальной ячейки, где хранится код, соответствующий текущей громкости. Код увеличивается на единицу. После этого подпрограмма заканчивает свою работу. Микроконтроллер снова переходит к выполнению своей основной программы. Если вращение в ту же сторону продолжается, то по фронту следующего импульса на INT0 опять будет вызвано прерывание и значение громкости снова увеличится на единицу. И так до тех пор, пока не прикратится вращение рукоятки энкодера либо не переполнится значение громкости. Подпрограмма должна проверять это значение и не увеличивать громкость, если она достигла максимума.
Если же ротор энкодера вращать в другую сторону, то та же процедура обработки прерывания, вызванная по фронту сигнала на входе NT0 обнаружит на входе PD3 значение логического нуля. Обнаружив этот ноль, подпрограмма должна уменьшить значение кода в ячейке громкости на единицу. Если вращение продолжается, то по фронту каждого импульса на входе INT0 будет вызываться это прерывание и каждый раз значение громкости будет уменьшаться. И в этом случае, программа должна контроллировать теперь уже минимальное значение громкости. И по достижении нуля, программа больше не должна производить процедуру вычитания.
До сих пор мы говорили о простом механическом энкодере. Но наличие механических контактов всегда связано с такими явлениями, как дребезг, а так же помехи, вызванные плохим контактом в связи с засорением или износом. Все это приводит к низкой надежности работы механического энкодера. Поэтому в последнее время получают все болшее распространение оптоэлектрические энкодеры. В оптоэлектрическом энкодере вместо механических контактов используются оптопары: светодиод-фотодиод. Такой энкодер требует дополнительного внешнего питания, поэтому он имеет еще один вывод - вывод питания. Питаются такие энкодеры обычно от стабилизированного источника +5В и выдают на выходе сигналы, близкие к стандартным логическим уровням. В связи с этим, отпадает необходимость включать внутренние резисторы нагрузки для тех входов микроконтроллера, к которым подключен такой энкодер. В остальном, работа с оптоэлектронными энкодерами аналогична работе с простыми механическими моделями. К сожалению, использование оптоэлектронных энкодеров ограничено их высокой стоимостью.
Последнее обновление (04.05.2008 г.)
Практические примеры применения USB-AVR
Проект USB-AVR пришелся по вкусу многим самодеятельным конструкторам из самых разных стран мира. Компания Objective development на своем сайте призывает всех, кто разработал свою собственную конструкция с использованием их технологии, присылать ее описание или ссылку на сайт с таким описанием и охотно размещает все эти ссылки на своем сайте.
ТО. что проекте участвуют представители разных стран, привело к тому, что разные описания приводятся на разных языках. В основном на английском, немецком, итальянском. К сожалению, пока ни одного проекта на русском. Однако наш сайт планирует перевести описания самых интересных проектов.
Схема подключения одноразрядного семисегментного индикатора
Схема подключения многоразрядного семисегментного индикатора
Устройство отображения цифровой информации. Это - наиболее простая реализация индикатора, который может отображать арабские цифры. Для отображения букв используются более сложные многосегментные и матричные индикаторы.
Как говорит его название, состоит из семи элементов индикации (сегментов), включающихся и выключающихся по отдельности. Включая их в разных комбинациях, из них можно составить упрощённые изображения арабских цифр.
Сегменты обозначаются буквами от A до G; восьмой сегмент - десятичная точка
(decimal point, DP), предназначенная для отображения дробных чисел.
Изредка на семисегментном индикаторе отображают буквы.
Бывают разных цветов, обычно это белый, красный, зеленый, желтый и голубой цвета. Кроме того, они могут быть разных размеров.
Также, светодиодный индикатор может быть одноразрядным (как на рисунке выше) и многоразрядным. В основном в практике используются одно-, двух-, трех- и четырехразрядные светодиодные индикаторы:
Кроме десяти цифр, семисегментные индикаторы способны отображать буквы. Но лишь немногие из букв имеют интуитивно понятное семисегментное представление.
В латинице
: заглавные A, B, C, E, F, G, H, I, J, L, N, O, P, S, U, Y, Z, строчные a, b, c, d, e, g, h, i, n, o, q, r, t, u.
В кириллице
: А, Б, В, Г, г, Е, и, Н, О, о, П, п, Р, С, с, У, Ч, Ы (два разряда), Ь, Э/З.
Поэтому семисегментные индикаторы используют только для отображения простейших сообщений.
Всего семисегментный светодиодный индикатор может отобразить 128 символов:
В обычном светодиодном индикаторе девять выводов: один идёт к катодам всех сегментов, а остальные восемь - к аноду каждого из сегментов. Эта схема называется «схема с общим катодом» , существуют также схемы с общим анодом (тогда все наоборот). Часто делают не один, а два общих вывода на разных концах цоколя - это упрощает разводку, не увеличивая габаритов. Есть еще, так называемые «универсальные», но я лично с такими не сталкивался. Кроме того существуют индикаторы со встроенным сдвиговым регистром, благодаря чему намного уменьшается количество задействованных выводов портов микроконтроллера, но они намного дороже и в практике применяются редко. А так как необъятное не объять, то такие индикаторы мы пока рассматривать не будем (а ведь есть еще индикаторы с гораздо большим количеством сегментов, матричные).
Многоразрядные светодиодные индикаторы часто работают по динамическому принципу: выводы одноимённых сегментов всех разрядов соединены вместе. Чтобы выводить информацию на такой индикатор, управляющая микросхема должна циклически подавать ток на общие выводы всех разрядов, в то время как на выводы сегментов ток подаётся в зависимости от того, зажжён ли данный сегмент в данном разряде.
Подключение одноразрядного семисегментного индикатора к микроконтроллеру
На схеме ниже, показано как подключается одноразрядный семисегментный индикатор
к микроконтроллеру.
При этом следует учитывать, что если индикатор с ОБЩИМ КАТОДОМ
, то его общий вывод подключается к «земле»
, а зажигание сегментов происходит подачей логической единицы
на вывод порта.
Если индикатор с ОБЩИМ АНОДОМ
, то на его общий провод подают «плюс»
напряжения, а зажигание сегментов происходит переводом вывода порта в состояние логического нуля
.
Осуществление индикации в одноразрядном светодиодном индикаторе осуществляется подачей на выводы порта микроконтроллера двоичного кода соответствующей цифры соответствующего логического уровня (для индикаторов с ОК — логические единицы, для индикаторов с ОА — логические нули).
Токоограничительные резисторы
могут присутствовать в схеме, а могут и не присутствовать. Все зависит от напряжения питания, которое подается на индикатор и технических характеристик индикаторов. Если, к примеру, напряжение подаваемое на сегменты равно 5 вольтам, а они рассчитаны на рабочее напряжение 2 вольта, то токоограничительные резисторы ставить необходимо (чтобы ограничить ток через них для повышенного напряжении питания и не сжечь не только индикатор, но и порт микроконтроллера).
Рассчитать номинал токоограничительных резисторов очень легко, по формуле дедушки
Ома
.
К примеру, характеристики индикатора следующие (берем из даташита):
— рабочее напряжение — 2 вольта
— рабочий ток — 10 мА (=0,01 А)
— напряжение питания 5 вольт
Формула для расчета:
R= U/I (все значения в этой формуле должны быть в Омах, Вольтах и Амперах)
R= (напряжение питания — рабочее напряжение)/рабочий ток
R= (5-2)/0.01 = 300 Ом
Схема подключения многоразрядного семисегментного светодиодного индикатора в основном та-же, что и при подключении одноразрядного индикатора. Единственное, добавляются управляющие транзисторы в катодах (анодах) индикаторов:
На схеме не показано, но между базами транзисторов и выводами порта микроконтроллера необходимо включать резисторы, сопротивление которых зависит от типа транзистора (номиналы резисторов рассчитываются, но можно и попробовать применить резисторы номиналом 5-10 кОм).
Осуществление индикации разрядами осуществляется динамическим путем:
— выставляется двоичный код соответствующей цифры на выходах порта РВ для 1 разряда, затем подается логический уровень на управляющий транзистор первого разряда
— выставляется двоичный код соответствующей цифры на выходах порта РВ для 2 разряда, затем подается логический уровень на управляющий транзистор второго разряда
— выставляется двоичный код соответствующей цифры на выходах порта РВ для 3 разряда, затем подается логический уровень на управляющий транзистор третьего разряда
— итак по кругу
При этом надо учитывать:
— для индикаторов с ОК
применяется управляющий транзистор структуры NPN
(управляется логической единицей)
— для индикатора с ОА
— транзистор структуры PNP
(управляется логическим нулем)
При низковольтном питании микроконтроллера и маломощных светодиодных индикаторах, в принципе, можно отказаться от использования в схеме и токоограничительных резисторов, и управляющих транзисторах — подключать выводы индикатора непосредственно к выводам портов микроконтроллера, так как при динамической индикации ток потребления сегментами уменьшается. При этом следует учитывать, что разряды при применении индикаторов с ОК управляются логическим нулем, а индикаторы с ОА — логической единицей.
Следующие статьи:
Часть 2: Перевод двоично кода десятичного числа в код семисегментного индикатора.
Динамическая индикация
Итак, девочки и мальчики, сегодня дядя Сережа расскажет о том, как соорудить динамическую индикацию в домашних условиях, че это ваще такое, и зачем оно нам.
Не вдаваясь в нудные предисловия скажем так:
Динамическая индикация – это метод отображения целостной картины через быстрое последовательное отображение отдельных элементов этой картины. Причем, «целостность» восприятия получается благодаря инерционности человеческого зрения.
На этом принципе, как вы догадываетесь, построено кино и телевидение. Не слишком занудно?
Поконкретнее.
Скажем, нам нужно организовать вывод какого-то числа на 7-сегментные индикаторы. Ну, например, мы делаем часы, или термометр, или еще чего-нибудь. Давайте посчитаем, сколько понадобится проводов, чтобы подключить индикаторы.
Кстати, индикаторы выглядят примерно вот так:
Уделим пару слов увиденному.
Перед нами – самый обычный светодиодный 7-сегментный индикатор. Вопрос: почему 7-сегментный, когда сегментов на самом деле – восемь? Ответ: потому что 8-й сегмент – это точка, которая не входит в изображение цифры и вообще, является необязательной. Бывают индикаторы и без точек.
Для нумерации сегментов используются латинские буквы от a до h . У всех всех всех 7-сегментных индикаторов в нашем бренном мире, сегменты нумеруются в том порядке, как это показано на рисунке, и никак иначе.
Теперь смотрим на схемы. Во-первых, почему их две? Да потому что индикаторы бывают разные. Бывают – с общим катодом (ОК), бывают – с общим анодом (ОА). Среди буржуйских более распространены, как ни странно, индикаторы с ОА. Но встречаются и с ОК. Так что – нужно быть осторожным, чтоб не спутать. Хотя, нам-то все равно. Нашими индикаторами будет управлять контроллер. А его можно запрограммировать как на работу с ОК так и с ОА. Тут сложностей нет.
У каждого индикатора – 9 ножек. С 1 по 8 – выводы сегментов, 9-я – общий. Допустим, мы хотим отображать 4-разрядное число. Надо 4 индикатора.
Арифметика маленького Пети: 8*4 = 32. То есть, нам потребуется 32 провода (не считая общие) Неслабо? Ничуть. Тем более, учитывая, что у большинства контроллеров количество каналов ввода/вывода как раз равно 32. Как-то меня не очень греет перспектива угрохать все выводы контроллера на индикацию. А вас? Ведь надо ж еще куда-то подключить кнопочки, ручечки, датчички и пр. пр. пр. а мало ли чего? Кстати, у любимого нами AT 90 s 2313 всего 15 каналов ввода/вывода. Как здесь прикажете быть? Вот тут нам и поможет динамическая индикация. Делаем очень просто: подключаем все индикаторы параллельно. Точнее, сажаем выводы сегментов на общую шину. А общие провода оставляем раздельно.
Смотрим небольшой поясняющий мультик:
Че мы делаем?
Мы последовательно подаем напряжение на адресные входы индикаторов, и одновременно выдаем в шину данных 7-сегментный код, соответствующий индикатору, активному в данный момент.
Все. Прекращаю кормить Вас баснями. Сейчас мы пишем прогу. В этой проге мы выведем на 4-разрядный индикатор число 1234. Вот тут то нам и понадобится узнанное в предыдущей главе об оперативной памяти.
Итак, я хочу, чтобы значения цифр, выводимых на индикацию, лежали в ячейках памяти. Поскольку у индикатора 4 разряда – значит цифр тоже будет 4, и соответственно, столько же ячеек памяти. Дабы не заморачиваться, мы объединяем все четыре ячейки в переменную Digit . Итак, пишем:
Include "d:\avr\avrasm\appnotes\2313def.inc" .def Temp1=R16 .def Temp2=R17 .def Temp3=R18 .def Temp4=R19 .def Temp=R20 .dseg Digit: .byte 4
Написали.
Теперь самое время определиться с портами.
Поскольку у нас на порт B уже повешены светодиоды – наверно не будет большим криминалом повесить туда еще и сегменты индикаторов.
Порт D пока что пустует – ну дык значит посадим туда общие провода. Рисуем схему:
Схему прошивки, как и договаривались, не показываем, но подразумеваем ее наличие.
В данной схеме используется два сдвоенных индикатора C562. Эти индикаторы – с общим катодом (об этом говорит буква C в названии). Будем иметь это ввиду при написании программы.
Вы можете поставить совершенно любые индикаторы, какие будут под рукой. Можно, например, поставить один счетверенный, или четыре одинарных. Также, можно ставить индикаторы с общим анодом – в программе только придется дописать пару строчек – совершенно ничего сложного…
Резисторы в шине данных взяты меньшего номинала, чем были. Зачем? Чтоб ярче светили светодиоды. Поскольку индикация динамическая, то каждый индикатор работает только 1/4 общего времени работы схемы. Глаз это воспринимает как пропорциональное уменьшение яркости свечения (т.е. – тоже в 4 раза.). Чтобы как-то компенсировать этот недостаток, на светодиоды подается завышенный ток (больше максимально допустимого). В статическом режиме этот ток может причинить светодиодам вред. Однако в динамическом режиме, кратковременные воздействия тока не столь фатальны.
Ну вот, вроде все. Теперь пишем программулину дальше.
Cseg .org 0 rjmp RESET ; Reset Handler rjmp EXT_INT0 ; IRQ0 Handler rjmp EXT_INT1 ; IRQ1 Handler rjmp TIM_CAPT1 ; Timer1 Capture Handler rjmp TIM_COMP1 ; Timer1 Compare Handler rjmp TIM_OVF1 ; Timer1 Overflow Handler rjmp TIM_OVF0 ; Timer0 Overflow Handler rjmp UART_RXC ; UART RX Complete Handler rjmp UART_DRE ; UDR Empty Handler rjmp UART_TXC ; UART TX Complete Handler rjmp ANA_COMP ; Analog Comparator Handler EXT_INT0: ret EXT_INT1: ret TIM_CAPT1: ret TIM_OVF0: ret TIM_OVF1: ret UART_RXC: ret UART_DRE: ret UART_TXC: ret ANA_COMP: ret TIM_COMP1: ret reset: ldi Temp1,RamEnd ;инициализация стека out SPL,Temp1 cli ldi Temp,0b11111111 ;настройка портов out ddrb,Temp ldi Temp,0b00001111 out ddrd,Temp ldi Temp,4 sts Digit ,Temp ;загрузка начальных сначений ldi Temp,3 sts Digit+1,Temp ldi Temp,2 sts Digit+2,Temp ldi Temp,1 sts Digit+3,Temp ;********************************************************* ;MAIN ;********************************************************* IndicCycle: rcall Display ;цикл индикации rjmp IndicCycle ;********************************************************* Display: ;последовательный вывод на индикацию содержимого;переменной Digit lds Temp1,Digit ;загружаем 0-ю ячейку ldi Temp,0b00001110 ;активируем 0-й разряд;индикации out PortD,Temp rcall Decoder ;вызываем 7-сегм. декодер out PortB,Temp1 ;выводим значение в порт rcall Delay1 ;ждем lds Temp1,Digit+1 ;и.т.д ldi Temp,0b00001101 out PortD,Temp rcall Decoder out PortB,Temp1 rcall Delay1 lds Temp1,Digit+2 ldi Temp,0b00001011 out PortD,Temp rcall Decoder out PortB,Temp1 rcall Delay1 lds Temp1,Digit+3 ldi Temp,0b00000111 out PortD,Temp rcall Decoder out PortB,Temp1 rcall Delay1 ret ;********************************************************* Decoder: ;преобразование двоичного числа;в код 7-сегментного индикатора ldi ZL,Low(DcMatrix*2) ;инициализация массива ldi ZH,High(DcMatrix*2) ldi Temp2,0 ;прибавление переменной add ZL,Temp1 ;к 0-му адресу массива adc ZH,Temp2 lpm ;загрузка значения mov Temp1,r0 ret DcMatrix: ;массив - таблица истинности декодера; hgfedcba hgfedcba .db 0b00111111,0b00000110 ;0,1 .db 0b01011011,0b01001111 ;2,3 .db 0b01100110,0b01101101 ;4,5 .db 0b01111101,0b00000111 ;6,7 .db 0b01111111,0b01101111 ;8,9 ;********************************************************* Delay1: ;цикл задержки push Temp1 push Temp2 ldi Temp1,0 ldi Temp2,50 d11: dec Temp1 brne d11 dec Temp2 brne d11 pop Temp2 pop Temp1 ret
Очень внимательно читаем программу.
Сначала мы настраиваем прерывания, порты и стек. Это стандартно.
Затем, мы записываем в переменную Digit число 1234.
Потом мы выходим в главный цикл программы. из этого цикла вызывается функция Display ,
которая, собственно, и занимается динамическим выведением на индикацию числа из переменной Digit .
Функция состоит из 4-х похожих кусков. Эти куски различаются лишь номером вызываемой ячейки Digit
и разрядом текущего индикатора.
Из каждого кусочка вызывается функция Decoder – 7-сегментный декодер.
Этот декодер преобразует значение из ячейки Digit в код 7-сегментного индикатора,
и передает этот код обратно функции Display , которая выводит его на индикацию.
Вот так, в общих чертах, все просто и понятно.
ID: 720
|
Как вам эта статья? |
Немножко теории
Наверное нет необходимости рассказывать, что такое 7-сегментные индикаторы. Как сложно и представить область техники, где они не применяются. Соответственно по их подключению написано масса статей, но попробую все таки написать свою:)
Итак: что же такое 7-сегментный индикатор?
Обратимся к Википедии: "Семисегме́нтный индика́тор - устройство отображения цифровой информации. Это - наиболее простая реализация индикатора, который может отображать арабские цифры.
Семисегментный индикатор, как говорит его название, состоит из семи элементов индикации (сегментов), включающихся и выключающихся по отдельности. Включая их в разных комбинациях, из них можно составить упрощённые изображения арабских цифр. Часто семисегментные индикаторы делают в курсивном начертании."
Сегменты обозначаются буквами от A до G; восьмой сегмент - десятичная точка (decimal point, DP), предназначенная для отображения дробных чисел.
По сути говоря данный индикатор - это 8 светодиодов расположенных на панели определенным образом.
Соответственно самая простая схема включения - подсоединить все 8 ножек на выводы микроконтроллера (микросхемы - дешифратора) через балластные резисторы, а на общий провод подавать либо "+" (для индикаторов с общим анодом) либо "-" (для индикаторов с общим катодом).
Пример подключения индикатора с общим анодом для схемы индикации включенной передачи АКПП Лансера приведен ниже
А как быть, если нужно выводить не 1 цифру, а 2,3,4 и более?
И вот тут на помощь приходит человеческая психика. Если мозгу показать несколько быстросменяющихся изображений, то он не успев обработать каждое по отдельности "сольет" их вместе. Этот принцип лег в основу мультипликации. Т.е. для вывода нескольких разрядов (нескольких цифр) нужно подключить к микроконтроллеру не только провода сегментов, но и общие провода каждого из разрядов. Тогда чтобы вывести первый разряд (опять же для схемы с общим анодом) нужно подать "+" только на общий провод первого разряда и "-" на нужные провода сегментов. Задержать изображение на 2-3 милисекунды, переключится на второй разряд и проделать то же самое с ним, поле чего перейти на третий (четвертый и т.д.) или вернутся к первому. Проделывая все это достаточно быстро мы получим в мозгу единую картинку, где все разряды горят одновременно. Для схемы с общим катодом, соответственно, перекидывать нужно "-".
Кстати, транзисторы в этой схеме необязательны - можно подключить выводы индикатора непосредственно к выводам микроконтроллера и затем не подавать на них напряжение (выводы 8-10 данной схемы), а наоборот "притягивать к земле" выводя на них "низкое" напряжение или попросту говоря 0. А "высокое" напряжение (или 1) подается на общие выводы разрядов, которые не должны в данный момент гореть.
Более подробно о таком способе подключения написано здесь - arduino-kit.com.ua/instru…-indikator-i-arduino.html
В чем же "бяка" данной схемы? А в том, что для вывода например трехразрядного числа нужно задействовать 11 ножек микроконтроллера, причем 7 из них, чтобы не раздувать программу, должны относится к одному порту.
Все это хорошо, но, например, у Attiny2313 такой только порт В на котором "висят" и оба входа аналогового компаратора.
И вот тут на помощь приходят специальные драйверы.
Чаще всего применяют драйвера MAX7219 и MAX7221, управляемые по SPI. Материал по работе с этими драйверами разместил недавно serdgos
тут - . Поэтому повторятся не буду - желающие могут почитать. Данные драйвера позволяют уменьшить количество задействованных выводом, но опять же требуют использования дополнительной библиотеки и "привязаны" к строго определенным ножкам микроконтроллера. А есть ли более "хардкорные" решения? Оказывается есть - драйвер CD4026.
Описание Драйвера
Чип CD4026 предназначен для управления 7-сегментными индикаторами и представляет собой счётчик до десятка с встроенным сдвиговым регистром.
Счётчик увеличивается на единицу всякий раз, когда контакт «clock» становится HIGH (на восходящем фронте). Выходы a-g становятся HIGH в соответствии со значением счётчика, и отражают его значение арабской цифрой при подключении 7-сегментного индикатора с общим катодом.
Контакт «reset» должен быть притянут к земле в общем случае. Когда он становится HIGH, счётчик сбрасывается в ноль.
Контакт «disable clock» также должен быть притянут к земле в общем случае. На время пока он HIGH сигналы на контакт «clock» игнорируются.
Контакт «enable display» должен снабжаться напряжением питания. Иначе выходы a-g будут выставлены в LOW. Контакт «enable out» возвращает его значение с небольшой задержкой.
Контакт «÷10» (обозначен как h в таблице) принимает HIGH для значений 0-4 и LOW для 5-9. Его выход может быть отправлен на вход «clock» следующего 7-сегментного драйвера, чтобы организовать счётчик числа с несколькими разрядами.
Контакт «not 2» принимает значениние LOW тогда и только тогда, когда значение счётчика - 2. В остальных случаях он HIGH.
Рабочее напряжение питания: 3-15 В.
В качестве источника сигнала выступал Arduino Pro Micro c задействованными выводами
Pin2 Выход на счетчик
Pin3 Сброс счетчика
Pin4 Подключение разряда 1
Pin6 Подключение разряда 2
Pin9 Подключение разряда 3
Точку не подключал, ибо сейчас ненужно, а принцип подключения тот же.
Программа
Так как задействовано Arduino. то и язык соответствующий - модифицированный С.
Прога секундомера, считающего секунды с момента включения, "накидана по быстрячку" чтобы проверить работоспособность, поэтому слегка корява - уж извините.
#define CLOCK_PIN 2
#define RESET_PIN 3
#define DIGIT_1PIN 4
#define DIGIT_2PIN 6
#define DIGIT_3PIN 9
void resetNumber()
{
// Для сброса на мгновение ставим контакт
// reset в HIGH и возвращаем обратно в LOW
digitalWrite(RESET_PIN, HIGH);
digitalWrite(RESET_PIN, LOW);
digitalWrite(DIGIT_1PIN, HIGH);
digitalWrite(DIGIT_2PIN, HIGH);
digitalWrite(DIGIT_3PIN, HIGH);
}
void showNumber(float t)
{ int n;
// Первым делом обнуляем текущее значение
resetNumber();
// Выводим первый разряд
digitalWrite(DIGIT_1PIN, LOW);
n=int(t-int(t/10)*10);
// значения
while (n--) {
digitalWrite(CLOCK_PIN, LOW);
}
delay(2);
// Обнуляем счетчик
resetNumber();
// Выводим второй разряд
digitalWrite(DIGIT_2PIN, LOW);
n=int(t/10-int(t/100)*10);
// Далее быстро «прокликиваем» счётчик до нужного
// значения
while (n--) {
digitalWrite(CLOCK_PIN, HIGH);
digitalWrite(CLOCK_PIN, LOW);
}
delay(2);
// Обнуляем счетчик
resetNumber();
// Выводим третий разряд
digitalWrite(DIGIT_3PIN, LOW);
n=int(t/100);
// Далее быстро «прокликиваем» счётчик до нужного
// значения
while (n--) {
digitalWrite(CLOCK_PIN, HIGH);
digitalWrite(CLOCK_PIN, LOW);
}
delay(2);
}
void setup() {
pinMode(RESET_PIN, OUTPUT);
pinMode(CLOCK_PIN, OUTPUT);
pinMode(DIGIT_1PIN, OUTPUT);
pinMode(DIGIT_2PIN, OUTPUT);
pinMode(DIGIT_3PIN, OUTPUT);
// Обнуляем счётчик при старте, чтобы он не оказался
// в случайном состоянии
resetNumber();
}
// Основной цикл
void loop()
{
showNumber((millis() / 1000));
}
Ну и результат
Можно еще сократить количество выводов, задействовав сдвиговые регистры, но об этом мы поговорим отдельно:)
1 год
По просьбе трудящихся решил я рассказать о замечательной вещи под названием
7-ми сегментный светодиодный индикатор. Для начала что это такое.
Вот такая вот штука. Это один разряд, так же бывают двух разрядные, трех и четырех
разрядные. Видел еще шести разрядные. После каждого разряда стоит десятичная точка.
Если разрядов четыре, то чаще всего после второго разряда можно встретить двоеточие
для индикации секунд, при выводе времени. Разобравшись с железками давайте перейдем
к изучению схемы. Что вообще такое динамическая индикация и зачем она нужна.
Так-как индикатор 7-ми сегментный, то для отображения цифры используется всего 7
сегментов. Обозначаются они всегда латинскими буквами A, B, C, D, E, F, G и DP
Смотрим картинку.
Под каждым сегментом расположен светодиод. Все светодиоды одним концом объеденены.
Либо анодами либо катодами, а противоположные концы выведены наружу. Легко заметить
что для отображения цифры необходимо использовать 8 выводов. Один общий и семь для
сегментов. Если это касается одного разряда, то тут думать не о чем, просто вешаем
все на один порт. А если разрядов четыре? Восемь помножим на четыре будет тридцать
два. О... Да над таким индикатором 32 мега будет одна корпеть. Так дело не пойдет.
Есть два решения. Наша с вами динамическая индикация либо статическая. Что бы
дальше разбираться, давайте посмотрим схему включения индикатора.
Данная схема подразумевает динамическую индикацию. Да что я все динамическая да
статическая. В чем разница?. Статическая индикация - это когда мы задали каждому
разряду по своей цифре и она постоянно горит, а динамическая - это когда мы
выводим цифру в первый разряд, потом его гасим и выводим во второй разряд, потом
его гасим и выводим в третий разряд и так далее пока не закончатся разряды. После
последнего разряда переходим опять к первому и так по кругу. Если это делать медленно
то можно будет лицезреть цифровую бегущую строку, а если увеличить скорость к примеру
до 50 Гц, то уже мерцания глаз не увидит. Вот таким образом и работает динамическая
индикация. Давайте теперь разберем схему. Слева МК ATmega8 за ней на порту D
висит микросхема 74ALS373. Зачем она нужна? Дело в том что индикатор это просто
8 светодиодов собранных в некую матрицу. То есть индикатор можно представить в
виде линейки из 8 светодиодов. А как известно светодиоды кушают по отношению к МК
ого го сколько. Конечно не возбраняется подключение напрямую, но лучше поставить
между МК и индикатором какой-нибудь ретранслятор. Вот для этих целей я и решил
использовать 8-и разрядный буфер с защелкой. Почему именно его. С учетом того что
индикатор я использую с общим анодом, то есть для задачи цифры активный уровень 0,
то можно было бы смело использовать микросхему ULN2003A(7 транзисторных сборок по
схеме Дарлингтона) и не париться с буфером, но... Но в том что ULN2003A имеет на
борту только NPN транзисторы и я могу использовать индикатор только с общим анодом,
а если нужно поставить с общим катодом? Вот тут и поможет буфер, так как что я
туда напишу, то и будет на выходе. Хочешь 0, хочешь 1. Управляющие ножки подключены
в режиме транслятора. То есть буфер выводит на выход тоже самое что и на входе.
Аля псевдо гальваническая развязка. За буфером следуют токоограничивающие резисторы.
Помним, это светодиоды и без резисторов сгорят. Номинал резисторов нужно подбирать
чуть меньше чем допустимо. Дело в том что динамическая индикация выводит символы
с некой частотой и она с родни ШИМу, то есть чем выше частота, тем выше так сказать
контрастность. И при максимально комфортной контрастности цифры будут светить чуть
тускнее. По этому резисторы нужно брать чуть меньшего номинала. Я использовал
360Ом только потому что у меня такие были в наличии. Далее после резисторов наш
индикатор. С другой стороны, где аноды, я подключил первые четыре разряда порта С.
Так, со схемой вроде разобрались. Теперь давайте обсудим алгоритм программы.
Для того чтобы поочередно включать разряды индикатора, напишем отдельную функцию
и будем ее бесконечно вызывать в основном теле программы. Конкретнее, функция
будет получать число от 0 до 9999, рабирать его на разряды и потом выводить каждый
разряд на своем месте. Если число имеет количество разрядов меньше 4, то пустышки
слева будем заполнять нулями. Ровняемся по правому краю. Бегать по разрядам будем
слева направо. Чтобы было видно какие-нибудь действия, то мы используя прерывания
от счетчика, раз в секунду будем увеличивать выводимое число на единицу. Так
задача поставлена, к бою.
#define F_CPU 7372800UL
// Частота кварца
#include
