Проектирования устройств на микроконтроллерах.

Рссмотрим некоторые задачи проектирования устройств на микропроцессорах

2.1 Переключающиеся светодиоды

Сформулируем задачу следующим образом:

Разработать устройство управления восьмю светодиодами при помощи кнопки. Светодиоды высвечивают некторый двоичный код. При каждом нажатии клавиши высвеченный на светодиодах код инвертируется.

Принципиальная электрическая схема

Попробуем разработать принципиальную электрическую схему, способную выполнять поставленную выше задачу. К микроконтроллеру нам нужно подключить светодиоды и кнопку управления. Для подключения к микроконтроллеру любых внешних устройств используются порты ввода вывода.Причем каждый из таких портов может работать либо на ввод, либо на вывод.

Удобнее всего светодиоды подключать к одному порту, а кнопку - к другому. В этом случае управляющая программа должна настроить порт, к котрому подключены светодиоды на вывод, а порт к которому подключена кнопка на ввод. Других специальных требований к микроконтроллеру не требуется. Для примера выберем микроконтроллер Atmega 128, который имеет широкую периферию и будет нами использован для дальнейших задач. Договоримся, что для управления светодиодами используем разряды порта С (линии РС0-РС7), а для считывания информации с кнопки управления используем младший разряд порта В (линия РВ.0). Полная схема устройства, позволяющего решить поставленную выше задачу приведена на Рис.2.1

 

 

T X1 X2   PB.0 PB.1 PB.2 PB.3 PB.4 PB.5 PB.6

CPU

PC.0 PC.1 PC.2 PC.3 PC.4 PC.5 PC.6 PC.7

 

 

S₁

 

 

VD9

R4

R8

VD7

R7

VD6

R6

VD5

R5

VD2

VD4

VD11

VD3

R3

R2

R1

Рис.2.1

 

 

Для подключения кнопки S1 используется класическая схема. В исходном состоянии контакт кнопки разомкнут. Через резистор на вход РВ.0 микроконтроллера подается “плюс” напряжения питания, что соответствует сигналу логической единицы. Напомним, что микроконтроллеры серии AVR имеют встроенные нагрузочные резисторы для каждого разряда порта, котрых можно включить програмно к каждому выводу при настройке соответствующего порта и обеспечить наличие указанного напряжения на соответствующем входе.

При замыкании кнопки напряжение падает до нуля, что соответствует логическому нулю. Таким образом, считывая значение сигнала на соответствующем выводе порта, программа может определять момент нажатия кнопки.

Подключение светодиода также выполняется по класической схеме.Это непосредственное подключение к выходу порта. Каждый выход расчитан на управление светодиодом с током потребления до 20ма. В цепях диодов включены токоограничивающие резисторы R1-R8.

Для того, чтобы зажечь светодиод, микроконтроллер должен подать на выводы РС сигнал логической единицы. В этом случае напряжение, приложенное к цепочке R-VD окажется равным напряжению питания, что вызовет ток через светодиод и он загорится. Если же на вывод РС подать сигнал логического нуля, падение напряжения на светодиоде и резисторе окажется равным нулю, и светодиод погаснет.

Следует сделать некоторые замечания: большинство микроконтроллеров семейства AVR, кроме тактового генератора с внешним кварцевым резонатором, содержат внутренний RC генератор, не требующий никаких внешних цепей. Если не предъявляются никакие высокие требования к точности и стабильности к частоте задающего генератора, можно отказатся от внешних цепей (как это сделано в предлагаемой схеме).

Любой микроконтроллер AVR имеет внутреннюю систему сброса, которая в большинстве случаев обеспечивает стабильный сброс при включении питания. Внешние цепи сброса применяются только при наличии особых требований к длительности импульса сброса.

Все описанные выше настройки выполняются програмно с помщью fuse- переключателей.

 

Алгоритм

Разработка любой программы начинается с разработки алгоритма. В нашем случае алгоритм таков: после операций начальной настройки микроконтроллер должен войти в непрерывный цикл, в процессе которого он должен опрашивать вход подключенный к нашей кнопке, и в зависимости от ее состояния управлять светодиодами. Опишем это подробнее.