Рудякова А.Н., Липинский А.Ю., Данилов В.В., Рудяков И.Ю. Аппаратно-программные средства встраиваемых компьютерных систем

Подождите немного. Документ загружается.

Порты ввода-вывода микроконтроллеров

201

Вопросы для самоконтроля к главе 4

1. Порты ввода-вывода общего назначения.

2. Альтернативные функции портов ввода-вывода.

3. Программирование портов ввода-вывода.

4. Схемотехнические способы устранения дребезга механических

контактов.

5. Программные способы устранения дребезга механических контактов.

Глава 5

202

ГЛАВА 5

УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

5.1. Семисегментные индикаторы

Семисегментный индикатор предназначен для отображения цифровой

информации. Изображение цифра формируется из семи светящихся

сегментов для отображения символа, и одного сегмента точки (см. рис. 5.1).

Рис. 5.1

С электрической точки зрения каждый сегмент представляет собой

светодиод, излучающий свет при прохождении через него тока. Все

светодиоды индикатора обычно имеют один вывод, к которому

подсоединены либо все аноды светодиодов, либо все катоды (см. рис. 5.2).

Это сделано из соображения экономии выводов индикатора.

Различают индикаторы с общим катодом или

общим анодом. Для

индикатора с общим анодом, чтобы зажечь сегмент, нужно подать на

соответствующий светодиод логический ноль, а в случае общего анода –

логическую единицу. Общий анод обычно соединяется с +5Вольт, а общий

катод – с “землей”. Для защиты светодиодов от перегрузки по току,

Устройства отображения информации

203

логические сигналы на них подаются через балластные резисторы, на

которых падает излишек напряжения.

(а)

(б)

Рис. 5.2

Управлять индикаторами можно прямо с портов микроконтроллера

через ограничительные резисторы (см. рис. 5.3), однако при этом расходуется

слишком много выводов.

Рис. 5.3

Глава 5

204

При подключении нескольких индикаторов, чтобы уменьшить

количество управляющих линий, применяют мультиплексирование (см. рис.

5.4). В каждый момент времени загорается только один индикатор. Частота

смены индикаторов подбирается такой, чтобы не перегружать

микроконтроллер и управляющие элементы, и в то же время, чтобы мерцание

было незаметным для глаз. Субъективно воспринимаемая глазом яркость

будет в

этом случае выше, чем при непрерывном свечении при той же

средней яркости. Такой способ индикации называется динамической.

Рис. 5.4

Если мультиплексируется более двух индикаторов, между контроллером

и индикаторами ставится буфер, усиливающий выходной ток до 30-50 мА.

В таблице 5.1 приведены числа, которые необходимо вывести в порт

микроконтроллера для получения нужной цифры на семисегментном

индикаторе.

Устройства отображения информации

205

Таблица 5.1 –

Числа, которые необходимо вывести в порт микроконтроллера для

получения нужной цифры на семисегментном индикаторе

Цифра

Тип индикатора

С общим анодом С общим катодом

0 0x21 0xDE

1 0xEB 0x14

2 0x32 0xCD

3 0x62 0x9D

4 0xE8 0x17

5 0x64 0x9B

6 0x24 0xDB

7 0xE3 0x1C

8 0x20 0xDF

9 0x60 0x9F

Эти коды справедливы, если индикатор подключен к соответствующим

разрядам (младшие разряды – к младшим) одного порта микроконтроллера.

Если же свободного восьмибитного порта в микроконтроллере нет, можно,

либо использовать свободные разряды с разные портов (в этом случае коды

из таблицы 5.1 необходимо пересчитать для каждого из портов), либо

подключить индикатор к какому-либо

последовательному интерфейсу

(например, SPI) через сдвиговый регистр.

Глава 5

206

Практикум 4. Динамическая индикация

Краткие справочные сведения

В стенде УСМК-2010 применяется модуль из 4-х семисегментных

индикаторов SWAB/D15. Внешний вид индикаторов на стенде приведен на

рис. ПР6.1-а, электрическая схема модуля – на рис. ПР4.1-б.

(а)

(б)

Рис. ПР4.1

Как видно из рис. ПР4.1-б, в каждом из индикаторов сегменты

соединены катодами.

Устройства отображения информации

207

Пример выполнения

Задание: для схемы, изображенной на рис. ПР4.2, при помощи

динамической индикации, вывести на семисегментные индикаторы число

1234. Микроконтроллер ATMega16, тактовая частота 16МГц.

PB0/T0/XCK

PB1/T1

PB2/AIN0/INT2

PB3/AIN1/OC0

PB4/SS

PB5/MOSI

PB6/MISO

PB7/SCK

RESET

XTAL2

XTAL1

PD0/RXD

PD1/TXD

PD2/INT0

PD3/INT1

PD4/OC1B

PD5/OC1A

PD6/ICP1

PD7/OC2

PC0/SCL

PC1/SDA

PC2/TCK

PC3/TMS

PC4/TDO

PC5/TDI

PC6/TOSC1

PC7/TOSC2

PA7/ADC7

PA6/ADC6

PA5/ADC5

PA4/ADC4

PA3/ADC3

PA2/ADC2

PA1/ADC1

PA0/ADC0

AREF

AVCC

ATMEGA16

PD0

PD1

PD2

PD3

PD4

PD5

PD6

PD7

PA0

PA1

PA2

PA3

PA0

PA1

PA2

PA3

PA0

PA1

PA2

PA3

PD0

PD1

PD2

PD3

PD4

PD5

PD6

PD7

A10

A11

A12

A13

A14

A15

B0[0..7]

B1[0..7]

B2[0..7]

B3[0..7]

PD0

PD1

PD2

PD3

PD4

PD5

PD6

PD7

Рис. ПР4.2

Исходный текст программы на языке С следующий:

#include <avr/io.h>

#include <avr/interrupt.h>

// макроопределения для вывода цифр

// на семисегментные индикаторы

#define a (1 << PD0)

#define b (1 << PD1)

#define c (1 << PD2)

#define d (1 << PD3)

#define e (1 << PD4)

#define f (1 << PD5)

#define g (1 << PD6)

#define si_digit(n) switch (n) { \

case 0: PORTD = a|b|c|d|e|f; break; \

case 1: PORTD = b|c; break; \

case 2: PORTD = a|b|g|d|e; break; \

case 3: PORTD = a|b|g|c|d; break; \

case 4: PORTD = f|g|b|c; break; \

case 5: PORTD = a|f|g|c|d; break; \

Глава 5

208

case 6: PORTD = a|f|g|c|d|e; break; \

case 7: PORTD = a|b|c; break; \

case 8: PORTD = a|b|c|d|e|f|g; break; \

case 9: PORTD = a|b|c|d|f|g; break; \

default: PORTD = 0x00;}

volatile uint8_t digits[4],

indikator = 0;

ISR(TIMER0_OVF_vect) {

PORTA = 0xff; // гасим все индикаторы

si_digit(digits[indikator]); // выводим цифру

PORTA = ~(1 << indikator); // подсвечиваем нужный индикатор

indikator++;

if (indikator == 4) indikator = 0;

}

int main(void) {

// инициализация порта D

DDRD = 0xff;

PORTD = 0x00; // все сегменты погашены

// инициализация порта A

DDRA = 0xff;

PORTA = 0xff; // все индикаторы погашены

// инициализация таймера-счетчика 0

TCNT0 = 0;

TIMSK = (1 << TOIE0); // разрешение прерывания по переполнению T/C0

TCCR0 = (1 << CS02) | (1 << CS00); //

предделитель на 1024

// общее разрешение прерываний

sei();

// выставляем нужные цифры для индикаторов

digits[0] = 1;

digits[1] = 2;

digits[2] = 3;

digits[3] = 4;

while(1);

return(1);

}

Собираем в Proteus схему, изображенную на рис. ПР4.2. Указываем в

модели микроконтроллера нужный файл из проекта AVRStudio и тактовую

частоту. Запускаем моделирование. Скриншот семисегментных индикаторов

с выведенными по заданию цифрами приведен на рис. ПР4.3.

Устройства отображения информации

209

PA0

PA1

PA2

PA3

PD0

PD1

PD2

PD3

PD4

PD5

PD6

PD7

Рис. ПР4.3

Осциллограммы сигналов PA0 – PA1, а также сигналы PD0 – PD7,

полученные при помощи логического анализатора, приведены на рис. ПР4.4

ПР4.5, соответственно.

Рис. ПР4.4

Глава 5

210

Рис. ПР4.5

Варианты заданий

Для микроконтроллера ATMega16 с тактовой частотой 16МГц (схема на

рис. ПР4.2) осуществить динамическую индикацию, согласно заданию,

указанному в варианте (см. табл. ПР4.1). Выполнить моделирование схемы в

Proteus, зарисовать полученные временные диаграммы. Записать программу

в микроконтроллер ATMega16 стенда УСМК-2010, убедиться в корректности

ее работы.

Таблица ПР4.1

№ Задание

Отображать на индикаторах количество секунд, прошедшее с момента

сброса (время непрерывной работы программы предполагается

заведомо меньшим 9999с).

Отображать время, прошедшее с момента сброса, в формате ММ.СС

(минуты.секунды)

Начиная с 1, каждую следующую секунду удваивать число, выводимое

на индикаторы, повторять счет заново каждые 12 секунд.