Золотовский Д.В. Учебный курс для новичков по микроконтроллерам AVR. Часть 1
Подождите немного. Документ загружается.
резисторов. Максимальное количество кнопок ограничивается лишь
максимально допустимым временем на сканирование клавиатуры. Я
использовал в своем проекте 16 кнопок, но путем добавления новых
сдвиговых регистров, можно увеличить данное число до необходимого вам
значения. Вас будет ограничивать лишь пропорционально возрастающее
время сканирования клавиатуры.
Аппаратная часть
Сдвиговые регистры – вещь довольно удобная за счет своей дешевизны и
универсальности. Их часто используют для подключения светодиодов,
семисегментных индикаторов и т.п. по небольшому количеству выводов
микроконтроллера. В нашем случае, будем проделывать почти все тоже
самое, но в обратную сторону:будем передавать данные не “из
микроконтроллера”, а “в него”. Для наглядности привожу блок схему работы
данного устройства:
•
1.Блок Клавиатуры
•
2.Сдвиговый регистр
•
3.МК
Блок клавиатуры представляет собой набор кнопок, которые одним выводом
подключены к земле, а другим подключаются к соответствующему входу
сдвигового регистра.
Параллельная и последовательная передача
Если вы не знаете различия в параллельном и последовательном способе
передачи информации, то рекомендую разобраться в этом сейчас. Далее я
часто буду использовать эти термины, и без понимания их, вам будет
немного сложнее.
Параллельной передачей данных называют метод передачи нескольких
сигналов с данными одновременно по нескольким параллельным каналам,
например порт целиком, сразу все восемь бит. При последовательной
передачи данных биты пересылаются по одной линии связи, друг за другом,
последовательно. Например, по UART или по SPI
В нашей схеме сдвиговый регистр осуществляет конвертацию параллельного
входного сигнала в последовательный выходной. В процессе сканирования
клавиатуры он будет хватать 8 значений из блока клавиатуры и
последовательно отсылать его в микроконтроллер.
Исходя из вышеописанного, к сдвиговому регистру предъявляются
следующие требования:
•
параллельный вход
•
последовательный выход
Для этого нам подойдет регистр SN74198N. В моем месте обитания такие
микросхемы редкость, поэтому я использовал советские монстровидные
К155ИР13. Они являются полным аналогом, и различий в их использовании
от импортных собратьев нет.
МК управляет сдвиговым регистром: говорит когда ему хватать сигнал с
блока клавиатуры и передавать его своему хозяину.
Теперь разберем схему нашего устройства.
Крупным планом
Схема упрощенная, показано только подключение клавиатуры. Питание и
прочая обвязка контроллера как обычно.
Описание кнопок
Одним выводом кнопки подключены к входу сдвигового регистра. Другим –
к общему проводу. Так же немаловажная детать – подтягивающие резисторы
R1 – R8. Они создают высокий логический уровень на входе сдвигового
регистра в то время, как соответствующая ему кнопка разомкнута.
Как только кнопка замыкается, на входе сдвигового регистра образуется
логический ноль, так как он оказывается напрямую подключен к общему
проводу. Значение резистора в 10 кОм не дает протекать слишком большому
току, пока кнопка замкнута, и достаточно хорошо создает высокий
логический уровень, пока кнопка разомкнута.
Сдвиговый регистр
•
Наш сдвиговые регистр имеет входной порт (D0-D7)
•
выходной порт (Q0-Q7)
•
и сигналы управления (SR, SL, CLK, S0, S1, MR).
Входной и выходной порт можно использовать как в параллельном режиме,
так и в последовательном. За счет этого, данный сдвиговый регистр
достаточно универсален. Но мы лишь остановимся на тех функциях, которые
нам необходимы, остальное вы можете сами прочитать в даташите.
•
D0-D7 – собственно вход. Сюда мы будем подавать 8 сигналов с наших
кнопок.
•
Q0-Q7 – параллельный выход. Мы будем использовать лишь одну ногу
– Q7. Остальные в нашем случае нам не нужны.
•
CLK – тактовый вход. Все в сдвиговом регистре делается только по
дрыгу на этой ножке. А точнее по нарастающему фронту. Если нам
необходимо что-то сделать, то просто подаем высокий уровень на
ножку CLK, а затем опускаем ее (подаем логический ноль). Для
простоты изложения, я буду по деревенский говорить, что нам нужно
кликнуть ножкой CLK.
•
S0 и S1. Эти ножки отвечают за поведение выхода регистра (Q0-Q7).
По сути этот регистр может иметь как последовательный (наш случай),
так и параллельный выход. Когда обе ножки подняты (высокий
логический уровень), мы можем загрузить на выход те данные,
которые в данный момент находятся на входе (D0-D7).
Для этого нам нужно при поднятых S0 и S1 кликнуть ножкой CLK.
Сразу же после этого, ножки на выходе примут те же значения, что и
на входе.
Если же опустить одну ножку в ноль, например S1, то стоит нам
дернуть ножкой CLK, как данные на выходном порте сдвинутся в
сторону старшего бита (бит с выхода Q0 перескочит на выход Q1, а
бит, который раньше был на месте Q1 - перелезет на Q2 и т.д.).
Кликнем еще раз, биты сдвинутся опять.
Проделав это 8 раз, наши данные убегут вникуда, а на смену им
прийдут новые, взявшиеся ниоткуда (откуда они берутся, мы
поговорим позже). Дабы не терять эти данные, а передавать их в
микроконтроллер, нужно вовремя их считывать.
Так как наши биты двигаются в сторону старшего (Q7), то и ловить их
следует там.
Алгоритм действий
•
1. Ставим S0 и S1 в высокий уровень и кликаем. На выходе Q0-Q7 у
нас фиксируется необходимый нам байт (8 бит).
•
2. Опускаем S1 (S0 остается в высоком уровне всегда, поэтому его
можно смело напрямую сажать на плюс и забыть про него)
•
3. Считываем бит с ножки Q7
•
4. Кликаем. Бит, который раньше был на ножке Q7, убегает в нибытие,
а на смену ему приходит бит, который раньше стоял на ножке Q6.
•
5. Возвращаемся на пункт 3 и проделываем эти операции еще 7 раз.
Ибо у нас 8 бит, и нам важен каждый из них.
Итого, использую 3 ножки микроконтроллера, подключенных к сдвиговому
регистру (CLK, S1, Q7), мы легко и непринужденно опрашиваем наши 8
кнопок.
На бумаге это все работает, но проверим это в реальном железе. Для этого я
собрал демонстрационную платку и подключил ее к Pinboard. Использовал,
как я уже говорил, советские аналоги сдвиговых регистров, а именно
К155ИР13, поэтому плата разведена под них.
Не пугайся что на плате 16 кнопок и уже 2 сдвиговых регистра, позже я
опишу и этот вариант схемы. Главное знай, что данная схема может
безболезненно работать и в восьмикнопочном режиме.
16-ая кнопка у меня отсутствует по причине отсутствия ее у меня в запасах и
мороза на улице. Плату я перекатал ЛУТом на текстолит, вытравил и запаял.
Вся эта технология хорошо расписана на данном сайте, поэтому
останавливаться на деталях не буду.
Итак, плата готова, приступаем к самому интересному – написанию
прошивки.
Програмная часть
Хотя представленный вариант работы со сдвиговым регистром совместим с
аппаратным SPI микроконтроллера, опрашивать кнопки будем программно.
Напишем функцию, которая будет опрашивать наши кнопки, и помещать
результат в регистр R17.
.equ BTN_PORT = PORTB
.equ BTN_DDR = DDRB
.equ BTN_PIN = PINB
.equ BTN_DATA_IN = 0
.equ BTN_HOLD = 1
.equ BTN_CLK = 2
btn_start: SBI BTN_PORT,BTN_HOLD ; Поднимаем S1
SBI BTN_PORT,BTN_CLK ; кликаем
CBI BTN_PORT,BTN_CLK
CBI BTN_PORT,BTN_HOLD ; опускаем S1
btn_again: LDI R17,0 ; В этом регистре будет
накапливаться наш результат.
; неизвестно где он побывал, а нам
гарантированно
; нужен ноль.
LDI R16,8 ; счетчик. Цикл будем проделывать
8 раз
btn_loop: LSL R17 ; если мы проходим тут, первый раз,
то данная команда
; с нулем ничего не сделает, если же
нет, то двигаем все биты влево
SBIC BTN_PIN,BTN_DATA_IN ; если к нам на вход пришла 1,
INC R17 ; записываем 1 в самый младший
разряд регистра R17
SBI BTN_PORT,BTN_CLK ; кликаем
CBI BTN_PORT,BTN_CLK
DEC R16 ; уменьшаем счетчик
BREQ btn_exit ; если счетчик досчитал до нуля, то
переходим выходим btn_exit
Rjmp btn_loop ; иначе повторяем цикл, где первой же
командой сдвигаем все биты
; влево. Таким образом старые
старшие байты постепенно
; сдвигаются на свое место.
btn_exit: RET
На данном этапе я сразу выделяю ее как функцию, чтобы далее было проще
ее использовать.
Функцию написали, теперь создадим простейшую программу (это только для
начала, развлечения впереди). Она в бесконечном цикле будет вызывать
функцию сканирования клавиатуры, и полученный результат записывать в
выходной порт PORTA, к которому мы подсоединим линейку светодиодов.
Ничего сложного.
; Сначала инициализируем ноги контроллера:
SBI BTN_DDR,BTN_HOLD ; выход HOLD
SBI BTN_DDR,BTN_CLK ; Выход CLK
SBI BTN_PORT,BTN_DATA_IN ; вход DATA_IN
OUTI DDRA,0xFF ; Порт D ставим на выход. К нему
будут
; подключаться светодиоды
;Затем создаем бесконечный цикл, в котором помещаем следующее:
main: RCALL btn_start ; вызываем функцию опроса клавиатуры
COM R17 ; инвертируем пришедший байт
OUT PORTA,R17 ; и записываем его в порт A
RJMP Main ; возвращаемся на начало
Инвертируем регистр R17 для нагдяности. Так как изначально бит нажатой
кнопки у нас Ноль, а светодиод загорается при единице.
Компилируем и заливаем в замечательную отладочную плату PinBoard.
Подключаем наш блок кнопок так, как показано на фотографии.
•
1 пин блока кнопок - PORTB.0
•
2 пин блока кнопок - PORTB.1
•
3 пин блока кнопок - PORTB.2
•
4 пин блока кнопок - +5 V
•
5 пин блока кнопок - Общий провод (Ground)
•
PORTA (0..7) - линейка светодиодов.
Перезагружаем МК и наблюдаем следующую картину:
AVR. 8 buttons via 3 wires
При нажатии кнопки у нас загорается соответствующий светодиод. Причем
возможен вариант одновременности нажания нескольких кнопок. А это
потенциальный плюс, который, при желании, можно лихо использовать.
На этом конец первой части.
В следующей стетье я расскажу вам как увеличить число кнопок до 16 (24, 32
и т.д), как легко определять какая кнопка нажата в данный момент, и как на
нажатие каждой кнопки прикрутить свою функцию.
В самом конце у нас получится примерно это(видео):
Будет телефон
Подключение клавиатуры к МК по трем проводам на
сдвиговых регистрах. Часть 2. Буквенный ввод как на
телефоне
Данная статья является
продолжением предыдущей о
подключении клавиатуры к МК
с помощью трех сигнальных
проводов. В этой часте я
расскажу вам о том, как
увеличить число кнопок на
клавиатуре до 16, опишу
алгоритм обработки нажатий этих кнопок и то, как ассоциировать с каждой
кнопкой свою функцию. Итак, приступим.
Аппаратная часть
Как вы уже догадались, чтобы подключить дополнительные кнопки к блоку
клавиатуры, нужно добавить дополнительный сдвиговый регистр, который
будет захватывать нажатия других восьми кнопок. Ниже приведена блок
схема этой конструкции: