Динамическая индикация семисегментный индикатор для шкалы макеевской. Многоразрядный семисегментный индикатор
Д ля того чтобы отобразить многоразрядное число на индикаторе с ним нужно предварительно провести хитрую манипуляцию, заключающуюся в разбивке числа на его составляющие. В качестве примера приведу отображение числа 1234 на счетверенный семисегментный индикатор с общим анодом.
Для отображения четырехразрядного числа необходимо завести одну общую переменную в которой будет лежать число которое хотим вывести (переменная W ), четыре переменные в которых будут храниться данные для каждого знака (N ) и еще четыре переменные для промежуточных преобразований (M ), чтобы не трогать главную переменную. Переменная должна соответствовать тому значению, которое будет в ней хранитс я. Так для переменной W достаточным будет тип integer , так как переменная такого типа способна хр анить значения от -32768 до +32767 (или word если не планируется использование отрицательных чисел). В переменных N будут лежать числа от 0 до 9 поэтому достаточным будет использование переменной типа byte . А в переменных M будут находиться те же значения что и в переменной W , поэтому ставим тип integer .
Dim
W As
Integer
Dim
N1 As
Byte
Dim
N2 As
Byte
Dim
N3 As
Byte
Dim
N4 As
Byte
Dim
M1 As
Integer
Dim
M2 As
Integer
Dim
M3 As
Integer
Dim
M4 As Integer
После объявления переменных настраиваем порты на выход которые будут использоваться для подключения индикатора:
DDRC
=
&B11111111
DDRD
=
&B11111111
DDRC =& B 00001111 и DDRD = & B 01111111 (четыре первых ноги порта С под аноды и шесть первых порта D под сегменты).
Затем присваиваем переменной W то значение, которое собираемся вывести на индикатор:
W = 1234
"Arial","sans-serif""> В основном цикле программы присваиваем переменным М значение переменной W , я делаю так:
M1 =
W
M2 =
M1
M3 =
M1
M4 =
M1
"Arial","sans-serif""> Это не паранойя)), это сделано с той целью, чтобы в во всех переменных М лежало одно и тоже число, так как во время операции присваивания легко может ворваться прерывание (если такое имеется и не отключено), в обработчике которого переменная W может измениться. И в случае если присваивание шло таким образом: М1= W , M 2= W , M 3= W , M 4= W в переменных М будут лежать разные значения что приведет к каше в показаниях.
После присвоения переменным значения начинаем работать с
каждой из них, преобразуя таким образом, чтобы в переменную
N
попало то значение, которое будет
отображаться на индикаторе: в переменной
N
1 должна оказаться «1», в
N
2 – «2», в
N
3 – «3», а в
N
4 – «4».
M1 =
M1 /
1000
" M1 = 1234/1000 = 1,234
N1 =
Abs
(m1)
" N1 = Abs (1,234) = 1
Abs – функция возвращающая целое число переменной.В переменную N 1 попала единица, что собственно и требовалось.
Для присвоения двойки переменной N 2 операция будет немного сложнее:
M2=
M2 Mod 1000
" M2 =1234 Mod 1000 = 234
M2 =
M2 /
100
" M2 = 234 / 100 = 2,34
N2=
Abs
(m2)
" N2 = Abs (2,34) = 2
"Arial","sans-serif""> Для начала функцией
Mod
мы возвращаем переменной первые три
цифры числа (остаток от деления на 1000), а дальше все как в первом случае.
С двумя последними разрядами практически тоже самое:
M3 =
M3 Mod100
M3 =
M3 /
10
N3 =
Abs
(m3)
M4 =
M4 Mod 10
N4=
Abs
(m4)
Теперь в наших переменных лежат те значения, которые мы хотим отобразить, самое время микроконтроллеру подрыгать ногами и вывести эти значения на индикатор, для этого вызываем подпрограмму обработки индикации:
"Arial","sans-serif"">
Gosub Led
"Arial","sans-serif"">Процессор перепрыгнет на подпрограмму с меткой Led :
Led:
Portc = &B00001000
"Arial","sans-serif""> Здесь подаем высокий уровень на PORTC .3 , к этой ноге у нас подсоединен анод первого разряда. Затем выбираем, какие сегменты необходимо зажечь, чтобы отобразить значение первой переменной. Она у нас единица поэтому ноль будет на ногах Portd .1и Portd .2, что соответствует сегментам B и С индикатора.
Select
Case
N1
End
Select
Waitms
5
"Arial","sans-serif""> После того как зажгли нужные сегменты ждем 5 мс и переходим к отображению следующих чисел:
Portc
=
&B00000100
Select
Case
N2
Case
0
:
Portd
=
&B11000000
Case
1
:
Portd
=
&B11111001
Case
2
:
Portd
=
&B10100100
Case
3
:
Portd
=
&B10110000
Case
4
:
Portd
=
&B10011001
Case
5
:
Portd
=
&B10010010
Case
6
:
Portd
=
&B10000010
Case
7
:
Portd
=
&B11111000
Case
8
:
Portd
=
&B10000000
Case
9
:
Portd
=
&B10010000
End
Select
Waitms 5
Portc = &B00000010
Select
Case
N3
Case
0
:
Portd
=
&B11000000
Case
1
:
Portd
=
&B11111001
Case
2
:
Portd
=
&B10100100
Case
3
:
Portd
=
&B10110000
Case
4
:
Portd
=
&B10011001
Case
5
:
Portd
=
&B10010010
Case
6
:
Portd
=
&B10000010
Case
7
:
Portd
=
&B11111000
Case
8
:
Portd
=
&B10000000
Case
9
:
Portd
=
&B10010000
End
Select
Waitms 5
Portc = &B00000001
Select
Case
N4
Case
0
:
Portd
=
&B11000000
Case
1
:
Portd
=
&B11111001
Case
2
:
Portd
=
&B10100100
Case
3
:
Portd
=
&B10110000
Case
4
:
Portd
=
&B10011001
Case
5
:
Portd
=
&B10010010
Case
6
:
Portd
=
&B10000010
Case
7
:
Portd
=
&B11111000
Case
8
:
Portd
=
&B10000000
Case
9
:
Portd
=
&B10010000
End
Select
Waitms 5
"Arial","sans-serif""> После отображения информации на индикаторе необходимо возвратится в основной цикл программы, где нужно завершить цикл и обозначить конец программы.
"Arial","sans-serif"">Вот что получим в итоге:
"Arial","sans-serif"">
"Arial","sans-serif""> За счет маленькой задержки переключения не будут заметны человеческому глазу и мы увидим целое число 1234.
Скачать исходник и проект в протеусе можно ниже:
"Arial","sans-serif"">
В одном из предыдущих уроков мы научились зажигать сегменты светодиодного индикатора. Хотя это можно сделать только с помощью Ардуино, мы использовали в нашем уроке дополнительный компонент — . Эта полезная микросхема сэкономила нам несколько ценных выводов микроконтроллера. Но один семисегментный индикатор почти бесполезен. Он ведь отображает всего одну цифру. А что если мы хотим вывести большое число, скажем, от 0 до 500? Нам потребуется целых три цифры, а значит и три индикатора. Как будем подключать их к контроллеру? Можем напрямую, но тогда мы займем 7*3 = 21 вывод! Это очень расточительно. К тому же, нужна будет уже другая плата, так как у Ардуино Уно просто не хватит цифровых выводов. Попробуем использовать сдвиговый регистр? Уже лучше. Теперь нам понадобится три регистра, объединенных в цепочку, а также три вывода Ардуино для управления ими. В общем то на этом можно бы было и остановить оптимизацию нашей схемы, но мы пойдем дальше. Обойдемся всего одним сдвиговым регистром!
Динамическая индикация
Как известно, наше зрение обладает свойством инерции, или персистенции. Это способность глаза соединять быстро сменяющиеся изображения в одно. Таким образом, чтобы человек видел на индикаторе трехзначное число, вовсе необязательно зажигать все цифры разом. Достаточно в один момент времени включать только один отдельный индикатор. Переключение между соседними индикаторам должно происходить с большой частотой, чтобы получить эффект персистенции. Такой подход к выводу данных называется динамической индикацией. В действительности, многие символьные и матричные светодиодные и газоразрядные индикаторы работают именно по такому принципу. Попробуем и мы собрать схему динамической индикации для управления тремя семисегментными индикаторами.Подключение к Ардуино
В этом уроке мы используем три семисегментных индикатора с общим катодом. Нам также потребуется один сдвиговый регистр, подключенный одновременно ко всем индикаторам. Чтобы в каждый момент времени включать только один индикатор, используем три полевых транзистора, которые будут в нужный момент подключать катод к земле. Кстати, вместо трёх отдельных индикаторов лучше применять один трехцифровой индикатор. Суть схемы от этого не изменится, но проводов будет меньше! Принципиальная схема
Внешний вид макета
В качестве электронных ключей рекомендуем использовать транзисторы в корпусе TO92, например 2N7000. Для подключения каждого транзистора понадобится два резистора: на 100-150 Ом и на 2.2-10 кОм. Первый резистор призван защитить вывод контроллера от бросков тока, возникающих на затворе во время создания поля. Второй же резистор поможет быстро выключить ключ, когда мы подадим низкий уровень на соответствующий вывод контроллера (через него на землю сольется остаточный заряд затвора).
На каждой линии от регистра к индикатору необходим токозадающий резистор 200-300 Ом, чтобы светодиоды в индикаторе не перегорели. Этот нюанс работы со светодиодами мы рассмотрели на .
Тщательно собираем схему и переходим к программе.
Программа для динамической индикации
const byte digit_pins = {5,6,7};
const byte data_pin = 2;
const byte sh_pin = 4;
const byte st_pin = 3;
unsigned long tm, next_flick;
const unsigned int to_flick = 1;
byte digit = 0;
unsigned int counter = 125;
const byte digits = {
B11101110,
B10000010,
B11011100,
B11010110,
B10110010,
B01110110,
B01111110,
B11000010,
B11111110,
B11110110
};
void fill(byte d){
for(char i=0; i<8; i++){
digitalWrite(sh_pin, LOW);
digitalWrite(data_pin, digits[d] & (1<
Программа счетчика с динамической индикацией
В предыдущем примере переменная counter
хранила число 125 по-умолчанию. Попробуем теперь добавить в программу счетчик секунд, чтобы counter
увеличивался на единицу каждую секунду, вплоть до числа 999.
const byte digit_pins = {5,6,7};
const byte data_pin = 2;
const byte sh_pin = 4;
const byte st_pin = 3;
unsigned long tm, next_sec, next_flick;
const unsigned int to_sec = 1000;
const unsigned int to_flick = 1;
unsigned int counter = 0;
byte digit = 0;
const byte digits = {
B11101110,
B10000010,
B11011100,
B11010110,
B10110010,
B01110110,
B01111110,
B11000010,
B11111110,
B11110110
};
void fill(byte d){
for(char i=0; i<8; i++){
digitalWrite(sh_pin, LOW);
digitalWrite(data_pin, digits[d] & (1<Задания
- Цифровой секундомер. Собрать схему с трехцифровым индикатором. Добавить в схему . При нажатии на кнопку, секундомер должен запускать отсчет. При повторном нажатии — останавливать. Дополнительно, к секундомеру можно добавить дробную часть, отображаемую на третьем индикаторе через точку.
- Цифровой вольтметр для напряжений от 0 до 10 Вольт. Собрать схему с трехцифровым индикатором. Добавить в схему делитель напряжения из двух резисторов на 10 кОм, подключенный к аналоговому входу Ардуино. Написать программу, которая будет каждые 100 мс считывать значение на аналоговом входе, переводить его в Вольты и выводить на индикатор. Для правильного отображения дробной части, необходимо подключить восьмой сегмент — точку.
Заключение
На поверку, динамическая индикация оказывается не такой уж сложной. К нашей старой схеме с регистром добавилось всего три транзистора, которые управляются понятной логикой. На следующих уроках попробуем использовать динамическую индикацию для управления матрицей светодиодов, а также научимся работать со специализированной микросхемой, которая значительно упростит нашу программу.Обновлено 3.04.15. Всем привет. В прошлой статье мы с Вами рассмотрели алгоритм общения с ЖКИ, а также вывод информациина нее, и протестировали в симуляторе. В этой записи я кратенько расскажу о “недорогом” способе вывода информации — это семисегментный индикатор , который является наиболее простым из индикаторов, для отображения арабских цифр, а также некоторых символов, которые возможно на нем вывести. Также рассмотрим программу на Си для AVR, и подключение в железе и симуляторе.
Для отображения букв используются более сложные много сегментные и матричные индикаторы. Но здесь речь пойдет о семи сегментных... Также рассмотрим что такое динамическая индикация , как способ мгновенного отображения измеряемой величины. Для этого в программе рассмотрим использование прерываний.Итак следует знать, что индикаторы бывают с общим анодом и катодом как на рисунке ниже. У меня под руками был индикатор с общим катодом (нижняя часть рисунка), управляющий вывод которого подключают к минусу. Вот с ним мы и будем работать.
Если индикаторов несколько, следовательно и управляются катоды несколькими ножками МК. !!! Но всегда используйте транзисторы, т.к. порты ввода-вывода могут сгореть из-за относительно большого тока. Я использовал обычные 315 транзисторы. На рисунке ниже я отобразил примерное подключение, через них, управляющего вывода индикатора и контроллера. Для монтажа нам потребуется 11 ножек микроконтроллера, т.е. для отображения информации на сегментах 8 ножек (7 +точка) и по одной ножки на каждый индикатор для его управления, у меня их три, поэтому и ножки управления тоже три. Ниже я привел и описал программу. Для управления сегментами будем использовать пины одного порта, что б не путаться. Писал под микроконтроллер ATmega8 . Если Вы хотите отвязаться от “камня” то это не проблема, например в , где без проблем можно изменить настройки под другой “камень”, в основном это номера пинов и портов. Там же описаны общие правила универсальности и переноса.
Рисунок подключения транзистора к МК и индикатору.
Перейдем к программе. В этой небольшой программе (на Си ) я привел пример включения трех элементов индикатора и вывод числа с запятой. Использование таймера и прерывания для вывода на индикатор. В ходе написания программы мы должны определиться какой пин порта должен соответствовать сегменту на индикаторе. Сам элемент индикатора приведен на рисунке ниже. Сбоку описание подключения выводов к сегментам элемента индикатора(пин порта – номер ножки элемента (рис. выше) – буква сегмента – число в массиве, отвечающее за включение сегментов на элементе).
PB0 — 12 — управление первым элементом
PB6 — 9 — управление вторым элементом
PB7 — 8 — управление третьим элементом
PD7 – 11 — (A) — 128
PD6 – 10 — (F) — 64
PD5 – 7 — (B) — 32
PD4 – 5 — (G) — 16
PD3 – 4 — — 8
PD2 – 3 — (DP) — 4
PD1 – 2 — (D) — 2
PD0 – 1 — (E) — 1
#include
#include
#include
/*Определим каждому пину порта элемент семи сегментника (риунок выше)*/
#define a 128
#define b 32
#define c 8
#define d 2
#define e 1
#define f 64
#define g 16
#define dp 4
/*Эти макросы содержат числа, соответствующие двойке, возведенной в степень, равной номеру "ножки" того порта, к которому подключен сегмент индикатора с одноименным макросу названием. */
short unsigned int j, k = 0; /*переменные исп-ся в макросе прерывания*/
float i = 0; /*Переменная для вывода на индикатор*/
short unsigned int w = 0; /*Переменная индикатор для включения точки*/
unsigned char Slot; /*Массив в котором хранятся числа, которые нужно
вывести через порт на индикатор, чтобы он показал цифру, равную номеру
элемента массива. Числа зависят только от макросов.*/
void Slot_init () /*Функция инициализации индикатора*/
{
Slot = (a+b+c+d+e+f);
Slot = (b+c);
Slot = (a+b+g+e+d);
Slot = (a+b+g+c+d); .
Slot = (f+g+b+c); /*Имена макросов соответствуют именам сегментов индик*/
Slot = (a+f+g+c+d);
Slot = (a+f+g+c+d+e);
Slot = (a+b+c);
Slot = (a+b+c+d+e+f+g);
Slot = (a+b+c+d+f+g);
Slot = dp; /*Точка*/
}
/*В этих переменных хранятся цифры, которые нужно отобразить*/
char Elem1, Elem2, Elem3;
/* Функция выделяет цифры из трехзначного числа Number*/
void Display (float Number)
{
float N1, N2; /*Переменные для функции modf*/
N1 = modf (Number, &N2); /*Разбиваем число на целую и дробную части, N1 = дробной N2 = целой*/
if (N1 != 0) /*Еслине равно нулю то присутствует дробь*/
{
Number= Number*10; /*тогда умножаем число на 10, для обычного вывода на индикатор трехзначного дробного числа*/
w = 1; /* переменная индикатор которая используется в цикле ниже, чтобы включать точку*/
}
short unsigned int Num1, Num2, Num3;
Num1=Num2=0;
while (Number >= 100) /*Сотни*/
{
Number -= 100;
Num1++;
}
while (Number >= 10) /*Десятки*/
{
Number -= 10;
Num2++;
}
Num3 = Number; /*Еденицы*/
Elem1 = Slot;
if (w == 1) /*Условие дя включения точки на втором элементе*/
{
Elem2 = (Slot|0×04); /*логическое сложение с пином отвечающим за точку*/
w = 0; /*Выключаем точку*/
}
else
Elem2 = Slot;
Elem3 = Slot;
}
int main (void) /*начало основой программы*/
{
DDRB = 0Xff; /*все выводы порта B сконфигурировать как выходы*/
DDRD = 0xff; /*все выводы порта D сконфигурировать как выходы*/
PORTD = 0×00; /*Устанавливаем 0*/
PORTB |= _BV (PB6);
PORTB |= _BV (PB0);
PORTB |= _BV (PB7);
Slot_init ();
sei ();
/*Разрешить общее прерыввание*/
/*Инициализация таймера Т0*/
TIMSK = (1</*Флаг разрешенияя по переполнению таймера счетчика Т0*/
TCCR0 = (0</* 1000000/8 = 125000= 125000/256 = 488,28 гц */
while (1) /*Бесконечный цикл, выводим переменную на индикатор*/
{
_delay_ms (1000);
i= i+0.1;
if (i == 99.9)
i = 0.0;
Display (i);
} /*Закрывающая скобка бесконечного цикла*/
} /*Закрывающая скобка основной программы*/
Следующим шагом мы добавим функцию прерывания, которая будет срабатывать по специальному вектору TIMER0_OVF_vect , который отвечает за прерывания по переполнению Т0. Для этого мы используем аппаратный таймер/счетчик Т0. Выше, в программе мы с Вами прописали настройки таймера, там же посчитали частоту, с которой будет происходить динамическая индикация. Т.е. когда переполняется регистр счета в счетчике , останавливается общая программа и выполняется функция ниже, после выхода из нее пролжается выполнение основной программы.
ISR (TIMER0_OVF_vect)
{
PORTB &= 0x3e;
//Очистка PB7, PB6, PB0
_for (j = 0; j<=30; j++) { }
// Задержка для выключения транзистора
(k == 3) ? k = 0: k++; /*Переменная, которая отвечает за очередность загорания
трехэлементного индикатора, 0,1 и 2. При определенной цифре, на определенной ножке усатнавливается 1, далее открывается транзистор и загорается сегменты индикатора, соответсвующие переменной Elemn */
switch (k)
{
case 0: PORTB |= (1 << PINB7);
// Единицы
PORTD = Elem3;
break;
case 1: PORTB |= (1 << PINB6);
// Десятки
PORTD = Elem2;
break;
case 2: PORTB |= (1 << PINB0);
// Сотни
PORTD = Elem1;
}
}
Выше приведенная программа испытана в железе и в симуляторе. Ниже выложены рисунки соответственно. В железе я все спаял навесом, на быструю руку. Как видите три элемента индикатора соответственно три транзистора (обведено кружочком) . В симуляторе(Proteus) транзисторы нам не нужны. Так же одно существенное отличие в программе, а именно в прерывании, где происходит з адержка для выключения транзистора - в симуляторе пропишите 50 тактов. Все должно работать.
По ходу публикации постов, программа для индикатора у нас немного изменилась, а именно добавился четвертый элемент, вывод на него знака минус, символов “H” и “C", формат вывода времени и объединение всех режимов . Так что читайте, анализируйте и экспериментируйте.
Ниже исходники и проект по выше приведенному материалу.
(Скачали: 795 чел.)
На этом все. В следущей статье я опишу подключение датчиков температуры и выведем инфорацию на индикатор. До скорой встречи!
Программирование работы многоразрядного семисегментного индикатора
Алгоритм работы программы
Во второй части статьи о мы рассмотрели вопросы . Сегодня мы узнаем как подключить к микроконтроллеру многоразрядный семисегментный индикатор , организовать динамическую индикацию и напишем программу для вывода информации на многоразрядный индикатор
Подключение многоразрядного семисегментного индикатора
Давайте еще раз посмотрим схему подключения многоразрядного семисегментного индикатора к микроконтроллеру:
На этой схеме выводы порта РВ (РВ0 — РВ7) микроконтроллера через токоограничительные резисторы подключены к соответствующим сегментам (a-g) многоразрядного семисегментного индикатора. Соответствующие сегменты всех разрядов индикатора соединены параллельно. Катоды (аноды) каждого разряда индикатора подключены через транзисторы к выводам порта PD.
Организация динамической индикации
Работа многоразрядного индикатора осуществляется следующим образом:
1.
На управляющий транзистор первого разряда индикатора (7Seg1), с вывода порта микроконтроллера PD0 подается логическая единица, которая открывает транзистор, в результате чего подается напряжение питания на данный разряд индикатора. На базах остальных транзисторов — логический ноль, транзисторы закрыты.
2.
На выводах порта РВ0-РВ7 выставляется двоичный код соответствующей десятичной цифры — высвечивается нужная цифра в первом разряде.
3.
На управляющий транзистор второго разряда (7Seg2) с вывода порта PD1 подается логическая единица (на остальные транзисторы — логический ноль) — подается питание на второй разряд индикатора.
4.
На выводах порта РВ0-РВ7 выставляется двоичный код следующей (второй) десятичной цифры — высвечивается нужная цифра во втором разряде.
5.
На управляющий транзистор третьего разряда (7Seg3) с вывода порта PD2 подается логическая единица (на остальные транзисторы — логический ноль) — подается питание на третий разряд индикатора.
6.
На выводах порта РВ0-РВ7 выставляется двоичный код следующей (третьей) десятичной цифры — высвечивается нужная цифра во втором разряде.
7.
И так, по кругу
Такая работа многоразрядного семисегментного индикатора называется —динамическая индикация
.
Частота переключения разрядов должна быть в пределах 100 герц, тогда не будет заметно мерцание разрядов.
Для переключения разрядов можно задействовать (на примере микроконтроллера ATtiny2313) таймер «TIMER 0
«.
Настройка таймера производится следующим образом (при тактовой частоте 1 мГц — заводская установка):
— предделитель таймера устанавливаем в СК/8
— вызов прерывания по переполнению счетчика таймера
Вот так настройка таймера выглядит в программе:
Где:
— SP
— настройка стека
— Timer 0
— настройка параметров таймера
— TIMSK
— настройка прерывания
Алгоритм работы программы
Рассмотрим алгоритм программы для осуществления динамической индикации и вывода данных в многоразрядный семисегментный индикатор:
Этот алгоритм, в принципе, иллюстрирует организацию динамической индикации данных на многоразрядном индикаторе. При этом надо учитывать, что при первом прерывании выполняется первый «прямоугольник», а затем происходит выход из подпрограммы, при втором прерывании выполняется второй «прямоугольник» и тоже выход из подпрограммы и при третьем прерывании — нижний «прямоугольник» с выходом из подпрограммы, и далее по кругу.
Ну а теперь — самое легкое. Напишем программу вывода данных на многоразрядный семисегментный индикатор с динамической индикацией.
Программа индикации на многоразрядном семисегментном индикаторе
Как я уже писал в другой статье — , и чем продуманнее он будет написан, тем легче будет писать программу.
Назначение переменных:
Давайте посмотрим какие переменные для работы подпрограммы вывода данных на индикатор назначил я:
Data0, Data1 и Data2
— переменные, в которые основная программа записывает вычисленное значение (трехзначное)
Data
— переменная, в которой записан адрес первой переменной данных — Data0
@Data
— эта запись означает, что в переменной Data будет храниться адрес первой переменной данных — Data0
DataIndex
— эта переменная хранит текущий номер переменной данных, которая выводилась на индикацию последней (0, 1 или 2, соответственно для Data0, Data1 или Data2)
PortDigits
— эта переменная хранит данные о том, какой разряд индикатора зажигался последним
Настройка стека:
Стек настраивается в самом начале основной программы, мы его рассматривать не будем, так как к нашей подпрограмме он не относится
Настройка восьмиразрядного таймера Taimer0:
Taimer0 в подпрограмме используется как средство обеспечивающее динамическую индикацию разрядов индикатора
Настроенный таймер через определенные промежутки времени вызывает прерывание, в результате чего происходит остановка основной программы и осуществляется переход в подпрограмму обработки прерывания. В нашем случае — вызывается подпрограмма вывода данных на индикатор.
Как настраивается таймер:
Частота переключения разрядов должна быть в пределах 100 Гц для предотвращения мерцания индикаторов при их поочередном зажигании (дело это в принципе индивидуальное, и зависит от особенностей вашего зрения).
Тактовая частота микроконтроллера — 1 мГц, или 1 000 000 Гц
Устанавливаем внутренний делитель частоты таймера в СК/8 — рабочая частота таймера будет в 8 раз меньше тактовой частоты микроконтроллера
Получаем: 1000 000/8 = 125 000 Гц, или 125 кГц — тактовая частота таймера
Настраиваем вызов прерывания по переполнению счетчика таймера (счетчик таймера восьмиразрядный и считает до 255, после этого сбрасывается в ноль и вызывается прерывание)
Получаем: 125 000/255 = 490 Гц (что соответствует времени приблизительно в 2 миллисекунды)
Мы поочередно зажигаем три разряда:
Получаем: 490/3 = 163 Гц — разряды индикатора будут переключаться с частотой 163 Гц.
Настройка таймера производится соответствующей настройкой соответствующих регистров таймера.
Давайте посмотрим как это происходит в Algorithm Builder:
Инициализация индикатора
Инициализация индикатора
— эта фраза подразумевает настройку разрядов портов, к которым подключены выводы индикатора на вывод, а также обнуление переменных данных Data0…2 и запись первоначальных данных в остальные переменные. Процесс инициализации индикатора прописывается в начале основной программы.
Назовем подпрограмму инициализации Ini_Indikator2/
Давайте посмотрим этот процесс на примере:
В первой строке
разряды порта РВ с 0 по 6 (к которым подключены семь сегментов индикатора) настраиваются на вывод информации (десятичную точку индикатора не используем).
Во второй строке
разряды порта PD с 0 по 2 (к которым подключены управляющие транзисторы) также настраиваются на вывод.
Третьей строкой
на выходах порта РВ устанавливается логический ноль — сегменты индикатора погашены для индикаторов с общим катодом).
Четвертая строка
— обнуляем переменную DataIndex
Пятая строка
— в переменную PortDigits записываем единицу
Следующие три строки
— обнуляем переменные данных
Теперь нам необходимо куда-то записать которые будут подаваться на разряды порта PB для высвечивания соответствующей цифры на индикаторе.
В статье по программированию работы одноразрядного семисегментного индикатора, мы эти коды записывали программным путем в ОЗУ микроконтроллера. Сейчас мы сделаем по-другому — запишем двоичные коды в теле самой программы.
Для этого создадим таблицу двоичных кодов и присвоим ей имя, к примеру D0_9:
В этой таблице размещены двоичные коды (хотя и записаны в шестнадцатиричной системе) цифр от 0 до 9.
После проделанной нами предварительной работы, разрешаем микроконтроллеру использовать прерывания и переходим к самому главному — подпрограмме вывода данных на многоразрядный индикатор .
Подпрограмма вывода данных на многоразрядный семисегментный индикатор
Присвоим подпрограмме имя, к примеру
Indikator2
, посмотрим на нее и разберем построчно:
Хочу сразу отметить, что в этой подпрограмме вывод данных начинается не с первого разряда индикатора, а со второго — так удобнее реализовать алгоритм.
В переменной DataIndex храниться номер ячейки памяти (0, 1 или 2) с данными (Data0, Data1 или Data2) которые необходимо вывести на разряд индикатора в текущий момент. Первоначально мы записали в нее ноль.
Первой строкой
мы записываем содержимое DataIndex в регистр R20
, теперь в нем соответственно то-же ноль.
Во второй строчке
мы увеличиваем содержимое регистра R20 на единицу (r20++)
, теперь в R20 записана единица, означающая, что данные мы будем брать из переменной Data1. При втором прерывании R20 увеличится еще на единицу, станет равным 2, и соответственно следующие данные мы будем брать из переменной Data2. При следующем прерывании R20 станет равным 3.
Следующей строчкой
(r20<3)
мы проверяем какая цифра записана в регистре R20 — если меньше трех (0,1 или 2), то переходим по стрелке, а если равно трем, то обнуляем регистр R20 и данные теперь берем из переменной Data0.
Далее
записываем содержимое R20 в переменную DataIndex
.
Следующей командой
@Data -> Y
записываем адрес переменной Data0 в двойной регистр Y (R28, R29).
Затем
складываем содержимое двойного регистра Y с содержимым R20
(0,1 или 2).
Командой
[Y] -> r21
записываем содержимое переменной данных (или Data0, или Data1, или Data2 — в зависимости от значения r20) в рабочий регистр R21. Теперь в регистре R21 записана цифра из соответствующей переменной данных (к примеру цифра 5).
Следующей командой
@D0_9*2 -> Z
мы загружаем начальный адрес таблицы с двоичными кодами в двойной регистр Z (R30, R31). По начальному адресу у нас находится двоичный код для цифры 0.
Теперь
мы складываем содержимое Z с R21
(с пятеркой) и получаем в регистре Z адрес в таблице двоичного кода с цифрой 5.
Следующей командой
LPM[Z] -> R21
мы записываем двоичный код цифры 5 в рабочий регистр R21.
Команду NOP
— холостой ход
, можно и не прописывать — она вставлена для разделения отдельных кусков программы для наглядности.
Следующей командой
PortDidgit -> R20
мы загружаем в рабочий регистр R20 содержимое переменной PortDidgit, а в нее мы предварительно записали единицу. Теперь в R20 записана единица (#b 0000 0001).
Следующей командой
<
С помощью команды
R20.3=1
записанной в овале, мы проверяем — достигла ли логическая единица при сдвигах третьего разряда регистра, и если — да, то записываем в R20 единицу (начинается новый круг).
Командой
R21 -> PortB
мы выводим двоичный код соответствующей цифры на подключенный разряд индикатора.
Командой
R20 -> PortDigits
— мы сохраняем текущее значение в переменной (последний зажженный разряд индикатора).
Для аппаратуры с батарейным питанием применение LCD-индикаторов, как правило, считается более предпочтительным, чем светодиодных (LED) из-за большого тока потребления последних. Данный постулат мне кажется совсем не очевидным по следующим причинам: 1) в современных LCD-индикаторах существует подсветка, которая потребляет до 100 мА; 2) они относительно хрупки и боятся прямых лучей солнца; 3) современные LED-индикаторы (особенно superRED и ultraRED) обладают достаточной яркостью даже при токе в 1 мА через них, и при оперативной регулировке яркости в зависимости от условий освещения, средний ток потребления 4-разрядного индикатора получается не более 30 мА даже на улице, что меньше чем потребление подсветки LCD.
Несмотря на обилие в сети схем с динамической индикацией, схему с программной регулировкой яркости на PIC16 я не встречал. В данной статье показан мой скромный взгляд на реализацию такой задачи. Она предназначена, в основном, для радиолюбителей делающих первые шаги от повторения конструкций к самостоятельному программированию микроконтроллеров.
В статье рассматривается способ управления светодиодной матрицей микроконтроллером PIC среднего семейства, используя прерывания от таймеров TMR0 и TMR2. Таймер TMR2 используется для ШИМ-регулирования среднего тока через включенные сегменты. Алгоритм организации работы следующий:
1. Инициализация. Настраиваем порты микроконтроллера в соответствии со схемой подключения индикатора. Для таймеров 1 и 2 включается режим внутреннего тактирования с предделителем, равным 16 . Разрешается прерывания от периферии.
2. Создаем таблицу-знакогенератор для вывода на индикатор цифр и некоторых (преимущественно латинских) букв и знаков.
3. Резервируем два четырехразрядных переменных. В одну заносим последовательно цифровой код (для цифр – просто цифру) необходимого для вывода знака в соответствии с таблицей из п.2. В другую переменную передаются преобразованные значения из таблицы для постоянного высвечивания на индикаторе.
4. В прерывании от TMR0 последовательно высвечиваются разряды знаков в соответствии с таблицей. Перед сменой разрядов индикатор гасится. В каждом прерывании высвечивается один разряд. После этого обнуляется таймер TMR2, сбрасывается флаг прерывания от TMR2 и разрешаются от него прерывания.
5. В прерывании от TMR2 гасится индикатор и запрещается прерывание от TMR2.
6. В основной программе осуществляется регулировка периода прерывания от TMR2, а значит, времени включенного состояния индикатора путем занесения в регистр PR2 чисел от 7 до 255 в десятичном исчислении по формуле X(n+1)=2*X(n)+1. Получается шесть градаций яркости с разницей между ними в 2 раза. При PR2=255 длительность максимальна (4мс из 4мс), при PR2=7 длительность равна примерно 0.25мс.
Для демонстрации указанного принципа управления, ниже приводится схема на недорогом PIC16F628A и тестовая программа на Ассемблере, которая выводит на индикатор слово «test». При нажатии на кнопку, на индикаторе высвечивается яркость (условно цифрами от 0 до 5). При последующих нажатиях, яркость изменяется по кругу и это сразу видно на индикаторе. Сразу хочу предупредить начинающих: моделирование схемы на симуляторе типа Proteus не позволит увидеть изменение яркости в силу особенностей этой программы (Proteus). Макет схемы для проверки и экспериментов придется собирать в «железе». Впрочем, для наблюдения собственно за организацией динамической индикации (кроме изменения яркости) Proteus-модель прилагается.
Потребление схемы при минимальной яркости менее 4 мА, при максимальной – около 80 мА.
В архиве приведена тестовая программа на Ассемблере MPASM.
Для упрощения схемы и освобождения «ног» для различных действий, применена конфигурация с внутренним генератором и внутренним сбросом. При этом, у тех, что пользуется самодельным программатором без возможности подачи сигнала MCLR раньше Upp, могут быть проблемы с последующими верификацией, чтением и стиранием. Тем, кто не уверен в своем программаторе, а так же если требуется высокая стабильность генератора, можно установить кварц 4 МГц по типовой схеме с выбором в конфигурации “OSC_XT”. В случае, если в конечной схеме требуются прерывания с вывода INT0 (RB0), запятой можно управлять посредством вывода RA4, для индикатора с ОА индикатор к этому выводу подключается напрямую, несмотря на то, что он открытый. Освободившийся вывод RB0 можно использовать по назначению. В программу, в прерывании от TMR0, этом случае, добавляется после “movwf PORTB” код:
Andlw b"00000001" bsf PORTA,4 погасить запятую btfsc STATUS,Z учитываем, что в W инверсное знач. bcf PORTA,4 если 0-й бит = 0, зажечь запятую
Небольшие пояснения к программе:
Выводимое число помещается в переменные OUT_ - OUT+3 в соответствии с разрядом, а с нее в подпрограмме out__ после преобразования помещается в OUT_LED. Конечно можно было бы обойтись без переменной OUT_ и везде для вывода писать:
Movlw X call Table_s movwf OUT_LED
Однако, в исходном виде все гораздо проще и понятнее (поместил в OUT_ и забыл), а так же при множественных выводах с разных мест программы получается экономия кода (4 слова на 1 вывод) – думается хорошая компенсация за лишние 4 байта ОЗУ.
То же самое касается и вывода запятой через переменную comma_.
В подпрограмме-таблице Table_s приняты меры для корректной работы при помещении ее в любое место памяти программ без ограничений на пересечение блоков 256 байт.
Переменная pause_ в прерывании от TMR0 используется для задания временных интервалов 4 мс.
Остальное, я думаю, понятно из алгоритма и комментариев.
P.S. Для 2 или 3 разрядов в программе требуется произвести минимальные изменения, которые, думается, по силам даже для начинающих. Для управления индикатором с количеством разрядов от 5 до 8 необходимо или применить контроллер с большим количеством выводов или же для управления разрядами применить дешифратор 3 на 8.
В первом случае изменения в программе также минимальны (применение вместо порта А другого порта и т.д.). В случае применения дешифратора программа в части прерывания от TMR0 изменится довольно серьезно.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| U1 | МК PIC 8-бит | PIC16F628A | 1 | В блокнот | ||
| H1 | Индикатор | 4х7 FIQ-3641A | 1 | В блокнот | ||
| Q1-Q4 | Биполярный транзистор | КТ361Е | 4 | В блокнот | ||
| C3 | Конденсатор | 22 нФ | 1 | В блокнот | ||
| R1-R7, R14 | Резистор | 150 Ом | 8 | В блокнот | ||
| R8 | Резистор |
