Программирование

Постоянное развитие микроконтроллеров означает, что сегодня мы можем решать довольно сложные задачи, используя более простые (с точки зрения пользователя) и более дешевые системы. Это хорошо видно на примере популярных микроконтроллеров семейства AVR, которые после приобретения компанией Microchip получили своеобразную вторую жизнь и сейчас проходят очередную модернизацию своих типов и возможностей. Однако за всю эту положительную путаницу также приходится расплачиваться - введением совершенно нового интерфейса программирования и отладки в виде интерфейса UPDI.

Достаточно упомянуть новые микроконтроллеры ATtiny series-0 и series-1, которые объединяют возможности, ранее зарезервированные для старших братьев из серии Xmega, включая систему событий, преобразователи АЦП и ЦАП и независимые от ядра периферийные устройства. Кроме того, они имеют большой объем флэш-памяти, RAM и EEPROM и доступны в небольших корпусах. Аналогичная ситуация и в случае семейств Xmega и Mega, где был введен ряд улучшений и функциональных расширений, а также ранее неизвестная периферия. Я говорю о таких системах, как MegaAVR-0 или AVR-DA.

Микроконтроллеры AVR отлично подходят для простых автономных проектов с питанием от батареи. В этой статье на примере микроконтроллера ATtiny85 я расскажу как снизить энергопотребление, чтобы продлить срок службы батареи. Использование режимов сна позволяет отключать неиспользуемые модули микроконтроллера, тем самым уменьшая потребляемую мощность. Микроконтроллеры AVR поддерживают до 6-ти режимов сна, позволяющих разработчику оптимизировать энергопотребление под требования проекта. Вот список режимов сна:

- IDLE(Холостой ход)
- ADC Noise Reduction(Уменьшение шумов АЦП)
- Power-down(Выключение);
- Power-save(Экономичный);
- Standby(Дежурный);
- Extended Standby(Расширенный дежурный).

Целью этой статьи является обзор того, как работает сервопривод и как управлять им с помощью микроконтроллеров AVR.

Сервопривод нашел широкое применение в радиоуправляемых моделях, робототехнике и автоматике. Он управляется по одному сигнальному проводу с помощью импульсов переменной ширины частота которых равна 50Гц. Основными параметрами этих импульсов являются минимальная ширина, максимальная ширина и частота. Сейчас на рынке представлено огромное количество моделей приводов у которых сигналы управления могут отличаться, но в основном ширина импульса 1 мс соответствует углу поворота в 0 градусов, а ширина в 2 мс соответствует углу в 180 градусов.

В этой и следующих статьях приведу несколько примеров работы с популярным графическим дисплеем на контроллере SSD1306. Дисплей имеет такие интерфейсы подключения как 6800/8000, параллельный интерфейс, I2C и SPI. В моих примерах я буду использовать 7-ми выводной модуль дисплея разрешением 128x64, подключение будет по аппаратному SPI, также будет доступен исходник с интерфейсом I2C. Микроконтроллер буду использовать ATmega328, с достаточно большим объемом памяти, что пригодится например в примерах с анимацией.

Отличие этого проекта от представленного ранее(на ATmega8) состоит в том, что в данной схеме применен микроконтроллер ATmega48, который тактируется от внешнего кварца частотой 16МГц, тем самым была увеличена частота ШИМ импульсов. Для регулировки частоты вращения двигателя используется потенциометр, подключенный к входу ADC3. Переменная speed хранит значение АЦП. При вращении ручки потенциометра, если минимальный порог START_PWM будет превышен, двигатель начнет вращение и можно увеличивать обороты, при обратном вращении ручки бесколлекторный двигатель будет снижать обороты и при снижении минимального порога START_PWM двигатель остановится.

Бесколлекторные двигатели с датчиками Холла(Sensored brushless motors) применяются как тяговые, в электроприводах, где нужен высокий крутящий момент при низких оборотах. Переключение обмоток двигателя происходит по сигналу датчиков. Обычно они встроены в корпус двигателя. В зависимости от типа они могут быть аналоговыми или цифровыми, это следует учесть при написании программы. В моем двигателе датчики цифровые.

В этом варианте контроллера бесколлекторного двигателя для управления силовыми ключами используется специальный драйвер IR2101, который позволяет избавиться от дорогих и дифицитных P-канальных полевых транзисторов. Также с небольшим изменением схемы можно использовать драйвера ключей нижнего и верхнего уровней IR2110 или IR2113. В исходный код внес некоторые изменения, в частности плавный пуск и изменение вращения вала двигателя. При первом запуске двигатель плавно разгоняется, от уровня ШИМ  START_PWM, до уровня WORK_PWM, задержку можно поменять. При повторном запуске двигатель разгонится уже до уровня, который будет в переменной motor_pwm. Эта переменная меняется при помощи ручки энкодера. Переключатель направления вращения работает только когда двигатель находится в выключенном состоянии.

Как известно в коллекторных двигателях постоянного тока коммутация обмоток в нужный момент времени осуществляется с помощью коллекторного узла(якоря). В беcколлекторных двигателях коммутацией управляет электроника. Для определения момента коммутации контроллер может использовать или датчики положения(Датчики Холла) или обратную ЭДС, генерируемую неподключенными обмотками. Датчики положения наиболее часто используются в низкооборотистых(тяговых) двигателях, где пусковой момент существенно варьируется или где требуется его высокое значение, а также где двигатель используется для позиционирования. Управление бесколлекторными двигателями без датчиков используется в тех случаях, когда пусковой момент существенно не изменяется и когда отсутствует необходимость в управлении позиционированием, как, например, в вентиляторах.

Продолжаем знакомиться с различными протоколами передачи данных по ИК связи, на этот раз разберем протокол NEC, который в настоящее время стал очень популярным среди радиолюбителей. Информация в этом стандарте кодируется паузой разной длины между импульсами, если длительность паузы меньше это лог. ноль, если больше - лог. единица. Длина периода лог. нуля составляет 1,12 мс, а длина лог. единицы 2,25 мс, длина паузы лог. нуля составляет 560 мкс, а длина паузы лог. единицы 1,675 мс.

Команды передаются пакетами. Каждый пакет начинается со стартовой последовательности - импульса длиной 9 мс и паузы длиной 4,5 мс. В каждой посылке передается 8 бит адреса и 8 бит команды, причем адрес и команда передаются дважды - в прямом и инверсном виде (это кроме проверки валидности передачи, делает одинаковой общую длительность любой посылки). Каждый байт пакета передаётся младшим битом вперёд.

Все таймеры контроллера тактируются от основного тактового генератора, исходя из битов конфигурации контроллера это может быть внутренний RC генератор, внешний кварцевый резонатор или сигнал внешнего генератора. Также регистром TCNTn может управлять сигнал идущий со счетного входа Tn. В микроконтроллере Atmega8 есть один таймер, который имеет свой собственный генератор - это Таймер/счетчик 2, т.е. таймер может работать асинхронно от всей остальной периферии. Чтобы задействовать генератор Т2 необходимо подключить к выводам TOSC2 и TOSC1 кварцевый резонатор на рекомендуемую частоту 32768 Гц. Корпус этого кварца необходимо заземлить. Обычно асинхронный режим применяют для постройки часов реального времени, т.к. Т2 будет отдельно работать от основного ядра контроллера это значительно снижает энергопотребление процессора. Обслуживанием асинхронного режима работы Т2 занимается регистр ASSR, ниже показано назначение его битов: