Программирование на Си

Датчики температуры с однопроводным интерфейсом 1-WIRE были разработаны фирмой DALLAS SEMICONDUKTOR для использования совместно с микроконтроллерами. Впоследствие эти датчики стали выпускаться фирмой MAXIM. Каждый датчик температуры имеет 56-разрядный индивидуальный идентификационный код, поэтому по одному проводу может быть опрошено практически неограниченное число датчиков. Перед установкой таких датчиков в одну линию необходимо считать 64 разрядный код ROM (в него входит 56-битный номер датчика и 8 бит регистра контроля четности) для каждого датчика и учитывать его при программировании микроконтроллера. Передача 64 разрядов занимает много времени, поэтому в устройствах, использующих небольшое число датчиков, можно обойтись выделением отдельного выхода микроконтроллера для каждого датчика.

Термодатчики DS1820 (DS18S20, DS1821, DS18B20)имеют следующие технические характеристики:
- индивидуальный 64-битный идентификационный номер;
- напряжение питания от +3 до +5,5 В;
- измеряемая температура от -55 до + 125°С;
- погрешность измерения температуры в диапазоне -10...+85°С не более 0,5°С;
- в остальном диапазоне температур погрешность измерения не превышает 2°С;
- информация о температуре выдается 9-битным кодом;
- установка пороговых значений температуры по максимуму и минимуму,
- максимальное время преобразования температуры в код 750 мс;
- возможность питания от высокого уровня шины данных;
- термодатчики не требуют индивидуальной настройки при замене.

В этой статье займемся изучением практического применения цифровых датчиков температуры DS18B20. Сделаем простой термометр на семисегментных индикаторах, который будет показывать положительную и отрицательную температуру с разрешением 0,1 градус Цельсия. Для этой цели используем микроконтроллер Atmega8, который работает от внутреннего генератора частотой 8 МГц, семисегментный индикатор с общим анодом(четырехразрядный) и датчик температуры DS18B20. Схема устройства показана на рисунке 1. Шину данных датчика подключаем к порту PC0, а также подключаем к плюсу питания через резистор R1 номиналом 4,7 кОм, поскольку выходной транзистор датчика имеет открытый сток. При питании датчика от шины данных(паразитное питание) вывод 3 датчика остается свободным.

Как уже известно последовательность действий при работе с одним датчиком будет такая:

1) послать сигнал обнуления линии (480...960 мкc);
2) принять импульс присутствия или заполнить время паузой (60...240 мкc);
3) послать команду пропуска идентификации 0xCC;
4) послать команду начала преобразования 0x44;
5) пауза не менее 500 мкc для завершения процесса преобразования;
6) обнулить линию;
7) послать команду пропуска идентификации 0xCC;
8) послать команду считывания блокнота 0xBE;
9) принять 12 байт(по умолчанию);
10) выделить и проанализировать бит десятых долей градуса с установленной точностью, в нашем примере это 0,0625;
11) проанализировать бит знака;
12) если знак отрицательный, то перевести значение температуры в дополнительный код;
13) делаем преобразование целой и дробной части значения температуры и выводим на дисплей.

Система инфракрасного дистанционного управления RC5 была разработана фирмой Philips для нужд управления бытовой аппаратурой. Когда мы нажимаем кнопку пульта, микросхема передатчика активизируется и генерирует последовательность импульсов, которые имеют заполнение частотой 36 кГц. Светодиоды преобразуют эти сигналы в ИК-излучение. Излученный сигнал принимается фотодиодом, который снова преобразует ИК-излучение в электрические импульсы. Эти импульсы усиливаются и демодулируются микросхемой приемника. Затем они подаются на декодер. Декодирование обычно осуществляется программно с помощью микроконтроллера. Код RC-5 поддерживает 2048 команд. Эти команды составляют 32 группы (системы) по 64 команды в каждой. Каждая система используется для управления определенным устройством, таким как телевизор, видеоплеер и т. д.

Команда согласно протоколу RC5 показана на рис. 1. Кодовая последовательность (красный цвет) состоит из 14 тактовых интервалов длительностью по 1,78 мс (64 периода частоты 36 кГц), в каждом из которых передают один разряд двоичного кода. Лог. 1 соответствует положительный перепад уровня в середине тактового интервала, лог. 0 — отрицательный.

Подробную теоретическую информацию о шаговых двигателях можно найти на просторах интернета, а здесь займемся практическим решением. Униполярный двигатель имеет одну обмотку в каждой фазе, от середины обмотки сделан отвод. Это позволяет изменять направление магнитного поля, создаваемого обмоткой, простым переключением половинок обмотки. При этом существенно упрощается схема драйвера. Драйвер должен иметь только 4 простых ключа. Средние выводы обмоток могут быть объединены внутри двигателя, поэтому такой двигатель может иметь 5 или 6 выводов. Иногда униполярные двигатели имеют раздельные 4 обмотки, по этой причине их ошибочно называют 4-х фазными двигателями. Каждая обмотка имеет отдельные выводы, поэтому всего выводов 8. Из-за простоты подключения и управления униполярного двигателя в этой статье рассмотрим именно этот тип шагового двигателя.

DS1307 - микросхема часов реального времени с интерфейсом I2C(TWI). Часы / календарь хранят следующую информацию: секунды, минуты, часы, день, дату, месяц и год. Конец месяца автоматически подстраивается для месяцев, в которых менее 31 дня, включая поправку для високосного года. Часы работают в 24-часовом или 12-часовом формате с индикатором AM/PM. DS1307 имеет встроенную схему контроля питания, которая обнаруживает пропадание питания и автоматически переключает схему на питание от батареи.

ADXL312 небольшой по размеру, с низким энергопотреблением 3-осевой акселерометр с высоким разрешением (13-бит) измерения до ± 12 гр. Цифровые данные передаются в формате 16-битных посылок либо через SPI (3-х или 4-х проводной), либо через интерфейс I2C.

ADXL312 хорошо подходит для автомобильной сигнализации или использования в "черных ящиках". Он измеряет статическое ускорение силы тяжести в наклон зондирования, а также динамическое ускорение в результате движения или удара. Ее высокое разрешение (2.9 mg/LSB) позволяет измерять наклоны с разрешением всего 0,25°. Встроенный FIFO(буфер обмена) облегчает использование передискретизационных методов, чтобы улучшить разрешение наклона до всего лишь 0,05°.

При необходимости использования в устройстве клавиатуры с большим количеством кнопок, например в кодовом замке, очень часто применяют матричную клавиатуру. Если подключить 12 кнопок обычным способом потребуется 12 выводов микроконтроллера плюс общий провод, в матрице же используется всего один порт контроллера, что способствует экономии выводов контроллера. Кнопки в такой клавиатуре подключаются к общим столбцам и к общим строкам, линии порта микроконтроллера разделяются на ввод PB7-PB4 и вывод PB3-PB0. В каждый момент времени сигнал низкого уровня (логический ноль) подается только на одну строку кнопок, на остальные должна подаваться логическая единица. Это исключит неоднозначность определения номера нажатой кнопки. Двоичные сигналы, присутствующие при этом на столбцах клавиатуры, считываются через порт ввода микроконтроллера.

Применение сдвиговых регистров таких как 74HC164 обусловлено возможностью управления большим количеством выходных линий с помощью 3-х линий управления, например эти регистры можно использовать для подключения гирлянд или матриц из светодиодов. Они широко используются в бытовой и промышленной аппаратуре для вывода данных на индикаторы или опросе матричной клавиатуры. Из управляющих входов в этой микросхеме есть: DATA, RESET, CLK и есть 8-выходов, получается эта микросхема преобразует последовательный код в параллельный. Вход RESET который сбрасывает установленные значения на выходе обычно не используется, так как занимает лишний вывод у микроконтроллера, он должен всегда быть поднятым к Vcc. Обнулять значения можно посылкой из 8бит логических единиц. Вход CLK продвигает значение по регистру. На вход DATA поступают данные в последовательном режиме.

Сдвиговый регистр 74HC595 находит то же применение что и регистр 74HC164, но у первого больше функций и возможностей. У него есть так называемая "защелка", которая управляет выходами регистра, т.е. как только все биты поступят в регистр их надо "защелкнуть", зафиксировать, чтобы данные появились на его выходе, данные на выходах не изменятся пока мы вновь не "защёлкнем" их. Выходы регистра можно установить в высокоомное состояние(HI-Z), т. е. они будут висеть в воздухе, нагрузка полностью отключается. Также как и 74HC164, регистры 74HC595 можно соединять последовательно цепочками, это применяется например в матричных светодиодных индикаторах.

Как известно ЖК дисплей на базе контроллера HD44780 требует для управления минимум 6 линий ввода/вывода микроконтроллера, поэтому подключить его к микроконтроллеру с малым числом портов, например Attiny13, в стандартном 8/4-битном режиме невозможно.

В этой статье мы рассмотрим технику управления ЖК дисплеем с использованием всего лишь трех линий ввода/вывода микроконтроллера. Команды управления и данные будут пересылаться последовательно в сдвиговый регистр 74HC595(8-разрядный сдвиговый регистр с защелкой на выходе), а параллельные выходные данные с регистра поступают на LCD.

Символьные ЖК дисплеи на базе контроллера HD44780 требуют 14 выводов для управления: 8 линий данных (D0…D7), 3 линии управления (RS, E, R/W), 3 линии питания (Vdd, Vss, Vo). Кроме того многие модели оснащены подсветкой.