Светодиодные индикаторы микроконтроллеров
Технические решения защищены патентами РФ №2390048, №2547217 на изобретение. Опытная партия индикаторов выпущена при содействии ООО «МЭЛТ».
Модули mED24/44/64/84/104, далее mEDx4, предназначены для отображения информации в составе микроконтроллерных устройств, на 2/4/6/8/10 -разрядных семисегментных светодиодных индикаторах.
Основные характеристики:
• двухпроводный последовательный интерфейс DDI© 1;
• 2/4/6/8/10-и разрядный 7-и сегментный LED;
• клавиатура — 4х1
Модуль (рис.1) имеет двухпроводный последовательный интерфейс передачи данных. Линия SD (Serial Data) двунаправленная, используется для передачи данных от микроконтроллера к модулю, чтения состояния кнопок и выбора группы (чет/нечет) индикаторов при динамической индикации. По линии CLK микроконтроллером передаются синхроимпульсы.
Состав: сдвиговые регистры (U2), коммутатор кнопок (U1), ключ коммутатора (VT1), разрядный ключ VT4, ключ питания с парафазным выходом VT5/2/3, интегрирующая цепь-R9,C2.
Модули представляют собой последовательно соединенные 8-битные регистры сдвига, к выходам которых, в свою очередь, подключены попарно сегменты светодиодных индикаторов. Это позволяет одним 8-разрядным регистром управлять двумя разрядами в режиме разделения времени индикации.
Для управления 2n-разрядным индикатором на шине SD микроконтроллером формируется меандр (рис.2). При высоком уровне открыт транзистор VT2 и с «землей» соединены катоды светодиодов четных знакомест, при низком — нечетных. В моменты смены группы отображаемых знакомест происходит перезагрузка содержимого сдвиговых регистров и, один раз за период, опрос состояния кнопок.
На время перезагрузки, для устранения паразитной подсветки сегментов, цепь питания индикаторов разрывается ключом на транзисторе VT5. Импульс записи в регистр сдвига открывает транзистор VT4 и конденсатор C2 разряжается. Ключ VT5 (Id) откроется только после завершения обновления данных в сдвиговом регистре модуля, когда конденсатор C2 снова зарядится через резистор R9. Указанные на схеме номиналы гарантируют отсутствие паразитной подсветки при работе модулей с микроконтроллерами, тактируемыми частотами 1 МГц и выше.
Каждый бит входной последовательности (рис.3) данных на SD тактируется передним фронтом импульса синхронизации, по которому производится запись и сдвиг информации в регистре. Высокий уровень на CLK открывает ключ VT1 и замыкает выход коммутатора на шину SD. Это время используется для чтения состояния адресуемого канала портом микроконтроллера, сконфигурированного как вход. Сканирование кнопок осуществляется «бегущей 1».
Особенности и недостатки
По сравнению с типовой схемой включения, содержащей несколько разрядных ключей и один сдвиговый регистр, данная схема имеет небольшой недостаток, заключающийся в том, что начавшуюся регенерацию нежелательно прерывать, чтобы не начинать ее сначала. В первом случае цикл регенерации равен времени вывода байта в сдвиговый регистр, во-втором — время вывода байта, умноженное на количество разрядов индикатора, деленное пополам. При 10-и разрядном индикаторе необходимо единовременно выводить 5 байт. Однако, надо отметить, данное решение, без заметного мигания, работает с периодом регенерации 16-32 mS против 1-4 mS у типовой схемы. Эта особенность позволяет экономить процессорное время, уменьшая затраты на индикацию. В качестве U1 могут применяться микросхемы CD4066 и 74HC4066. Каждой должен соответствовать свой номинал резистора R10 (см. схему), который, вместе с сопротивлением открытого ключа, должен ограничить до допустимого выходной ток порта микроконтроллера при опросе кнопок. На схеме указан двоичный «вес» каждой кнопки, которые позволяют определить скан-код при одновременном нажатии двух и более кнопок. Таким образом, модули предоставляют возможность пользователю использовать до 15 команд.
Конструкция
Pис. 4 Модуль mED44
Рис.5 Линейка модулей mEDx4
Размер mED24 — 19 x 51 мм. Каждый следующий модуль длиннее предыдущего на 25 мм.
Практическое применение
Линейка модулей mEDx4 универсальна и позволяет работать с микроконтроллерами любого семейства. При испытаниях модуля период динамической индикации (рис.2) устанавливался 8 мс, при этом максимальное время на чтение состояния кнопок и перезагрузку 4-х разрядного индикатора (2 байта) составило 50 мкс (тактовая частота микроконтроллера AVR 10 МГц). Ток потребления, на один разряд индикатора, приблизительно 12,5 mA.
В качестве примера использования индикаторного модуля mED44 приводится широко известная схема измерителя емкости Чана (Chan). Индикатор mED44 подключается точно также, как предусмотрено автором, но разрядные ключи не используются, кнопка SW1 не подключается. Вместо S2313 применен tiny2313 и, как следствие, монитор питания отсутствует. Программная часть (cm48.asm) была доработана под возможности описанного индикатора.
Кнопка EN компенсирует собственную емкость измерителя, одновременное нажатие пары кнопок UP-EX и DN-EX (см. схему mEDx4) калибрует измеритель по эталонным конденсаторам 100000 и 1000 пФ соответственно. Есть возможность выставить нулевые показания и настроить измеритель по любому эталонному конденсатору, в двух диапазонах, изменяя константы, записанные в EEPROM. Увеличение значения константы увеличивает показания прибора. Корректирующие коэффициенты, побайтно (6 байт), складываются со значением 0x55, и последний байт берется в качестве контрольной суммы. Автор использовал прецизионный конденсатор К71-7 4700±1% (LR) и, измеренный вызывающим доверие прибором, пленочный конденсатор емкостью 221 нФ (HR). Субъективно, точность прибора не выходит за предел ±2,5%.
===================
1. DDI — The interface of distant devices (интерфейс удаленных устройств)
© BABANIN VALERY 2014
140614_7