Юрий Ревич - Занимательная микроэлектроника

Потому первые свои законченные часы я сконструировал на универсальном микроконтроллере «в лоб», заставив МК посекундно «тикать» таймером и управлять индикаторами. Это была отличная практика написания программ для МК, и, как сейчас вижу, никаких принципиальных ошибок я не наделал. Хотя я потом создал еще пару конструкций, но и эти, самые первые часы безотказно работают уже вот без малого девятый год. Именно такую, не очень сложную для понимания, конструкцию мы и разберем в этой главе.

Заметки на полях

Предваряя темы в следующих главах, стоит отметить, что на самом деле — для массового производства — так часы, конечно, не делают. В данной конструкции, например, затруднительно воспроизвести календарь— и потому, что его алгоритм весьма громоздок (и в нем легко наделать скрытых ошибок), и потому, что он требует значительно больше индикаторов. Притом цифровыми семисегментными тут, вообще говоря, не обойдешься (день недели не удастся показать). Функции будильника также заметно усложнят схему. Наконец, — и это самое важное, — такие часы сами по себе будут работать неплохо, но если заставить микроконтроллер делать что-то еще полезное, он может попросту не справиться: начать сбоить в отсчете времени, что для часов недопустимо. К тому же такие часы практически невозможно использовать с батарейным питанием, в резервном режиме они могут идти в лучшем случае пару недель.

По этим причинам в более серьезных устройствах (например, когда в дальнейшем мы попробуем объединить часы с различными датчиками) «велосипедов» лучше не изобретать, а выбрать одну из широко распространенных неспециализированных микросхем часов, называемых еще RTC (Real Time Clock), которые включают календарь и функции будильника (а иногда и нескольких), таймера, могут выдавать во внешний мир определенную частоту, потребляют очень мало (типичная величина — 0,8 мкА), иногда обладают встроенным прямо в чип часовым кварцем (и даже с возможностью подстройки). Еще один плюс такой конструкции— часовые кварцы 32 768 Гц, как правило, точнее обычных, тех, что служат для тактирования МК. Выпускаются RTC с самыми разнообразными интерфейсами: от параллельного до I 2С. Именно такие микросхемы применяются, например, в компьютерах. Особенно преуспели в этом деле две фирмы: Dallas (он же MAXIM) и бывшая Seiko (ныне Epson). Далее мы разберем конструкции на основе таких микросхем.

Ну а теперь перейдем непосредственно к конструкции простейших часов, и начнем с выбора подходящего для этой цели МК.

Для выбора МК из предлагаемых фирмой Atmel просто подсчитаем, сколько нам требуется выводов. Во-первых, надо управлять четырьмя разрядами индикации (ЧЧ: ММ). Это мы будем делать в режиме динамической индикации , когда в каждый отдельный момент времени напряжение питания подается только на один разряд индикаторов. В это же время на сегменты, которые все соединены между собой параллельно, подается код, соответствующий именно этому разряду. В следующем такте код меняется, а напряжение подается на следующий разряд, и так далее. При четырех разрядах непосредственное управление предполагает 7 х 4 = 28 задействованных выводов, а динамическое— всего 7 + 4 = 11. Чтобы мигание было незаметно для глаза, полный цикл смены разрядов должен повторяться с частотой не менее 70—100 Гц.

Затем нам надо засвечивать разделительный символ — в часах это традиционно двоеточие. Его, конечно, можно засветить постоянно, но лучше, когда оно мигает с не слишком высокой частотой (иногда можно увидеть конструкции, где разделительное двоеточие мигает быстро-быстро — это, конечно, недоработка, оно должно показывать недостающие на дисплее секунды). Наконец, нам надо часы устанавливать. Для этого минимально необходимо две кнопки (включение режима установки и собственно установка). Итого получилось по минимуму 14 выводов.

По тем временам я остановился на МК AT90S2313 — он выпускается в 20-выводном корпусе (см. рис. 12.1 вверху), в котором минимум 5 выводов должно быть занято под системные нужды (два питания, Reset [13] В МК семейства Mega и Tuny вывод Reset можно использовать и под другие нужды, но в «классике» это было еще не так, да и неудобно это. и два вывода для подключения кварца). Итого нам остается на все про все 15 выводов, что нас устраивает. Мы даже вроде бы получаем один резервный вывод, но далее увидим, что на самом деле под все желательные дополнительные функции выводов нам будет не хватать и придется изворачиваться (сейчас я бы, скорее всего, остановился на ATmega8, у которого 28 выводов корпуса, чтобы не экономить, но для изучения особенностей AVR дефицит даже полезнее). Естественно, если вы захотите повторить схему, и не достанете 2313 Classic, то придется заменить его на ATtuny2313, соответствующим образом установив fuse-бит совместимости (см. главу 13 ). Так как корпус у него тот же самый, то конструкция ничем отличаться не будет.