можно собрать по одной из схем из главы 9), как описано в руководстве.
Это самая крупная ошибка, которую можно допустить, но есть и помельче, правда, легче исправляемые. Ячейка SPIEN разрешает/запрещает последовательное программирование по SPI и должна оставаться в нулевом состоянии.
Ячейка S8535C (в других моделях она, соответственно, будет иметь другое название, или вовсе отсутствовать) очень важна, она определяет режим совместимости с семейством Classic (в данном случае с AT90S8535). Если ее установить в нулевое состояние, то МК семейства Mega (а также и единственный представитель Tuny — модель 2313) перейдет в режим совместимости, про все «навороты» можно забыть (кроме, конечно, самих конфигурационных ячеек), и без изменений использовать наработанные старые программы. В режиме совместимости следует учесть, что состояния МК нельзя перемешивать: если fuse-бит совместимости запрограммирован, то программа компилируется полностью, как для семейства Classic (в том числе с помощью соответствующего inc-файла), иначе она может не заработать. Например, AT90S8535 имеет 17 прерываний, a ATmega8535 — 21, и те же самые прерывания могут оказаться на других местах.
Еще одна важная ячейка — EESAVE, которая на рис. 13.7 установлена в единицу (режим по умолчанию), но ее целесообразно перевести в нулевое состояние, тогда при программировании памяти программ не будет стираться содержимое EEPROM. Ячейки SUT определяют длительность задержки сброса, и в большинстве случаев принципиального значения их состояние не имеет.
Наконец, для нас будет иметь значение состояние ячеек BODEN и BODLEVEL. Первая, будучи установлена в ноль, разрешает работу т. н. схемы BOD (Brown-out Detection), которая сбрасывает контроллер при снижении питания ниже допустимого порога. Ячейка BODLEVEL и определяет этот самый порог: при установленной в ноль ячейке он равен 4 В, при единице — 2,7 В. При питании 5 В надо выбирать первое значение, при 3,3 В — второе. Это предохраняет контроллер от «недопустимых операций» при выключении питания, но для обеспечения полной сохранности содержимого EEPROM таких мер оказывается недостаточно и приходится принимать дополнительные.
Ячейки, название которых начинается с BOOT, определяют режим начальной загрузки. Как я уже упоминал, в современных AVR можно изменять начальный адрес программы и расположение векторов прерываний. Эти ячейки, как и все остальные, следует оставить в исходном состоянии. В том числе это касается и битов защиты программы, которые на практике никакой защиты не дают, т. к. при необходимости легко обходятся. Зато неприятностей могут доставить массу, поскольку раз запрограммировав их, исправить что-то уже будет очень трудно, а для любителя почти невозможно.
Глава 14Проба пера: настольные часы
Вы никогда не задумывались, почему на обычных часах стрелки идут слева направо? Вот если бы солнечные, а затем и механические часы были изобретены в Южном полушарии, все было бы наоборот.
Сетевой Журнал Русского Ословодства
Сконструировать свои первые настольные часы «для дома, для семьи» меня заставила судьба. ЖК-индикаторы в работающих от сети стационарных конструкциях я полагаю неуместными — они «слепые» даже днем, а надо, чтобы часы было видно и ночью. Между тем, пытаясь в конце 1990-х приобрести настольные часы в связи с переездом на новую квартиру, я попал в какой-то неудачный момент, когда во всей Москве не было часов со светящимися индикаторами: старинные советские изделия, в которых малюсенькие голубенькие циферки были еле видны за густой сеткой анода, уже исчезли из продажи, а импортные на светодиодах, как говорится, «не завезли». В результате пришлось делать самому такие, какие нравится.
И хорошо, что я их сделал, потому что то, что, наконец, появилось в продаже позднее, проигрывает моей самодельной конструкции, по крайней мере, по двум статьям: по точности хода и цвету свечения индикаторов (ядовито-красный без какой-либо возможности выбора). Правда, фирменные конструкции несколько меньше размерами и обладают функциями будильника, но последние мне без надобности (никогда не пользовался будильниками), а реализовать их при необходимости несложно. Так что, как видите, часы конструировать самостоятельно стоит.
Отдельный вопрос — на какой же именно элементной базе все это делать? Во-первых, существуют, естественно, специальные микросхемы для часов.
Начал я именно с экспериментов с такими схемами (отечественного выпуска), и даже получил вполне работоспособную конструкцию. Но мне очень не понравилась их негибкость и приспособленность под определенную разновидность индикаторов, отчего пришлось «упражняться» со схемами усиления и преобразования уровней. Конструкция получилась довольно громоздкой — зачем тогда вообще специальная микросхема?
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 I2С. 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] 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.
Теперь общая схема. Выбираем индикаторы большого размера (высота цифр — 1" или 25,4 мм), с общим анодом, т. е. типа SA10, если брать продукцию Kingbright. Лично я предпочитаю желтого свечения (например, SC10-21Y), но это не имеет значения. Так как падение напряжения у них может достигать 4 В, то от того же источника, что требует МК (5 В), питать их нельзя.