Юрий Ревич - Занимательная электроника
На рис. 20.5 показан внешний вид табло такого измерителя, где дополнительные индикаторы изготовлены на основе шестнадцатисегментных PSA-05 красного свечения, в то время как основные семисегментные цифры — зеленого свечения. Минус, как и в главе 17, изготовлен из плоского светодиода.
Рис. 20.5. Размещение индикаторов измерителя температуры и давления
Так как здесь выводов портов хватает, то можно назначить для управления сегментами разряды подряд, для чего выбран порт С (семь его битов из восьми). Тогда для упрощения программы можно применить следующий прием: где-либо в программе определяются константы, соответствующие маске сегментов для рисунка цифр (зажженному сегменту соответствует единица, младший бит соответствует сегменту а, далее по порядку):
Затем в процедуре индикации мы читаем эти константы с помощью инструкции lpm, которая специально предназначена для чтения констант из памяти программ. Инструкция находит их по адресу, в данном случае по метке OUT_N (т. к. адресация в памяти производится байтами, а нумерация команд выполняется словами, то адрес метки приходится умножать на два). После чего выводим в порт С непосредственно маску цифр:
Маски расположены по порядку цифр от 0 до 9. Поэтому перед выполнением этой последовательности команд у нас в рабочем регистре temp должно содержаться значение, соответствующее цифре, выводимой в текущем такте индикации. Так мы избавляемся от процедур рисования знаков. Разряды РВ0-РВ5 назначаем для управления разрядами индикации, а вывод PD7 — для управления знаком температуры.
Не показан на схеме и программирующий разъем, который одинаков для любой схемы на AVR и приведен на рис. 19.2 (соответствующие выводы для ATmega8535 названы на схеме рис. 20.4).
То, что вывод MOSI (вывод 6) совпадает с выводом индикации единиц давления, вас смущать уже не должно. Однако незадействованные в других функциях выводы программирования (в данном случае MISO и SLK, выводы 7 и 8) следует не забыть подсоединить к питанию (в нашем случае к цифровому питанию +5 Вц) «подтягивающими» резисторами номиналом от 1 до 10 кОм, как и показано на рис. 19.2.
Схема источника питания показана на рис. 20.6.
Рис. 20.6. Схема источника питания для измерителя температуры и давления
Измеритель имеет четыре питания (+5 Вц, +5 Ва, — 5 Ва и +12 В для индикации) и три «земли», причем обычным значком «» здесь обозначена аналоговая «земля» GNDa. Линия цифровой «земли» обозначена GNDц, кроме этого, имеется еще общий провод индикаторов GNDи. Все три «земли» соединяются только на плате источника питания. Отмечу, что готовый трансформатор с характеристиками, указанными на схеме, вы можете не найти. Поэтому смело выбирайте тороидальный трансформатор мощностью порядка 10–15 Вт на напряжение вторичной обмотки 10–12 В (которое будет использоваться для индикаторов и стабилизатора +5 Вц), измерьте на нем количество витков на вольт (как описано в главе 9) и домотайте три одинаковых обмотки на 7–8 В, каждая поверх существующих, проводом не тоньше 0,3 мм в диаметре. Удобнее всего их мотать одновременно сложенным втрое проводом заранее рассчитанной длины.
Программа
Чтобы перейти к обсуждению непосредственно программы измерителя, нам нужно решить еще один принципиальный вопрос. Передаточная характеристика любого измерителя температуры, показывающего ее в градусах Цельсия, должна «ломаться» в нуле — ниже и выше абсолютные значения показаний возрастают. Так как мы тут действуем в области положительных напряжений, то этот вопрос придется решать самостоятельно (в АЦП типа 572ПВ2, напомним, oпpeделeниe абсолютной величины и индикация знака производились автоматически).
Это несложно сделать, если представить формулу пересчета значений температуры в виде уравнения N = K·|x — Z|, где N — число на индикаторе, х — текущий код АЦП, Z — код АЦП, соответствующий нулю градусов Цельсия (при наших установках он должен соответствовать примерно середине диапазона). Чтобы вычислить значение абсолютной величины, нам придется сначала определять, что больше — х или Z, и вычитать из большего меньшее. Заодно при этой операции сравнения мы определяем значение знака. Если в регистрах AregH: AregL содержится значение текущего кода АЦП х, а в регистрах KoeffH: KoeffL значение коэффициента Z, то алгоритм выглядит примерно вот так:
Здесь разряд 7 порта D (вывод 21 контроллера) управляет плоским светодиодом «минус», который горит, если температура ниже нуля, и погашен, если выше. Давление занимает только положительную область значений, поэтому там такой сложной процедуры не понадобится. Если вы посмотрите на характеристику датчика в фирменном описании, то выясните, что он работает не с начала шкалы — нулевому напряжению на выходе (и, соответственно, нулевому коду АЦП) будет соответствовать некоторое значение давления. В результате можно ожидать, что в формуле пересчета значений давления, представленной в виде N = K(x + Z), все величины будут в положительной области.
Физический смысл коэффициента К — крутизна характеристики датчиков в координатах «входной код АЦП — число на индикаторах». Умножение на коэффициент К мы будем производить описанным ранее методом — через представление его в виде двоичной дроби (за основу берется 210 = 1024, этого будет достаточно). Вычисление ориентировочных значений коэффициентов К и Z поясняется далее, при описании процедуры калибровки.
Теперь можно окинуть взглядом собственно программу. Целиком ее текст и результирующий hex-файл можно скачать с сайта автора по адресу http://revich.lib.ru/AVR/TPineter.zip. При всей своей видимой «навороченности», программа TPmeter занимает в памяти программ контроллера всего 632 байта — сравните со многими килобайтами и даже десятками килобайт, которые будет занимать аналогичная программа на Arduino.
Как вы видите из таблицы прерываний, здесь используется всего один, самый простой Timer 0, который срабатывает с частотой около 2000 раз в секунду. В его обработчике по метке TIM0 и заключена большая часть функциональности. В каждом цикле сначала проверяется счетчик cRazr, который отсчитывает разряды индикаторов (от 0 до 5). В соответствии с его значением происходит формирование кода индицируемого знака и затем на нужный разряд подается питание. После формирования цифры программа переходит к довольно запутанному, на первый взгляд, алгоритму работы АЦП. На самом деле он не так уж и сложен.
Управляют этим процессом две переменных: счетчик циклов countcyk и счетчик преобразований count. Первый из них увеличивается на 1 каждый раз, когда происходит прерывание таймера. Когда его величина достигает 32 (т. е. когда устанавливается единица в бите 5, см. команду sbrs countcyk, 5), то значение счетчика сбрасывается для следующего цикла, и происходит запуск преобразования АЦП, причем для канала, соответствующего значению бита в регистре Flag, указывающего, что именно мы измеряем сейчас: температуру или давление. Таким образом измерения равномерно распределяются по времени.
Сами преобразования отсчитываются счетчиком count до 64 (поэтому цикл одного измерения занимает чуть более секунды: 32x64 = 2048 прерываний таймера, а в секунду их происходит примерно 1953). Когда это значение достигается, то мы переходим к обработке результатов по описанным ранее алгоритмам: сумма измерений делится на 64 (т. е. вычисляется среднее за секунду), затем вычитается или прибавляется значение коэффициента Z и полученная величина умножается на коэффициент К, точнее — на его целый эквивалент, полученный умножением на 1024. Затем произведение делится на это число (отбрасывается младший байт и оставшиеся сдвигаются на два разряда вправо) и преобразуется к распакованному двоично-десятичному виду, отдельные цифры которого размещаются в памяти для последующей индикации. Как только очередной такой цикл заканчивается, меняется значение бита в регистре Flag, поэтому давление и температура измеряются попеременно. В целом выходит, что значение каждой из величин меняется примерно раз в две секунды и представляет собой среднее за половину этого периода. Собственно результат измерения читается в прерывании АЦП (процедура по метке readADc), которое происходит автоматически по окончании каждого преобразования. В нем увеличивается значение счетчика count, извлекается из памяти предыдущее значение суммы показаний (в зависимости от регистра Flag — температуры или давления), считываются значения АЦП, суммируются с предыдущими значениями, и сумма записывается обратно в память. Практически весь алгоритм мы описали — осталось только понять, как получить значения коэффициентов преобразования К и Z и затем произвести точную калибровку.
