Описан простой эксперимент с подключением кнопки к AVR микроконтроллеру, разобрана не сложная программа на языке Си для обработки нажатий кнопки. Разберемся с особенностями подключения кнопки к портам МК, а также с методами считывания состояний кнопки на языке Си.
В предыдущих статьях были рассмотрены эксперименты со светодиодами, которые подключались к портам микроконтроллера, сконфигурированных на вывод (Output).
В этой статье мы подключим к микроконтроллеру кнопку, контакты которой при нажатии замыкаются, а при отжатии - размыкаются (замыкающая кнопка).
Принципиальная схема эксперимента
Для того чтобы можно было хоть как-то наблюдать и управлять чем-то с помощью кнопки мы подключим к микроконтроллеру еще два светодиода. Схемка очень простая, вот она:
Рис. 1. Принципиальная схема эксперимента с микроконтроллером ATtiny2313 и кнопкой.
Как видим, к двум портам PB0 и PB1 через ограничивающие резисторы подключены два светодиода, а к порту PD2 - кнопка и она также с ограничивающим резистором. Для подключения программатора к МК используется разъем Conn 1 (AVR-ISP), а для подключения схемы к отдельному источнику питания +5В предназначены два контакта - P1 и P2.
Рис. 2. Собранная на беспаечной макетной панели схема эксперимента с микроконтроллером и кнопкой.
Важно заметить что для безопасного использования порта с кнопкой, последовательно ей подключен резистор с сопротивлением на 1 КОм (можно подключить и на другое сопротивление 600 Ом - 2 КОм). Примите это как правило хорошего тона в работе с пинами, которое обережет порт МК от выхода из строя в случае ошибочной подачи на пин высокого уровня и при замкнутой кнопке.
Структура портов ввода-вывода в AVR микроконтроллерах
Пины микроконтроллера являются универсальными GPIO (General Purpose Input Output), к ним можно подключать как исполнительные устройства (индикаторы, силовые ключи), так и разнообразные цифровые датчики (кнопки, переключатели).
Несколько пинов в МК могут быть подключены к АЦП/ЦАП (Аналогово-Цифровой-Преобразователь и наоборот), с их помощью можно выполнять анализ и генерацию аналоговых сигналов. Обычные GPIO не умеют работать с аналоговыми сигналами, у них на входе/выходе может быть только 0 (0В) или 1 (+5В).
К каждому пину GPIO внутри микроконтроллера подключены несколько блоков и электронных компонентов, о которых полезно знать:
- Между пином порта и каждой из шин питания (GND и VCC) подключено по диоду . Они используются для "гашения" кратковременных помех, скачков напряжения относительно пина и каждой из шин питания;
- Также между пином и GND включен конденсатор . Точно не знаю зачем он нужен, возможно для защиты от помех, для предотвращения дребезга контактов при использовании кнопок и переключателей подключенных к пину, или еще для чего-то;
- К каждому пину подключен электронный ключ с резистором - это подтяжка пина к напряжению источника питания (Pull-UP) . Данный электронный ключ включается программно и служит для установки по умолчанию высокого логического уровня 1 (+5В) при работе с пином в режиме ввода (Input);
- Между пином и каждой из шин питания (GND и VCC) включены еще два электронных ключа (без резисторов), они нужны для установки на пине высокого (+5В) или низкого (0В) логического уровня при работе пина в режиме вывода (Output).
Для программного управления и конфигурирования каждого из портов применяются три специальных регистра, к примеру для порта "B":
- DDRB - регистр (8 бит) для установки режимов работы пинов - на ввод или вывод. Осуществляется установкой соответствующих бит в регистре;
- PORTB - регистр для управление состоянием пинов порта в режиме вывода - высокий или низкий уровень. Также используется в режиме ввода, применяется для включения подтягивающих резисторов (Pull-UP) и установки высокого уровня на входе по умолчанию;
- PINB - регистр, который содержит логические состояния пинов в порте, используется для чтения значений портов, которые сконфигурированы в режиме ввода.
Более детально узнать об устройстве портов для конкретной модели микроконтроллера можно из его даташита, в разделе "I/O-Ports", также там могут быть приведены примеры кода на Си и Ассемблере для работы с портами.
Пин RESET в качестве порта ввода-вывода
Полезно знать что пин "RESET" микросхемы (у нас на схеме это пин под номером 1), который предназначен для сброса выполнения программы микроконтроллера (перезагрузки), также можно использовать для подключения кнопок, светодиодов и других устройств ввода-вывода, то есть он может быть превращен в обычный GPIO.
Это может быть полезно если у микросхемы не хватает пинов для вашей конструкции. Например при сборке какого-то устройства на чипе ATtiny13 (8 выводов, 2шт - питание, 5шт - порты ввода-вывода, 1шт -для RESET) у вас оказалось что не хватает одного пина для светодиода. Здесь может быть несколько вариантов решения проблемы:
- Перепрограммирование пина с RESET под порт ввода-вывода;
- Подключение светодиода к одному из соседних уже использованных пинов, применив некоторые хистросты в схемном решении и с учетом возможности его общего использования;
- Использование другого МК у которого больше пинов, например ATtiny2313.
Что из этих вариантов проще и дешевле по финансам/времени - судите по своему случаю.
Для превращения пина "RESET" в порт ввода-вывода придется изменить специальный фьюз - RSTDISBL (Reset Disable). Но прежде чем это сделать нужно помнить что после данной операции перепрограммировать микроконтроллер станет возможным только с применением высоковольтного программатора (на 12В), обычный USB ISP или другой программатор с питанием от 5В сделать свою работу уже не сможет.
Программа на Си
Итак, у нас есть одна кнопка и два светодиода которые подключены к микроконтроллеру, что же с ними можно сделать? - а сделаем мы вот что (алгоритм):
- После включения питания светодиоды будут мигать попеременно и с задержкой в 300 миллисекунд;
- При нажатии и удержании кнопки будет светиться только синий светодиод;
- После отжатия кнопки синий светодиод мигнет 3 раза с задержкой 500 миллисекунд, после чего светодиоды снова будут мигать поочередно и с задержкой 300 миллисекунд.
Пример реализации такого алгоритма на языке Си под AVR приведен ниже. Создадим новый файл для нашей программы и откроем его для редактирования:
Nano /tmp/avr-switch-test.c
Поместим следующий код в тело файла:
/* Эксперимент с кнопкой на ATtiny2313
* https://сайт
*/
#define F_CPU 1000000UL // Частота ядра = 1 МГц
#include
Первым делом мы задаем константу F_CPU , которая укажет компилятору рабочую частоту ядра микроконтроллера, это нужно чтобы некоторые подпрограммы и функции работали корректно. В нашем примере используется функция задержки по времени - "_delay_ms" из библиотеки "util/delay.h", которая просчитывает время затраченное на холостые такты, опираясь на значение в константе F_CPU.
Посмотреть код библиотеки "delay" для организации задержки по времени и в котором используется константа F_CPU, можно в GNU Linux при помощи любого текстового редактора, к примеру можно выполнить вот такую команду:
Nano /usr/lib/avr/include/util/delay.h
Заводская установленная частота внутреннего RC генератора в микроконтроллере ATtiny2313 равняется 8000000Гц (8МГц), также по умолчанию установлен фьюз деления частоты - CKDIV8 (Clock Divide by 8), поэтому реальная рабочая частота кристалла = 8000000Гц / 8 = 1000000Гц = 1МГц.
Посмотреть какие фьюзы установлены в микроконтроллере можно при помощи avrdude или же графической оболочке к нему под названием AVR8 Burn-O-Mat .
Дальше в программе определены макросы для управления состоянием портов к которым подключены светодиоды: LED_BLUE_ON, LED_BLUE_OFF, LED_RED_ON, LED_RED_OFF. Вызвав подобный макрос в любом месте программы мы очень просто можем зажечь или погасить каждый из светодиодов, не придется повторять его код, что в свою очередь упростит программу и сделает ее более наглядной.
В основной программе "void main(void)" мы начинаем работу с конфигурации портов:
- DDRD |= (0 << PD2) - установка разряда PD2 регистра DDRD на ввод, к нему подключена кнопка (пин 6);
- PORTD |= (1 << PD2) - включение подтягивающего резистора для пина к которому привязан разряд PD2 регистра PORTD (пин 6);
- DDRB |= (1 << PB0) - установка разряда PB0 в регистре DDRB на вывод, к нему подключен СИНИЙ светодиод (пин 12);
- DDRB |= (1 << PB1) - установка разряда PB1 в регистре DDRB на вывод, к нему подключен КРАСНЫЙ светодиод (пин 13).
Дальше, используя макросы, мы гасим красный светодиод и зажигаем синий. Теперь при помощи еще одного вечного цикла но у же с условием мы выполним ожидание до того момента, пока кнопка не будет отжата: "while(!(PIND & (1 << PD2)));".
При отжатой кнопке на пине 6 появится высокий уровень (это сделает внутренний подтягивающий резистор, который мы включили раньше), а в разряде PD2 регистра PIND будет установлена логическая 1.
После этого выполняется трехразовое мигание (включение-выключение) синего светодиода с задержкой в 0,5 секунды и основной вечный цикл начинает работу по новому - будут поочередно зажигаться два светодиода.
Очень простая программа, но тем не менее, она является хорошим примером и почвой для дальнейших экспериментов.
Настройка Geany под ATtiny2313
В предыдущих публикациях я проводил эксперименты с микроконтроллером ATMega8, здесь же используется менее "нафаршированный" МК - ATTiny2313.
Для компиляции программы и прошивки ее в МК следует немножко перенастроить команды для сборки в интегрированной среде программирования Geany.
Идем в меню Build - Set Build Commands. В команде для компиляции (C commands) нужно изменить модель применяемого чипа: "-mmcu=attiny2313". В команде для прошивки МК нужно изменить тип чипа для avrdude: "-p t2313".
Рис. 3. Перенастройка Geany для работы с микроконтроллером ATTiny2313.
Все команды приведены для ОС GNU Linux, если у вас Windows то возможно придется прописать полные пути к бинарным файлам "avr-gcc.exe", "avr-objcopy.exe", "avrdude.exe".
Более подробно о том как настроить Geany в GNU Linux я рассматривал в одной из предыдущих статей цикла.
Компиляция и прошивка программы в МК
Компиляцию, сборку и прошивку программы можно выполнить нажав в среде Geany поочередно три кнопки: "Compile", "Build" и "Run". Также все эти операции можно выполнить из консоли, вот команды для данных действий (выполнять последовательно):
Avr-gcc -mmcu=attiny2313 -Os /tmp/avr-switch-test.c -o /tmp/avr-switch-test.o avr-objcopy -j .text -j .data -O ihex /tmp/avr-switch-test.o /tmp/avr-switch-test.hex avrdude -c usbasp -p t2313 -P usb -U flash:w:/tmp/avr-switch-test.hex
Все команды почти полностью (за исключением подстановок имен файлов) идентичны тем, которые мы исправляли в настройках Geany.
Заключение
Несмотря на простоту эксперимента я также постарался осветить некоторые очень важные технические моменты работы с портами, приведенные знания и опыт будут полезны в дальнейшем изучении и работе с микроконтроллерами ATMEL.
Во многих устройствах бытовой техники и промышленной автоматики сравнительно недавних лет выпусков установлены механические счетчики. Они продукцию на конвейере, витки провода в намоточных станках и т. п. В случае выхода из строя найти аналогичный счетчик оказывается непросто, в отремонтировать невозможно ввиду отсутствия запасных частей. Автор предлагает заменить механический счетчик электронным. Электронный счетчик, разрабатываемый на замену механическому, получается слишком сложным, если строить его на микросхемах малой и средней степени интеграции (например, серий К176, К561). особенно если необходим реверсивный счет. А чтобы сохранить результат при выключенном питании, необходимо предусмотреть резервную батарею питания.
Но можно построить счетчик всего на одной микросхеме - универсальном программируемом микроконтроллере, имеющем в своем составе разнообразные периферийные устройства и способном решать очень широкий круг задач. Многие микроконтроллеры имеют особую область памяти - EEPROM. Записанные в нее (в том числе во время исполнения программы) данные, например, текущий результат счета, сохраняются и после отключения питания.
В предлагаемом счетчике применен микроконтроллер Attiny2313 из семейства AVR фирмы Almel. В приборе реализован реверсивный счет, вывод результата с гашением незначащих н
улей на четырехразрядный светодиодный индикатор, хранение результата в EEPROM при выключенном питании. Встроенный в микроконтроллер аналоговый компаратор использован для своевременного обнаружения уменьшения напряжения питания. Счетчик запоминает результат счета при отключении питания, восстанавливая его при включении, и аналогично механическому счетчику снабжен кнопкой обнуления показаний.
Схема счетчика представлена на рисунке. Шесть линий порта В (РВ2- РВ7) и пять линий порта D (PDO, PD1, PD4-PD6) использованы для организации динамической индикации результата счета на светодиодный индикатор HL1. Коллекторными нагрузками фототранзисторов VT1 и VT2 служат встроенные в микроконтроллер и включенные программно резисторы, соединяющие соответствующие выводы микроконтроллера с цепью его питания.
Увеличение результата счета N на единицу происходит в момент прерывания оптической связи между излучающим диодом VD1 и фототранзистором VT1, что создает нарастающий перепад уровня на входе INT0 микроконтроллера. При этом уровень на входе INT1 должен быть низким, т. е. фототранзистор VT2 должен быть освещен излучающим диодом VD2. В момент нарастающего перепада на входе INT1 при низком уровне на входе INT0 результат уменьшится на единицу. Другие комбинации уровней и их перепадов на входах INT0 и INT1 результат счета не изменяют.
По достижении максимального значения 9999 счет продолжается с нуля. Вычитание единицы из нулевого значения дает результат 9999. Если обратный счет не нужен, можно исключить из счетчика излучающий диод VD2 и фототранзистор VT2 и соединить вход INT1 микроконтроллера с общим проводом. Счет будет идти только на увеличение.
Как уже сказано, детектором снижения напряжения питания служит встроенный в микроконтроллер аналоговый компаратор. Он сравнивает нестабилизированное напряжение на выходе выпрямителя (диодного моста VD3) со стабилизированным на выходе интегрального стабилизатора DA1. Программа циклически проверяет состояние компаратора. После отключения счетчика от сети напряжение на конденсаторе фильтра выпрямителя С1 спадает, а стабилизированное еще некоторое время остается неизменным. Резисторы R2-R4 подобраны так. что состояние компаратора в этой ситуации изменяется на противоположное. Обнаружив это, программа успевает записать текущий результат счета в EEPROM микроконтроллера еще до прекращения его функционирования по причине выключения питания. При последующем включении программа прочитает число, записанное в ЕЕРРОМ, и выведет его на индикатор. Счет будет продолжен с этого значения.
Ввиду ограниченного числа выводов микроконтроллера для подключения кнопки SB1, обнуляющей счетчик, использован вывод 13, служащий инвертирующим аналоговым входом компаратора (AIM) и одновременно - «цифровым» входом РВ1. Делителем напряжения {резисторы R4, R5) здесь задан уровень, воспринимаемый микроконтроллером как высокий логический При нажатии на кнопку SB1 он станет низким. На состояние компаратора это не повлияет, так как напряжение на входе AIN0 по-прежнему больше, чем на AIN1.
При нажатой кнопке SB1 программа выводит во всех разрядах индикатора знак «минус», а после ее отпускания начинает счет с нуля. Если при нажатой кнопке выключить питание счетчика, текущий результат не будет записан в EEPROM, а хранящееся там значение останется прежним.
Программа построена таким образом, что ее легко адаптировать к счетчику с другими индикаторами (например, с общими катодами), с другой разводкой печатной платы и т. п. Небольшая коррекция программы потребуется и при использовании кварцевого резонатора на частоту, отличающуюся более чем на 1 МГц от указанной.
При напряжении источника 15 В измеряют напряжение на контактах 12 и 13 панели микроконтроллера относительно общего провода (конт.10). Первое должно находиться в интервале 4…4.5 В, а второе - быть больше 3,5 В, но меньше первого. Далее постепенно уменьшают напряжение источника. Когда оно упадет до 9… 10 В, разность значений напряжения на контактах 12 и 13 должна стать нулевой, а затем поменять знак.
Теперь можно установить в панель запрограммированный микроконтроллер, подключить трансформатор и подать на него сетевое напряжение. Спустя 1,5…2 с нужно нажать на кнопку SB1. На индикатор счетчика будет выведена цифра 0. Если на индикатор ничего не выведено, еще раз проверьте значения напряжения на входах AIN0.AIN1 микроконтроллера. Первое должно быть больше второго.
Когда счетчик успешно запущен, остается проверить правильность счета, поочередно затеняя фототранзисторы непрозрачной для ИК лучей пластиной. Для большей контрастности индикаторы желательно закрыть светофильтром из красного органического стекла.
Устройство этой статьи - работа с SD картами. Тема стара и порядочно заезженная, но применение SD карт стоит того, чтобы об этом написать еще раз.
Вообще SD карты (SDC, SD Card) имеют много достоинств и их очень просто и удобно применять в небольших встраиваемых проектах. Этому способствует ряд факторов:
- очень простой интерфейс взаимодействия с картой (реализуется посредством SPI);
- большая скорость работы (микроконтроллер способен перегонять данные с SD карты со скоростью близкой к 10 Мбит/с);
- низкое энергопотребление (буквально пару миллиампер - не больше);
- небольшие размеры;
- доступность и дешевизна.
У SD карт практически нет недостатков (окромя, разве что, процедуры их инициализации:)).
1 Введение.
Устройство, описанное в этой статье, я назвал SD Card Talking Device. Немного пафосно;) , но зато по названию понятно, что это говорящее устройство. Оно предназначено для озвучивания Ваших проектов. Если кратко, то работает оно следующим образом: на SD карту записываются пронумерованные звуковые файлы, которые устройство проигрывает по Вашей команде. Сфера применения довольно широка - системы оповещения, игрушки, роботы, умный дом и т.д. Габариты устройства довольно скромные (можно и меньше, но я сознательно выбрал микроконтроллер ATtiny2313 который подешевле и полегче достать). Основной упор я пытался делать на простоту и максимальную функциональность.
Забегая вперед, смотрим, что должно получиться в итоге:
Пригодится такое устройство? Тогда собираем!
2 Карта памяти.
В устройстве используется SD карта памяти. О причинах выбора я уже писал, добавлю только то, что SD карты становятся чуть ли не стандартом карт памяти для мобильных устройств. Даже производители, которые фанатично продвигали/продвигают свой тип карт памяти, потихоньку начинают применять SD карты. Причиной такой популярности, наверное, послужила небольшая цена этих карточек. Для любительских устройств SD карта, фактически, единственная карта пригодная к применению и тут причиной является простой интерфейс работы с ней.
SD карта прошла довольно длинный путь эволюции и имеет несколько вариантов ее реализации (MMC - как вариант SD карты, SD ver1, SD ver2, SDHC, SDXC). Процедура общения с картой проста и универсальна для всех типов карт, а вот запуск в работу (инициализация карты) довольно неоднозначный и запутанный процесс, с ритуальными «передергиваниями» карты, посылкой пустых «dummy» команд и прочими непонятными вещами (короче, танцы с бубнами обязательны:)). Сама спецификация на SDC протокол описывает процесс инициализации довольно пространно, оно и понятно, производителей карт тьма, у каждого свое железо, со своими особенностями… К чему я это веду? - Я попытался сделать процедуру инициализации максимально универсальной, но будьте готовы к тому, что некоторые карты «не пойдут». Поэтому если у Вас чего-то не ладится с устройством, попробуйте другую карту памяти - может причина в этом.
В данном устройстве поддерживаются SD карты размером до 2 Гб, включительно. Все что выше (SDHC и SDXC) - не поддерживается.
Для устройства нет разницы в каком форм-факторе карта (SD, MiniSD или MicroSD), но Вы должны правильно ее подключить, согласно распиновки карты.
3 Файловая система.
В устройстве работают карты, имеющие файловую систему FAT16. Эта система как нельзя лучше подходит для устройств подобных нашему, так как проста и легко реализуемая (FAT12 и FAT32, в принципе, тоже не сложно реализовать, но это нецелесообразно, в виду отсутствия каких либо достоинств по сравнению с FAT16).
Нет особых требований по форматированию карты - ее можно отформатировать в любом доступном устройстве. Стандартное форматирование Windows вполне подходит для этих целей.
Для корректной работы устройства звуковые файлы, расположенные на SD карте, должны соответствовать определенным требованиям:
а) Формат файла должен быть - несжатым WAV.
Параметры файла следующие:
- Битрейт - частота дискретизации (Frequency) - 32000 Гц;
- Количество каналов (Channels) - 1 (mono);
- Размерность (Sample size) - 8 бит.
Еще возможно такое сокращение - WAV PCM 8U
b) Файл должен быть назван особым образом. Для того чтобы устройство знало какой файл первый, второй, третий и т.д. первый символ имени файла должен быть заглавной буквой латинского алфавита (остальная часть названия, как и расширение файла - игнорируется).
Например, корректными будут следующие названия файлов:
А_Лай_собаки.wav - первый трек
B-Это второй трек.wav - второй трек
С Warning! Error!.wav - третий трек
c) Для использования дополнительных возможностей устройства, файлы могут располагаться в двух папках с именами «1» и «2». Устройство имеет переключатель для выбора активной папки, то есть одна и та-же команда запуска воспроизведения может запускать треки из папки «1» или «2», в зависимости от уровня на переключающем входе (своего рода выбор звуковой схемы - очень полезная вещь!). Если одной из папок (или сразу обеих) не существует, файлы воспроизводятся из корневого каталога.
Вместе со звуковыми треками можно хранить любые другие файлы, при условии, что они не будут создавать конфликтов своими именами (лучше их сложить в отдельный каталог тогда не придется обращать внимания, как они там названы).
d) Ввиду малого объема SRAM у ATtiny2313 невозможно создать буфер для предварительного чтения данных, поэтому данные из файла напрямую выдаются на воспроизведение. Соответственно, нет возможности (не хватает времени) выполнять поиск фрагментов файла по таблице FAT. Другими словами, файлы, записанные на карту, должны быть не фрагментированы.
На самом деле это не является большой проблемой, так как любая операционная система всегда пытается записать файл целым куском и пока у Вас на карте есть место то любые действия с файлами (удаление, копирование, переименования) не повлияют на их целостность. Если у Вас карта очень малого объема или Вы заполнили до отказа большую карту, для того, чтобы быть уверенным в целостности файлов, просто скопируйте их на жесткий диск компа, отформатируйте карту и верните файлы назад.
4 Схема. Печатная плата.
Схема устройства максимально проста. Фактически, кроме самого микроконтроллера и SD карты, в ней ничего нет. Для себя я сделал печатку под SMD компоненты, так как планируется применить данный девайс в ограниченном по габаритам месте. Если для Вас габариты не критичны можно собрать схему на макетке в DIP варианте. В случае макетки, сборка устройства займет у Вас, от силы, 15 минут. Допустимое напряжение питания для SD карты от 2.7 до 3.6 вольт. В этом промежутке нормально работает и микроконтроллер, поэтому нет необходимости применять какие либо согласующие компоненты. Я проверял работу всего устройства и при питании в 5 вольт - все работало нормально, но не рекомендую так делать на постоянной основе, так как разные карты могут на превышение напряжения реагировать по разному. В качестве кардхолдера для microSD я использовал адаптер, подпаявшись прямо к его контактам. Если нужны габариты поменьше лучше использовать настоящий кардхолдер для microSD.
Для прошивки микроконтроллера используется тот-же разъем, что и для SD карты, поэтому придется подумать как к нему подключить программатор (я специально сделал переходник).
После того как плата спаяна - можно прошивать микроконтроллер.
Небольшая галерея готового устройства:
Небольшой нюанс по схеме.
При установке SD карты в кардхолдер (подключении карты к источнику питания) создается скачек тока и, соответственно, просадка напряжения в схеме (похоже, в карте в это время заряжаются значительные емкости). Просадка настолько значительная, что происходит сброс микроконтроллера. Я это использую для начала процедуры инициализации карты (установка карты перезапускает микроконтроллер и первое что делает прошивка это поиск и инициализация карты). Если у Вас при установке карты не происходит сброса МК (мощный источник питания или большие сглаживающие емкости), то Вам нужно позаботиться о кнопке сброса в схеме для ручного сброса микроконтроллера (это если планируется «горячая» смена карт).
5 Работа устройства.
Как я уже писал выше, работать с устройством очень просто: копируем на SD карту правильно названые треки, вставляем карту в кардхолдер, устройство автоматически найдет карту, зажжет зеленый светодиод - все, устройство готово воспроизводить треки. Теперь нужно только выбрать-запустить трек на воспроизведение, способом, который Вам больше всего подходит.
5.1 Кнопки устройства, их действие.
Я попытался сделать устройство максимально функциональным, поэтому очень много ножек микроконтроллера задействованы под переключатели режимов работы (от этого устройство напоминает ежика:)). Если Вам какая функция не нужна - просто оставьте «висеть» ногу в «воздухе».
Действие переключателей:
- “Monster” - позволяет замедлить (в 2 раза) воспроизведения трека - создавая эффект низкого голоса. Переключатель работает «на лету» - скорость изменяется по факту переключения;
- “Helium” - ускоряет воспроизведение трека (на 1/3) - создавая эффект высокого голоса. Переключатель работает «на лету»;
- “Repeat” если этот переключатель замкнут на землю, то выбранный трек будет бесконечно (до момента размыкая переключателя) воспроизводиться. Это может быть полезным, например, если нужно создавать определенный звуковой фон - шум дождя, горение костра, журчание ручья…;
- “Select / Play” кнопка запускающая трек на воспроизведение (описание ниже);
- “Select track”- установка номера воспроизводимого трека (описание ниже);
- “Dir1 / Dir2” - выбор звуковой схемы (описание ниже).
5.2 Запуск воспроизведения.
Запустить воспроизведение определенного трека можно тремя способами:
- послав по UART заглавную букву латинского алфавита - сразу начинается воспроизведение файла, содержащего эту букву в начале названия;
- если при помощи “Select track” выбран номер файла (двоичным кодом 0001=”A”, 0010=”В”, и т.д. 1- нога замкнута на землю, 0 - «висит» в «воздухе»), то кнопка “Select / Play” запустит соответствующий файл на воспроизведение;
- если при помощи “Select track” ничего не выбрано (0000 - ноги «висят» в «воздухе»)), то нажимая кнопку “Select / Play” определенное количество раз, запускаем соответствующий трек (1 раз=”A”, 2 раза=”В”, и т.д.).
5.3 Звуковые схемы.
Очень полезной функцией является функция выбора одной из двух звуковых схем. Это значит, что переключателем “Dir1 / Dir2” выбирается папка на карте, из которой будет воспроизводиться трек.
Применений очень много: сообщения на русском и английском (обучающие игрушки), детский и взрослый голос, шумы текущей воды и горящего огня, кошка / собака, добрый и злой полицейский:) , успокаивающие / бодрящие звуки и еще куча подобных вариантов.
Например, Вам нужно, чтобы ваше устройство умело общаться мужским и женским голосом. Реализуется это так:
- создаем два комплекта сообщений, соответственно, в женском и мужском варианте;
- нумерацию файлов для обоих вариантов делаем одинаковую. Не забываем, что устройство «видит» только первую букву в названии файла, поэтому для себя Вы можете имена сделать более понятными, например «С_Ожидаю команду_муж.wav» и «С_Ожидаю команду_жен.wav» вполне корректны;
- комплект мужских сообщений копируем в папку «1», а женских в папку «2».
Теперь в зависимости от состояния переключателя “Dir1 / Dir2” по одной и той-же команде будут воспроизводиться треки из «мужской» или «женской» папки.
5.4 Индикация работы устройства.
Так как у тини2313 очень мало ног, и почти все задействованы на переключатели, мне пришлось пожертвовать нормальной индикацией, а взамен приделать нечто НЕ нормальное. Для индикации разных режимов работы используется всего одна нога микроконтроллера, к которой подключены два светодиода - красный и зеленый (ну или какие Вам больше нравятся). Различные режимы работы устройства отображаются определенным цветовым кодом:
- мигает красный светодиод - отсутствует SD карта или ее тип не поддерживается устройством;
- горит красный светодиод - SD карта поддерживается и удачно проинициализировалась, но карта отформатирована не в FAT16;
- горит зеленый светодиод - SD карта удачно проинициализировалась, найдена нужная файловая система и устройство готово воспроизводить трек - ожидание команды;
- мигает зеленый светодиод - устройство воспроизводит трек;
- горит зеленый, кратковременно загорается красный, опять горит зеленый - не найден трек;
- горит зеленый, кратковременно тухнет и вновь загорается зеленый - нажата клавиша выбора трека.
5.5 Отладочная информация.
Для облегчения поиска проблемных мест (в случае если устройство не хочет работать) я каждый этап инициализации в программе продублировал сообщениями по UART. После каждого успешного шага в UART отправляется соответствующий символ:
- “S” - (Start) периферия микроконтроллера проинициализирована нормально;
- “C” - (Card Init) SD карта проинициализирована нормально и поддерживается;
- “F” - (FAT Init) FAT система поддерживается;
- “1” - (No 1 Dir) нет папки «1» чтение будет осуществляться с корневой директории;
- “2” - (No 2 Dir) нет папки «2» чтение будет осуществляться с корневой директории;
- “R” - (Ready) устройство полностью готово - ожидает команды запука трека;
- Кроме того, при каждом запуске трека, в UART передается заглавная буква имени трека.
6 Треки для озвучивания Ваших устройств.
6.1 Конвертирование треков
Если в библиотеке выше ничего подходящего не нашлось, то заполучить необходимые треки можно в сети (есть много специальных сайтов для музыкантов и видео монтажа, где уже собраны большие библиотеки звуков), в инсталляциях игр (зачастую звуки игрового процесса разделены по трекам и сложены в отдельную папку). Еще можно вырезать звуковые эффекты из фильмов и музыкальных композиций. Найденые треки нужно переконвертировать в формат который поддерживает устройство. Напоминаю, формат файла должен быть - несжатым WAV. 32000 Гц, 1 канал, 8 бит (WAV PCM 8U)
Для конвертации в такой формат подойдет любой музыкальный редактор, или, если нужно просто преконвертировать трек без его правки -
Я делал без разъёма (в наличии были только мамы...), и вот что получилось:
Правда у меня LPT порт вынесен на стол с помощью кабеля длиной 1,5 метра. Но при этом кабель должен быть экранированный, иначе будут наводки, помехи и ничего не получится. Схема этого устройства программирования микроконтроллера вот такая:
Если быть совсем честным, то желательно собрать "правильный" программатор. И потом будет проще и порт целее. Я пользую STK200/300. Далее используем программу PonyProg2000. После запуска программы она "заржет...." как настоящий пони. Чтобы этого больше не слышать в появившемся окне ставим галочку "Disable sound". Жмём "ОК". Выскакивает окошко которое говорит, что нужно откалибровать программу. Компы бывают же разные и медленные и шустрые. Жмём "ОК". Выскакивает ещё одно окошко - это нам говорит, что нужно настроить интерфейс (какой программатор и куда подключен.). Итак заходим в меню: Setup -> Calibration. В появившемся окне:
Жмём "YES". Проходит пара секунд и программа говорит "Calibration OK". Далее заходим в меню: Setup -> Interface Setup. В появившемся окошке настраиваем как у показано на рисунке.
Теперь заходим в меню: Command -> Program Options. В появившемся окошке настраиваем как показано на рисунке.
Всё готово к программированию!... Итак, последовательность действий:
1. Выбираем из списка "AVR micro"
2. Из другого списка выбираем "ATtiny2313"
3. Загружаем файл прошивки (File -> Open Device File), выбираем нужный файл, например "rm-1_full.hex".
4. Жмём кнопочку "Launch program cycle". Когда программирование завершится прога скажет "Program successful"
5. Ну и напоследок надо запрограммировать так называемые Фьюзы (fuses). Для этого жмём кнопочку "Security and Configuration Bits". В появившемся окне жмём "Read", потом выставляем галочки и жмём "Write".
ВНИМАНИЕ! Если Вы не знаете, что означает тот или иной конфигурационный бит, то не трогайте его. Вот теперь у нас готовый к работе контроллер ATtiny2313! На форуме можно скачать программу PonyProg2000 и оригинал статьи с дополнительными рисунками. Материал для сайта Радиосхемы предоставил Ansel73.
Сегодня мы попробовать воспользоваться более простым микроконтроллером ATtiny2313 и подключить к нему символьный дисплей LCD, содержащий две строки по 16 символов.
Дисплей мы будем подключать стандартным способом 4-битным способом.
Сначала начнём, конечно, с микроконтроллера, так как с дисплеем мы уже очень хорошо знакомы из предыдущих уроков.
Откроем даташит контроллера ATtiny2313 и посмотрим его распиновку
Мы видим, что данный контроллер существует в двух видах корпусов, но так как мне в руки он попал в корпусе DIP, то будем мы рассматривать именно эту версию корпуса, да и в принципе, они и не различаются особо, кроме чем по виду, так как количество ножек одинаково — по 20.
Так как ножек 20 по сравнению с 28 ножками контроллера ATMega8, к которым мы уже на протяжении всего времени занимаемся и ещё будем заниматься, то, соответственно, и возможностей также будет меньше.
В принципе, всё, что было у ATmega8, здесь есть, единственное то, что поменьше лапок портов. Но так как задача перед нами стоит попробовать соединить его по шине SPI с другим контроллеров, то нас это удручает не сильно.
Есть ещё некоторые отличия, но они незначительны и мы с ними познакомимся по мере необходимости.
Соберём вот такую вот схемку (нажмите на картинку для увеличения изображения)
Дисплей подключен к ножкам порта D. PD1 и PD2 — к управляющим входам, а остальные к ножкам модуля дисплея D4-D7.
Проект создадим с именем TINY2313_LCD, перенесём в него всё кроме главного модуля из проекта по подключению дисплея к Atmega8.
Конечно, некоторые вещи надо будет переделать. Для этого нужно внимательно изучить, к какой ножке что подключено. Шина E дисплея подключена к PD2, а шина RS — к PD1, поэтому внесём изменения в файл lcd.h
#define e1 PORTD |=0b000001 00 // установка линии E в 1
#define e0 PORTD &=0b111110 11 // установка линии E в 0
#define rs1 PORTD |=0b0000001 0 // установка линии RS в 1 (данные)
#define rs0 PORTD &=0b1111110 1 // установка линии RS в 0 (команда)
Как мы видим из выделения жирным шрифтом, не такие уж и кардинальные изменения у нас произошли.
Теперь информационные входы. Здесь у нас используются ножки PD3-PD6, то есть на 1 пункт сдвинуты по сравнению с подключением к Atmega8, поэтому исправим ещё и кое что в файле lcd.c в функии sendhalfbyte
PORTD &=0b1 0000 111; //стираем информацию на входах DB4-DB7, остальное не трогаем
Но это ещё не всё. Мы раньше передаваемые данные сдвигали на 4, а теперь нам в связи с вышеуказанными изменениями придётся их сдвигать только на 3. Поэтому в той же функции исправим ещё и самую первую строку
c <<=3 ;
Вот и все изменения. Согласитесь, не так уж они и велики! Это достигнуто тем, что мы всегда стараемся код писать универсальный и пользоваться именно макроподставновки. Если бы мы в своё время не потратили на это время, то нам пришлось бы исправлять код почти во всех функциях нашей библиотеки.
В главном модуле инициализацию порта D мы не трогаем, пусть весь встаёт в состояние выхода, как и в уроке 12.
Давайте попробуем собрать проект и посмотреть сначала результат в протеусе, так как для него я также сделал проект, который будет также находиться в приложенном архиве с проектом для Atmel Studio
У нас всё прекрасно работает! Вот как можно, оказывается быстро переделать проект для одного контроллера под другой.
Протеус — это очень хорошо, но на настоящие детальки посмотреть всегда приятнее. Схема вся была собрана на макетной плате, так как отладочной платы для данного контроллера я не делал и не собирал. Программатор мы подключим через стандартный разъём вот такой вот
Вот вся схема
Здесь всё стандартно. Подтягивающий резистор на RESET и т.д.
Теперь, прежде чем прошивать контроллер в avrdude, нам неоходимо выбрать контроллер и считать его флеш-память
Затем зайти во вкладки FUSES и установить правильно фьюзы. Так как у нас нет кварцевого резонатора, то мы устанавливаем фьюзы именно так
