Юрий Ревич - Занимательная микроэлектроника

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.

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 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.