Юрий Ревич - Занимательная микроэлектроника

Не забудем, что аналоговая часть потребляет сама по себе не менее 3 мА, потому ее придется отключать принудительно. Вариант батарейного источника питания для измерителя в автономном режиме, сделанный с учетом этого обстоятельства, показан на рис. 17.1. Один набор батарей служит здесь для обеспечения всех напряжений, причем напряжение аналоговой части (положительное и отрицательное) формируется с помощью инвертора, входящего в состав микросхемы P6BU-0505Z фирмы PEAK Electronic. Входное напряжение для этого DC/DC-преобразователя берется от стабилизатора цифровой части схемы.

Рис. 17.1. Батарейный источник питания для измерителя температуры и давления

Микросхема P6BU-0505Z может быть заменена на аналогичные изделия других фирм, только следите за характеристиками: так, преобразователи TMR-3 фирмы TRACO имеют встроенную возможность отключения, могут работать от нестабилизированного входного напряжения (т. е. прямо от батарей), но если присмотреться внимательно, то окажется, что они плохо работают при малых токах потребления (менее 20 % от номинала) и даже в режиме StandBye потребляют до 10 мА, что, конечно, неприемлемо в нашем случае.

Выбранная микросхема потребляет на холостом ходу гораздо меньше (порядка 1 мА), но встроенной возможности отключения не имеет, потому приходится вводить отдельный ключ (электронное реле КР293КП5В с контактами на замыкание), отключающий аналоговую часть при переходе в режим «сна». Для включения/отключения используем разряд 6 порта D (вывод 20 микросхемы ATmega8535), который придется устанавливать на выход и с нулевым уровнем, иначе схема не заработает.

Если пренебречь разделением аналогового и цифрового положительного питания, то P6BU-0505Z можно заменить на доступный и дешевый (порядка 1 долл.) преобразователь напряжения +5 В в одно напряжение -5 В под названием ICL7660 (он же МАХ1044, он же 1168ЕП1), который включается примерно по той же схеме, но требует дополнительно еще двух конденсаторов. Главный недостаток этой микросхемы — невысокая стабильность выходного напряжения, из-за чего точность измерений заметно снизится.

Индикаторы питаются нестабилизированным напряжением от 6 элементов питания, т. к. минимальное напряжение, при котором индикаторы еще горят, равно приблизительно 6 В. Среднее же напряжение во время эксплуатации будет около 8 В, соответственно ограничительные резисторы тока сегментов (R27—R34 на рис. 14.2), которые в сетевой схеме были равны 470 Ом, следует уменьшить как минимум вдвое — примерно до 200–220 Ом.

Для щелочных батареек типа АА общее время работы до исчерпания их ресурса составит около 10 часов (потребление тока шестью одновременно включенными индикаторами по схеме рис. 14.2, с учетом уменьшения сопротивлений составит максимум 200 мА), что для наших целей приемлемо. Если хотите увеличить время работы, и габариты позволяют, то следует выбрать более емкие батареи — так, со щелочными батареями типа D (особенно модели Duracell Ultra) наш прибор проработает около недели.

Задачу сформулируем так: пусть по первому нажатию внешней кнопки контроллер «просыпается», а по второму — «засыпает». Кроме этого, введем режим автоматического «засыпания» по истечении некоторого промежутка времени. Чтобы пользоваться прибором было удобно, этот промежуток должен быть достаточно большим: не менее минуты, так что нам придется потрудиться (встроенный таймер, как нам известно, обеспечит лишь интервал порядка 16 с). Разумеется, при выключении контроллера должна отключаться и индикация.

Заметки на полях

Одно замечание: никогда не проектируйте устройств, в которых режим энергосбережения не выключается отдельной кнопкой! Посмотрите, как неудобно пользоваться мобильными телефонами, в которых для включения подсветки экрана надо обязательно совершить какое-то действие. В идеале устройство должно содержать возможность отключения энергосбережения вообще, хотя в простейших случаях это не всегда удобно, и внешней кнопки включения/отключения достаточно, но если устройство управляется через экранное меню или от компьютера, то оно обязательно должно иметь команду полного отключения режима энергосбережения (или, по крайней мере, установки достаточно большого — более 10 минут — интервала отключения). Если подобных возможностей нет, это сразу говорит о неряшливости разработчиков.

Использование режима энергосбережения

В случае использования прерывания по низкому уровню, как мы уже знаем из главы 12 , при первом же возникновении его следует запретить, иначе оно будет происходить непрерывно, пока действует низкий уровень. Это не очень удобно, когда прерывания управляются от внешних сигналов в форме меандра (как от часов из главы 16 ), потому что возникает вопрос — а когда разрешать его снова? Если перед уходом в «сон», то, в силу длительности состояния низкого уровня на выводе прерывания, оно тут же произойдет опять, и МК вообще никогда (в течение текущего полупериода) не «заснет». И управление «засыпанием» и прерываниями очень сильно усложняется. В таких случаях лучше будет задействовать прерывание INT2, которое не нужно запрещать (дребезг в таких случаях исключен), и соответствующую модель контроллера.

Но для нашей ситуации с управлением от кнопки это безразлично, поскольку дребезг при нажатии все равно приводит к необходимости запрета даже в прерываниях по фронту, а проблемы разрешения заново не возникает: непосредственно перед «засыпанием» или по таймеру. Если в момент разрешения кнопка окажется все еще нажата, то МК просто тут же проснется (или заснет) заново, ничего страшного. И мы, не мудрствуя лукаво, используем здесь универсальное для всех моделей AVR прерывание INTO по низкому уровню.

Кнопка (без фиксации) подсоединяется к выводу INTO (PD2, вывод 16 для ATmega8535). Если кнопка имеет перекидной контакт (т. е. три вывода), она подсоединяется к «земле» и питанию так, как показано на рис. 8.3, б (вместо элемента «исключающее ИЛИ» выступает, естественно, наш МК). Чаще встречаются кнопки с двумя выводами, тогда их подсоединяют так, как показано на рис. 17.2. В обоих случаях при ненажатой кнопке на выводе должен быть потенциал питания, т. е. высокий уровень, а при нажимании вывод коммутируется на «землю».

Рис. 17.2. Подсоединение кнопки с двумя выводами к МК АТтеда8535

Заметки на полях

Еще раз напомню (см. главу 12 ), что в принципе от резистора на схеме рис. 17.2 можно отказаться, поскольку специально для таких случаев в AVR предусмотрено подключение внутреннего «подтягивающего» резистора. Однако для надежности ставить его все же следует (так же, как и по выводам программирования, см. описание схемы к рис. 14.2 в главе 14 ), т. к. номинал встроенного «подтягивающего» резистора достаточно велик (минимум 35 кОм, согласно руководству), то на нем могут возникать наводки, которые приведут к ложным срабатываниям кнопки. Вы можете попробовать исключить резистор из схемы и убедиться в этом сами — ложные срабатывания появятся обязательно. И уж наверняка ложное прерывание будет возникать в ситуации, описанной в главе 14 для кнопки Кн1, когда питание внезапно переключается с сети на батареи. Так как мы тут такой режим не используем, то конденсатор параллельно кнопке (см. схему подключения Кн1 на рис. 14.2) ставить необязательно.