Иногда требуется подключить к микроконтроллеру несколько семисегментных индикаторов или светодиодную матрицу, при этом для отображения информации используется динамическая индикация. Суть динамической индикации заключается в поочередном выводе информации на индикаторы. Ниже на схеме представлен пример соединения нескольких семисегментных индикаторов (для примера с общим катодом) для реализации динамической индикации, вообще с учетом точки получается 8 сегментов, но по старинке их называют именно так. Все выводы (аноды) одноименных сегментов соединяют вместе, итого 8 линий которые через резисторы подключают к микроконтроллеру. Общий катод каждого индикатора подключают к микроконтроллеру через транзистор.


Алгоритм индикации следующий: сначала устанавливаем на линиях требуемые логические уровни в зависимости от того какие сегменты надо включить на первом индикаторе (индикация слево направо), при этом высокий логический уровень для включения, низкий для выключения сегмента. Далее подаем высокий логический уровень на базу транзистора VT1, тем самым общий катод первого индикатора подключается к общему проводу, в этот момент загораются те сегменты, на анодах которых присутствует логическая единица. Через определенное время (пауза) индикатор отключаем, подав низкий логический уровень на базу транзистора, затем снова меняем логические уровни на линиях в соответствии с выводимой информацией, предназначенной для второго индикатора, и подаем сигнал включения на транзистор VT2. Таким образом, по порядку в круговом цикле коммутируем все индикаторы, вот и вся динамическая индикация.

Для получения цельного изображения без мерцаний, переключение необходимо выполнять с большой скоростью, для исключения мерцания светодиодов частоту обновления необходимо устанавливать от 70 Гц и более, я обычно устанавливаю 100 Гц. Для вышерассмотренной конструкции пауза рассчитывается следующим образом: для частоты в 100 Гц период равен 10 мс, всего 4 индикатора, соответственно время свечения каждого индикатора устанавливаем на уровне 10/4=2,5 мс. Существуют многоразрядные семисегментные индикаторы в одном корпусе, в которых одноименные сегменты соединены внутри самого корпуса, естественно для их использования необходимо применять динамическую индикацию.

Для реализации динамической индикации необходимо воспользоваться прерываниями по переполнению одного из таймеров. Ниже представлен код с использованием таймера TMR0:

;Реализация динамической индикации для 4-х семисегментных индикаторов ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; swapf STATUS,W ; clrf STATUS ; movwf STATUS_TEMP ; ; bcf ind1 ;выключение 1-го индикатора bcf ind2 ;выключение 2-го индикатора bcf ind3 ;выключение 3-го индикатора bcf ind4 ;выключение 4-го индикатора; incf shet,F ;инкремент регистра shet movlw .5 ;проверка содержимого регистра shet xorwf shet,W ;на равенство числу 5 btfss STATUS,Z ; goto met1 ;число в регистре shet не равно 5 movlw .1 ;число в регистре shet равно 5: запись числа 1 movwf shet ;в регистр shet ; met1 movlw .1 ;проверка содержимого регистра shet xorwf shet,W ;на равенство числу 1 btfss STATUS,Z ; goto met2 ;число в регистре shet не равно 1: переход на met2 movf datind1,W ;число в регистре shet равно 1: копирование movwf PORTB ;содержимого регистра datind1 в регистр PORTB bsf ind1 ;включение 1-го индикатора met2 movlw .2 ;проверка содержимого регистра shet xorwf shet,W ;на равенство числу 2 btfss STATUS,Z ; goto met3 ;число в регистре shet не равно 2: переход на met3 movf datind2,W ;число в регистре shet равно 2: копирование movwf PORTB ;содержимого регистра datind2 в регистр PORTB bsf ind2 ;включение 2-го индикатора goto exxit ;переход на метку exxit met3 movlw .3 ;проверка содержимого регистра shet xorwf shet,W ;на равенство числу 3 btfss STATUS,Z ; goto met4 ;число в регистре shet не равно 3: переход на met4 movf datind3,W ;число в регистре shet равно 3: копирование movwf PORTB ;содержимого регистра datind3 в регистр PORTB bsf ind3 ;включение 3-го индикатора goto exxit ;переход на метку exxit met4 movf datind4,W ;копирование содержимого регистра datind3 movwf PORTB ;в регистр PORTB bsf ind4 ;включение 4-го индикатора; movlw .100 ;запись числа 156 в регистр таймера TMR0 movwf TMR0 ; ; movwf STATUS ; swapf W_TEMP,F ; swapf W_TEMP,W ; ; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;Основная программа ................. movlw b"11010011" ;OPTION_REG, тем самым устанавливаем внутренний ;устанавливаем коэффициент предделителя 1:16 ; clrf shet ;обнуление регистра shet, перед запуском;прерываний по переполнению TMR0, выполняется; clrf datind1 ;очистка регистров вывода информации на clrf datind2 ;индикаторы, равнозначно выключению clrf datind3 ;индикаторов, так как индикаторы с общим clrf datind4 ;катодом; bcf INTCON,T0IF ;сброс флага прерывания по переполнению TMR0 bsf INTCON,T0IE ;разрешение прерываний по переполнению TMR0 bsf INTCON,GIE ;разрешение глобальных прерываний; movlw b"00000110" ;пример вывода числа 13,52 movwf datind1 ; movlw b"11001111" ; movwf datind2 ; movlw b"01101101" ; movwf datind3 ; movlw b"01011011" ; movwf datind4 ; ; ................. ; ................. ; ................. ; ; end ;конец всей программы;

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;Реализация динамической индикации для 4-х семисегментных индикаторов ;Частота тактового генератора для примера 4 МГц, машинный цикл 1 мкс org 0000h ;начать выполнение программы с адреса 0000h goto Start ;переход на метку Start ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;Подпрограмма обработки прерываний org 0004h ;начать выполнение подпрограммы с адреса 0004h movwf W_TEMP ;сохранение значений ключевых регистров swapf STATUS,W ; movwf STATUS_TEMP ; bcf ind1 ;выключение 1-го индикатора bcf ind2 ;выключение 2-го индикатора bcf ind3 ;выключение 3-го индикатора bcf ind4 ;выключение 4-го индикатора incf shet,F ;инкремент регистра shet movlw .5 ;проверка содержимого регистра shet xorwf shet,W ;на равенство числу 5 btfss STATUS,Z ; goto met1 ;число в регистре shet не равно 5 movlw .1 ;число в регистре shet равно 5: запись числа 1 movwf shet ;в регистр shet met1 movlw .1 ;проверка содержимого регистра shet xorwf shet,W ;на равенство числу 1 btfss STATUS,Z ; goto met2 ;число в регистре shet не равно 1: переход на met2 movf datind1,W ;число в регистре shet равно 1: копирование movwf PORTB ;содержимого регистра datind1 в регистр PORTB bsf ind1 ;включение 1-го индикатора goto exxit ;переход на метку exxit met2 movlw .2 ;проверка содержимого регистра shet xorwf shet,W ;на равенство числу 2 btfss STATUS,Z ; goto met3 ;число в регистре shet не равно 2: переход на met3 movf datind2,W ;число в регистре shet равно 2: копирование movwf PORTB ;содержимого регистра datind2 в регистр PORTB bsf ind2 ;включение 2-го индикатора goto exxit ;переход на метку exxit met3 movlw .3 ;проверка содержимого регистра shet xorwf shet,W ;на равенство числу 3 btfss STATUS,Z ; goto met4 ;число в регистре shet не равно 3: переход на met4 movf datind3,W ;число в регистре shet равно 3: копирование movwf PORTB ;содержимого регистра datind3 в регистр PORTB bsf ind3 ;включение 3-го индикатора goto exxit ;переход на метку exxit met4 movf datind4,W ;копирование содержимого регистра datind3 movwf PORTB ;в регистр PORTB bsf ind4 ;включение 4-го индикатора exxit bcf INTCON,T0IF ;сброс флага прерывания по переполнению TMR0 movlw .100 ;запись числа 156 в регистр таймера TMR0 swapf STATUS_TEMP,W ;восстановление содержимого ключевых регистров swapf W_TEMP,F ; swapf W_TEMP,W ; retfie ;выход из подпрограммы прерывания ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;Основная программа Start ................. ;первоначальная настройка регистров ................. ;специального назначения ................. bsf STATUS,RP0 ;запись двоичного числа 11010011 в регистр movlw b"11010011" ;OPTION_REG, тем самым устанавливаем внутренний movwf OPTION_REG ;источник тактового сигнала для TMR0 bcf STATUS,RP0 ;включаем предделитель перед TMR0 ;устанавливаем коэффициент предделителя 1:16 clrf shet ;обнуление регистра shet, перед запуском ;прерываний по переполнению TMR0, выполняется ;однократно, после включения питания clrf datind1 ;очистка регистров вывода информации на clrf datind2 ;индикаторы, равнозначно выключению clrf datind3 ;индикаторов, так как индикаторы с общим clrf datind4 ;катодом bcf INTCON,T0IF ;сброс флага прерывания по переполнению TMR0 bsf INTCON,T0IE ;разрешение прерываний по переполнению TMR0 bsf INTCON,GIE ;разрешение глобальных прерываний movlw b"00000110" ;пример вывода числа 13,52 movlw b"11001111" ; movlw b"01101101" ; movlw b"01011011" ; ................. ; ................. ; ................. ; end ;конец всей программы

В основной программе сначала настраиваем таймер с помощью регистра OPTION_REG, ранее я рассказывал про использование таймеров для . Далее очищаем регистр shet, предназначенный для введения счета от 1 до 4, для каждого индикатора. Этот регистр инкрементируется в подпрограмме обработки прерываний и там же корректируется (он будет считать от 1 до 4), поэтому данная очистка выполняется однократно после включения питания. По этому регистру будем определять, какой индикатор включать и выдавать данные соответствующие ему. Следующим шагом будет очистка регистров хранения информации, четыре регистра dataind1,2,3,4 соответствующие четырем индикаторам. Очистка равнозначна выключению индикаторов, так как в подпрограмме обработки прерываний, содержимое этих регистров передается в регистр PORTB, к которому подключены аноды индикаторов. Это необходимо для того чтобы на индикаторах не высвечивался всякий мусор после разрешения прерываний, в принципе этого можно и не делать, если сразу записывать правильную информацию для вывода. Далее сбрасываем флаг прерывания по переполнению таймера, разрешаем прерывания по переполнению TMR0, и наконец, разрешаем глобальные прерывания.

В подпрограмме обработки прерываний, первым делом выключаем все индикаторы (подав низкие логические уровни на базы транзисторов), потому что неизвестно какой из них включен. Производим инкремент регистра shet, с проверкой на равенство числу 5, при наличии такого совпадения записываем в регистр число 1, так как необходимо вести счет от 1 до 4. Далее проверяем, какое именно число лежит в регистре shet, по которому загружаем в PORTB данные из регистров хранения информации (dataind) для соответствующего индикатора и включаем его. После чего сбрасываем флаг прерывания по переполнению TMR0, записываем число 100 в таймер (ниже приведен расчет этого значения), для временной задержки и выходим из обработчика прерываний. При первом прерывании включается первый индикатор, во втором прерывании второй и так по круговому циклу. В основной программе остается только загружать данные в регистры хранения информации для каждого индикатора. В подпрограмме прерываний не забываем сохранять и восстанавливать значения ключевых регистров, об этом я писал в статье про .

Для вывода чисел лучше использовать знакогенератор в виде таблицы данных. Например, чтобы вывести число 3456 на индикаторы, его необходимо разбить на разряды, при этом лучше использовать отдельные регистры для хранения чисел разрядов (от 0 до 9), далее прогнать эти регистры через знакогенератор, получив тем самым правильные байты (загружаемые в регистры dataind) для зажигания соответствующих сегментов.

Частоту тактового генератора примем за 4 МГц, машинный цикл 1 мкс. Частота обновления каждого индикатора пускай составит 100 Гц (период T=10 мс), соответственно необходимая временная задержка равна 10/4 = 2,5 мс. Коэффициент предделителя для TMR0 устанавливаем равным 1:16, при этом максимально возможная задержка равна 256х16 = 4096 мкс, а нам требуется пауза в 2,5 мс. Рассчитаем число для записи в TMR0: 256-((256х2,5)/4,096) = 256-156,25 = 99,75. После округления получим число 100.

Ниже можно скачать модель для программы Proteus, прошивку и исходник с реализацией динамической индикации на 4-х разрядный индикатор с общим катодом с применением микроконтроллера PIC16F628A. Для примера на индикатор выводятся числа 0000; 0001; 0002; 13,52; 9764.

Теперь рассмотрим подключение матрицы с разрешением 8х8 точек (светодиодов). Структуру матрицы обычно рассматривают в виде строк и столбцов. На картинке ниже в каждом столбце соединены катоды всех светодиодов, а в каждой строке аноды. Строки (8 линий, аноды светодиодов) через резисторы подключают к микроконтроллеру. Каждый столбец (катоды светодиодов) подключают к микроконтроллеру через 8 транзисторов. Алгоритм индикации такой же, сначала устанавливаем необходимые логические уровни на строках, в соответствии с тем, какие светодиоды должны гореть в столбце, далее подключаем первый столбец (индикация слева направо). Через определенную паузу выключаем столбец, и изменяем логические уровни на строках для отображения второго столбца, далее подключаем второй столбец. И так поочередно коммутируем все столбцы. Ниже представлена схема подключения матрицы к микроконтроллеру.


Всего для подключения такой матрицы потребуется 16 выводов микроконтроллера, что весьма немало, поэтому для сокращения управляющих линий лучше использовать последовательные сдвиговые регистры.

Самым распространенным последовательным регистром является микросхема 74НС595, которая содержит в себе сдвиговый регистр для загрузки данных, и регистр хранения через который данные передаются на выходные линии. Загружать данные в него просто, устанавливаем логический 0 на входе тактирования SH_CP, далее устанавливаем требуемый логический уровень на входе данных DS, после чего переключаем вход тактирования в 1, при этом происходит сохранение значения уровня (на входе DS) внутри сдвигового регистра. Одновременно с этим происходит сдвиг данных на один разряд. Снова сбрасываем вывод SH_CP в 0, устанавливаем требуемый уровень на входе DS и поднимаем SH_CP в 1. После полной загрузки сдвигового регистра (8 бит), устанавливаем в 1 вывод ST_CP, в этот момент данные передаются в регистр хранения и поступают на выходные линии Q0…Q7, после чего сбрасываем вывод ST_CP. Во время последовательной загрузки, данные сдвигаются от Q0 до Q7. Вывод Q7’ подключен к последнему разряду сдвигового регистра, этот вывод можно подключить на вход второй микросхемы, таким образом можно загружать данные сразу в две и более микросхемы. Вывод OE переключает выходные линии в третье (высокоомное) состояние, при подаче на него логической 1. Вывод MR предназначен для сброса сдвигового регистра, то есть установка низких логических уровней на выходах триггеров регистра, что эквивалентно загрузке восьми нулей. Ниже представлена диаграмма загрузки данных в микросхему 74НС595, установка значения 11010001 на выходных линиях Q0…Q7, при условии, что изначально там были нули:


Рассмотрим подключение матрицы 8×8 к микроконтроллеру PIC16F628A с помощью двух сдвиговых регистров 74HC595, схема представлена ниже:


Данные загружаются в микросхему DD2 (управление логическими уровнями на строках, аноды светодиодов) затем через вывод Q7’ передаются в DD3 (управление столбцами), соответственно сначала загружаем байт для включения столбца, затем байт с логическими уровнями на строках. К выходным линиям DD3 подключены транзисторы коммутирующие столбцы матрицы (катоды светодиодов). Ниже приведен код программы для вывода изображения на матрицу:

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;Реализация динамической индикации для матрицы с разрешением 8х8 ;Частота тактового генератора для примера 4 МГц, машинный цикл 1 мкс org 0000h ;начать выполнение программы с адреса 0000h goto Start ;переход на метку Start ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;Подпрограмма обработки прерываний org 0004h ;начать выполнение подпрограммы с адреса 0004h movwf W_TEMP ;сохранение значений ключевых регистров swapf STATUS,W ; clrf STATUS ; movwf STATUS_TEMP ; ; movwf FSR_osn ;в регистр FSR_osn movf FSR_prer,W ;восстановление ранее сохраненного значения movwf FSR ;регистра FSR из регистра FSR_prer ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;загрузка содержимого регистра stolb в микросхему movf stolb,W ;копирование содержимого регистра stolb movwf var ;в регистр var met2 btfsc var,0 ;устанавливаем вывод ds в соответствии с btfss var,0 ; bcf ds ; bcf sh_cp ; rrf var,F ;сдвиг регистра var вправо, для подготовки;следующего бита goto met2 ;scetbit не равен нулю: переход на метку met2 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;загрузка содержимого регистра INDF в микросхему;74HC595 (последовательный сдвиговый регистр) movf INDF,W ;копирование содержимого регистра INDF movwf var ;в регистр var movlw .8 ;запись числа 8 в регистр scetbit, для отсчета movwf scetbit ;переданных битов met1 btfsc var,7 ;устанавливаем вывод ds в соответствии с bsf ds ;значением 7-го бита регистра var btfss var,7 ; bcf ds ; bsf sh_cp ;тактируем вывод sh_cp, для защелкивания данных bcf sh_cp ; rlf var,F ;сдвиг регистра var влево, для подготовки;следующего бита decfsz scetbit,F ;декремент с условием регистра scetbit goto met1 ;scetbit не равен нулю: переход на метку met1 ; bsf st_cp ;тактируем вывод st_cp, для передачи загруженных bcf st_cp ;байтов на выходные линии микросхем 74HC595 ; bcf STATUS,C ;сброс бита C регистра статус перед сдвигом rrf stolb,F ;сдвиг влево регистра stolb ; incf FSR,F ;инкремент регистра FSR, подготовка следующего;регистра для отправки данных на 74HC595 decfsz shet,F ;декремент с условием регистра shet goto exxit ;регистр shet не равен 0: переход на exxit movlw data1 ;регистр shet равен 0: запись адреса первого movwf FSR ;регистра хранения иннформации в регистр FSR movlw .8 ;запись числа 8 в регистр shet, для ведения movwf shet ;счета столбцов ; exxit bcf INTCON,T0IF ;сброс флага прерывания по переполнению TMR0 movlw .124 ;запись числа 124 в регистр таймера TMR0 movwf TMR0 ; ; movf FSR,W ;сохранение текущего значения регистра FSR movwf FSR_prer ;в регистр FSR_prer movf FSR_osn ,W ;восстановление ранее сохраненного значения movwf FSR ;регистра FSR из регистра FSR_osn ; swapf STATUS_TEMP,W ;восстановление содержимого ключевых регистров movwf STATUS ; swapf W_TEMP,F ; swapf W_TEMP,W ; ; retfie ;выход из подпрограммы прерывания;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;Основная программа Start ................. ;первоначальная настройка регистров................. ;специального назначения................. bsf STATUS,RP0 ;запись двоичного числа 11010011 в регистр movlw b"11010010" ;OPTION_REG, тем самым устанавливаем внутренний movwf OPTION_REG ;источник тактового сигнала для TMR0 bcf STATUS,RP0 ;включаем предделитель перед TMR0 ;устанавливаем коэффициент предделителя 1:8 ; movlw .8 ;запись числа 8 в регистр shet, перед запуском movwf shet ;прерываний по переполнению TMR0, выполняется;однократно, после включения питания movlw b"10000000" ;запись двоичного числа 10000000 в movwf stolb ;регистр stolb, для включения 1-го столбца;выполняется однократно, после включения питания; movlw data1 ;запись адреса первого регистра (регистры хранения movwf FSR_prer ;информации) в регистр FSR_prer, выполняется;однократно, после включения питания; movlw .8 ;очистка 8-ми регистров вывода информации на movwf tmp ;матрицу, равнозначно выключению movlw data1 ;матрицы movwf FSR ; met3 clrf INDF ; incf FSR,F ; decfsz tmp,F ; goto met3 ; ; bcf INTCON,T0IF ;сброс флага прерывания по переполнению TMR0 bsf INTCON,T0IE ;разрешение прерываний по переполнению TMR0 bsf INTCON,GIE ;разрешение глобальных прерываний; m1 movlw data1 ;пример вывода буквы R movwf FSR ; movlw b"00000000" ; movwf INDF ; incf FSR,F ; movlw b"01111111" ; movwf INDF ; incf FSR,F ; movlw b"00001001" ; movwf INDF ; incf FSR,F ; movlw b"00011001" ; movwf INDF ; incf FSR,F ; movlw b"00101001" ; movwf INDF ; incf FSR,F ; movlw b"01000110" ; movwf INDF ; incf FSR,F ; movlw b"00000000" ; movwf INDF ; incf FSR,F ; movlw b"00000000" ; movwf INDF ; ; ................. ; ................. ; ................. ; ; end ;конец всей программы;

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;Реализация динамической индикации для матрицы с разрешением 8х8 ;Частота тактового генератора для примера 4 МГц, машинный цикл 1 мкс org 0000h ;начать выполнение программы с адреса 0000h goto Start ;переход на метку Start ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;Подпрограмма обработки прерываний org 0004h ;начать выполнение подпрограммы с адреса 0004h movwf W_TEMP ;сохранение значений ключевых регистров swapf STATUS,W ; movwf STATUS_TEMP ; movf FSR,W ;сохранение текущего значения регистра FSR movwf FSR_osn ;в регистр FSR_osn movf FSR_prer,W ;восстановление ранее сохраненного значения movwf FSR ;регистра FSR из регистра FSR_prer ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;74HC595 (последовательный сдвиговый регистр) movf stolb,W ;копирование содержимого регистра stolb movwf var ;в регистр var movlw .8 ;запись числа 8 в регистр scetbit, для отсчета movwf scetbit ;переданных битов met2 btfsc var,0 ;устанавливаем вывод ds в соответствии с bsf ds ;значением 7-го бита регистра var bsf sh_cp ;тактируем вывод sh_cp, для защелкивания данных rrf var,F ;сдвиг регистра var вправо, для подготовки ;следующего бита decfsz scetbit,F ;декремент с условием регистра scetbit goto met2 ;scetbit не равен нулю: переход на метку met2 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;74HC595 (последовательный сдвиговый регистр) movf INDF,W ;копирование содержимого регистра INDF movwf var ;в регистр var movlw .8 ;запись числа 8 в регистр scetbit, для отсчета movwf scetbit ;переданных битов met1 btfsc var,7 ;устанавливаем вывод ds в соответствии с bsf ds ;значением 7-го бита регистра var bsf sh_cp ;тактируем вывод sh_cp, для защелкивания данных rlf var,F ;сдвиг регистра var влево, для подготовки ;следующего бита decfsz scetbit,F ;декремент с условием регистра scetbit goto met1 ;scetbit не равен нулю: переход на метку met1 bsf st_cp ;тактируем вывод st_cp, для передачи загруженных bcf st_cp ;байтов на выходные линии микросхем 74HC595 bcf STATUS,C ;сброс бита C регистра статус перед сдвигом rrf stolb,F ;сдвиг влево регистра stolb incf FSR,F ;инкремент регистра FSR, подготовка следующего ;регистра для отправки данных на 74HC595 decfsz shet,F ;декремент с условием регистра shet goto exxit ;регистр shet не равен 0: переход на exxit movlw data1 ;регистр shet равен 0: запись адреса первого movwf FSR ;регистра хранения иннформации в регистр FSR movlw .8 ;запись числа 8 в регистр shet, для ведения movwf shet ;счета столбцов movlw b"10000000" ;запись двоичного числа 10000000 в movwf stolb ;регистр stolb, для включения 1-го столбца exxit bcf INTCON,T0IF ;сброс флага прерывания по переполнению TMR0 movlw .124 ;запись числа 124 в регистр таймера TMR0 movf FSR,W ;сохранение текущего значения регистра FSR movwf FSR_prer ;в регистр FSR_prer movf FSR_osn ,W ;восстановление ранее сохраненного значения movwf FSR ;регистра FSR из регистра FSR_osn swapf STATUS_TEMP,W ;восстановление содержимого ключевых регистров swapf W_TEMP,F ; swapf W_TEMP,W ; retfie ;выход из подпрограммы прерывания ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;Основная программа Start ................. ;первоначальная настройка регистров ................. ;специального назначения ................. bsf STATUS,RP0 ;запись двоичного числа 11010011 в регистр movlw b"11010010" ;OPTION_REG, тем самым устанавливаем внутренний movwf OPTION_REG ;источник тактового сигнала для TMR0 bcf STATUS,RP0 ;включаем предделитель перед TMR0 ;устанавливаем коэффициент предделителя 1:8 movlw .8 ;запись числа 8 в регистр shet, перед запуском movwf shet ;прерываний по переполнению TMR0, выполняется ;однократно, после включения питания movlw b"10000000" ;запись двоичного числа 10000000 в movwf stolb ;регистр stolb, для включения 1-го столбца Информация с логическими уровнями для строк каждого столбца, хранится в 8-ми регистрах хранения информации, обращение к которым выполняется через . Адресу первого регистра присвоено название data1. Кроме первоначальной записи регистров shet и stolb, необходимо записать в регистр FSR_prer адрес первого регистра хранения информации (регистр – data1, запись в FSR_prer выполняется однократно, далее корректируется в обработчике), только после этого разрешать прерывания по переполнению TMR0. Перед разрешением прерываний, желательно очистить регистры хранения информации, данная операция производится с помощью дополнительного регистра tmp (в качестве счетчика) и косвенной адресации, очистка равнозначна выключению матрицы. В подпрограмме обработки прерываний загружаем в микросхему DD2 содержимое регистра stolb (при первом входе в обработчик после разрешения прерываний, в регистре лежит число 10000000, как было сказано выше). Загрузка начинается с младшего бита регистра stolb, который сдвигается в направлении от Q0 к Q7 (внутри микросхемы DD2) по мере загрузки, алгоритм загрузки был рассмотрен выше, так что думаю, разобраться в коде не составит труда. Далее загружаем в DD2 содержимое регистра INDF, это один из регистров хранения информации, адрес которого находится в FSR (при первом входе в обработчик после разрешения прерываний в FSR лежит адрес первого регистра хранения информации с названием data1). Загрузка начинается со старшего бита регистра INDF. После загрузки рассмотренных 2-х байтов, тактируем вывод st_cp, тем самым загруженные данные передаются на выходные линии микросхем DD2, DD3. Таким образом, при первом входе в обработчик коммутируется первый столбец матрицы, в котором загораются светодиоды, на анодах которых присутствует высокий логический уровень, в соответствии с содержимым регистра data1 (первый регистр хранения информации). Далее сдвигаем регистр stolb вправо на один бит, для того чтобы подготовить к коммутации второй столбец матрицы при следующем входе в обработчик прерываний. Перед сдвигом необходимо очистить флаг C регистра STATUS, так как сдвиг происходит через этот флаг, и его состояние не известно на момент сдвига. После сдвига, инкрементируем регистр FSR, подготавливая следующий регистр хранения информации (после регистра data1) с логическими уровнями строк для второго столбца. Далее декрементируем с условием регистр shet, и если он не равен нулю, сбрасываем флаг прерывания по переполнению TMR0, производим запись числа в таймер, и выходим из обработчика прерываний. При следующем входе в обработчик включится второй столбец матрицы и так далее. При обнулении регистра shet (после коммутации 8-го столбца), в него записывается число 8 для очередного цикла коммутации столбов, кроме этого корректируется значение регистра stolb, в регистр FSR записывается адрес первого регистра хранения информации (data1). Выполним расчет временной задержки для таймера TMR0, частота тактового генератора 4 МГц, машинный цикл 1 мкс. Чтобы избежать мерцания светодиодов, примем частоту обновления каждого столбца в 100Гц (период T=10 мс), временная задержка равна 10/8 = 1,25 мс. Коэффициент предделителя TMR0 установим равным 1:8, при этом максимально возможная задержка равна 256х8 = 2048 мкс. Для паузы в 1,25 мс таймер должен отсчитать (256х1,25)/2,048 = 156,25 раз, округляя получим 156 отсчетов. Соответственно в таймер необходимо записать число 256-156 = 100. Но это не совсем правильное значение, так как на выполнение подпрограммы обработки прерываний затрачивается некоторое время, в данном случае на это уходит около 190 мкс, в перерасчете с учетом коэффициента предделителя получаем 190/8 = 23,75 или 24 отсчета. Правильное значение для записи в TMR0 равно: 100+24=124. В основной программе записываем 8 регистров хранения информации, в соответствии с тем, что хотим вывести на матрицу. Ниже представлена схема поясняющая вывод информации на матрицу для вышерассмотренного кода. Кроме сдвиговых регистров существуют специализированные драйвера для вывода информации на семисегментные индикаторы и светодиодные матрицы, в этом случае динамическую индикацию реализует сам драйвер, остается только отправлять на него данные для отображения. Один из таких популярных драйверов я рассмотрел в статье про . Ниже по ссылке можно скачать прошивку и исходник для микроконтроллера PIC16F628A, с реализацией динамической индикации на матрице 8х8 с применением двух сдвиговых регистров 74HC595, схема подключения была рассмотрена выше. На матрицу поочередно выводятся буквы R, L, цифра 46, смайлик, и просто узор в виде креста, эта анимация продемонстрирована в видеоролике ниже. с метками , . Читать .

Схема подключения одноразрядного семисегментного индикатора
Схема подключения многоразрядного семисегментного индикатора

Устройство отображения цифровой информации. Это - наиболее простая реализация индикатора, который может отображать арабские цифры. Для отображения букв используются более сложные многосегментные и матричные индикаторы.

Как говорит его название, состоит из семи элементов индикации (сегментов), включающихся и выключающихся по отдельности. Включая их в разных комбинациях, из них можно составить упрощённые изображения арабских цифр.
Сегменты обозначаются буквами от A до G; восьмой сегмент - десятичная точка (decimal point, DP), предназначенная для отображения дробных чисел.
Изредка на семисегментном индикаторе отображают буквы.

Бывают разных цветов, обычно это белый, красный, зеленый, желтый и голубой цвета. Кроме того, они могут быть разных размеров.

Также, светодиодный индикатор может быть одноразрядным (как на рисунке выше) и многоразрядным. В основном в практике используются одно-, двух-, трех- и четырехразрядные светодиодные индикаторы:

Кроме десяти цифр, семисегментные индикаторы способны отображать буквы. Но лишь немногие из букв имеют интуитивно понятное семисегментное представление.
В латинице : заглавные A, B, C, E, F, G, H, I, J, L, N, O, P, S, U, Y, Z, строчные a, b, c, d, e, g, h, i, n, o, q, r, t, u.
В кириллице : А, Б, В, Г, г, Е, и, Н, О, о, П, п, Р, С, с, У, Ч, Ы (два разряда), Ь, Э/З.
Поэтому семисегментные индикаторы используют только для отображения простейших сообщений.

Всего семисегментный светодиодный индикатор может отобразить 128 символов:

В обычном светодиодном индикаторе девять выводов: один идёт к катодам всех сегментов, а остальные восемь - к аноду каждого из сегментов. Эта схема называется «схема с общим катодом» , существуют также схемы с общим анодом (тогда все наоборот). Часто делают не один, а два общих вывода на разных концах цоколя - это упрощает разводку, не увеличивая габаритов. Есть еще, так называемые «универсальные», но я лично с такими не сталкивался. Кроме того существуют индикаторы со встроенным сдвиговым регистром, благодаря чему намного уменьшается количество задействованных выводов портов микроконтроллера, но они намного дороже и в практике применяются редко. А так как необъятное не объять, то такие индикаторы мы пока рассматривать не будем (а ведь есть еще индикаторы с гораздо большим количеством сегментов, матричные).

Многоразрядные светодиодные индикаторы часто работают по динамическому принципу: выводы одноимённых сегментов всех разрядов соединены вместе. Чтобы выводить информацию на такой индикатор, управляющая микросхема должна циклически подавать ток на общие выводы всех разрядов, в то время как на выводы сегментов ток подаётся в зависимости от того, зажжён ли данный сегмент в данном разряде.

Подключение одноразрядного семисегментного индикатора к микроконтроллеру

На схеме ниже, показано как подключается одноразрядный семисегментный индикатор к микроконтроллеру.
При этом следует учитывать, что если индикатор с ОБЩИМ КАТОДОМ , то его общий вывод подключается к «земле» , а зажигание сегментов происходит подачей логической единицы на вывод порта.
Если индикатор с ОБЩИМ АНОДОМ , то на его общий провод подают «плюс» напряжения, а зажигание сегментов происходит переводом вывода порта в состояние логического нуля .

Осуществление индикации в одноразрядном светодиодном индикаторе осуществляется подачей на выводы порта микроконтроллера двоичного кода соответствующей цифры соответствующего логического уровня (для индикаторов с ОК — логические единицы, для индикаторов с ОА — логические нули).

Токоограничительные резисторы могут присутствовать в схеме, а могут и не присутствовать. Все зависит от напряжения питания, которое подается на индикатор и технических характеристик индикаторов. Если, к примеру, напряжение подаваемое на сегменты равно 5 вольтам, а они рассчитаны на рабочее напряжение 2 вольта, то токоограничительные резисторы ставить необходимо (чтобы ограничить ток через них для повышенного напряжении питания и не сжечь не только индикатор, но и порт микроконтроллера).
Рассчитать номинал токоограничительных резисторов очень легко, по формуле дедушки Ома .
К примеру, характеристики индикатора следующие (берем из даташита):
— рабочее напряжение — 2 вольта
— рабочий ток — 10 мА (=0,01 А)
— напряжение питания 5 вольт
Формула для расчета:
R= U/I (все значения в этой формуле должны быть в Омах, Вольтах и Амперах)
R= (напряжение питания — рабочее напряжение)/рабочий ток
R= (5-2)/0.01 = 300 Ом

Схема подключения многоразрядного семисегментного светодиодного индикатора в основном та-же, что и при подключении одноразрядного индикатора. Единственное, добавляются управляющие транзисторы в катодах (анодах) индикаторов:

На схеме не показано, но между базами транзисторов и выводами порта микроконтроллера необходимо включать резисторы, сопротивление которых зависит от типа транзистора (номиналы резисторов рассчитываются, но можно и попробовать применить резисторы номиналом 5-10 кОм).

Осуществление индикации разрядами осуществляется динамическим путем:
— выставляется двоичный код соответствующей цифры на выходах порта РВ для 1 разряда, затем подается логический уровень на управляющий транзистор первого разряда
— выставляется двоичный код соответствующей цифры на выходах порта РВ для 2 разряда, затем подается логический уровень на управляющий транзистор второго разряда
— выставляется двоичный код соответствующей цифры на выходах порта РВ для 3 разряда, затем подается логический уровень на управляющий транзистор третьего разряда
— итак по кругу
При этом надо учитывать:
— для индикаторов с ОК применяется управляющий транзистор структуры NPN (управляется логической единицей)
— для индикатора с ОА — транзистор структуры PNP (управляется логическим нулем)

Динамическая индикация широко применяется для отображения различной информации, например температуры, напряжения, времени или просто количества срабатывания каких-либо устройств или датчиков. Динамическая индикация на базе отлично согласуется в совместной работе с микроконтроллерами. Однако в литературе по программированию микроконтроллеров AVR данный вопрос рассмотрен очень поверхностно и далеко не в каждой книге, посвященной соответствующей тематике. Поэтому более подробно рассмотрим, как подключить семисегментный индикатор с динамической индикацией к микроконтроллеру, в данном случае – к ATmega8, но аналогия сохраняется для МК AVR любой серии.

По количеству разрядов (цифр) динамические семисегментные индикаторы бывают одноразрядные, двухразрядные, трехразрядные, четырехразрядные и очень редко – шестиразрядные. Основное внимание мы уделим четырехразрядным семисегментным индикаторам, как наиболее применяемому типу динамической индикации. Изготовляются они с общим анодом и общим катодом. Схемы соединения светодиодов отдельных сегментов представлены на рисунках.

Как видно из рисунков, каждый разряд, называемый digit, имеет свой отдельный общий в пределах разряда вывод. Поскольку рассматривается 4-х разрядная динамическая индикация, то таких выводы четыре – digit1, digit2, digit3, digit4.

Распиновка выводов 4-х разрядного семисегментного индикатора приведена на рисунке ниже. В данном случае показан вид сверху, то есть индикатор не нужно переворачивать вверх ногами.

Как работает динамическая индикация

Теперь рассмотрим, как работает динамическая индикация с общим катодом. Например, нам необходимо отобразить число 1987. Для этого следует в первый момент времени подать высокий потенциал на аноды сегментов, образующих единицу – b и c, а на общий катод первого разряда подать низкий потенциал. Общие катоды оставшихся трех разрядов – digit2, digit3 и digit4 остаются не подключенными.

Во второй момент времени получают питания сегменты, образующие цифру 9, общий катод второго разряда подключается к минусу, а digit1 теряет питание; digit2, digit3, как и раннее – остаются не подключенными.

В третий момент времени засвечивается цифра 8 на третьем индикаторе, а остальные индикаторы гаснут.

В четвертый момент времени получает питание последний индикатор и отображается цифра 7.

Далее все повторяется снова. При частоте переключений из разряда на разряда более 25 Гц за счет световой инерции светодиодов наши глаза не успевают заметить, как происходят переключения, поэтому визуально мы воспринимаем целостное свечение одновременно все разрядов.

Схема подключения динамической индикации к микроконтроллеру ATmega 8

Сегменты динамической индикации будем подключать через токоограничивающие номиналом 330 Ом к выводам порта D микроконтроллера ATmega8. Выводы, отвечающие digit1, digit2, digit3, digit4 подсоединим через транзисторы n-p-n тип, например BC547 или 2n2222 к выводам порта B.

Алгоритм написания кода для подключения динамической индикации

Для большей конкретизации действий будем применять 4-х разрядный семисегментный индикатор с общим катодом. Первым делом следует создать массив цифр от 0 до 9. Этому мы уже научились ранее, . Далее необходимо разбить 4-х значное число на четыре отдельных цифры. Например, число 1987 нужно разбить на 1, 9, 8 и 7. Затем единицу нужно отобразить в первом разряде индикатора, девятку – во втором, восьмерку – в третьем и семерку – в четвертом.

Среди многих алгоритмов разбивки многозначного числа на отдельные числа мы воспользуемся операциями деления и остатком от деления. Рассмотрим пример:

1987/1000 → 1

1987%1000/100 → 9

1987%100/10 → 8

1987%10 → 7

В языке С при использовании целочисленного типа данных int при выполнении деления все десятые, сотые и т. д., то есть все числа меньше единицы отбрасываются. Остаются только целые числа. Математическое округление здесь не работает, то есть 1,9 в данном случае будет 1, а не 2.

Команда «остаток от деления» обозначается знаком процента «% ». Данная команда отбрасывает все целые числа и оставляет остальную часть числа. Например, 1987%1000 → 987; 1987%100 → 87; 1987%10 → 7.

Далее следует написать команду, которая сначала отобразит первый разряд и соответствующее ему число, потом, через некоторый промежуток времени, второй разряд и отвечающее ему число; и так далее. Ниже приведен код с комментариями.

КОД

#define F_CPU 1000000L

#include

#include

#define CHISLO PORTD

#define RAZRIAD PORTB

unsigned int razr1 = 0, razr2 = 0, razr3 = 0, razr4 = 0;

unsigned int chisla = {

// числа от 0 до 10

0x3f, 0x6, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x7, 0x7f, 0x6f

};

void vse_chislo (unsigned int rabivka_chisla)

{

razr1 = rabivka_chisla/1000; // тысячи

razr2 = rabivka_chisla%1000/100; // сотни

razr3 = rabivka_chisla%100/10; // десятки

razr4 = rabivka_chisla%10; // единицы

}

int main(void)

{

DDRB = 0b00001111;

DDRD = 0b11111111;

RAZRIAD = 0b00000001; // изначально 1-й разряд

CHISLO = 0x3f; // число 0

while (1)

{

vse_chislo(1987); // отображаемое число

RAZRIAD = 0b00000001; // включаем 1-й разряд, остальные выключаем

CHISLO = chisla ; // отображаем 1-ю цифру

_delay_ms (3);

RAZRIAD = 0b00000010; // включаем 2-й разряд, остальные выключаем

CHISLO = chisla ; // отображаем 2-ю цифру

_delay_ms (3);

RAZRIAD = 0b00000100; // включаем 3-й разряд, остальные выключаем

CHISLO = chisla ; // отображаем 3-ю цифру

_delay_ms (3);

RAZRIAD = 0b00001000; // включаем 4-й разряд, остальные выключаем

CHISLO = chisla ; // отображаем 4-ю цифру

_delay_ms (3);

}

}

Улучшаем программу для работы динамической индикации

Приведенный выше алгоритм является в большей степени обучающий, поэтому несколько упрощенный, но он также имеет место в программах, не выполняющих каких-либо быстрых расчетов в режиме реального времени. Единственным недостатком данного алгоритма является применение задержек, негативное влияние которых была рассмотрено ранее. Чтобы избавится от применения задержек можно применять прерывания от таймер-счетчиков. В ниже представленном коде задержки формируются с помощью нулевого таймер-счетчика и вызова прерывания по переполнению этого счетчика.

Для того, чтобы при каждом прерывании числа отображались последовательно в каждом разряде индикатора, добавлена переменная bc547, которая увеличивается на единицу при последующем вызове прерывания ISR (TIMER0_OVF_vect). Затем выполняется проверка значения переменной bc547 и получает питания соответствующий разряд. Когда bc547 становится больше четырех, происходит сброс в единицу.

Индикаторы обычно располагают в местах, удобных для просмотра информации, отображаемой на них. Остальная цифровая схема может располагаться на других печатных платах. При увеличении количества индикаторов увеличивается количество проводников между платой индикаторов и цифровой платой. Это приводит к определенным неудобствам разработки конструкции и эксплуатации аппаратуры. Эта же причина приводит к увеличению ее стоимости.

Количество соединительных проводников можно уменьшить, если заставить индикаторы работать в импульсном режиме. Человеческий глаз обладает инерционностью и если заставить индикаторы отображать информацию поочередно с достаточно большой скоростью, то человеку будет казаться, что все индикаторы отображают свою информацию непрерывно. В результате можно по одним и тем же проводникам поочередно передавать отображаемую информацию. Обычно достаточно частоты обновления информации 50 Гц, но лучше увеличить эту частоту до 100 Гц.

Давайте рассмотрим структурную схему включения семисегментных светодиодных индикаторов, приведенную на рисунке 1. Эта схема может обеспечить динамическую индикацию выдаваемой цифровой информации.

Рисунок 1. Структурная схема динамической индикации

В схеме, приведенной на рисунке 1, отображаются четыре цифровых разряда. Каждый разряд кратковременно подключается к своему входу коммутатора. Генератор служит для задания скорости обновления информации на индикаторах. Двоичный счетчик последовательно формирует четыре состояния схемы, а через ключи обеспечивает поочередную подачу питания на семисегментные индикаторы.

В результате, когда коммутатор подает двоично-десятичный код с входа A на входы семисегментного дешифратора, то этот код отображается на индикаторе HL1. Когда коммутатор подает на входы семисегментного дешифратора двоично-десятичный код с входа B, то этот код отображается на индикаторе HL2, и так далее, по циклу.

Скорость обновления информации в рассмотренной схеме будет в четыре раза меньше частоты генератора. То есть для того, чтобы получить частоту мерцания индикаторов 100 Гц, требуется частота генератора 400 Гц.

Во сколько же раз мы в результате уменьшили количество соединительных проводников? Это зависит от того, где мы проведем сечение схемы. Если мы на плате индикации оставим только индикаторы, то для их работы потребуется 7 информационных сигналов для сегментов и четыре коммутирующих сигнала. Всего 11 проводников. В статической схеме индикации нам потребовалось бы 7×4=28 проводников. Как видим, выигрыш налицо. При реализации 8-ми разрядного блока индикации выигрыш будет еще больше.

Еще больший выигрыш будет, если сечение схемы провести по входам индикаторов. В этом случае для четырехразрядного блока индикации потребуется только шесть сигнальных проводников и два проводника питания схемы. Однако такая точка сечения схемы динамической индикации применяется очень редко.

Теперь давайте рассчитаем ток, протекающий через каждый сегмент светодиодного индикатора при его свечении. Для этого воспользуемся эквивалентной схемой протекания тока по одному из сегментов индикатора. Данная схема приведена на рисунке 2.

Как уже упоминалось ранее, для нормальной работы светодиода требуется ток от 3 до 10 мА. Зададимся минимальным током светодиода 3 мА. Однако при импульсном режиме работы яркость свечения индикатора падает в N раз, где коэффициент N равен скважности импульсов тока, подаваемых на этот индикатор.

Если мы собираемся сохранить ту же яркость свечения, то требуется увеличить величину импульсного тока, протекающего через сегмент, в N раз. Для восьмиразрядного индикатора коэффициент N равен восьми. Пусть первоначально мы выбрали статический ток через светодиод, равный 3 мА. Тогда для сохранения той же яркости свечения светодиода в восьмиразрядном индикаторе потребуется импульсный ток:

I сег дин = I сег стат ×N = 3мА×8 = 24мА.

Такой ток с трудом смогут обеспечить только некоторые серии цифровых микросхем. Для большинства же серий микросхем потребуются усилители, выполненные на транзисторных ключах.

Теперь определим ток, который будет протекать через ключ, коммутирующий питание на отдельные разряды восьмиразрядного блока индикации. Как это видно из схемы, приведенной на рисунке 2, через ключ может протекать ток любого сегмента индикатора. При отображении цифры 8 потребуется зажечь все семь сегментов индикатора, значит импульсный ток, протекающий в этот момент через ключ, можно определить следующим образом:

I кл = I сег дин ×N сег = 24мА×7 = 168мА.

Как вам такой ток?! В радиолюбительских схемах я часто встречаю решения, где коммутирующий ток берется непосредственно с выхода дешифратора, который не может выдать ток больше 20 мА, и задаю себе вопрос — а где смотреть такой индикатор? В полной темноте? Получается «прибор ночного видения», то есть прибор, показания которого видны только в полной темноте.

А теперь давайте рассмотрим принципиальную схему полученного блока индикации. Она приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Принципиальная схема блока динамической индикации

Теперь, после того, как мы получили схему динамической индикации, можно обсудить ее достоинства и недостатки. Несомненным достоинством динамической индикации является малое количество соединительных проводов, что делает ее незаменимой в некоторых случаях, таких как работа с матричными индикаторами.

В качестве недостатка следует привести наличие больших импульсных токов, а так как любой проводник является антенной, то динамическая индикация служит мощным источником помех. Еще одним путем распространения помех является источник питания.

Обратим внимание, что фронта у коммутирующих импульсов очень короткие, поэтому их гармонические составляющие перекрывают диапазон радиочастот вплоть до ультракоротких волн.

Итак, применение динамической индикации позволяет минимизировать количество соединительных проводов между цифровым устройством и индикатором, но является при этом мощным источником помех, поэтому ее применение в радиоприемных устройствах нежелательно.

Если по каким-либо причинам, например, необходимость применения матричных индикаторов, приходится использовать динамическую индикацию, то нужно принять все меры по подавлению помех.

В качестве мер по подавлению помех от динамической индикации можно назвать экранирование блока, соединительного кабеля и плат. Использование минимальной длины соединительных проводов, применение фильтров по питанию. При экранировании блока, возможно, потребуется экранировать и сами индикаторы. При этом обычно используется металлическая сетка. Эта сетка одновременно может увеличить контрастность отображаемых символов.

Литература:

Вместе со статьей "Динамическая индикация" читают:

Индикаторы предназначены для отображения различных видов информации для человека. Простейший вид информации - это...
http://сайт/digital/Indic.php

Газоразрядные индикаторы используются как для индикации битовой информации, так и для отображения десятичной информации. При построении десятичных индикаторов катод...
http://сайт/digital/GazIndic/

В настоящее время практически везде для отображения двоичной информации используются светодиоды. Это обусловлено тем...
http://сайт/digital/LED.php

Принципы работы жидкокристаллических индикаторов... Режимы работы жидкокристаллических индикаторов... Формирование цветного изображения...
http://сайт/digital/LCD.php

В одном из предыдущих уроков мы научились зажигать сегменты светодиодного индикатора. Хотя это можно сделать только с помощью Ардуино, мы использовали в нашем уроке дополнительный компонент — . Эта полезная микросхема сэкономила нам несколько ценных выводов микроконтроллера. Но один семисегментный индикатор почти бесполезен. Он ведь отображает всего одну цифру. А что если мы хотим вывести большое число, скажем, от 0 до 500? Нам потребуется целых три цифры, а значит и три индикатора. Как будем подключать их к контроллеру? Можем напрямую, но тогда мы займем 7*3 = 21 вывод! Это очень расточительно. К тому же, нужна будет уже другая плата, так как у Ардуино Уно просто не хватит цифровых выводов. Попробуем использовать сдвиговый регистр? Уже лучше. Теперь нам понадобится три регистра, объединенных в цепочку, а также три вывода Ардуино для управления ими. В общем то на этом можно бы было и остановить оптимизацию нашей схемы, но мы пойдем дальше. Обойдемся всего одним сдвиговым регистром!

Динамическая индикация

Как известно, наше зрение обладает свойством инерции, или персистенции. Это способность глаза соединять быстро сменяющиеся изображения в одно. Таким образом, чтобы человек видел на индикаторе трехзначное число, вовсе необязательно зажигать все цифры разом. Достаточно в один момент времени включать только один отдельный индикатор. Переключение между соседними индикаторам должно происходить с большой частотой, чтобы получить эффект персистенции. Такой подход к выводу данных называется динамической индикацией. В действительности, многие символьные и матричные светодиодные и газоразрядные индикаторы работают именно по такому принципу. Попробуем и мы собрать схему динамической индикации для управления тремя семисегментными индикаторами.

Подключение к Ардуино

В этом уроке мы используем три семисегментных индикатора с общим катодом. Нам также потребуется один сдвиговый регистр, подключенный одновременно ко всем индикаторам. Чтобы в каждый момент времени включать только один индикатор, используем три полевых транзистора, которые будут в нужный момент подключать катод к земле. Кстати, вместо трёх отдельных индикаторов лучше применять один трехцифровой индикатор. Суть схемы от этого не изменится, но проводов будет меньше! Принципиальная схема
Внешний вид макета
В качестве электронных ключей рекомендуем использовать транзисторы в корпусе TO92, например 2N7000. Для подключения каждого транзистора понадобится два резистора: на 100-150 Ом и на 2.2-10 кОм. Первый резистор призван защитить вывод контроллера от бросков тока, возникающих на затворе во время создания поля. Второй же резистор поможет быстро выключить ключ, когда мы подадим низкий уровень на соответствующий вывод контроллера (через него на землю сольется остаточный заряд затвора). На каждой линии от регистра к индикатору необходим токозадающий резистор 200-300 Ом, чтобы светодиоды в индикаторе не перегорели. Этот нюанс работы со светодиодами мы рассмотрели на . Тщательно собираем схему и переходим к программе. Программа для динамической индикации const byte digit_pins = {5,6,7}; const byte data_pin = 2; const byte sh_pin = 4; const byte st_pin = 3; unsigned long tm, next_flick; const unsigned int to_flick = 1; byte digit = 0; unsigned int counter = 125; const byte digits = { B11101110, B10000010, B11011100, B11010110, B10110010, B01110110, B01111110, B11000010, B11111110, B11110110 }; void fill(byte d){ for(char i=0; i<8; i++){ digitalWrite(sh_pin, LOW); digitalWrite(data_pin, digits[d] & (1< next_flick){ next_flick = tm + to_flick; digit++; if(digit == 3) digit = 0; setDigit(digit, counter); } } Часть этой программы, включая переменные data_pin , sh_pin , st_pin и функцию fill уже известны нам из . Массив digits хранит десять комбинаций сегментов для цифр от 0 до 9. Для экономии памяти мы храним каждую комбинацию в одном байте, а для лучшего понимания мы записали их в бинарном виде. Чтобы переключать индикаторы воспользуемся . Будем каждую миллисекунду заполнять регистр нужной комбинацией и включать соответствующий индикатор. Для этого мы используем функцию setDigit . Аргумент digit — это индекс включаемого в данный момент индикатора, а counter — трехзначное число, которые мы хотим высветить. Параметр to_flick отвечает за период переключения индикатора. Он равен 1, а значит смена цифр для отображения происходит каждую миллисекунду. Что если увеличить этот параметр? Скажем до 100мс, или даже до 500мс. Эффект инерции зрения пропадет и мы начнем замечать смену цифр. Программа счетчика с динамической индикацией В предыдущем примере переменная counter хранила число 125 по-умолчанию. Попробуем теперь добавить в программу счетчик секунд, чтобы counter увеличивался на единицу каждую секунду, вплоть до числа 999. const byte digit_pins = {5,6,7}; const byte data_pin = 2; const byte sh_pin = 4; const byte st_pin = 3; unsigned long tm, next_sec, next_flick; const unsigned int to_sec = 1000; const unsigned int to_flick = 1; unsigned int counter = 0; byte digit = 0; const byte digits = { B11101110, B10000010, B11011100, B11010110, B10110010, B01110110, B01111110, B11000010, B11111110, B11110110 }; void fill(byte d){ for(char i=0; i<8; i++){ digitalWrite(sh_pin, LOW); digitalWrite(data_pin, digits[d] & (1< next_sec){ next_sec = tm + to_sec; counter++; if(counter == 1000) counter = 0; } tm = millis(); if(tm > next_flick){ next_flick = tm + to_flick; digit++; if(digit == 3) digit = 0; setDigit(digit, counter); } } Загружаем программу на Ардуино и наблюдаем работу счетчика!

Задания

1. Цифровой секундомер. Собрать схему с трехцифровым индикатором. Добавить в схему . При нажатии на кнопку, секундомер должен запускать отсчет. При повторном нажатии — останавливать. Дополнительно, к секундомеру можно добавить дробную часть, отображаемую на третьем индикаторе через точку.
2. Цифровой вольтметр для напряжений от 0 до 10 Вольт. Собрать схему с трехцифровым индикатором. Добавить в схему делитель напряжения из двух резисторов на 10 кОм, подключенный к аналоговому входу Ардуино. Написать программу, которая будет каждые 100 мс считывать значение на аналоговом входе, переводить его в Вольты и выводить на индикатор. Для правильного отображения дробной части, необходимо подключить восьмой сегмент — точку.

Заключение

На поверку, динамическая индикация оказывается не такой уж сложной. К нашей старой схеме с регистром добавилось всего три транзистора, которые управляются понятной логикой. На следующих уроках попробуем использовать динамическую индикацию для управления матрицей светодиодов, а также научимся работать со специализированной микросхемой, которая значительно упростит нашу программу.