Operácie

Blik!

Zo stránky SensorWiki

Verzia z 20:57, 6. máj 2023, ktorú vytvoril Balogh (diskusia | príspevky) (→‎Program 2: LED a tlačítko)

Programovateľný astabilný multivibrátor

Typický elektronický obvod, ktorý si postaví každý začiatočník je nejaké jednoduché blikátko, obvykle s dvoma tranzistormi, alebo s populárnym časovačom NE555. V roku 2023 však máme predsa len viac možností. Jednou z nich je namiesto obvodu 555 použiť rovnako veľký mikroprocesor ATtiny45, ktorý však môže okrem samotného blikania realizovať aj náročnejšie funkcie. Keďže procesor má možnosť budiť viac ako jednu jedinú LED diódu, využili sme to a v zapojení je použitá trojfarebná RGB dióda OSTAMA51A5A. Pripojená je na tie tri vývody mikroprocesora, ktoré majú okrem bežného digitálneho výstupu aj alternatívnu funkciu s výstupom PWM signálu. Týmto spôsobom môžeme ovládať všetky tri farby spojito (nielen zapni/vypni, ale aj rôzne stupne intenzity a dosiahnuť tak mnoho farebných kombinácií.

Obvody zrealizované študentmi na predmete DTV v roku 2023.


Opis a schéma zapojenia

Srdcom celého zariadenia je 8-bitový mikroprocesor ATtiny45V v DIL-8 puzdre. Okrem dvoch napájacích vývodov máme k dispozícii celkom 6 vstupov/výstupov ak použijeme menej presný interný oscilátor. Pre naše účely je celkom dostačujúci. Napájanie je zabezpečené lítiovou batériou Bt1 typu CR2032 s priemerom 20 mm a kapacitou 220mAh. Na plošný spoj umiestnime vhodný držiak, ktorý je umiestnený zo spodnej časti. Vypínač sme do zapojenia nezaradili zámerne, jednak aby sme znížili náklady, ale aj preto, lebo batéria sa dá jednoducho vybrať, alebo aspoň odizolovať malým kúskom plastu priamo v držiaku.

Jediným vstupom je tlačidlo SW1, ktoré spína vstup voči zemi. Aby zapojenie správne fungovalo, musí mať príslušný vstup PB3 mikroprocesora zapnutý interný pull-up rezistor, inak zapojenie nebude fungovať.

Na výstupoch PB0, 1 a 4 sú zapojené tri LED diódy (resp. jedna RGB dióda v ktorej sú všetky tri integrované). Všetky tri diódy majú zapojený aj predradný rezistor R1-3, ktorý obmedzuje maximálny prúd cez diódu. Pri oživovaní sa ukázalo, že intenzita jednotlivých farebných zložiek je ľudským okom vnímaná rozlične, preto sú odpory R1 a R3 menšie (680R) ako R1 (1k) - je to preto, aby subjektívne vnímaná intenzita bola vyrovnaná u všetkých troch diód. Keďže použitá RGB dióda má spoločnú anódu, programátor ju musí ovládať s inverznou logikou, teda zápis log. 0 na výstup LED diódu rozsvieti a log. 1 ju zhasne.


Schéma zapojenia.

Plošný spoj

Plošný spoj je obojstranný, rozmerov AxB mm navrhnutý v programe KiCAD7. Na obrázku je rozmiestnenie súčiastok a obrazec plošného spoja, ktorý bol napokon vyrobený vo firme JLC PCB (China). Pri návrhu sme zohľadnili najmä to, že výrobok je určený pre začiatočníkov a tak sú všetky súčiastky v prevedení s vývodmi, namiesto miniatúrnych SMD prvkov. Okrem jednoduchšieho spájkovania sa tak zjednoduší aj prípadné meranie alebo výmena prvkov. Snažili sme sa dosiahnuť čo najmenšie rozmery plošného spoja, aby cena ostala primeraná. Plošný spoj je pripravený aj na osadenie alternatívnych prevedení, ktoré sú opísané nižšie.


Plošný spoj - strana súčiastok, strana spojov a osadzovací plán.

Osadzovanie súčiastkami začneme päticou na procesor DIL8, ktorá je najnižšia. Dáme pritom pozor na orientáciu výrezom nahor. Potom osadíme tlačidlo a rezistory R1-R3, tu na orientácii súčiastok nezáleží. Napokon osadíme trojfarebnú LED diódu D1 (najkratší vývod 1 je na plošnom spoji označený štvorčekom) a pozície D2, D3 ostanú prázdne. Ako posledný spájkujeme z opačnej strany držiak na gombíkovú batériu. Ak by sme ho osadili skôr, nedostali by sme sa k vývodom ostatných súčiastok. Osadený plošný spoj je na obrázku X.


Zoznam súčiastok

Amount Product / Datasheet Reference Value Názov Footprint
1 GOLD-8P Conn1 DIL8 Pätica na integrovaný obvod DIL8 nie je
1 1-1825910-0 SW1 Mikrospinac TACT Mikrospínač do plošného spoja Button_Switch_THT:SW_PUSH_6mm_H4.3mm
1 CF1/4W-180R R1 180R Rezistor 1/8W Resistor_THT:R_Axial_DIN0309_L9.0mm_D3.2mm_P12.70mm_Horizontal
1 CF1/4W-180R R2 180R Rezistor 1/8W Resistor_THT:R_Axial_DIN0309_L9.0mm_D3.2mm_P12.70mm_Horizontal
1 CF1/4W-180R R3 180R Rezistor 1/8W Resistor_THT:R_Axial_DIN0309_L9.0mm_D3.2mm_P12.70mm_Horizontal
1 OSTAMA51A5A D1 OSTAMA51A5A LED 5mm trojfarebná, RGB LED_THT:LED_D5.0mm-4_RGB_Staggered_Pins
1 L-7113F3BT D2 L-7113F3BT LED 5mm infračervená LED_THT:LED_D5.0mm
1 L-53LID D3 L53-LID LED 5mm červená, nízkopríkonová LED_THT:LED_D5.0mm
1 ATTINY45-20PU IC1 ATtiny45-20P Mikroprocesor Attiny45 DIL8 Package_DIP:DIP-8_W7.62mm
1 KEYS1066 BT1 [Keystone1016] Držiak gombíkovej batérie Battery:BatteryHolder_Keystone_103_1x20mm
1 BAT-CR2032/A Batt1 CR2023 Gombíková batéria 3V typ CR2032 nie je
1 GOLD-8P Conn1 DIL8 Pätica na integrovaný obvod DIL8 nie je


Pri osádzaní vám môže pomôcť tento interaktívny diagram, v ktorom sa okrem ľahkej orientácie na doske môžete aj začiarkovať, ktoré súčiastky už máte pripravené a ktoré sú už aj osadené.

Software

Pre programátora je potrebné vedieť, kam je ktorý komponent pripojený, pozri nasledujúcu tabuľku.

Component Pin Arduino
Red 5 PB0
Green 6 PB1
-- 7 PB2
SW1 2 PB3
Blue 3 PB4
-- 1 PB5

Program 1: blikanie LED

Najjednoduchší program je naozaj obyčajné blikanie jednou z trojice LED diód. Ak chceme využiť niektorú inú, stačí zmeniť číslo podľa tabuľky vyššie.


Program v grafickom jazyku Blockly (TinkerCAD). 

/*  pin0 - Red LED / 1 - Green / 4 - Blue   */

void setup()
{
  pinMode(0, OUTPUT);
}

void loop()
{
  digitalWrite(0, LOW);  // LED On (common Anode)
  delay(200);            // Wait for 200 ms
  digitalWrite(0, HIGH); // LED Off 
  delay(200);            // Wait for 200 ms
}

##define F_CPU 8000000UL  // toto je lepsie vlozit do parametrov pre kompilator

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

#define LED1  PB0  // pripojena dioda 

int main(void)
{
    DDRB |= (1 << LED1);  // set pin as OUTPUT	
	
    while(1)
    {
         PORTB |=  (1<<LED1);       // zhasni LED, t.j. clear PB0 na log. 0
	 _delay_ms(200);
         PORTB &= ~(1<<LED1);       // ... tak rozsviet LED, t.j. set PB0 na log. 1 
	 _delay_ms(2000);
    }
}

/*
 *  LED Blink s periodou 100:1000 ms 
 *  delay vygenerovane tu http://darcy.rsgc.on.ca/ACES/TEI4M/AVRdelay.html
 *  pre frekvenciu 8 MHz (ATtiny45, internal osc.)
 * 
 *  LED je pripojena na pin5 (PORTB.0)
 */ 

START:	        SBI DDRB,0       ; DDRB.0 = 1 (t.j. Output)
LOOP:
		CBI PORTB,0      ; PORTB.0 = 0 (t.j. Low, rozsviet LED so spol. Anodou)

;		CALL DELAY      ; UNSUPPORTED INSTRUCTION ON ATtiny!!!! - treba nahradit RCALL + RET
	    
		ldi  r18, 5     ; 100ms SVIETI
		ldi  r19, 15
		ldi  r20, 242
L1:		dec  r20
		brne L1
		dec  r19
		brne L1
		dec  r18
		brne L1
		nop

		SBI PORTB,0     ; PORTB.0 = 1 (t.j. High, zhasni LED v obratenej logike)

		ldi  r18, 41    ; jedna seunda nesvieti (vypocet pre 8MHz!!!)
		ldi  r19, 150
		ldi  r20, 128
L2:		dec  r20
		brne L2
		dec  r19
		brne L2
		dec  r18
		brne L2
		nop

		RJMP LOOP		; Skok na zaciatok (JMP nepodporovane)


Program 2: LED a tlačítko

Asi druhý najjednoduchší program je ovládanie LED diódy tlačítkom. Podľa toho, ktorú si vyberieme, zmeníme číslo výstupu podľa tabuľky vyššie.


Program v grafickom jazyku Blockly (TinkerCAD). 

#define SW1  1
#define LED1 2

void setup()
{
  pinMode(SW1,INPUT_PULLUP);
  pinMode(LED1,OUTPUT);
}

void loop()
{
  if (digitalRead(SW1) == 0) 
      digitalWrite(LED1, HIGH);
  else 
      digitalWrite(LED1, LOW);
  
}

#define F_CPU 8000000UL  // toto je lepsie vlozit do parametrov pre kompilator
#define set_bit(ADDRESS,BIT) (ADDRESS |= (1<<BIT))
#define clear_bit(ADDRESS,BIT) (ADDRESS &= ~(1<<BIT))


#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

#define LED1  PB2  // pripojena dioda 
#define SW1   PB1  // pripojene tlacitko

int main(void)
{
    DDRB |= (1 << LED1);  // set LED1 pin as OUTPUT	
	DDRB &= ~(1<<SW1);    // set SW1 pin as INPUT (not necessary, default)
	PORTB |= (1<<SW1);    // SW1 pull-up ON
	
    while(1)
    {
      if ( bit_is_clear(PINB, SW1) )   // ak je stlacene tlacitko SW1
 	    set_bit(PORTB,LED1);           // LED1 = log.1
      else                             // inak
	    clear_bit(PORTB,LED1);         // LED1 = log.0
    }
	
	return 0;
}

/*
 *	Program01.asm
 *  
 *  Ovladanie LED diody tlacitkom
 *  Created: 16. 2. 2023 18:18:35
 */ 

START:	SBI DDRB,2       ; DDRB.2 = 1 (t.j. Output) - LED
		CBI DDRB,1       ; DDRB.1 = 0 (t.j. Input) - SW1
		SBI PORTB,1      ; PORTB.1 = 1 set SW1 Pull Up ON

LOOP:   SBI PORTB,2      ; PORTB.2 = 1 (t.j. High, rozsviet LED)
ON:     SBIS PINB,1      ; IF input on pin = 1 (button NOT pressed), skip next instruction
		RJMP ON          ; otherwise just loop here

	    CBI PORTB,2      ; PORTB.2 = 0 (t.j. Low, zhasni LED)
OFF:    SBIC PINB,1      ; if input on pin = 0 (button IS pressed),  skip next instruction
		RJMP OFF         ; otherwise just loop here

		RJMP LOOP		 ; Skok na LED On

Programovanie

Napokon potrebujeme preložený .hex súbor nahrať do pamäte mikroprocesora. Na otestovanie môžeme použiť už preložený súbor demo.hex, ktorý do procesora nahráme buď profesionálnym programátorom (napr. Elnec BeeProgXY), alebo použijeme ako programátor Arduino.


Varianty

Semafor


Namiesto trojfarebnej RGB diódy osadíme tri samostatné diódy - červenú, žltú a zelenú. Dostaneme tak jednoduchý semafor. Tlačítko v tomto prípade nemá žianu funkciu, mohlo by slúžiť ako vypínač prepínajúci procesor do sleep modu.











Infračervený ovládač


Namiesto trojfarebnej RGB diódy osadíme infračervenú diódu (napr. VISHAY XXXX) a po stlačení tlačidla odvysielame nejaký špeciálny kód, napr. na vypnutie zariadenia. Získame tak jednoduchý diaľkový ovládač. Aby sme vedeli skontrolovať funkciu zariadenia, pridáme na dosku aj jednu bežnú červenú LED diódu na pozíciu D2. Aby ovládač fungoval spoľahlivo aj na väčšiu vzdialenosť, zameníme rezistor Rx za iný s menšou hodnotou, napr. 47 alebo 51 Ohm.









Všetky tri varianty osadenia plošného spoja.

Podklady

Ak by si zariadenie chcel niekto postaviť, na GitHube sú k dispozícii všetky zdrojáky pre KiCAD ako aj vygenerované Gerber súbory.

Zdroj: „https://senzor.robotika.sk/sensorwiki/index.php?title=Blik!&oldid=13876“