Светодинамическая установка на МК ATtiny2313. Схемы и устройства на микроконтроллерах Схемы устройств на attiny2313

10.08.2023

В данной статье предлагается схема цифрового термометра на микроконтроллере AVR ATtiny2313, датчике температуры DS1820 (или DS18b20), подключенному к микроконтроллеру по протоколу 1-wire, и ЖК-дисплее 16x2 на контроллере HD44780. Описываемое устройство может найти широкое применение среди радиолюбителей.

Программа для микроконтроллера написана на ассемблере в среде AVR Studio. Монтаж выполнен на макетной плате, кварцевый резонатор на 4МГц, микроконтроллер ATtiny2313 можно заменить на AT90S2313, предварительно перекомпилировав исходный код программы. Погрешность датчика DS1820 около 0,5 С. В архиве также находится прошивка для случая если используется датчик DS18B20. Опрос датчика производится каждую секунду.

WAV-плеер собран на микроконтроллере AVR ATtiny85 (можно использовать ATtiny25/45/85 серии). У микроконтроллеров этой серии всего восемь ножек и два ШИМ (Fast PWM) с несущей 250kHz. Для управления картой памяти достаточно всего 6 проводов: два для питания и четыре сигнальные. Восемь ножек микроконтроллера вполне достаточно для работой с картой памяти, вывода звука и кнопки управления. В любом случае данный плеер очень прост.

С помощью данного измерителя ёмкости можно легко измерить любую ёмкость от единиц пФ до сотен мкФ. Существует несколько методов измерения емкости. В данном проекте используется интеграционный метод.

Главное преимущество использования этого метода в том, что измерение основано на измерении времени, что может быть выполнено на МК довольно точно. Этот метод очень подходит для самодельного измерителя ёмкости, к тому же он легко реализуем на микроконтроллере.

Данный проект был сделан по просьбе друга для установки на дверь в складское помещение. В дальнейшем было изготовлено ещё несколько по просьбе друзей и знакомых. Конструкция оказалась простой и надёжной. Работает данное устройство так: пропускает только те RFID-карты, которые были заранее занесены в память устройства.

Этот проект я сделал для моей маленькой дочери. Это 24х-канальное устройство световых эффектов, в схеме используется 24 светодиода и 1 микроконтроллер с небольшой обвязкой.

Для управления светодиодами применен не дорогой микроконтроллер ATtiny 2313 (Atmel), который может управлять светодиодами током до 20 мА, на каждый контакт. Светодиоды в схеме сгруппированы в 4 группы, каждая из которых состоит из 6 светодиодов. В схеме есть три кнопки, “F”, “+” и “-“.

Кнопка F предназначена для изменения эффекта, а кнопки "+" и "-" предназначены для увеличения или уменьшения скорости эффекта. Например, каждый раз, когда вы нажимаете кнопку "-" светодиоды замедляются и гаснут медленнее. Для быстрого изменения скорости вы можете нажимать и удерживать соответствующую кнопку.

Для питания схемы я использовал адаптер 12V со стабилизатором 7805, сажать стабилизатор на радиатор нет необходимости.

Печатные платы:

Программное обеспечение написано на ассемблере в IDE AVRStudio 4, код программы приведен ниже. С помощью простых изменений в коде программы, каждый может придумать свои разные эффекты. Всего в программу заложено 24 эффекта.

Понадобился мне тут термометр в инкубатор, а так как термостат у меня уже стоит, то буду делать только сам термометр. В своем случае буду использовать 3-х разрядный, а не 4-х разрядный индикатор. Поговорим пока немного про сами цифровые индикаторы. Семисегментный индикатор состоит из семи элементов индикации (сегментов), по отдельности включающихся и выключающихся подачей питания. Включая их в разных комбинациях, из них можно составить изображения цифр. В современных индикаторах светодиоды изготавливают в форме сегментов, поэтому светодиодные индикаторы имеют предельно простую форму - чем меньше разных светодиодов, тем дешевле устройство. Сегменты обозначаются буквами от A до G . Восьмой сегмент — это точка. Вот параметры индикатора, что используется в термометре:

Максимальное прямое напряжение (при токе 20 мА):.....2.5 В
Максимальный прямой ток: .....25-30 мА
Максимальное обратное напряжение: .....5 В
Обратный ток (при напряжении 5 в): .....10 мкА
Мощность рассеивания: .....150 мВт
Максимальный импульсный прямой ток: .....140-160 мА
Диапазон рабочих температур: .....-40…+85°C

Теперь приступим к изготовлению самого термометра. Изучим принципиальную схему.

Для его изготовления нам понадобится:

>>> 4-х разрядный семисегментный индикатор 1шт
>>> Керамический конденсатор на 0.1 микрофарад 1шт
>>> Электролитический конденсатор на 100 мкф 16в (можно и 10)
>>> Резисторы 100-200 ом 0.125 вт 8шт.
>>> Микроконтроллер AtTiny2313 1шт.
>>> Панелька 20 ног 1шт.
>>> Датчик DS18B20 1шт.
>>> Провода, паяльник, золотые руки))

Собрав все необходимые радиокомпоненты, приступим к изготовлению микроконтроллерного термометра. Паяем резисторы к индикатору.

Подводим питание - и готово! Осталось прошить микроконтроллер. Прошивку можно . В архиве находится две прошивки, под общий катод и под общий анод.

Чтобы прошить этот МК нам нужен . Как его сделать смотрим по ссылке. Открываем PonyProg (Если у вас программатор из статьи выше) и закидываем прошивку. При закидывании прошивки не забываем нажимать кнопку "ПРОЧЕСТЬ ". Фьюзы выставляем как на фото ниже:

Тоже один из важных факторов: при выставлении фьюзов не забываем нажать кнопку "ЧИТАТЬ " (Read). И сохраняем прошивку, вынимаем микроконтроллер из программатора и вставляем в устройство.

Подаем питание на схему - и вуаля! Все работает. Печатной платы к схеме нету, так как в следствии простоты смысла ее нету чертить, схема состоит, грубо говоря, из пяти радиодеталей. Не считая резисторов, т.к там вообще проще простого их подпаять. Видео работы данного термодатчика можно посмотреть ниже:

Как работает термометр на ATTINY

Устройство действительно настолько простое, что прекрасно подойдёт начинающим контроллеристам, как первый действующий практический проект на AtTiny. С вами был Boil .

Обсудить статью ТЕРМОМЕТР НА ATTINY

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 -

Наверное, даже не просто простые часы на микроконтроллере , а даже очень простые. Этот проект на микроконтроллере Attiny2313 наверно можно назвать проектом одного дня, поскольку на создание данных часов с начало и до конца ушло чуть больше одного дня.

Для создания данных часов нам понадобятся:

Кварцевый резонатор на 16 МГц – 1 шт;
Микроконтроллер Attiny2313 -1 шт;
Конденсатор от 22 пф до 27 пф — 2 шт;
Конденсатор 220 н — 1 шт;
Стабилизатор 7805 – 1 шт;
Транзистор – 4 шт;
Индикатор SA15-11GWA — 4 шт (можно любой другой с общим анодом);
Кнопка – 2 шт;
Резистор 100 Ом – 8 шт;
Резистор 200 Ом – 4шт;
Резистор 10 кОм – 1 шт.
Питание осуществляется от простого .

Описание работы простых часов на Attiny2313

Тактируется кварцевым резонатором с рабочей частотой 16 МГц. В качестве счетчика времени, в схеме микроконтроллера Attiny2313 запущен 16 битный таймер с предделителем 256, сконфигурированный на создание прерывания по достижении счетчиком значения 625. Следовательно, получилось прерывания 100 раз в секунду.

Временной интервал находится в глобальных переменных, и при каждом прерывании необходимо увеличить значение миллисекунд на 1. В том случае если число миллисекунд доходит до 100, то необходимо увеличить на 1 величину секунд, а величину миллисекунд сбросить. И далее в той же последовательности до десятков часов, которые сбрасываются по достижении 24 без прибавления следующего разряда. Часы на микроконтроллере Attiny2313 максимально простые, поэтому они не отображают ни дату, ни переход на зимнее/летнее время и т.д.

Таким образом, получаем величину текущего времени записанного в глобальных переменных. Теперь необходимо вывезти эти значения. Поскольку количество портов микроконтроллера не так много, то используем такую особенность зрения как инерционность. Катоды всех четырех индикаторов часов соединены параллельно, а аноды управляются раздельно, что позволяет в каждый момент времени отобразить цифру на любой индикатор.

Быстро переключая порт B микроконтроллера, к которому подключены катоды и быстро переключая аноды, можем организовать видимость, что отображаются все 4 цифры, несмотря на то, что единовременно работает всего лишь одна. Другими словами, если текущее время 10:43, то выводим цифру 1 на первый индикатор часов, через небольшой интервал времени (порядка 1 мс) выводим цифру 0 на второй индикатор, через 1 мс отображаем 4 на 3 индикатор, спустя 1 мс отображаем 3 на 4 индикатор и снова по кругу.