Podstawy projektowania systemów mikroprocesorowych, cz. 5.pdf

K U R S

Podstawy projektowania systemów

mikroprocesorowych, część 5

Miesi¹c temu zapowiedzieliúmy pokazanie

multipleksowego sposobu sterowania za pomoc¹

mikrokontrolera '51 wyúwietlaczy LED. Obietnicy

dotrzymujemy - zapraszamy do lektury!

Schemat uk³adu wykorzystuj¹-

cego tÍ zasadÍ sterowania wy-

úwietlaczami siedmiosegmentowymi

pokazano na rys. 19 . W†uk³adzie

tym wykorzystano wyúwietlacze ze

wspÛln¹ anod¹, ktÛrych odpowia-

daj¹ce sobie katody po³¹czono

wspÛlnie z†odpowiednim wyprowa-

dzeniem mikrokontrolera. Rezysto-

ry ograniczaj¹ce pr¹d maj¹ mniej-

sze wartoúci niø w†uk³adach z†wy-

úwietlaniem statycznym w†zwi¹zku

z†koniecznoúci¹ zapewnienia odpo-

wiednio duøego pr¹du úredniego

(tutaj 1 / 4 natÍøenia pr¹du úwiec¹-

cego wyúwietlacza) gwarantuj¹cego

poø¹dan¹ jasnoúÊ úwiecenia - im

wiÍcej grup diod by³oby sterowa-

nych, tym rezystory te powinny

mieÊ mniejsz¹ wartoúÊ,

nie naleøy jednak prze-

kraczaÊ dopuszczalnego

pr¹du linii portu.

Anody wyúwietlaczy do³¹czo-

no oddzielnie do plusa zasilania

za poúrednictwem tranzystorÛw-

kluczy sterowanych przez mikro-

kontroler. Uk³ad ten dzia³a wed³ug

nastÍpuj¹cego algorytmu (dla jed-

nego wyúwietlacza):

- ustawienie stanÛw linii portu P1

odpowiadaj¹cych informacji wy-

úwietlanej przez wyúwietlacz W1

(kod odpowiadaj¹cy kszta³towi

wyúwietlanego znaku),

- w³¹czenie wyúwietlacza 1 (P3.3=0),

- odczekanie czasu, w†trakcie ktÛ-

rego wyúwietlacz úwieci,

- wy³¹czenie wyúwietlacza 1 (P3.3=1).

Powyøsze kroki naleøy powtÛ-

rzyÊ jeszcze trzykrotnie (dla wy-

úwietlaczy W2, W3 i†W4), a†na-

stÍpnie rozpocz¹Ê cykl od pocz¹t-

ku (od wyúwietlacza W1). Czas

trwania pojedynczego cyklu powi-

nien byÊ tak dobrany, aby czÍs-

totliwoúÊ zapalania pojedynczego

wyúwietlacza nie by³a mniejsza

niø 30...40 Hz (aby przekroczyÊ

moøliwoúci rejestrowania zmian

przez ludzkie oko), a†najlepiej os-

cylowa³a w†okolicach 100 Hz, co

pozwoli na wyúwietlanie pozba-

wione efektu migotania znanego

z†ekranÛw monitorÛw i†telewizo-

rÛw. Dalsze zwiÍkszanie czÍstotli-

woúci odúwieøania nie poprawia

juø jakoúci wyúwietlanej informa-

cji, powoduje za to wzrost iloúci

zak³ÛceÒ radioelektrycznych gene-

rowanych przez wyúwietlacz oraz

niepotrzebnie marnuje moc obli-

czeniow¹ mikrokontrolera. Warto

zauwaøyÊ, øe w†takim uk³adzie

moøna ³atwo sterowaÊ jasnoúci¹

úwiecenia poszczegÛlnych wyúwiet-

laczy - wystarczy dobraÊ odpo-

wiednio czasy trwania úwiecenia

danego wyúwietlacza - im d³uøszy

ten czas, tym jaúniejsze úwiecenie.

Czytelnicy zaznajomieni z†urz¹-

dzeniami wykonywanymi np.

w†technice TTL zauwaø¹, øe brak

pomiÍdzy wyprowadzeniami mik-

rokontrolera a†wyúwietlaczem uk³a-

Rys. 19. Schemat 4−cyfrowego wyświetlacza LED sterowanego multipleksowo wprost z programowym

generowaniem kształtu wyświetlanego znaku

Elektronika Praktyczna 7/2003

K U R S

List. 1. Przykładowy program sterujący działaniem 4−cyfrowego

wyświetlacza LED

;komórki pamięci od adresu 030h do 033h zawierają kombinację stanów

;segmentów wyświetlacza: 0 - oznacza segment zapalony

Program ten zapewnia dla

czÍstotliwoúci taktowania 12 MHz

odúwieøanie wyúwietlacza z†czÍs-

totliwoúci¹ oko³o 60 Hz. CzÍstotli-

woúÊ ta jest niezaleøna od sposo-

bu dzia³ania programu g³Ûwnego,

co pozwala na precyzyjne jej

okreúlenie.

W†obu przypadkach za³oøono,

øe dane przeznaczone do wyúwiet-

lenia zosta³y juø odpowiednio

przygotowane za pomoc¹ innego

podprogramu. W†zasadzie nic nie

stoi na przeszkodzie, aby na wy-

úwietlaczu zapaliÊ dowoln¹ kom-

binacjÍ segmentÛw - najczÍúciej

jednak chcemy, aby wyúwietlacz

siedmiosegmentowy wyúwietla³ cyf-

ry - odpowiednie przekodowanie

umoøliwi nam program pokazany

na list. 4 .

Przedstawiony program korzys-

ta z†tablicy, w†ktÛrej zapisano stan

poszczegÛlnych wyprowadzeÒ por-

tu P1 koniecznych do uzyskania

na wyúwietlaczu siedmiosegmento-

wym odpowiednich cyfr. Podane

wartoúci liczbowe odpowiadaj¹ sy-

tuacji, w†ktÛrej wyprowadzenia

segmentÛw wyúwietlacza (a, b, c,

d, itd.) pod³¹czone s¹ kolejno do

linii portu P1.0, P1.1 do P1.6.

Wyprowadzenie kropki wyúwietla-

cza (oznaczane jako h lub dp ) do-

³¹czone jest do linii P1.7. Oczy-

wiúcie nic nie stoi na przeszko-

dzie, aby linie mikrokontrolera by-

³y po³¹czone z†innymi segmentami

wyúwietlacza (np. w†sposÛb upra-

szczaj¹cy projektowanie p³ytki

drukowanej) - zmieni siÍ jedynie

reprezentacja liczbowa wyúwietla-

nych znakÛw (koniecznoúÊ innego

zakodowania). SposÛb uzyskania

odpowiednio zakodowanych liczb

pokazano na rys. 20 . Kodowanie

polega na umieszczeniu w†tablicy

zera w†przypadku zapalenia seg-

mentu i†jedynki w†przypadku jego

zgaszenia - otrzymany w†ten spo-

sÛb ci¹g zer i†jedynek jest oúmio-

bitow¹ liczb¹ dwÛjkow¹, ktÛrej

najm³odszy bit odpowiada wypro-

wadzeniu P1.0. Przekszta³cenie na

postaÊ szesnastkow¹ jest tylko for-

malnoúci¹ skracaj¹c¹ i†zwiÍkszaj¹-

c¹ czytelnoúÊ zapisu. Tak otrzy-

man¹ liczbÍ naleøy wpisaÊ na od-

powiedni¹ pozycjÍ w†tablicy ko-

dÛw umieszczon¹ w†programie.

OprÛcz cyfr na wyúwietlaczu sied-

MOV P1,030H ;przesłanie danej do portu P1

CLR P3.3 ;włączenie pierwszego wyświetlacza

LCALL CZEKAJ ;wywołanie procedury opóźniającej

SETB P3.3

;wyłączenie pierwszego wyświetlacza

MOV P1,031H ;przesłanie danej do portu P1

CLR P3.2 ;włączenie drugiego wyświetlacza

LCALL CZEKAJ ;wywołanie procedury opóźniającej

SETB P3.2

;wyłączenie drugiego wyświetlacza

MOV P1,032H ;przesłanie danej do portu P1

CLR P3.1 ;włączenie trzeciego wyświetlacza

LCALL CZEKAJ ;wywołanie procedury opóźniającej

SETB P3.1

;wyłączenie trzeciego wyświetlacza

MOV P1,033H ;przesłanie danej do portu P1

CLR P3.0 ;włączenie czwartego wyświetlacza

LCALL CZEKAJ ;wywołanie procedury opóźniającej

SETB P3.0

;wyłączenie czwartego wyświetlacza

;koniec podprogramu wyświetlającego

List. 2. Procedura realizująca opóźnienie wykorzystywane przez

program z list. 1

CZEKAJ:

MOV R6,#0FFH ;ustawienie początkowej wartości rejestru

DJNZ R6,$

;pozostanie w pętli do chwili wyzerowania R6

RET

du dekodera, np. BCD/7-segmento-

wego wykorzystywanego w†urz¹-

dzeniach zbudowanych z†klasycz-

nych uk³adÛw cyfrowych. Zgodnie

z†regu³¹ maksymalnego upraszcza-

nia sprzÍtu operacjÍ dekodowania

informacji wykonuje tutaj mikro-

kontroler. Pozwala to jednoczeúnie

na zmniejszenie komplikacji uk³a-

du, jak i†na wiÍksz¹ liczbÍ moøli-

wych do wyúwietlenia znakÛw.

Przyk³adowy program steruj¹cy

dzia³aniem wyúwietlacza zgodnego

ze schematem z†rys. 19 przedsta-

wiono na list. 1 . ProcedurÍ reali-

zuj¹c¹ opÛünienie pokazano na

list. 2 .

Powyøsza procedura opÛüniaj¹-

ca dla systemu taktowanego czÍs-

totliwoúci¹ 12 MHz zapewnia

czÍstotliwoúÊ odúwieøania wy-

úwietlacza oko³o 480 Hz. Wyda-

waÊ siÍ moøe, øe jest to wartoúÊ

zbyt duøa, jednak naleøy

uwzglÍdniÊ fakt, øe oprÛcz obs³u-

gi wyúwietlania w†g³Ûwnej pÍtli

programowej bÍd¹ wykonywane

teø inne zadania powierzone

mikrokontrolerowi, co spowoduje

obniøenie czÍstotliwoúci odúwie-

øania. W†zaleønoúci od konfigu-

racji programu wartoúÊ opÛünie-

nia moøe byÊ dobrana w†celu

uzyskania okreúlonych paramet-

rÛw odúwieøania. Dobrym sposo-

bem jest rÛwnieø umieszczenie

obs³ugi wyúwietlacza w†podpro-

gramie obs³ugi przerwania liczni-

kowego. SytuacjÍ tak¹ przedsta-

wiono na list. 3 .

Rys. 20. Sposób tworzenia kształtów wyświetlanych znaków

Elektronika Praktyczna 7/2003

K U R S

Rys. 21. Multipleksowe sterowanie wyświetlaczy LED z wykorzystaniem rejestru 74164

miosegmentowym moøna uzyskaÊ

takøe wyúwietlanie niektÛrych li-

ter alfabetu oraz wielu znakÛw

umownych - w†zaleønoúci od za-

istnia³ych potrzeb.

W†sytuacji, gdy nie jest moøli-

we wykorzystanie ca³ego portu

mikrokontrolera do sterowania wy-

úwietlaczem LED (np. z†powodu

braku wolnych linii lub zbyt ma-

³ej ich obci¹øalnoúci), dobrym spo-

sobem na zbudowanie uk³adu wy-

úwietlaj¹cego jest zastosowanie re-

jestru szeregowo-rÛwnoleg³ego.

Schemat takiego uk³adu przedsta-

wiono na rys. 21 . Wykorzystano

w†nim scalony rejestr szeregowo-

rÛwnoleg³y 74164, ktÛry wraz

z†dwoma tranzystorami i†dziesiÍcio-

ma rezystorami steruje linijk¹

úwietln¹ zbudowan¹ z†diod LED.

Ogromn¹ zalet¹ tego uk³adu jest

fakt, øe do sterowania szesnastu

diod LED potrzeba zaledwie 4†linii

mikrokontrolera! Dodatkowo po-

przez szeregowe po³¹czenie kilku

rejestrÛw '164 moøemy sterowaÊ

kolejn¹ grup¹ 16 diod przypadaj¹-

cych na kaødy do³¹czony uk³ad

bez koniecznoúci wykorzystywania

kolejnych wyprowadzeÒ mikrokont-

rolera. Niewielka liczba wykorzys-

tywanych linii portu wi¹øe siÍ jed-

nak z†nieco bardziej rozbudowan¹

czÍúci¹ programow¹ w†stosunku do

zwyk³ego wyúwietlacza multiplekso-

wanego z†bezpoúrednim sterowa-

niem diod z†linii portu. ChoÊ ogÛl-

na zasada programowania nie

zmienia siÍ - nadal jest to wy-

úwietlacz multipleksowany - to

nieco inaczej przebiega procedura

wystawiania sygna³Ûw odpowie-

dzialnych za zaúwiecenie siÍ lub

List. 3. Listing programu, w którym obsługę wyświetlacza umieszczono

w podprogramie obsługi przerwania licznikowego

;POZYCJA - zmienna bajtowa przechowująca numer wyświetlanej pozycji

;komórki pamięci 030H do 033H przechowują dane do wyświetlenia

{program główny - część inicjująca}

MOV POZYCJA,#1

;pozycja 1 będzie wyświetlana jako pierwsza

MOV TMOD,#0

;ustawienie trybu pracy licznika

MOV TL0,#0FFH

;i wpisanie wartości początkowych

MOV TL1,#00FH

SETB EA

;włączenie przerwań

SETB ET0

;zezwolenie na przerwanie od licznika T0

SETB TR0

;włączenie licznika 0

{program główny}

PRZERWANIE:

;podprogram obsługi przerwania licznika T0

PUSH PSW

;zapisanie na stos rejestru stanu

PUSH ACC

;i akumulatora

MOV TL0,#0FFH

;wpisanie do licznika

MOV TH0,#00FH

;wartości początkowych

MOV A,POZYCJA

;wpisanie do akumulatora aktualnej pozycji

CJNE A,#1,NIE_1

;sprawdzenie, czy wyświetlić pozycję pierwszą

SETB P3.0

;jeśli tak, to gasi wyświetlacz 4

MOV P1,030H

;przepisuje do portu daną dla wys. 1

CLR P3.3

;włącza wyświetlacz 1

MOV POZYCJA,#2

;następną pozycją będzie 2

SJMP KONIEC

;skok do końca procedury

NIE_1:

CJNE A,#2,NIE_2

;jeśli nie pierwsza, to sprawdza, czy druga

SETB P3.3

;jeśli tak, to gasi wyświetlacz 1

MOV P1,031H

;przepisuje daną dla wys. 2

CLR P3.2

;włącza wyświetlacz 2

MOV POZYCJA,#3

;następną pozycją będzie 3

SJMP KONIEC

;skok do końca procedury

NIE_2:

CJNE A,#3,NIE_3

;jeśli nie druga, to sprawdza, czy trzecia

SETB P3.2

;jeśli tak, to gasi wyświetlacz 2

MOV P1,032H

;przepisuje daną dla wys. 3

CLR P3.1

;włącza wyświetlacz 3

MOV POZYCJA,#4

;następną pozycją będzie 4

SJMP KONIEC

;skok do końca procedury

NIE_3:

;jeśli nie trzecia, to musi być czwarta

SETB P3.1

;gasi wyświetlacz 3

MOV P1,033H

;przepisuje daną dla wys. 4

CLR P3.0

;włącza wyświetlacz 4

MOV POZYCJA,#1

;następną pozycją będzie 1

KONIEC:

;koniec procedury wyświetlającej

{inne rozkazy wykonywane w przerwaniu}

POP ACC

;pobranie akumulatora

POP PSW

;i rejestru stanu ze stosu

RETI

;powrót z przerwania

Elektronika Praktyczna 7/2003

K U R S

List. 4. Program odpowiadający za przekodowanie liczb BCD na

kody znaków wyświetlacza LED

;komórki 040H do 043H - wartości liczbowe z zakresu od 0 do 9 przeznaczone

;do wyświetlenia na odpowiednich pozycjach wyświetlacza

;komórki 030H do 033H - przekodowane dane, gotowe do wyświetlenia

PRZEKODUJ:

MOV R0,#040H ;wpisanie do rejestrów adresów pierwszej danej

MOV R1,#030H ;i pierwszego wyniku przekodowania

MOV DPTR,#KODY ;wpisanie do rejestru DPTR adresu tablicy kodów

MOV R7,#4

;wpisanie do rejestru liczby pozycji (4 pozycje)

PETLA:

MOV A,@R0 ;przesłanie danej do akumulatora

MOVC A,@A+DPTR ;pobranie odpowiednich kodów z tablicy

MOV @R1,A ;przesłanie informacji do komórki wyniku

INC R0 ;zwiększenie adresu komórki danych

INC R1 ;i wyniku

DJNZ R7,PETLA ;pozostanie w pętli w celu czterokrotnego wykonania

RET

;powrót do programu głównego

KODY:

;tablica przekodowań

DB 0C0H

;cyfra 0

DB 0F9H

;cyfra 1

DB 0A4H

;cyfra 2

DB 0B0H

;cyfra 3

DB 099H

;cyfra 4

DB 092H

;cyfra 5

DB 082H

;cyfra 6

DB 0F8H

;cyfra 7

DB 080H

;cyfra 8

DB 090H

;cyfra 9

List. 5. Program ilustrujący sposób wpisywania do rejestrów '164

kodów odpowiadających kształtom wyświetlanych znaków

MOV R7,#8

;liczba bitów do przesłania do rejestru

MOV A,030H

;przesłanie do akumulatora danej do wyświetlenia

;(z adresu wykorzystywanego wcześniej)

PETLA:

RLC A ;przesuń akumulator w lewo - najstarszy bit w C

MOV P1.4 ;wystaw bit na linię danych rejestru

CLR P1.5 ;generacja impulsu

SETB P1.5 ;zegarowego

DJNZ R7,PETLA ;pozostanie w pętli do czasu wysłania wszystkich bitów

;tutaj można już włączyć zasilanie danej grupy diod, np. CLR P1.7

zgaúniÍcie wybranej diody - za-

miast prostego wywo³ania pojedyn-

czego rozkazu MOV konieczna sta-

je siÍ sekwencja przes³aÒ (zak³ada-

my, øe po w³¹czeniu zasilania li-

nie portu P1 pozostaj¹ w†stanie

wysokim) pokazana na list. 5 .

Pawe³ Hadam

Elektronika Praktyczna 7/2003

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: