Применение 7-сегментных ЖКИ-модулей

Практически любое микроконтроллерное устройство имеет те или иные устройства индикации. В простейшем случае это всего несколько светодиодов, а порой это цветной графический дисплей. Появление модулей ЖКИ со встроенными контроллерами значительно упростило схемы сопряжения. Наиболее универсальными из таких модулей являются матричные алфавитно-цифровые, которые позволяют отображать цифры, буквы латинского и русского алфавита и даже псевдографику, используя возможности загружаемых символов. Однако такие модули довольно дороги, они не отличаются малым энергопотреблением, да и в ряде устройств просто избыточны. Там, где не требуются широкие возможности устройств индикации, более подходящими могут оказаться 7-сегментные ЖКИ-модули.

Среди 7-сегментных ЖКИ-модулей наибольшее распространение получили модули на основе контроллера HT1611 (или HT1613). Они имеют 10 знакомест и управляются по последовательной шине.

LCD module based on HT1611

10-разрядный ЖКИ – модуль на основе контроллера HT1611.

Кроме отображения информации, передаваемой в модуль по шине, он может работать автономно в режиме часов реального времени. Для этого модуль имеет кварцевый резонатор и выводы для подключения кнопок установки времени.

Quartz at LCD module

Под липкой бумажной лентой расположен кварцевый резонатор.

Кроме того, возможна работа модуля в режиме таймера. Низкое напряжение питания (1.5 В) и малый ток потребления (не более 10 мка) легко позволяют организовать резервное питание. Однако то, что встроенные часы никак не связаны с последовательным интерфейсом, делает их очень ограниченными в использовании. Что поделаешь, индикатор в основном предназначен для телефонных аппаратов и оптимизирован именно для такого применения. Кратко остановимся на описании модуля, более подробное описание его работы можно получить из документации на микросхему контроллера HT1611 (1611c.pdf).

Назначение выводов модуля показано в таблице:

Номер выводаНазвание выводаФункция
112/24переключение формата времени
2Vssобщий
3SKтактовая линия шины
4DIлиния данных шины
5HKпереключение часы/индикатор
6S1установка времени
7S2выбор режима установки времени
8TMRсброс таймера
9Vddнапряжение питания

Примечание: выводы 1, 6, 7, 8 имеют внутреннее подключение к общему проводу через резисторы примерно 5 М. Выводы 3, 4, 5 имеют внутреннее подключение к выводу питания через резисторы примерно 1 М.

Режимом работы модуля управляет сигнал HK, который в телефонном аппарате соответствует сигналу поднятия трубки. Когда HK=1, модуль находится в режиме отображения реального времени. Если установить HK=0, то модуль переходит в режим таймера, начиная отсчет с нуля. Максимальный интервал, отсчитываемый таймером – 59 мин. 59 сек. Если в режиме таймера по шине приходят символы, индикатор очищается, и они начинают отображаться с крайней правой позиции. Новый поступивший символ вызывает сдвиг имеющихся символов влево. Если более 10 сек новые символы не поступают, модуль снова переходит в режим таймера, начиная отсчет с нуля. Если во время отображения поступивших по шине символов установить HK=1, то модуль вернется в режим отображения реального времени. Если же установить HK=1 во время индикации значения таймера, то возврат в режим отображения реального времени произойдет с задержкой 5 сек.

Flow chart

Блок-схема алгоритма работы модуля.

К выводам модуля S1 и S2 могут быть подключены кнопки для установки текущего времени. Когда модуль находится в режиме отображения реального времени, нажатие кнопки S2 позволяет перейти в режим установки часов или минут (остальные цифры гаснут). При этом кнопкой S1 можно набрать требуемое значение. Затем с помощью кнопки S2 можно снова вернуться в режим отображения реального времени.

К выводу TMR может быть подключена кнопка сброса таймера. Когда модуль находится в режиме индикации значения таймера, первое нажатие этой кнопки сбрасывает таймер, и отсчет начинается с нуля. Повторное нажатие останавливает таймер (режим удержания показаний). Следующее нажатие снова запустит таймер с нулевого значения.

TMR key

Действие кнопки TMR.

Когда модуль находится в режиме отображения реального времени, нажатие кнопки TMR переводит его в режим секундомера. Как и в режиме таймера, кнопкой TMR можно сбросить его значение, запустив счет с нуля, или включить режим удержания показаний. Если в режиме удержания показаний модуль находится 5 сек, то происходит автоматический переход в режим отображения реального времени.

Все кнопки подключаются между соответствующими выводами модуля и выводом питания.

TMR key in real time mode

Действие кнопки TMR в режиме индикации реального времени.

При использовании модуля в микроконтроллерной системе только для отображения загружаемых по последовательной шине символов, требуется соединить вывод HK с общим проводом, а выводы 12/24, S1, S2 и TMR оставить свободными. Временная диаграмма передачи данных по последовательной шине приведена на рисунке, где ta – время установки данных (>1 мкс), tb – время удержания данных (>2 мкс), tc – интервал между символами (>5 мкс).

Serial bus

Временная диаграмма передачи данных.

Данные подаются на линию DI и защелкиваются по спаду тактовых импульсов на линии SK. Символы отображаются в крайней правой позиции, уже имеющиеся на индикаторе символы сдвигаются влево. После того, как все необходимые данные переданы, линию SK следует оставить в состоянии низкого логического уровня, чтобы предотвратить автоматический переход модуля в режим отображения значения таймера.

Каждый символ кодируется 4-мя битами, поэтому всего имеется 16 символов.

Font table

Таблица знакогенератора.

Нужно отметить, что напряжение питания индикатора сильно влияет на контрастность. При низком напряжении контрастность недостаточна, а при большом засвечиваются погашенные сегменты. Оптимум находится в промежутке 1.50 ... 1.65 В. Распространенная схема питания, где в качестве источника образцового напряжения используются диоды в прямом включении (рисунок a), не позволяет получить оптимальную контрастность, так как двух диодов оказывается мало, а трех – много. Тем более, желательно иметь возможность регулировки этого напряжения. Простая схема на одном транзисторе позволяет получить нужное напряжение питания и регулировать его (рисунок b).

Power supply

Различные схемы питания индикатора.

Учитывая очень низкий ток потребления индикатора можно обойтись и простым резисторным делителем, если входное напряжение питания постоянно. Описанные схемы питания не являются экономичными и подходят, например, для устройств с сетевым питанием. Система питания автономного устройства может быть очень сложной, и конкретные решения зависят от специфики задачи. Одним из вариантов может быть питание устройства от элемента напряжением 1.5 В, от которого индикатор питается непосредственно. Микроконтроллерная часть устройства питается от того же элемента через повышающий DC-DC преобразователь.

Для согласования логических уровней можно применить разные схемы. Учитывая тот факт, что входы DI и SK имеют внутренние подтягивающие резисторы, можно обойтись просто диодами (рисунок a). Преимущество такого способа заключается в том, что согласование не будет зависеть от напряжения питания микроконтроллера. Однако такой способ имеет и недостаток. Ввиду больших номиналов подтягивающих резисторов уровни на входах будут довольно медленно достигать состояния логической единицы, что потребует значительного снижения скорости обмена. Поэтому предпочтительнее для согласования использовать резисторные делители (рисунок b).

Levels matching

Согласование логических уровней.

С программной точки зрения работа с индикатором очень проста. Ниже приведен набор подпрограмм для микроконтроллеров семейства AVR:


;Определение регистров:

.def      temp      =r16                ;временный регистр temp
.def      Cnt       =r17                ;временный регистр Cnt
.def      Del       =r18                ;временный регистр Del

;Определение портов:

.equ      DIRD      = 0b00000011        ;направление для порта D
.equ      PUPD      = 0b01111100        ;pull-ups для порта D

.equ      SD        = PD0               ;линия данных DI
.equ      SC        = PD1               ;тактовая линия SK

;Инициализация:

INIT:     ldi       temp,RAMEND         ;инициализация стека
          out       SPL,temp
          
          ldi       temp,PUPD
          out       PORTD,temp          ;инициализация порта D
          ldi       temp,DIRD
          out       DDRD,temp           ;задание направления порта D

;Основная программа:

          ldi       temp,3
          rcall     LCD                 ;вывод на индикатор числа 3
          .........                     ;продолжение программы

;Подпрограмма вывода символа на индикатор:
;код символа должен находиться в регистре temp

LCD:      ldi       Cnt,4               ;загрузка счетчика
          swap      temp                ;подготовка мл. тетрады к сдвигу

LDL:      rol       temp                ;сдвиг
          brcs      LD1
LD0:      cbi       PORTD,SD            ;сброс линии данных, если бит=0
          rjmp      STR
LD1:      sbi       PORTD,SD            ;установка линии данных, если бит=1

STR:      sbi       PORTD,SC            ;установка линии тактирования
          ldi       Del,5
HNG1:     dec       Del                 ;задержка на установку данных
          brne      HNG1

          cbi       PORTD,SC            ;сброс линии тактирования
          ldi       Del,10
HNG2:     dec       Del                 ;задержка на удержание данных
          brne      HNG2

          dec       Cnt
          brne      LDL                 ;цикл, если не последний бит

          ldi       Del,25
HNG3:     dec       Del                 ;межсимвольная задержка
          brne      HNG3
          ret

Необходимо отметить, что в течение примерно 2 сек после включения питания модуль не воспринимает данные, передаваемые ему по последовательной шине. Поэтому всегда должна быть задержка между включением питания и началом обмена.

Описанный модуль, тем не менее, обладает рядом существенных недостатков:

  • отсутствие децимальных точек; это затрудняет отображение произвольных цифровых величин
  • невозможность управления отдельными сегментами; контроллер имеет фиксированный знакогенератор, содержащий всего 16 символов, в то же время возможности 7-сегментного индикатора значительно шире, он может отображать многие буквы латинского алфавита и специальные символы
  • заметные мерцания изображения при загрузке, вызванные отсутствием буферизации выводимой информации; при необходимости обновления изображения с большой частотой создается весьма неприятный зрительный эффект
  • высокая инерционность, что ограничивает применение таких эффектов, как, например, мигающие символы
  • плохой угол обзора; индикатор оптимизирован для применения в телефонных аппаратах, где он устанавливается на слегка наклонной панели; при установке индикатора, например, на вертикальную переднюю панель прибора контрастность изображения резко падает
  • отсутствие возможности регулировки контрастности; такую регулировку можно осуществить только изменением напряжения питания, что не всегда удобно
  • отсутствие встроенной подсветки; место для ее установки не предусмотрено
  • требуются дополнительные элементы для получения напряжение питания 1.5 В и для согласования логических уровней, так как напряжение питания микропроцессорной системы обычно выше.

Другим распространенным типом 7-сементного ЖКИ – модуля со встроенным контроллером является модуль МТ10Т7-7 производства компании «МЭЛТ».

MT10T7-7

Внешний вид модуля МТ10Т7-7 компании «МЭЛТ».

Этот модуль лишен практически всех недостатков, перечисленных выше. Наличие децимальных точек и управление отдельными сегментами значительно расширяет возможности модуля. При перезагрузке индикатора новыми данными отсутствуют какие-либо видимые мерцания изображения, инерционность индикатора также заметно ниже. Имеется специальный вывод регулировки контрастности. При желании можно установить элементы подсветки, для чего на плате имеется соответствующая разводка, а торцы стеклянных пластин индикатора открыты. Напряжение питания модуля составляет 5 В, что соответствует напряжению питания большинства микроконтроллерных устройств. Это исключает необходимость специального согласования логических уровней. Потребляемый индикатором ток очень малый и составляет примерно 30 мка.

В то же время некоторые недостатки модуль все же имеет. Один из них – это угол обзора. Этот модуль также оптимизирован для установки на слегка наклонную (почти горизонтальную) панель, что хорошо для телефонного аппарата, но не подходит, например, для измерительного прибора с вертикальной передней панелью. Вообще, при производстве индикатора оптимальный угол зрения может быть сделан любым. В номенклатуре ЖКИ зарубежных фирм почти для любого типа индикатора имеются разные версии, оптимизированные для разных углов зрения. У МТ10Т7 таких версий нет, и это можно объяснить тем, что основным потребителем таких индикаторов являются изготовители телефонных аппаратов с АОН, под чьи нужды и оптимизирован индикатор.

Второй недостаток модуля МТ10Т7 заключается в том, что он имеет параллельную шину управления. Шина содержит 4 разряда данных, 1 разряд адреса и 2 сигнала стробирования. При подключении к микроконтроллеру индикатор требует как минимум 6 линий вывода (модуль на основе HT1611 требует всего 2 линии). Учитывая тот факт, что высокого быстродействия при обмене с индикатором обычно не требуется, параллельную шину нельзя назвать оптимальной.

Простая доработка позволяет оснастить указанный модуль последовательной шиной управления. Описание самого модуля здесь приводить нет смысла, так как имеется довольно хороший pdf (mt-10t7-7.pdf). Поэтому будет рассмотрена только доработка.

Самым универсальным способом преобразования последовательного формата в параллельный является использование сдвигового регистра с буфером хранения, например, 74HC595. Схема подключения такого сдвигового регистра к модулю показана на рисунке. При этом модуль приобретает шину, совместимую с SPI.

HC595

Схема подключения сдвигового регистра к модулю МТ10Т7.

Для того чтобы загрузить индикатор, нужно сформировать строб записи. Поэтому потребуются две последовательные загрузки регистра одними и теми же битами данных и с противоположными значениями сигнала записи. Это несколько замедляет загрузку, но, учитывая то, что сдвиговый регистр имеет высокое быстродействие, загружать его можно с высокой скоростью, не используя программных задержек. Ниже приведен набор подпрограмм загрузки индикатора для микроконтроллеров семейства MCS-51:


CLK       .EQU P1.0           ;линия clock
LOAD      .EQU P1.1           ;линия load
DATA      .EQU P1.2           ;линия data

;Основная программа:

MAIN:     LCALL CLEAR         ;очистка индикатора

          MOV A,#00H
          LCALL WR_A          ;загрузка адреса первого знакоместа

          MOV A,#3
          LCALL WR_S          ;отображение числа 3
          ..........          ;продолжение программы

;Подпрограммы:

;Очистка индикатора:

CLEAR:    MOV A,#0FH          ;адрес регистра BLK
          LCALL WR_A          ;запись адреса
          MOV A,#0FH          ;код разрешения шины
          LCALL WR_N          ;запись тетрады

          MOV A,#00H          ;адрес знакоместа SG1
          LCALL WR_A          ;запись адреса
          MOV R0,#10          ;загрузка счетчика
CL1:      CLR A
          LCALL WR_D          ;очистка знакомест SG1 - SG10
          DJNZ R0,CL1
          RET

;Вывод символа на индикатор:
;A – код символа (ACC.7 - точка)

WR_S:     MOV DPTR,#FONT      ;загрузка адреса начала знакогенератора
          MOV C,ACC.7         ;сохранение признака точки
          CLR ACC.7
          MOVC A,@A+DPTR      ;перекодировка
          MOV H,C             ;восстановление признака точки
          LCALL WR_D          ;запись данных
          RET

;Запись байта данных:
;A – байт данных

WR_D:     PUSH ACC            ;сохранение байта данных
          LCALL WR_N          ;запись младшей тетрады
          POP  ACC            ;восстановление байта данных
          SWAP A              ;обмен тетрадами
          LCALL WR_N          ;запись старшей тетрады
          RET

;Запись тетрады:
;A - тетрада (00H..0FH)

WR_N:     RL A
          ANL A,#1EH
          ORL A,#80H          ;A=1, WR=0
          PUSH ACC
          ORL A,#20H          ;A=1, WR=1
          LCALL WR595         ;загрузка регистра 74HC595
          POP  ACC
          LCALL WR595         ;загрузка регистра 74HC595
          RET

;Запись адреса:
;A - адрес (00H..0FH)

WR_A:     RL A
          ANL A,#1EH          ;A=0, WR=0
          PUSH ACC
          ORL A,#20H          ;A=0, WR=1
          LCALL WR595         ;загрузка регистра 74HC595
          POP  ACC
          LCALL WR595         ;загрузка регистра 74HC595
          RET

;Загрузка регистра 74HC595:
;A - данные

WR595:    PUSH B
          MOV B,#8            ;загрузка счетчика
          CLR LOAD            ;LOAD=0
WR1:      CLR CLK             ;CLK=0
          RLC A               ;сдвиг бита данных в C
          MOV DATA,C
          SETB CLK            ;CLK=1
          DJNZ B,WR1
          SETB LOAD           ;LOAD=1
          POP B
          RET

;Таблица знакогенератора:

;             FCBHADEG
FONT      .DB 11101110B       ;code 00H, character 0
          .DB 01100000B       ;code 01H, character 1
          .DB 00101111B       ;code 02H, character 2
          .DB 01101101B       ;code 03H, character 3
          .DB 11100001B       ;code 04H, character 4
          .DB 11001101B       ;code 05H, character 5
          .DB 11001111B       ;code 06H, character 6
          .DB 01101000B       ;code 07H, character 7
          .DB 11101111B       ;code 08H, character 8
          .DB 11101101B       ;code 09H, character 9
          .DB 11101011B       ;code 0AH, character A
          .DB 11000111B       ;code 0BH, character b
          .DB 10001110B       ;code 0CH, character C
          .DB 01100111B       ;code 0DH, character d
          .DB 10001111B       ;code 0EH, character E
          .DB 10001011B       ;code 0FH, character F
          .DB 00000000B       ;code 10H, character blank
          .DB 00000100B       ;code 11H, character _
          .DB 00000001B       ;code 12H, character -
          .DB 00001000B       ;code 13H, character ~
          .DB 10101001B       ;code 14H, character degree
          .DB 00000111B       ;code 15H, character c
          .DB 11001110B       ;code 16H, character G
          .DB 11100011B       ;code 17H, character H
          .DB 01100000B       ;code 18H, character I
          .DB 10000110B       ;code 19H, character L
          .DB 00000110B       ;code 1AH, character l
          .DB 01000011B       ;code 1BH, character n
          .DB 01000111B       ;code 1CH, character o
          .DB 10101011B       ;code 1DH, character P
          .DB 10001010B       ;code 1EH, character R
          .DB 00000011B       ;code 1FH, character r
          .DB 10000111B       ;code 20H, character t
          .DB 11100110B       ;code 21H, character U
          .DB 01000110B       ;code 22H, character u
          .DB 11100101B       ;code 23H, character Y

H         .EQU ACC.4          ;точка

Еще удобнее применить обычный сдвиговый регистр, не имеющий регистра-защелки. Например, 74HC164 (или 74HC4094 с учетом разницы в разводке). При этом стробирование осуществляется сигналом WR индикатора. Нужно учесть тот факт, что входы WR индикатора являются потенциальными, это означает, что во время загрузки сдвигового регистра на них нужно удерживать пассивный уровень. И только после того, как загрузка завершена, нужно сформировать на этих входах сигнал стробирования. Поскольку в этом варианте схемы у сдвигового регистра используется только 5 выходов, нет необходимости вдвигать все 8 бит. Все это увеличивает скорость загрузки по сравнению с предыдущим вариантом в 3 раза.

HC164

Схема второго варианта подключения сдвигового регистра к модулю МТ10Т7.

С программной точки зрения меняется только несколько подпрограмм. Их текст приведен ниже:


;A - тетрада (00H..0FH)

WR_N:     ANL A,#0FH          
          ORL A,#10H          ;подготовка 5 битов с A=1
          SWAP A
          RR A
          LCALL WR_5          ;загрузка регистра 74HC164
          RET

;Запись адреса:
;A - адрес (00H..0FH)

WR_A:     ANL A,#0FH          
          SWAP A              ;подготовка 5 битов с A=0
          RR A
          LCALL WR_5          ;загрузка регистра 74HC164
          RET

;Загрузка 5 бит в регистр 74HC164 и
;защелкивание данных в модуле:
;A - данные

WR_5:     PUSH B
          MOV B,#5            ;загрузка счетчика
WR_B:     CLR CLK             ;CLK=0
          RLC A               ;сдвиг бита данных в C
          MOV DATA,C                    
          SETB CLK            ;CLK=1
          DJNZ B,WR_B
          CLR LOAD            ;LOAD=0
          SETB DATA           ;DATA=1
          SETB LOAD           ;LOAD=1
          POP B
          RET

Ниже приведен аналогичный набор подпрограмм работы с модулем для микроконтроллеров семейства AVR:


.def      temp      =r16                ;временный регистр temp
.def      Cnt       =r17                ;временный регистр Cnt
.def      Del       =r18                ;временный регистр Del

;Определение портов:

.equ      DIRB      = 0b00000111        ;направление для порта B
.equ      PUPB      = 0b11111111        ;pull-ups для порта B

.equ      DATA      =PB0                ;линия data
.equ      LOAD      =PB1                ;линия load
.equ      CLK       =PB2                ;линия clock

;Инициализация:

INIT:     ldi       temp,RAMEND         ;инициализация стека
          out       SPL,temp
          
          ldi       temp,PUPB
          out       PORTB,temp          ;инициализация порта B
          ldi       temp,DIRB
          out       DDRB,temp           ;задание направления порта B

;Основная программа:
          
          rcall     LCD_CL              ;очистка индикатора

          ldi       temp,0x00
          rcall     LCD_WA              ; загрузка адреса первого знакоместа

          ldi       temp,3
          rcall     LCD_WS              ;отображение числа 3
          ..........                    ;продолжение программы

;Подпрограммы:

;Очистка индикатора:

LCD_CL:   ldi       temp,0x0F           ;загрузка адреса регистра BLK
          rcall     LCD_WA              ;запись адреса
          ldi       temp,0x0F           ;код разрешения шины 0x0F
          rcall     LCD_WN              ;запись тетрады
          ldi       temp,0x00           ;адрес первого знакоместа SG1
          rcall     LCD_WA              ;запись адреса

          ldi       Del,10              ;загрузка счетчика
cl1:      clr       temp
          rcall     LCD_WD              ;очистка индикатора
          dec       Del
          brne      cl1
          ret

;Вывод символа на индикатор:
;temp – код символа (temp.7 – точка)

LCD_WS:   bst       temp,7              ;сохранение признака точки в T
          andi      temp,0x7F           ;temp.7 <- 0
          ldi       ZL,low (FONT*2)     ;начало таблицы знакогенератора
          ldi       ZH,high(FONT*2)
          add       ZL,temp             ;добавить смещение (Z + temp)
          brcc      wc1
          inc       ZH
wc1:      lpm                           ;чтение таблицы в temp0
          mov       temp,temp0          
          bld       temp,H              ;восстановление признака точки
          rcall     LCD_WD              ;запись данных
          ret       

;Запись данных:

LCD_WD:   push      temp                ;сохранение данных
          rcall     LCD_WN              ;запись младшей тетрады
          pop       temp                ;восстановление данных
          swap      temp                ;обмен тетрад
          rcall     LCD_WN              ;запись старшей тетрады
          ret
          
;Запись тетрады:

LCD_WN:   andi      temp,0x0F           ;обнуление неиспользуемых битов
          ori       temp,0x10           ;A=1
          rjmp      wa1

;Запись адреса:

LCD_WA:   andi      temp,0x0F           ; обнуление неиспользуемых битов
wa1:      lsl       temp
          lsl       temp
          lsl       temp
          ldi       Cnt,5               ;загрузка счетчика
w5:       cbi       PORTB,CLK           ;CLK=0
          rol       temp
          brcs      w51
w50:      cbi       PORTB,DATA          ;DATA=0 или
          rjmp      w52
w51:      sbi       PORTB,DATA          ;DATA=1
w52:      dec       Cnt
          sbi       PORTB,CLK           ;CLK=1
          brne      w5
          cbi       PORTB,LOAD          ;LOAD=0
          sbi       PORTB,DATA
          sbi       PORTB,LOAD          ;LOAD=1
          ret
                    
;Таблица знакогенератора:

FONT:          ;FCBHADEG    FCBHADEG
          .DB 0b11101110, 0b01100000    ;0, 1
          .DB 0b00101111, 0b01101101    ;2, 3
          .DB 0b11100001, 0b11001101    ;4, 5
          .DB 0b11001111, 0b01101000    ;6, 7
          .DB 0b11101111, 0b11101101    ;8, 9
          .DB 0b11101011, 0b11000111    ;A, b
          .DB 0b10001110, 0b01100111    ;C, d
          .DB 0b10001111, 0b10001011    ;E, F
          .DB 0b00000000, 0b00000100    ;blank, _
          .DB 0b00000001, 0b00001000    ;-, ~
          .DB 0b10101001, 0b00000111    ;degree, c
          .DB 0b11001110, 0b11100011    ;G, H
          .DB 0b01100000, 0b10000110    ;I, L
          .DB 0b00000110, 0b01000011    ;l, n
          .DB 0b01000111, 0b10101011    ;o, P
          .DB 0b10001010, 0b00000011    ;R, r
          .DB 0b10000111, 0b11100110    ;t, U
          .DB 0b01000110, 0b11100101    ;u, Y

.equ      H         =4                            ;точка

Конструктивно сдвиговый регистр располагается на небольшой односторонней печатной плате, которая закрепляется с обратной стороны индикатора. Поскольку там все равно имеются ушки крепления металлической рамки, установка дополнительной платы не увеличивает габаритов модуля.

Register on module

Установка сдвигового регистра на плату модуля.

Выводы платы, которыми она должна соединятся с модулем, выполнены в виде площадок с отверстиями, которые расположены точно напротив соответствующих отверстий в плате модуля. Соединения выполняются перемычками, проходящими сквозь две платы. Если перемычки расклепать, то они будут осуществлять и крепление платы.

PCB

Чертежи дополнительной платы для двух вариантов доработки.

Очень часто в системе требуется не только индикатор, но и клавиатура управления. Для того чтобы сэкономить порты микроконтроллера (которых всегда не хватает), для сканирования клавиатуры можно использовать сдвиговый регистр, который применяется для индикатора. В простейшем случае, добавив всего одну входную линию порта микроконтроллера, можно подключить до 8 кнопок. Если их требуется больше, можно организовать матрицу 8хn, где n – число линий возврата клавиатуры. Пример подключения 4-х кнопок показан на рисунке.

Keyboard

Пример подключения клавиатуры.

Кнопки обычно расположены конструктивно вблизи индикатора, поэтому все соединения получаются короткими. Необходимо отметить, что линии возврата клавиатуры требуют внешних подтягивающих резисторов сопротивлением 2.2 – 4.7 К. Иначе уровень логической единицы достигается слишком медленно, что потребует введения дополнительных задержек в подпрограмму сканирования. Программно обрабатываются как одиночные нажатия, так и совместные нажатия кнопок. Совместно можно нажимать любое количество кнопок, все эти комбинации будут иметь индивидуальные скан-коды. Подпрограмма сканирования клавиатуры для микроконтроллеров семейства AVR приведена ниже:


.equ      RETL      =PINB4              ;keyboard return line

;Скан-коды кнопок:

.equ      K_NO      =0x00               ;нет нажатия
.equ      K_SL      =0x01               ;скан-код кнопки SELECT
.equ      K_DN      =0x02               ;скан-код кнопки DOWN
.equ      K_UP      =0x04               ;скан-код кнопки UP
.equ      K_EN      =0x08               ;скан-код кнопки ENTER

;Сканирование клавиатуры:
;temp – выходной скан-код

SCAN:     ldi       temp,0xF7           ;инициализация переменной temp
          ldi       Cnt,8               ;счетчик циклов сканирования
sc1:      cbi       PORTB,CLK           ;CLK=0
          rol       temp                ;C <- temp.7..temp.0 <- C
          brcs      sc11
sc10:     cbi       PORTB,DATA          ;DATA=0 или
          rjmp      sc2
sc11:     sbi       PORTB,DATA          ;DATA=1
sc2:      dec       Cnt
          sbi       PORTB,CLK           ;CLK=1
          sec
          sbis      PINB,RETL           ;C <- RETL
          clc       
          brne      sc1                 ;цикл, если сканирование не завершено
          rol       temp                ;temp.0 <- C, последний бит скан-кода
          com       temp                ;инвертирование temp
          andi      temp,0x0F           ;temp = скан-код
          ret

Несмотря на то, что на выходе получается 4-х разрядный скан-код, циклов сканирования 8. Первые 4 цикла подготавливают сдвиговый регистр, записывая в него единицы. Затем осуществляется сканирование «бегущим нулем». На выходе скан-код инвертируется, чтобы нажатие кнопки давало единицу в соответствующем разряде.

Необходимо отметить, что подпрограмма сканирования не производит операцию подавления дребезга. Для подавления дребезга нужно убедится, что в течение 20 – 30 мс состояние кнопки не изменилось. Только после этого скан-код можно считать действительным. Такое время на обработку нажатий клавиатуры, когда никакие другие процессы выполняться не могут, в некоторых системах может оказаться недопустимо большим. В таких случаях процесс подавления дребезга нужно оформить как одну из задач многозадачного ядра. Естественно, привести текст такой обработки для общего случая невозможно.


Ридико Леонид Иванович
e-mail: wubblick@yahoo.com