Светодиодная гирлянда на микроконтроллере

Ранее мы уже научились мигать светодиодами, однако гораздо интересней управлять этим процессов с помощью кнопок, а светодиодная гирлянда послужит хорошим наглядным примером.

Подключение кнопки к микроконтроллеру

Схема гирлянды приведена ниже.

Когда кнопка (ключ) подключается к микроконтроллеру, то соответствующий вывод МК должен быть настроен на вход. При этом микроконтроллер будет постоянно считывать состояние, а точнее уровень потенциала на данном выводе. Поэтому алгоритм программы можно построить таким образом, что если на определенном выводе МК произойдет смена потенциала с высокого на низкий или наоборот, то выполнится определенное действие, например засветится светодиод.

Чтобы настроить определенные выводы (пин) МК на вход, следует в соответствующие биты регистра DDR записать нули. Кстати, если пины МК не задействованы, то их рекомендуется также настроить на вход. Поскольку к порту B мы будем подключать только кнопки, то в регистр DDRB мы запишем все нули следующий командой:

DDRB = 0b00000000;

Когда вывод микроконтроллера настроен на вход, то изначально он может находиться в двух состояниях, которые устанавливаются с помощью регистра PORT.

Если в бит регистра PORT записан ноль, то пин имеет высокое входное сопротивление.

При установке бита в единицу к ножке МК подключается подтягивающий резистор. Резистор называется так потому, что посредством его “подтягивается” высокий потенциал (+ 5 В) к соответствующей точке электрической цепи; в данном случае – к пину микроконтроллера.

Проверка состояния вывода МК с помощью PINx

Чтобы в любой момент времени знать, какой потенциал присутствует на выводе, следует проверить (считать) соответствующий бит в регистре PIN.

Данный регистр по аналогии можно сравнить с датчиком. С него можно только считывать информацию. Записать в него ничего нельзя. PIN является противоположность регистра PORT, в который выполняется только запись, но не считывание данных.

Боле предпочтительным является установка регистра PORT в единицу, т.е. применение внутреннего подтягивающего резистора МК. Такой вариант имеет значительную помехоустойчивость, поскольку для изменения высокого потенциала на низкий, вывод необходимо напрямую соединить с землей или общим проводом.

Если же пин сделать с высоким входным сопротивлением, то любая более-менее мощная электромагнитная помеха, может навести на нем некоторый потенциал, превышающий определенное значение и микроконтроллер воспримет помеху, как смена низкого потенциала на высокий. Поэтому в нашей программе мы будем использовать внутренний подтягивающий резистор.

Один контакт ключа соединим с землей (общим проводом), а второй – с выводом микроконтроллера. Когда ключ разомкнут, — вывод находится под высоким потенциалом (+ 5 В), подтянутый внутренним резистором МК. При этом соответствующий бит регистра PIN будет установлен в единицу.

При нажатии на кнопку данный вывод соединится с общим проводом (“минусом”) и на нем возникнет низкий потенциал. А бит регистра PIN автоматически установится в ноль.

Обратите внимание, что подтягивающий резистор еще защищает цепь от короткого замыкания при нажатой кнопке.

Светодиодная гирлянда в коде

Теперь давайте напишем целиком код программы, а затем рассмотрим его отдельные элементы. Алгоритм работы программы следующий: при замыкании первого ключа “лампочки” будут включаться в одной последовательности, а при замыкании второго – “лампочки” будут загораться иначе. Если обе кнопки на нажаты, то все светодиоды должны быть выключены.

#define F_CPU 1000000UL // Объявляем частоту работы микроконтроллера 1 МГц

#include <avr/io.h>

#include <util/delay.h> // Подключаем библиотеку задержек

#define Z 300 // Значению задержки присваиваем имя Z

#define VD PORTD // Присваиваем порту D имя VD

#define K PORTB // Присваиваем порту B, к которому подключены кнопки, имя K

int main(void)

{

DDRB = 0b00000000; // Настраиваем порт B на вход

DDRD = 0b11111111; // Настраиваем порт D на выход

VD = 0b00000000; // Выключаем все огни

K = 0b11111111; // Включаем подтягивающие резисторы

while (1)

{

if (PINB == 0b11111110) // Проверяем, нажата ли 1-я кнопка

{

VD = 0b11111111;  // Если ключ замкнут, то мигаем «лампочками»

_delay_ms(Z);

VD = 0b00000000;

_delay_ms(Z);

}

else

{

VD = 0b00000000; // Если ключ разомкнут, то все LED выключены

}

if (PINB == 0b11111101) // Проверяем, нажата ли 2-я кнопка

{

VD = 0b00000001; // Если кнопка нажата, то поочередно включаем LED

_delay_ms(Z); // с задержкой 0,3 с

VD = 0b00000011;

_delay_ms(Z);

VD = 0b00000111;

_delay_ms(Z);

VD = 0b00001111;

_delay_ms(Z);

LED = 0b00011111;

_delay_ms(Z);

VD = 0b00111111;

_delay_ms(Z);

VD = 0b01111111;

_delay_ms(Z);

VD = 0b11111111;

_delay_ms(Z);

VD = 0b00000000;

_delay_ms(Z);

}

else

{

VD = 0b00000000; // Если ключ не замкнут, то все LED выключены

}

}

}

Операторы if и else

Назначение препроцессоров #include и #define ним хорошо известны из предыдущих статей. Здесь новым для нас есть оператор if. If переводится с английского «если». Если условие, указанное в круглых скобках, выполнятся, т.е. истинное, то выполняется код программы в фигурных скобках. Например, если переменная a больше 1 единицы, то переменной c присвоится значение a + b.

if (a >1)

{

c = a + b;

}

В противном случае, когда значение a меньше или рвано единице, код программы в фигурных скобках не будет выполняться.

Если в фигурных скобках выполняется только одна команда, то синтаксис языка Си позволяет упростить запись и обойтись без фигурных скобок:

if (a >1) c = a + b;

Также оператор if работает в связке с оператором else.

if (a >1) → если a >1, то = a + b

{

c = a + b;

}

else → в противном случае, c = a — b

{

c = a — b;

}

Работает это так. Если a > 1, то c = a + b. В противном случае, т.е. когда а меньше или равно единице, то c = a – b.

Пояснение кода программы

Теперь возвращаемся к нашей программе. Если кнопка, соединенная с PB0 нажата, то на выводе появляется низкий потенциал и соответствующий бит регистра PINB устанавливается в ноль. При этом будет выполняться условие в фигурных скобках, т.е. начнет мигать гирлянда.

Обратите внимание, что команда присвоения состоит из одного знака равно «=», а команда проверки условия «равно» состоит из двух знаков равно, написанных без пробела «==».

Когда кнопка не нажата, в бите регистра PINB появится единица, вызванная высоким потенциалом подтягивающего резистора. В этом случае управление перейдет к оператору else и все LED будут выключены.

При замыкании второго ключа, вывод которого соединен с портом PB1, выполнится второй код программы, и светодиоды начнут поочередно включаться с задержкой времени 0,3 секунды.

Таким образом, гирлянда на микроконтроллере может содержать разное количество LED и ключей. Причем для каждого замыкания или размыкания контактов ключа  можно прописать свой алгоритм работы гирлянды.

Также ею можно управлять с помощью всего одной кнопки. Такой вариант имеет несколько сложнее код, и его мы рассмотрим в отдельной статье. Там же мы рассмотрим, как подключать мощные LED к МК.

Ранее в статье вы подробно рассмотрели настройку портов ввода-вывода микроконтроллера на выход, а здесь – на вход. Теперь объединим все вместе и приведем простой наглядный алгоритм.

Скачать программу 3