48764 (Реализация цифрового термометра на основе микроконтроллера ATmega 128 (с использовнием термодатчика DS18B20)), страница 2

Модуль содержит два вида памяти - кодов отображаемых символов и пользовательского знакогенератора, а также логику для управления ЖК панелью.

Модуль позволяет:

модуль имеет программно-переключаемые две страницы встроенного знакогенератора (алфавиты: русский, украинский, белорусский, казахский и английский)

работать как по 8-ми, так и по 4-х битной шине данных (задается при инициализации);

принимать команды с шины данных (перечень команд приведен в таблице 4);

записывать данные в ОЗУ с шины данных;

читать данные из ОЗУ на шину данных;

читать статус состояния на шину данных;

запоминать до 8-ми изображений символов, задаваемых пользователем;

выводить мигающий (или не мигающий) курсор двух типов;

управлять контрастностью и подсветкой;

Программирование и управление:

Перед началом рассмотрения принципов управления ЖКИ-модулем, обратимся к внутренней структуре контроллера HD44780, чтобы понять основные принципы построения ЖКИ-модулей на его основе. Эта информация позволит понять способы организации модулей различных форматов с точки зрения программной модели, а также мотивации конструкторов ЖКИ-модулей.

Другие элементы не являются объектом прямого взаимодействия с управляющей программой - они участвуют в процессе регенерации изображения на ЖКИ: знакогенератор, формирователь курсора, сдвиговые регистры и драйверы (напоминаем, что приведенная схема - упрощенная, и многие не важные для получения общей картины промежуточные элементы на ней опущены).

Управление контроллером ведется посредством интерфейса управляющей системы. Основными объектами взаимодействия являются регистры DR и IR. Выбор адресуемого регистра производится линией RS, если RS = 0 - адресуется регистр команд (IR), если RS = 1 - регистр данных (DR).

Данные через регистр DR, в зависимости от текущего режима, могут помещаться (или прочитываться) в видеопамять (DDRAM) или в ОЗУ знакогенератора (CGRAM) по текущему адресу, указываемому счетчиком адреса (АС). Информация, попадающая в регистр IR, интерпретируется устройством выполнения команд как управляющая последовательность. Прочтение регистра IR возвращает в 7-ми младших разрядах текущее значение счетчика АС, а в старшем разряде флаг занятости (BF).

Видеопамять, имеющая общий объем 80 байтов, предназначена для хранения кодов символов, отображаемых на ЖКИ. Видеопамять организована в две строки по 40 символов в каждой. Эта привязка является жесткой и не подлежит изменению. Другими словами, независимо от того, сколько реальных строк будет иметь каждый конкретный ЖКИ-модуль, скажем, 80 х 1 или 20 х 4, адресация видеопамяти всегда производится как к двум строкам по 40 символов.

Будучи устройством с динамической индикацией, контроллер циклически производит обновление информации на ЖКИ. Сам ЖКИ организован как матрица, состоящая в зависимости от режима работы из 8-ми (одна строка символов 5 х 7 точек), 11-ти (одна строка символов 5 х 10 точек) или 16-ти (две строки символов 5 х 7 точек) строк по 200 сегментов (когда строка насчитывает 40 символов) в каждой. Собственный драйвер конроллера HD44780 имеет только 40 выходов (SEG1... SEG40) и самостоятельно может поддерживать только 8-ми символьные ЖКИ. Это означает, что ЖКИ-модули форматов до 8 х 2 реализованы на одной единственной микросхеме HD44780, модули, имеющие большее количество символов, содержат дополнительные микросхемы драйверов, например, HD44100, каждая из которых дополнительно предоставляет управление еще 40-ка сегментами.

У контроллера HD44780 существует набор внутренних флагов, определяющих режимы работы различных элементов контроллера (таблица 7). В таблице 8 приведены значения управляющих флагов непосредственно после подачи на ЖКИ-модуль напряжения питания. Переопределение значений флагов производится специальными командами, записываемыми в регистр IR, при этом комбинации старших битов определяют группу флагов или команду, а младшие содержат собственно флаги.

Подключение модуля LCD:

Функции работы с LCD используются для интерфейса между программами на C и LCD модулями, построенными на микросхемах Hitachi HD44780 или аналогичных. Прототипы для этих функций находятся в файле lcd. h.

До включения файла lcd. h, вы должны объявить порт микроконтроллера, который будет использоваться с модулем LCD. Поддерживаются следующие форматы LCD: 1x8, 2x12, 3x12, 1x16, 2x16, 2x20, 4x20, 2x24 и 2x40 символов.

1.8 Описание температурного датчика DS18B20

DS18B20 - Калиброванный цифровой термометр с однопроводным 1-Wire-интерфейсом и перестраиваемой разрядностью преобразования. Диапазон измеряемых температур от - 55°C до +125°C. Считываемый с микросхемы цифровой код является результатом непосредственного прямого измерения температуры и не нуждается в дополнительных преобразованиях. Программируемая пользователем разрешающая способность встроенного АЦП может быть изменена в диапазоне от 9 до 12 разрядов выходного кода. Абсолютная погрешность преобразования меньше 0,5°C в диапазоне контролируемых температур - 10°C до +85°C. Максимальное время полного 12-ти разрядного преобразования ~750 мс. Энергонезависимая память температурных уставок микросхемы обеспечивает запись произвольных значений верхнего и нижнего контрольных порогов. Кроме того, термометр содержит встроенный логический механизм приоритетной сигнализации в 1-Wire-линию о факте выхода контролируемой им температуры за один из выбранных порогов. Узел 1-Wire-интерфейса компонента организован таким образом, что существует теоретическая возможность адресации неограниченного количества подобных устройств на одной 1-Wire-линии. Термометр имеет индивидуальный 64-разрядный регистрационный номер (групповой код 028Н) и обеспечивает возможность работы без внешнего источника энергии, только за счет паразитного питания 1-Wire-линии. Питание микросхемы через отдельный внешний вывод производится напряжением от 3,0 В до 5,5 В. Термометр размещается в транзисторном корпусе TO-92, или в 8-контактном корпусе SO для поверхностного монтажа (DS18B20Z), или 8-контактном корпусе микро-SOP для поверхностного монтажа (DS18B20U).

Выпускается специальная модификация цифрового термометра, предназначенная только для работы в режиме паразитного питания DS18B20-PAR. Она размещается в транзисторном корпусе TO-92, один из выводов которого не используется.

1.9 Подключение датчика DS18B20 с использованием порта 1-Wire

Однопроводной интерфейс 1-Wire, разработанный в конце 90-х годов фирмой Dallas Semiconductor, регламентирован разработчиками для применения в четырех основных сферах-приложениях:

приборы в специальных корпусах MicroCAN для решения проблем идентификации, переноса или преобразования информации (технология iButton),

программирование встроенной памяти интегральных компонентов,

идентификация элементов оборудования и защита доступа к ресурсам электронной аппаратуры,

системы автоматизации (технология сетей 1-Wire-сетей).

Первое из этих направлений широко известно на мировом рынке и уже давно пользуется заслуженной популярностью. Второе с успехом обеспечивает возможность легкой перестройки функций полупроводниковых компонентов, производимых фирмой Dallas Semiconductor и имеющих малое количество внешних выводов. Третье позволяет обеспечить недорогую, но достаточно эффективную идентификацию и надежную защиту самого разнообразного оборудования. Что касается четвертого применения, то реализация локальных распределенных систем на базе 1-Wire-шины является на сегодня де-факто наиболее оптимальным решением для большинства практических задач автоматизации. В настоящее время Dallas Semiconductor поставляет широкую номенклатуру однопроводных компонентов различных функциональных назначений для реализации самых разнообразных сетевых приложений. Поэтому имеется огромное число конкретных примеров использования 1-Wire-интерфейса для целей автоматизации в самых различных областях, и все больше разработчиков проявляют интерес к этой технологии.

Преимущества 1-Wire-технологии:

простое и оригинальное решение адресуемости абонентов,

несложный протокол,

простая структура линии связи,

малое потребление компонентов,

легкое изменение конфигурации сети,

значительная протяженность линий связи,

исключительная дешевизна всей технологии в целом.

Ведомые однопроводные компоненты, содержащие 1-Wire-интерфейс, выпускаются в двух различных видах. Либо в корпусах MicroCAN, похожих внешне на дисковый металлический аккумулятор, либо в обычных корпусах для монтажа на печатную плату.

Однако наиболее популярными ведомыми компонентами 1-Wire, на базе которых реализовано, пожалуй, наибольшее количество однопроводных приложений, безусловно, являются цифровые термометры типа DS1820. Преимущества этих цифровых термометров с точки зрения организации магистрали, по сравнению с любыми другими интегральными температурными сенсорами, а также неплохие метрологические характеристики и хорошая помехоустойчивость, уже на протяжении полутора десятков лет неизменно выводят их на первое место при построении многоточечных систем температурного контроля в диапазоне от - 55°С до125°С. Они позволяют не только осуществлять непосредственный мониторинг температуры в режиме реального времени, но и благодаря наличию встроенной энергонезависимой памяти температурных уставок, могут обеспечивать приоритетную оперативную сигнализацию в 1-Wire-линию о факте выхода контролируемого параметра за пределы заданных значений. Также поставляются более совершенные термометры DS18В20, у которых скорость преобразования определяется разрядностью результата, программируемой непосредственно по 1-Wire-линии. Цифровой код, считываемый с такого термометра, является прямым результатом измеренного значения температуры и не нуждается в дополнительных преобразованиях. Российской фирмой Rainbow Technologies получен сертификат Госстандарта России об утверждении однопроводных цифровых термометров DS1822, DS18B20, DS18S20, DS1920, производимых концерном Dallas/Maxim Integrated Products, в состав которого входит фирма Dallas Semiconductor, в качестве средств измерения. В подтверждение этого факта имеется документ о том, что данные типы приборов зарегистрированы в Государственном реестре средств измерений и допущены к применению в Российской Федерации.

2. Конструкторская часть

2.1 Общие сведения. Функциональное назначение используемых программ

Для выполнения курсовой работы были использованы следующие программные средства: компилятор языка С для микроконтроллеров AVR (CodeVisionAVR), генератор начального кода программы CodeWizard AVR с необходимой конфигурацией периферии МК (AVR Studio).

CodeVision AVR представляет собой кросс-компилятор языка С, графическую оболочку и автоматический генератор шаблонов программ, ориентированные на работу с семейством микроконтроллеров AVR фирмы Atmel.

Программа представляет собой 32-разрядное приложение для работы в операционных системах Windows 95, 98, Me, NT4.0, 2000, XP.

Кросс-компилятор включает в себя практически все элементы, соответствующие стандарту ANSI. Кроме того, в компилятор включены дополнительные возможности, ориентированные на использование архитектурных особенностей микроконтроллеров AVR и встроенных систем в целом.

Объектные файлы COFF позволяют осуществлять отладку программ с просмотром содержимого переменных. Для этого следует применять свободно распространяемый фирмой Atmel (www.atmel.com) отладчик AVR Studio.

Для отладки систем, использующих последовательную передачу данных, в графической оболочке имеется встроенная программа Terminal.

Кроме стандартных библиотек языка С, компилятор имеет библиотеки для работы с:

ЖКИ индикаторами со встроенным контроллером;

шиной I2C фирмы Philips;

датчиком температуры LM75 фирмы National Semiconductor;

часами реального времени PC8536 и PC8583 фирмы Philips, DS1302 и DS1307 фирмы Dallas Semiconductor;

однопроводным протоколом фирмы Dallas Semiconductor;

датчиками температуры DS1820 и DS1822 фирмы Dallas Semiconductor;

датчиком температуры/термостатом DS1621 фирмы Dallas Semiconductor;

памятью EEPROM DS2430 и DS2433 фирмы Dallas Semiconductor;

шиной SPI;

управлением режимами пониженного потребления энергии;