Данное устройство будет полезно любому человеку, которому приходится постоянно готовить, и надежно защитит вашу кухню от чрезмерного количества дыма. Этот прибор, как следует из названия - кухонный таймер. Он предназначен для отсчитывания интервалов при приготовлении различных блюд. Таймер имеет несколько клавиш, при помощи которых можно легко установить время от 1 минуты до 99 часов. Обратный отсчет начинается автоматически, через 3 секунды после установки времени. Благодаря громкой пищалке вы точно услышите когда блюдо готово. Устройство собрано на основе микроконтроллера ATMega8.

Описание конструкции

Сердцем устройства является микроконтроллер U1 () с кварцевым резонатором X1 (16 МГц) и обвязкой из двух конденсаторов C1 (22 пФ) и C2 (22 пФ). Стабилизатор U2 () с обвязкой из конденсаторов C3 (100 мкФ) и C4 (47 мкФ) стабилизирует напряжение питания 5В, необходимое для корректной работы микроконтроллера и связанных компонентов. На разъем Zas подается напряжение 7-12В. Если у Вас имеется блок питания с напряжением 5-6В, можно исключить из схемы стабилизатор напряжения. Зуммер B1 и аноды дисплея W1 управляются транзисторами T1 - T5 (), с обвязкой из резисторов R1 - R8 (3.3 кОм), R17 (3.3 кОм) и R18 (3.3 кОм). Резисторы R9 - R16 (330 Ом) ограничивают ток через сегменты дисплея. Разъем Prog и один вывод R используются для подключения программатора. Клавиатура таймера подключена к разъему Sw.

Изготовление

Рисунок печатной платы для устройства есть в архиве в конце статьи. Установка деталей начинается с пайки двух перемычек. Затем устанавливаются все резисторы и прочие элементы в порядке от меньшего к большему. Кварц X1 должен быть "низкий" - он устанавливается под дисплей - в противном случае он просто не поместится туда. Зуммер B1 можно припаять на плату, как это показано на фотографиях, но позже выяснилось, что после закрытия корпуса звук слишком тихий (несмотря на отверстия, просверленные в корпусе). Лучше приклеить зуммер на одну из сторон корпуса (так, как это показано на последнем фото), и соединить проводами с платой. Клавиатура состоит из 5 кнопок без фиксации 12х12мм непосредственно на лицевой части корпуса, так что их толкатели находятся чуть выше поверхности корпуса. Для этого устройства в качестве блока питания хорошо использовать зарядное устройство для телефона, из-за его небольшого веса и размеров.

Источник: cxem.net

Этот таймер предназначен для установки выдержек от 5 секунд до 100 минут. На его выходе имеется достаточно мощное электромагнитное реле, позволяющее коммутировать ток до З0А при напряжении 12V и ток до 10А при напряжении 220V. Благодаря применению электромагнитного реле таймер может управлять не только нагревательными или осветительными приборами, но и электронными приборами, критичными к форме питающего переменного напряжения. Трансформаторное питание, в сочетании с реле, обеспечивает полную гальваническую развязку электронной схемы таймера от сети.

Для общения таймера с оператором есть четырехразрядный светодиодный индикатор, в нем очень старые 7-сегментные матрицы АЛ304 в количестве четырех штук, соединены в матрицу путем соединения вместе одноименных сегментных выводов. Конечно можно использовать и более современные светодиодные индикаторы, и даже готовые матрицы по четыре разряда под динамическую индикацию.

Управляют таймером кнопками S1, S2, S3, S4. При нажатии кнопки S1 происходит включение нагрузки и запуск таймера. Чтобы установить время, в течение которого должна работать нагрузка, нужно нажать S4.На дисплее будут мигать два старших разряда (минуты). Теперь кнопками S2 и S3 можно установить значение минут. Затем нужно еще раз нажать S4. Теперь будут мигать младшие разряды и кнопками S2 и S3 можно установить секунды. Чтобы сохранить установки нужно еще раз нажать S4. Теперь индикатор будет показывать установленную выдержку. Чтобы запустить таймер нужно нажать S1. Нагрузка включается, а показания индикатора начинают убывать. Как только заданное время иссякнет на индикаторе появляется надпись «OFF», а нагрузка выключается электромагнитным реле. Чтобы повторить нужно дважды нажать кнопку S1. При первом нажатии «OFF» сменится на показание заданного времени, а при втором произойдет запуск таймера. Управление реле по выводу 23 D1. Включение - логической единицей. Ключ на VT5 и VT6 управляет электромагнитным реле К1. Такие реле используются в схемах автомобильных сигнализаций. Они могут коммутировать как постоянный ток (12V) так и переменный (220V), поскольку обладают хорошей изоляцией.

Источник питания выполнен на маломощном трансформаторе. Поскольку вторичная обмотка трансформатора имеет отвод от середины (12-0-12), то выпрямитель сделан не по мостовой, а по двухполупериодной схеме на двух диодах VD2 и VD3. Если трансформатор будет с обмоткой 12V без отводом, то нужен выпрямительный мост. Реле питается непосредственно с выхода выпрямителя, а остальная схема через стабилизатор А1 напряжения 5V.

При прошивке нужно задать на работу с внутренним генератором 8 МГц.

Схема собрана на покупной макетной печатной плате, на её одной стороне расположены микросхема и другие детали, а кнопки и индикаторы на другой стороне. Трансформатор питания за пределами платы.

Транзисторы КТ315 можно заменить на КТ3102 или любые аналоги. Транзистор КТ815 можно заменить на КТ817, КТ604. Диод КД521 - практически любой аналог. Диоды в выпрямителе КД209 - любые диоды выпрямительные на постоянный ток не ниже 150 мА. Интегральный стабилизатор 7805 можно заменить любым 5-вольтовым, например, КР142ЕН5А. Или сделать стабилизатор по параметрической схеме на двух транзисторах и стабилитроне на 5V. По поводу индикаторов сказано выше. Это могут быть любые семисегментные индикаторы с общим анодом(катодом).

В этом уроке мы поговорим о таймерах.

Данная тема непосредственно связана с темой тактирования микроконтроллера. Поэтому рекомендую перед прочтением данного урока ознакомиться с предыдущим.

Итак, зачем нам таймер?

При построении проектов на микроконтроллерах очень часто возникает необходимость измерение точных временных промежутков. Например, желание мигать светодиодом с определенной частотой, или опрашивать состояние кнопки с необходимыми временными промежутками.

Решить поставленные задачи помогают именно таймеры. Но таймеры микроконтроллеров AVR не знают что такое секунда, минута, час. Однако они прекрасно знают, что такое такт! Работают они именно благодаря наличию тактирования контроллера. То есть, таймер считает количество тактов контроллера, отмеряя тем самым промежутки времени. Допустим, контроллер работает при тактовой частоте 8МГц, то есть когда таймер досчитает до 8 000 000, пройдет одна секунда, досчитав до 16 000 000, пройдет 2 секунды и так далее.

Однако, тут возникает первое препятствие. Регистры то у нас 8 битные, то есть досчитать мы можем максимум до 255, а взяв 16 битный таймер, мы, досчитаем максимум до 65535. То есть за одну секунду мы должны обнулить таймер огромное количество раз! Конечно, можно заняться этим, если больше заняться нечем. Но ведь просто измерять время, используя мощный микроконтроллер совсем не интересно, хочется сделать нечто большее. Тут нам на помощь приходит предделитель. В общем виде это промежуточное звено между таймером и тактовой частотой контроллера. Предделитель облегчает нашу задачу позволяя поделить тактовую частоту на определенное число, перед подачей её на таймер. То есть установив предделитель на 8, за 1 секунду наш таймер досчитает до 1 000 000, вместо 8 000 000 (Разумеется, при частоте тактирования контроллера 8МГц). Уже интереснее, не так ли? А поделить мы можем и не только на 8, но и на 64 и даже на 1024.

Теперь настало время собрать схему, настроить наш таймер, предделитель, и сделать уже хоть что-то полезное!

А делать мы сегодня будем “бегущие огни” из светодиодов. То есть поочередно будем зажигать 3 светодиода, с периодом 0.75 секунды (То есть время работы одного светодиода 0.25 секунды). Соберем следующую схему:

Номиналы резисторов R 1-R 3 рассчитайте самостоятельно.

Далее, рассмотрим регистры отвечающие за работу таймеров. Всего AtMega 8 имеет в своем составе 3 таймера.Два 8 битных(Timer 0,Timer 2) и один 16 битный(Timer 1).Рассматривать будем на примере 16 битного таймера 1.

Пара регистров 8 битных регистров TCNT 1H и TCNT 1L , вместе образуют 16 битный регистр TCNT 1. Данный регистр открыт как для записи, так и для чтения. При работе таймера 1, значение данного регистра при каждом счете изменяется на единицу. То есть в регистре TCNT 1 записано число тактов, которые сосчитал таймер. Так же мы можем записать сюда любое число в диапазоне от 0 до 2 в 16 степени. В таком случае отсчет тактов будет вестись не с 0, а с записанного нами числа.

Регистр TIMSK отвечает за прерывания, генерируемые при работе таймеров микроконтроллера. Прерывание – обработчик специального сигнала, поступающего при изменении чего либо . Любое прерывания микроконтроллера может быть разрешено или запрещено. При возникновении разрешенного прерывания, ход основной программы прерывается, и происходит обработка данного сигнала. При возникновении запрещенного прерывания, ход программы не прерывается, а прерывание игнорируется. За разрешение прерывания переполнения счетного регистра TCNT 1 таймера 1 отвечает бит TOIE 1(Timer 1 Overflow Interrupt Enable ).При записи 1 в данный бит прерывание разрешено, а при записи 0 – запрещено. Данное прерывание генерируется таймером 1 при достижении максимального значения регистра TCNT 1. Подробнее о прерываниях поговорим в следующем уроке.

Регистр TCCR 1B отвечает за конфигурацию таймера 1. В данном случае битами CS 10-CS 12 мы задаем значение предделителя согласно следующей таблицы.

Остальные биты пока нас не интересуют.

Так же существует регистр TCCR 1A , который позволяет настроить другие режимы работы таймера, например ШИМ, но о них в отдельной статье.

А теперь код на C :

#define F_CPU 16000000UL #include #include uint8_t num=0; ISR(TIMER1_OVF_vect) { PORTD=(1<2) { num=0; } TCNT1=61630;//Начальное значение таймера } int main(void) { DDRD|=(1<

Код на ASM :

Assembly (x86)

Include "m8def.inc" rjmp start .org OVF1addr rjmp TIM1_OVF start: ldi R16,LOW(RamEnd) out SPL,R16 ldi R16,HIGH(RamEnd) out SPH,R16 ldi R16,1 ldi R17,0b00000111 out DDRD,R17 ldi R17,0b00000101 out TCCR1B,R17 ldi R17,0b11110000 out TCNT1H,R17 ldi R17,0b10111110 out TCNT1l,R17 ldi R17,0b00000100 out TIMSK,R17 sei main_loop: nop rjmp main_loop TIM1_OVF: out PORTD,R16 lsl R16 cpi R16,8 brlo label_1 ldi R16,1 label_1: ldi R17,0b10111110 out TCNT1L,R17 ldi R17,0b11110000 out TCNT1H,R17 reti

Таймер обратного отсчёта поможет вам точно отмерять интервал времени в диапазоне от 1 секунды до 24 часов.

Сегодня никого не удивишь конструкцией таймера, т.к. в продаже и в интернете подобных устройств, сколько угодно. И все таймеры вроде бы похожи друг на друга. И когда более подробно начинаешь рассматривать функции схемы, находишь в ней какие либо неудобства для себя.

Вот из этих соображений я и сделал программу таймера, который отвечает следующим параметрам:
– компактная конструкция и простая схемотехника;
– оперативное кнопочное управление;
– при управлении кнопками, дублирование действий на ЖКИ;
– задание времени с точностью до секунды;
– диапазон отсчета от 1 секунды до 24 часов;
– функция старт, пауза;
– функция сброса отсчета и выставленных значений времени;
– при достижении значения 00.00.00, включается исполнительное устройство;

Все поставленные задачи были реализованы в этом проекте.

Урок 10

Таймеры-счетчики. Прерывания

Сегодня мы узнаем, что такое таймеры-счётчики в микроконтроллерах и для чего они нужны, а также что такое прерывания и для чего они тоже нужны.

Таймеры-счётчики — это такие устройства или модули в микроконтроллере, которые, как видно из названия, постоянно что-то считают. Считают они либо до определённой величины, либо до такой величины, сколько они битности. Считают они постоянно с одной скоростью, со скоростью тактовой частоты микроконтроллера, поправленной на делители частоты, которые мы будем конфигурировать в определённых регистрах.

И вот эти таймеры-счётчики постоянно считают, если мы их инициализируем.

Таймеров в МК Atmega8 три.

Два из них — это восьмибитные таймеры, то есть такие, которые могут максимально досчитать только до 255. Данной величины нам будет маловато. Даже если мы применим максимальный делитель частоты, то мы не то что секунду не отсчитаем, мы даже полсекунды не сможем посчитать. А у нас задача именно такая, чтобы досчитывать до 1 секунды, чтобы управлять наращиванием счёта светодиодного индикатора. Можно конечно применить ещё наращивание переменной до определенной величины, но хотелось бы полностью аппаратного счёта.

Но есть ещё один таймер — это полноправный 16-битный таймер. Он не только 16-битный , но есть в нём ещё определённые прелести, которых нет у других таймеров. С данными опциями мы познакомимся позже.

Вот этот 16-битный таймер мы и будем сегодня изучать и использовать. Также, познакомившись с данным таймером, вам ничего не будет стоить самостоятельно изучить работу двух других, так как они значительно проще. Но тем не менее 8-битные таймеры в дальнейшем мы также будем рассматривать, так как для достижения более сложных задач нам одного таймера будет недостаточно.

Теперь коротко о прерываниях.

Прерывания (Interrupts ) — это такие механизмы, которые прерывают код в зависимости от определённых условий или определённой обстановки, которые будут диктовать некоторые устройства, модули и шины, находящиеся в микроконтроллере.

В нашем контроллере Atmega8 существует 19 видов прерываний. Вот они все находятся в таблице в технической документации на контроллер

Какого типа могут быть условия? В нашем случае, например, досчитал таймер до определённой величины, либо например в какую-нибудь шину пришёл байт и другие условия.

На данный момент мы будем обрабатывать прерывание, которое находится в таблице, размещённой выше на 7 позиции — TIMER1 COMPA , вызываемое по адресу 0x006.

Теперь давайте рассмотрим наш 16-битный таймер или TIMER1 .

Вот его структурная схема

Мы видим там регистр TCNTn , в котором постоянно меняется число, то есть оно постоянно наращивается. Практически это и есть счётчик. То есть данный регистр и хранит число, до которого и досчитал таймер.

А в регистры OCRnA и OCRnB (буквы n — это номер таймера, в нашем случае будет 1) — это регистры, в которые мы заносим число, с которым будет сравниваться чило в регистре TCNTn.

Например, занесли мы какое-нибудь число в регистр OCRnA и как только данное число совпало со значением в регистре счёта, то возникнет прерывание и мы его сможем обработать. Таймеры с прерываниями очень похожи на обычную задержку в коде, только когда мы находимся в задержке, то мы в это время не можем выполнять никакой код (ну опять же образно "мы", на самом деле АЛУ). А когда считает таймер, то весь код нашей программы в это время спокойно выполняется. Так что мы выигрываем колоссально, не давая простаивать огромным ресурсам контроллера по секунде или даже по полсекунды. В это время мы можем обрабатывать нажатия кнопок, которые мы также можем обрабатывать в таймере и многое другое.

Есть также регистр TCCR. Данный регистр — это регистр управления. Там настраиваются определенные биты, отвечающие за конфигурацию таймера.

Также у таймера существует несколько режимов, с которыми мы также познакомимся немного позденее.

Он состоит из двух половинок, так как у нас конотроллер 8-битный и в нем не может быть 16-битных регистров. Поэтому в одной половинке регистра (а физически в одном регистре) хранится старшая часть регистра, а в другом — младшая. Можно также назвать это регистровой парой, состоящей из двух отдельных регистров TCCR1A и TCCR1B. Цифра 1 означает то, что регистр принадлежит именно таймеру 1.

Даный регист TCCR отвечает за установку делителя, чтобы таймер не так быстро считал, также он отвечает (вернее его определённые биты) за установку определённого режима.

За установку режима отвечают биты WGM

Мы видим здесь очень много разновидностей режимов.

Normal — это обычный режим, таймер считает до конца.

PWM — это ШИМ только разные разновидности, то есть таймер может играть роль широтно-импульсного модулятора . С данной технологией мы будем знакомиться в более поздних занятиях.

CTC — это сброс по совпадению, как раз то что нам будет нужно. Здесь то и сравнивются регистры TCNT и OCR. Таких режима два, нам нужен первый, второй работает с другим регистром.

Все разновидности режимов мы в данном занятии изучать не будем. Когда нам эти режимы потребуются, тогда и разберёмся.

Ну давайте не будем томить себя документацией и наконец-то попробуем что-то в какие-нибудь регистры занести.

Код, как всегда, был создан из прошлого проекта. Для протеуса также код был скопирован и переименован с прошлого занятия, также в свойствах контроллера был указан путь к новой прошивке. Проекты мы назовем Test07 .

Попробуем как всегда скомпилировать код и запустить его в протеусе. Если всё нормально работает, то начинаем добавлять новый код.

Добавим ещё одну функцию, благо добавлять функции мы на прошлом занятии научились. Код функции разместим после функции segchar и до функции main. После из-за того, что мы будем внутри нашей новой функции вызывать функцию segchar.

Мало того, мы создадим не одну функцию, а целых две. В одну функцию мы разместим весь код инициализации нашего таймеру, а другая функция будет являться обработчиком прерывания от таймера, а такие функции они специфичны и вызывать их не требуется. Когда возникнет необходимость, они вызовутся сами в зависимости от определённых условий, которые были оговорены выше.

Поэтому первую функцию мы назвовём timer_ini

//———————————————

void timer_ini ( void )

{

}

//———————————————

Также давайте наши функции, а также какие-то законченные блоки с объявлением глобальных переменных, с прототипами функций будем отделять друг от друга вот такими чёрточками, которые за счет наличия двух слешей впереди компилятор обрабатывать не будет и примет их за комментарии. За счёт этих отчерчиваний мы будем видеть, где заканчивается одна функция и начинается другая.

Данная функция, как мы видим не имеет ни каких аргументов — ни входных, не возвращаемых. Давайте сразу данную функцию вызовем в функции main()

unsigned char butcount=0, butstate=0;

timer_ini ();

Теперь мы данную функцию начнём потихонечку наполнять кодом.

Начнем с регистра управления таймером, например с TCCR1B. Используя нашу любимую операцию "ИЛИ", мы в определённый бит регистра занесём единичку

void timer_ini ( void )

TCCR1B |= (1<< WGM12 );

Из комментария мы видим, что мы работает с битами режима, и установим мы из них только бит WGM12, остальные оставим нули. Исходя из этого мы сконфигурировали вот такой режим:

Также у таймера существует ещё вот такой регистр — TIMSK . Данный регистр отвечает за маски прерываний — Interrupt Mask . Доступен данный регистр для всех таймеров, не только для первого, он общий. В данном регистре мы установим бит OCIE1A , который включит нужный нам тип прерывания TIMER1 COMPA

TCCR1B |= (1<< WGM12 ); // устанавливаем режим СТС (сброс по совпадению)

TIMSK |= (1<< OCIE1A );

Теперь давайте поиграемся с самими регистрами сравнения OCR1A(H и L) . Для этого придётся немного посчитать. Регистр OCR1AH хранит старшую часть числа для сравнения, а регистр OCR1AL — младшую.

Но прежде чем посчитать, давайте пока напишем код с любыми значениями данного регистра и потом поправим, так как дальше мы будем инициализировать делитель и он тоже будет учавствовать в расчёте требуемого времени счёта. Без делителя таймер будет слишком быстро считать.

TIMSK |= (1<< OCIE1A ); //устанавливаем бит разрешения прерывания 1ого счетчика по совпадению с OCR1A(H и L)

OCR1AH = 0b10000000;

OCR1AL = 0b00000000;

TCCR1B |= ( ); //установим делитель.

Пока никакой делитель не устанавливаем, так как мы его ещё не посчитали. Давайте мы этим и займёмся.

Пока у нас в регистре OCR1A находится число 0b1000000000000000, что соответствует десятичному числу 32768.

Микроконтроллер у нас работает, как мы договорились, на частоте 8000000 Гц.

Разделим 8000000 на 32768, получим приблизительно 244,14. Вот с такой частотой в герцах и будет работать наш таймер, если мы не применим делитель. То есть цифры наши будут меняться 244 раза в секунду, поэтому мы их даже не увидим. Поэтому нужно будет применить делитель частоты таймера. Выберем делитель на 256. Он нам как раз подойдёт, а ровно до 1 Гц мы скорректируем затем числом сравнения.

Вот какие существуют делители для 1 таймера

Я выделил в таблице требуемый нам делитель. Мы видим, что нам требуется установить только бит CS12 .

Так как делитель частоты у нас 256, то на этот делитель мы поделим 8000000, получится 31250, вот такое вот мы и должны занести число в TCNT. До такого числа и будет считать наш таймер, чтобы досчитать до 1 секунды. Число 31250 — это в двоичном представлении 0b0111101000010010. Занесём данное число в регистровую пару, и также применим делитель

OCR1AH = 0b01111010 ; //записываем в регистр число для сравнения

OCR1AL = 0b00010010 ;

TCCR1B |= (1<< CS12 ); //установим делитель.

С данной функцией всё.

Теперь следующая функция — обработчик прерывания от таймера по совпадению. Пишется она вот так

ISR ( TIMER1_COMPA_vect )

{

}

И тело этой функции будет выполняться само по факту наступления совпадения чисел.

Нам нужна будет переменная. Объявим её глобально, в начале файла

#include

//———————————————

unsigned char i ;

//———————————————

Соответственно, из кода в функции main() мы такую же переменную уберём

int main ( void )

unsigned char i ;

Также закомментируем весь код в бесконечном цикле. Его роль теперь у нас будет выполнять таймер, и, я думаю, он с этим справится не хуже, а даже лучше, "никому" при этом не мешая.

while (1)

{

// for(i=0;i<10;i++)

// {

// while (butstate==0)

// {

// if (!(PINB&0b00000001))

// {

// if(butcount < 5)

// {

// butcount++;

// }

// else

// {

// i=0;

// butstate=1;

// }

// }

// else

// {

// if(butcount > 0)

// {

// butcount—;

// }

// else

// {

// butstate=1;

// }

// }

// }

// segchar(i);

// _delay_ms(500);

// butstate=0;

// }

Теперь, собственно, тело функции-обработчика. Здесь мы будем вызывать функцию segchar. Затем будем наращивать на 1 переменную i . И чтобы она не ушла за пределы однозначного числа, будем её обнулять при данном условии

ISR ( TIMER1_COMPA_vect )

if ( i >9) i =0;

segchar ( i );

i ++;

Теперь немного исправим код вначале функции main(). Порт D , отвечающий за состояние сегментов, забьём единичками, чтобы при включении у нас не светился индикатор, так как он с общим анодом. Затем мы здесь занесём число 0 в глобавльную переменную i, просто для порядка. Вообще, как правило, при старте в неициализированных переменных и так всегда нули. Но мы всё же проинициализируем её. И, самое главное, чтобы прерывание от таймера работало, её недостаточно включить в инициализации таймера. Также вообще для работы всех прерываний необходимо разрешить глобальные прерывания. Для этого существует специальная функция sei() — Set Interrupt .

Теперь код будет вот таким

DDRB = 0x00;

PORTD = 0b11111111 ;

PORTB = 0b00000001;

i =0;

sei ();

while (1)

Также ещё мы обязаны подключить файл библиотеки прерываний вначале файла

#include

#include

#include

Также переменные для кнопки нам пока не потребуются, так как с кнопкой мы сегодня работать не будем. Закомментируем их

int main ( void )

//unsigned char butcount=0, butstate=0;

timer_ini ();

Соберём наш код и проверим его работоспособность сначала в протеусе. Если всё нормально работает, то проверим также в живой схеме

Всё у нас работает. Отлично!

Вот такой вот получился секундомер. Но так как у нас даже нет кварцевого резонатора, то данный секундомер нельзя назвать точным.

Тем не менее сегодня мы с вами много чему научились. Мы узнали о прерываниях, также научились их обрабатывать, Научились работать с таймерами, конфигурировать несколько новых регистров микроконтроллера, до этого мы работали только с регистрами портов. Также за счёт всего этого мы значительно разгрузили арифметическо-логическое устройство нашего микроконтроллера.

Смотреть ВИДЕОУРОК

Post Views: 17 258