Fork me on GitHub

PICSim.js - семисегментный индикатор и прерывания

Семисегментные индикаторы - наиболее простой способ для представления цифровой информации в виде арабских цифр и даже некоторых букв (для полноценного отображения букв используются более сложные многосегментные и матричные индикаторы). Светодиодные семисегментные индикаторы имеют высокую яркость, широкий диапазон рабочих температур, низкую стоимость и очень просты в управлении. Главными недостатками светодиодных индикаторов являются относительно высокое энергопотребление и слабая видимость при ярком освещении, хотя на нашем модном цветном мобильном телефоне тоже ничего не видно на солнышке днём :)

Конструктивно светодиодный семисегментный индикатор представляет собой группу из семи светодиодов, расположенных в определенном порядке. Включая их в различных комбинациях можно составить упрощённые изображения цифр 0..9. Индикаторы различаются по размеру, типу соединения светодиодов - общий анод, общий катод, по количеству отображаемых разрядов - одноразрядные, двухразрядные и более, по яркости свечения и по цвету - красные, желтые, зеленые и т.д.

hex | picsim.js

display7.c

#include <stdint.h>

static uint8_t display7(uint8_t value) {
  switch(value) {
    case 0:
      return 0xEE;
    case 1:
      return 0x28;
    case 2:
      return 0xCD;
    case 3:
      return 0x6D;
    case 4:
      return 0x2B;
    case 5:
      return 0x67;
    case 6:
      return 0xE7;
    case 7:
      return 0x2C;
    case 8:
      return 0xEF;
    case 9:
      return 0x6F;
    case 10:
      return 0xAF;
    case 11:
      return 0xE3;
    case 12:
      return 0xC6;
    case 13:
      return 0xE9;
    case 14:
      return 0xC7;
    case 15:
      return 0x87;
    default:
      return 0;
  }
}

main.c

/*
  xc8 --chip=16f648A main.c
*/

#include <xc.h>
#include <stdint.h>
#include "display7.c"

#pragma config WDTE = OFF

const uint8_t porta_btn_mask = 0b11110;

int main() {

  uint8_t display_data = 0,
          last_buttons = 0;

  PORTB = TRISB = 0;

  while(1) {
    uint8_t buttons = PORTA & porta_btn_mask;
    if (last_buttons != buttons) {
      last_buttons = buttons;
      if (!RA1) {
        display_data += 2;
      } else if (!RA2) {
        display_data += 1;
      } else if (!RA3) {
        display_data -= 1;
      } else if (!RA4) {
        display_data -= 2;
      }
      PORTB = display7(display_data & 0xF);
    }
  }

  return 0;
}

В данном примере используется наиболее простой вид индикации - статическая индикация, в таком режиме каждый сегмент индикатора постоянно находится в одном из двух состояний - включен или выключен. Функция display7 приводит двоичное число в код семисегментного индикатора и позволяет отображать шестнадцатиричное число 0..F.

screenshot

Для одновременной работы нескольких разрядов семисегментного индикаторов часто используют динамическую индикацию (динамическое управление), которое подразумевает поочередное переключение разрядов с частотой, не воспринимаемой человеческим глазом. Для динамической индикации требуется меньшее количество ног микроконтроллера и меньшее количество внешних элементов. На исследуемой плате нога RB4 как раз и занимается поочерёдным переключением двух разрядов - при нуле на RB4 данные с PORTB попадают на левый индикатор, при единице соответственно на правый.

Задача переключения разрядов семисегментных довольно критична ко времени - при его неравномерном распределении один разряд будет ярче другого, что приведёт к неприятным для человеческого глаза эффектам, мерцаниям. Для задач, критичных ко времени реакции на возникшие события в микроконтроллерах предусмотрены прерывания - основной цикл main() приостанавливается (прерывается), сохраняя свой контекст выполнения, отрабатывает логика обработчика прерывания, после чего управление снова передаётся main(), при этом сохранённый ранее контекст выполнения восстанавливается.

hex | picsim.js

isr.c

#include <xc.h>
#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include "display7.c"

// C89, section 6.5.7 Initialization.
// If an object that has static storage duration is not initialized explicitly, then:
// - if it has arithmetic type, it is initialized to (positive or unsigned) zero;

// interface
volatile uint8_t display_data;

// http://microchip.wikidot.com/faq:31

void interrupt _int_7(void)   // interrupt function 
{
  static bool current_7;

  if(INTCONbits.T0IF && INTCONbits.T0IE) 
  {                           // if timer flag is set & interrupt enabled
    INTCONbits.T0IF = 0;      // clear the interrupt flag 
    uint8_t data = display7(current_7 ? display_data & 0xF : display_data >> 4);
    PORTB = current_7 ? data | 0b10000 /* RB4 */ : data;
    current_7 = !current_7;
  }
}

main.c

/*
  xc8 --chip=16f648A main.c isr.c
*/

#include <xc.h>
#include <stdint.h>

#pragma config WDTE = OFF

extern uint8_t display_data;

int main() {

  const uint8_t porta_btn_mask = 0b11110;

  uint8_t last_buttons = 0;

  OPTION_REGbits.T0CS = 0;     // Timer0 increments on instruction clock
  OPTION_REGbits.PSA = 0;      // Prescaler is assigned to the Timer0 module
  OPTION_REGbits.PS0 = 1;
  OPTION_REGbits.PS1 = 0;
  OPTION_REGbits.PS2 = 0;      // Prescaler 1:4; T0IF each 256*4 cycle
  INTCONbits.T0IE = 1;         // Enable interrupt on TMR0 overflow
  INTCONbits.GIE = 1;          // Global interrupt enable

  PORTB = TRISB = 0;

  while(1) {
    uint8_t buttons = PORTA & porta_btn_mask;
    if (last_buttons != buttons) {
      last_buttons = buttons;
      if (!RA1) {
        display_data += 10;
      } else if (!RA2) {
        display_data += 1;
      } else if (!RA3) {
        display_data -= 1;
      } else if (!RA4) {
        display_data -= 10;
      }
    }
  }

  return 0;
}

В файле isr.c реализована логика, отвечающая за отображение информации на семисегментном дисплее. Интерфейс взаимодействия isr.c с другими программными модулями, такими как main.c, только через переменную display_data. Функция display7 не входит в этот интерфейс и поэтому объявлена как static, т.е. доступна только в пределах своего модуля. Грамотное проектирование интерфейсов позволяет распределить для модулей зоны ответственности и инкапсулировать их реализацию. Модули, полученные на этапе проектирования системы, должны быть минимально связанны друг с другом (Слабая Связанность, Low Coupling). При таком проектировании в случае изменения одного модуля не придется править другие или эти изменения будут минимальными. Чем слабее связанность, тем легче писать/понимать/расширять/чинить любую программу на любом языке программирования.

screenshot

Так как скважность импульсов на RB4 равна двум яркость свечения каждого из разрядов семисегментного распределяется поровну от максимальной.

И напоследок одно замечание по коду extern uint8_t display_data;, который указывает на переменную в другом файле. К сожалению в данном случае Си компилятор тут не проверяет типы и поэтому оставит без внимания какую-нибудь ерунду типа extern uint16_t display_data; при том что реальная переменная uint8_t. Поэтому для лучшего контроля типов декларации extern переменных / функций принято описывать в отдельных файлах.

display_data.h

extern volatile uint8_t display_data;

Этот файл нужно включить #include "display_data.h" в main.c и isr.c.

Далее сторожевой таймер.

Comments !

links

social