Проектирование дверных кодовых систем на базе avr микроконтроллеров

1.9 Алфавитно-цифровые индицирующие ЖКИ на основе контроллера HD44780

ЖКИ на базе контроллеров HD44780 являются эффективным средством отображения различной информации и могут с успехом применяться даже в любительских разработках. Наличие многих режимов вывода (скроллирование, курсоры, определяемые пользователем символы) позволяет разрабатывать удобные интерфейсы управления и устройства индикации. Наличие 4-х битного режима    вывода    даёт    возможность     задействовать      минимум    портов

микроконтроллера.

Контроллер    HD44780        фирмы      Hitachi      фактически     является

 

промышленным стандартом и широко применяется при производстве алфавитно-цифровых ЖКИ. Аналоги этого контроллера или совместимые с ним по интерфейсу и командному языку микросхемы, выпускают множество фирм, среди которых: Epson, Toshiba, Sanyo, Samsung, Philips. Еще большее число фирм производят ЖКИ на базе данных контроллеров.   Эти модули можно встретить в самых разнообразных устройствах: измерительных приборах, медицинском оборудовании, промышленном и технологическом оборудовании, офисной технике - принтерах, телефонах, факсимильных и копировальных аппаратах.

Алфавитно-цифровые ЖКИ  представляют собой недорогое и  удобное решение, позволяющее сэкономить время и ресурсы при разработке новых изделий, при этом обеспечивают отображение большого объема информации при хорошей различимости и низком энергопотреблении. Возможность оснащения ЖКИ задней подсветкой позволяет эксплуатировать их в условиях с пониженной или нулевой освещенностью, а исполнение с расширенным диапазоном температур (от минус 20 до плюс 70°С) в сложных эксплуатационных условиях, в том числе в переносной, полевой и даже, иногда, в бортовой аппаратуре.

Контроллер HD44780 потенциально может управлять двумя строками по 40 символов в каждой, при матрице символа 5х7 точек. Контроллера также поддерживает символы с матрицей 5х10 точек, но в последние годы ЖКИ с такой матрицей практически не встречаются, поэтому можно считать, что фактически бывают только символы 5х7 точек.

Существует несколько  различных более-менее стандартных  форматов ЖКИ: 8х2, 16х1, 16х2, 16х4, 20х1, 20х2, 20х4, 24х2, 40х2, 40х4. На рисунке 1.4 показаны модели ЖКИ 40х2 и 20х4. Встречаются и менее распространенные форматы: 8х1, 12х2, 32х2 и др. - принципиальных ограничений на комбинации и количество отображаемых символов контроллер не накладывает - модуль может

 иметь любое количество  символов  от 1 до 80, хотя в некоторых комбинациях  программная  адресация   символов   может оказаться   не очень

 

 

удобной.

 

 

В рамках одного формата  могут производиться ЖКИ нескольких конструктивов, отличающихся как габаритами ЖКИ, так и размерами платы и посадки. Например, фирма Powertip предлагает алфавитно-цифровые ЖКИ-модули одиннадцати форматов (от 8х2 до 40х4) в 37 различных конструктивах, 16х1 в шести, а модули формата 16х2 в одиннадцати.

В рамках одного конструктива ЖКИ может иметь еще ряд модификаций. В частности, могут применяться несколько типов ЖКИ, отличающихся цветом фона и цветом символов, а также по применяемым ЖК материалам и структуре: TN, STN и FSTN типа. ЖКИ STN и FSTN типа имеют более высокую стоимость, но одновременно обладают повышенной контрастностью и вдвое большим максимальным углом обзора, причем ЖКИ FSTN типа имеют лучшие характеристики, чем STN.

ЖК - модули могут оснащаться задней подсветкой, размещаемой между ЖКИ и печатной платой, для чего ЖКИ производятся с полупрозрачным или прозрачным задним слоем (в последнем случае считывание информации возможно только при наличии подсветки). Собственно подсветка может быть реализована   несколькими   способами: с помощью    электролюминисцентной

панели, представляющей собой тонкую пленку, излучающую свет при прикладывании переменного тока повышенного напряжения порядка 100 - 150 В; люминисцентной        лампой     с    холодным    катодам    (также    работающей

 

при повышенном напряжении), излучение которой равномерно распределяется по всей площади ЖКИ  с помощью отражателя или плоского световода; третий вариант - подсветка на основе светодиодной матрицы.

Первые два способа  подсветки обеспечивают высокую  яркость и могут иметь белый  тон свечения при относительно низком потреблении, но требуют наличия источника повышенного напряжения, что создает некоторые трудности при создании аппаратуры с автономным питанием. Напротив, светодиодная подсветка не требует высоковольтного источника и при использовании несложного источника тока позволит производить питание от источника с напряжением 5 В. Кроме того, светодиодная подсветка имеет значительно большее время наработки, а также только она допустима к эксплуатации в расширенном диапазоне температур (от минус 20 до  плюс 70°С).[4, с.235]

1.10 Кодировка символов на индикаторах

Вывод на экран символа  производится записью его кода в  регистр DR. При этом символ размещается  в DDRAM по текущему адресу, указываемому АС, а значение АС увеличивается  или уменьшается на один. Чтобы произвести переустановку курсора на нужную позицию, необходимо присвоить АС соответствующее значение. Когда производится последовательная запись символов и в результате заполняется вся строка, курсор автоматически переходит на вторую строку, но если необходимо принудительно установить курсор, скажем, на начало второй строки, то будет неверным присвоить АС казалось бы логичное значение $28 (40), правильным является значение $40 (64). Значения адресов DDRAM в диапазоне $28...$3fF (а равно и $68...$7F) являются неопределенными и результаты работы с ними могут быть непредсказуемыми.

Необходимо учитывать, что контроллеры, устанавливаемые  на ЖК модули, могут иметь различные наборы символов, причем это может зависеть

как от производителя контроллера, так и от модификации данной конкретной

модели. Например, фирма Powertip выпускает ЖК-модули с четырьмя базовыми

 

 модификациями   наборов   символов:   японской,   европейской, французской и

 русской.

Более того, существует как  минимум два варианта русского набора символов: контроллер фирмы Hitachi  и контроллер фирмы Epson (EH по маркировке Powertip). Контроллер фирмы Hitachi обладает существенным недостатком - у него весьма ограниченный набор русских символов, фактически у него имеются только прописные русские буквы, и даже среди них отсутствует символ "Ф". Напротив, контроллер фирмы Epson содержит полный набор русских символов в прописном и строчном вариантах, поэтому он весьма удобен для отечественных применений. Это свойство контроллеров фирмы Epson обеспечило им заслуженную популярность на российском рынке, поэтому в последнее время основная масса импортируемых в нашу страну ЖКИ-модулей оснащены именно этиим контроллером. В качестве примера на рисунке 1.5 приведен набор символов этого контролера.

 

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ

2.1 Описание этапов программирования микроконтроллера

Для выполнения данной задачи необходимо выполнить процесс отладки и  программирования, представленные на рисунке 2.1, и процесс эмуляции, структурная  схема которого указана на рисунке 2.2.

 

1. - монитор;
2. - клавиатура;
3. - блок питания;
4. - программатор;
5. - микроконтроллер.

 

 

 

 

Для программирования МК мы использовали программу BASCOM-AVR. Данная программа представляет собой компилятор и отладчик программы. Программа пишется на языке высокого уровня Basic. За тем в этой же программе эмулируется процесс работы с портами и LCD индикаторами.

После отработки файла  на виртуальном МК оболочке AVR Simulator, устранения всех ошибок следует внести следующие изменения в исходный модуль:

1. Проверить правильность всех опций.
2. Удалить из программы команду $sim.
3. Откомпилировать файл.

Далее производится запись программы в память микроконтроллера:

1. Программатор подключают к LPT- или COM-порту компьютера.
2. Запустить на компьютере программу Pony Prog.
3. Загрузить готовый модуль с программой.
4. Настроить программу Pony Prog для работы с правильным портом записи.
5. Настроить программу Pony Prog для работы с нужной моделью микроконтроллера.
6. Выполнить запись в микроконтроллер.
7. Затем микроконтроллер подключают к стенду.

2.2 Экранные копии процесса программирования микроконтроллера

Для того, чтобы точнее описать весь процесс программирования кодовой дверной системы, на рисунках 2.3 - 2.9 представлены экранные копии данного процесса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Алгоритм и текст  программы для МК

Был рассмотрен процесс  программирования и этапы исполнительного  механизма, ниже показан текст программы, который приводит в действие весь механизм. А алгоритм программы, по которому была выполнена задача, представлен в приложении А.

'$sim     ‘позволяет  использовать программу-симулятор  портов и ЖКИ виртуального  МК.

Config Lcd = 16 * 2     ‘позволяет использовать в программе  экран ЖКИ заданной конфигурации.

Config Portc = Input     ‘задать порт для ввода.

Dim A As Word     ‘задать  переменной  А значение Word. 

Do     ‘начало  цикла.    

 

N:     ‘метка.

Cls     ‘очистка  экрана ЖКИ.

A = Portc     ‘задать  переменной А значение порта С.

Locate 1 , 2     ‘позиционирование  курсора на экране ЖКИ.

Lcd "Habepute kod"      ‘вывод на экран ЖКИ сообщения.    

Wait 1     ‘задержка

If A = 170 Then Goto W Else Goto N     ‘Условие ветвления.

 

W:

Cls

Wait 1

Locate 1 , 2

Lcd "Bxodute"

Loop     ‘конец цикла.

End     ‘конец  программы

2.4 Фото демонстрации работы МК с использованными механизмами, эмуляторами процессов

Работа дверной  кодовой системы представлена на рисунках 2.10 и 2.11.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5 Возможности практического  применения материалов работы

Данную микроконтроллерную систему можно использовать для  кодовых дверных замков. В системе  задан определенный код. При вводе  верного кода, на дисплее выводится  соответствующее сообщение и  дверь открывается. При ошибке дверь  блокируется. Данное устройство можно  считать универсальным, так как оно просто в конструкции и не требует больших затрат для своей реализации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении курсового  проекта была проанализирована литература по нескольким источникам и выполнена практическая часть по тематике: Проектирование микроконтроллерных систем многочастотных генераторов импульсов с отображением частоты на ЖКИ.

С помощью программного продукта BASCOM AVR разработана программа драйвер для микроконтроллера AT90S4434. Драйвер отлажен и экспериментально проверен на стенде-эмуляторе.

В результате выполнения курсовой опытно-экспериментальной  работы, разработан алгоритм и программа  для микроконтроллера, создана микроконтроллерная система, данная работа описана.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АЛУ - арифметико-логическое устройство;

АЦП - аналого - цифровой преобразователь;

ВТ  -  вычислительная техника;

ЖК -  жидкокристаллический;

ЖКИ  -  жидкокристаллический индикатор;

МК - микроконтроллер;

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство;

ЦПУ – центральное  программируемое устройство;

ШИМ - широтно-импульсный модулятор;

ЭВМ  -  электронно-вычислительная машина.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК СТАНДАРТОВ

ГОСТ 2.102068 ЕСКД. Виды и  комплектность конструкторских  документов

ГОСТ 2.104-68 ЕСКД. Основные надписи