Мигание последовательностью светодиодов на микроконтроллере PIC: схема и программа

В предыдущей статье на нашем сайте мы рассмотрели мигание одним светодиодом с помощью микроконтроллера PIC. Схему проекта мы собрали на перфорированной плате и использовали PICkit 3, ICSP и MPLAB IPE для загрузки программы в микроконтроллер. В этой же статье мы задействуем большее число контактов микроконтроллера PIC16F877A и рассмотрим управление с его помощью последовательностью из 7 светодиодов.

Также в статье мы рассмотрим основы управления несколькими входами и выходами микроконтроллеров PIC, использование функций и цикла типа ‘for’ в данных микроконтроллерах.

Внешний вид платы с микроконтроллером PIC

Внешний вид платы с последовательностью светодиодов

Перфорированную плату с микроконтроллером PIC16F877A можно использовать из нашего предыдущего проекта, а светодиоды с токоограничивающими резисторами разместим на другой перфорированной плате как показано на следующем рисунке. Также в схему добавим кнопку для запуска процесса мигания последовательности светодиодов.

Необходимые компоненты

Микроконтроллер PIC16F877A (купить на AliExpress).
Программатор PicKit 3 (купить на AliExpress).
Держатель микросхем на 40 контактов (купить на AliExpress).
Кварцевый генератор на 20 МГц (купить на AliExpress).
Конденсаторы 33 пФ – 2 шт. (купить на AliExpress).
Резисторы 680 Ом, 10 кОм и 560 Ом (купить на AliExpress).
Светодиоды (купить на AliExpress).
Микросхема регулятора напряжения 7805 (купить на AliExpress).
Набор для пайки.
Перфорированная плата (Perf board).
Соединительные провода.
Адаптер питания на 12V.

Схема проекта

Схема проекта мигания последовательностью светодиодов с помощью микроконтроллера PIC представлена на следующем рисунке.

Объяснение программы для микроконтроллера PIC

Полный код программы для мигания последовательностью светодиодов приведен в конце статьи, здесь же мы кратко рассмотрим его основные фрагменты.

Мигание последовательности светодиодов будет начинаться после нажатия кнопки в схеме нашего проекта. Мы рекомендуем вам сначала посмотреть видео с работой проекта, приведенное в конце статьи, чтобы лучше понять принцип работы нашей программы.

В первых строках программы мы установим значения битов конфигурации, назначение которых мы рассматривали в данной статье.

TRISB0=1; //Instruct the MCU that the PORTB pin 0 is used as input for button.
TRISD = 0x00; //Instruct the MCU that all pins are output 
PORTD=0x00; //Initialize all pins to 0

TRISB0=1; //Instruct the MCU that the PORTB pin 0 is used as input for button.

TRISD = 0x00; //Instruct the MCU that all pins are output

PORTD=0x00; //Initialize all pins to 0

Регистры TRIS в микроконтроллерах PIC используются для задания режимов работы его контактов (на ввод или вывод данных), а слово PORT используется для установки на контактах уровней High/Low. В нашем случае команда TRISB0=1 означает что 0-й контакт PORT B будет работать на ввод данных (в качестве цифрового входа) – к нему подключена кнопка в схеме нашего проекта. Команда TRISD = 0x00 устанавливает режим работы всех контактов порта D на вывод данных, а команда PORTD=0x00 устанавливает на всех контактах этого порта уровень LOW.

В схеме нашего проекта кнопка подключена к контакту B0 микроконтроллера PIC. При нажатии кнопки на контакт B0 будет подавать уровень с общего провода схемы (ground). Чтобы сделать работу данного фрагмента схемы устойчивой к случайным перепадам напряжения кнопку можно подключить к микроконтроллеру с помощью подтягивающего резистора как показано на следующем рисунке.

Но микроконтроллеры PIC имеют внутренние подтягивающие резисторы на своих контактах, которые можно подключить программным способом. Данные подтягивающие резисторы особенно полезны в проектах когда к микроконтроллеру необходимо подключать несколько кнопок.

Подтягивающие резисторы бывают двух типов: "слабые" и "сильные". "Слабые" подтягивающие резисторы (Weak Pull Up) имеют большой номинал сопротивления и поэтому могут пропускать через себя лишь небольшие токи, а "сильные" подтягивающие резисторы (Strong Pull Up) имеют небольшой номинал сопротивления и поэтому могут пропускать через себя значительные токи. Большинство современных микроконтроллеров имеют на своих контактах встроенные "слабые" подтягивающие резисторы.

Для того чтобы задействовать в нашем микроконтроллере PIC внутренние подтягивающие резисторы, необходимо посмотреть на его даташит в раздел OPTION_REG (option register) как показано на следующем скриншоте.

Как показано на представленном рисунке, бит 7 управляет работой "слабых" подтягивающих резисторов. Чтобы их активировать необходимо в данный бит записать значение 0. Это можно сделать с помощью команды OPTION_REG<7>=0 – эта команда позволяет изменить только значение бита 7 не затрагивая значения остальных битов. Когда значение этого бита установлено, далее мы в цикле loop будем проверять нажата ли кнопка (if RB0==0). Если условие выполнено, то мы будем вызывать функцию мигания светодиодами с параметрами 1, 3, 7 и 15.

sblink(1); //FUNCTION CALL 1 with parameter 1 
sblink(3); //FUNCTION CALL 3 with parameter 3
sblink(7); //FUNCTION CALL 7 with parameter 7
sblink(15); //FUNCTION CALL 4 with parameter 15

sblink(1); //FUNCTION CALL 1 with parameter 1

sblink(3); //FUNCTION CALL 3 with parameter 3

sblink(7); //FUNCTION CALL 7 with parameter 7

sblink(15); //FUNCTION CALL 4 with parameter 15

Почему в программе мы используем функции

Функции используются для уменьшения общего количества строк в программе. Почему мы должны стремиться к уменьшению количества строк в программе? Ответ на это вопрос прост – память микроконтроллера ограничена и если наша программа будет очень большой по объему, то она просто не сможет записаться полностью в ограниченный объем памяти микроконтроллера. Поэтому в большинстве случаев, если есть возможность, необходимо стремиться к уменьшению общего количества строк/объема программы.

Любую функцию необходимо запрограммировать отдельным блоком в программе под необходимым названием (в нашем случае это sblink(int get)) и затем вызывать ее в основной программе с заданным значением параметра/параметров (например, sblink(1)).

Тело нашей функции sblink(int get) выглядит следующим образом:

for (int i=0; i<=7 && RB0==0; i++) 
        {
       PORTD = get << i;  //LED move Left Sequence 
       __delay_ms(50);
        }
          for (int i=7; i>=0 && RB0==0; i--)
        {
       PORTD = get << i;  //LED move Left Sequence 
       __delay_ms(50);
        }

for (int i=0; i<=7 && RB0==0; i++)

{

PORTD = get << i; //LED move Left Sequence

__delay_ms(50);

}

for (int i=7; i>=0 && RB0==0; i--)

{

PORTD = get << i; //LED move Left Sequence

__delay_ms(50);

}

В коде этой функции вам показаться странной команда PORTD = get << i. Попробуем объяснить что она значит.

"<<" – это оператор сдвига влево, который сдвигает все биты влево. К примеру, если мы будем вызывать в основной программе нашу функцию sblink(int get) с параметром ‘1’, то есть sblink(1), что в двоичном виде можно представить как 0b00000001. То есть наша команда будет выглядеть следующим образом: PORTD = 0b00000001<< i.

Значение переменной "i" изменяется в цикле (int i=0; i<=7 && RB0==0; i++) в диапазоне от 0 до 7. Изменение значения переменной "i" в диапазоне от 0 до 7 приведет к следующим результатам нашей операции:

Как вы можете видеть, в результате мы включаем только один наш светодиод из 7, остальные 6 будут находиться в выключенном состоянии. В результате выполнения второго цикла нашей функции (int i=7; i>=0 && RB0==0; i--) мы будем аналогичным образом в один момент времени включать один светодиод, но в данном случае светодиоды будут включаться в обратной последовательности. Мы используем задержку 200ms чтобы человеческий глаз смог комфортно различать моменты включения/выключения светодиодов.

Если же мы нашу функцию sblink(int get) будем вызывать с параметром 3, то есть sblink(3), что в двоичном коде означает 0b00000011, то в результате наших операций сдвига мы получим следующую картину:

То есть в данном случае одновременно будут зажигаться по 2 светодиода. Аналогичным образом, в случае вызова sblink(7) и sblink(15), будут одновременно зажигаться 3 и 4 светодиода соответственно. Затем, если кнопка еще нажата, мы будем зажигать все светодиоды с помощью команды PORTD=0xFF. Более подробно работу этого проекта вы можете посмотреть на видео, приведенном в конце статьи

Исходный код программы

// 'C' source line config statements

// CONFIG

#pragma config FOSC = HS        // Oscillator Selection bits (HS oscillator)

#pragma config WDTE = OFF       // Watchdog Timer Enable bit (WDT disabled)

#pragma config PWRTE = OFF      // Power-up Timer Enable bit (PWRT disabled)

#pragma config BOREN = ON       // Brown-out Reset Enable bit (BOR enabled)

#pragma config LVP = OFF        // Low-Voltage (Single-Supply) In-Circuit Serial Programming Enable bit (RB3 is digital I/O, HV on MCLR must be used for programming)

#pragma config CPD = OFF        // Data EEPROM Memory Code Protection bit (Data EEPROM code protection off)

#pragma config WRT = OFF        // Flash Program Memory Write Enable bits (Write protection off; all program memory may be written to by EECON control)

#pragma config CP = OFF         // Flash Program Memory Code Protection bit (Code protection off)

// #pragma config statements should precede project file includes.

// Use project enums instead of #define for ON and OFF.

#include <xc.h>

    #define _XTAL_FREQ 20000000 //Specify the XTAL crystall FREQ (задаем частоту кварцевого генератора)

/*******Sequence blink*******/

sblink(int get) //Function definition with "get" as parameter  

{

  for (int i=0; i<=7 && RB0==0; i++) 

        {

       PORTD = get << i;  //LED move Left Sequence (сдвигаем последовательность влево)

       __delay_ms(50);

        }

          for (int i=7; i>=0 && RB0==0; i--)

        {

       PORTD = get << i;  //LED move Left Sequence 

       __delay_ms(50);

        }      

}


/*******MAIN Function*******/

void main() //The main function

{

TRISB0=1; //Instruct the MCU that the PORTB pin 0 is used as input for button. (режим работы контакта, к которому подключена кнопка, на ввод данных) 

TRISD = 0x00; //Instruct the MCU that all pins are output (режим работы контактов, к которым подключены светодиоды, на вывод данных)

PORTD=0x00; //Initialize all pins to 0 (на все контакты порта D подаем 0)

OPTION_REG= 0b00000000;//Enable pull up R on port B (подключаем внутренние подтягивающие резисторы на порту B)

while(1) //Get into the Infinite While loop

{
    if (RB0==0)
    {
        sblink(1); //FUNCTION CALL 1 with parameter 1 (вызываем функцию с параметром 1)
        sblink(3); //FUNCTION CALL 3 with parameter 3 (вызываем функцию с параметром 3)
        sblink(7); //FUNCTION CALL 7 with parameter 7 (вызываем функцию с параметром 7)
        sblink(15); //FUNCTION CALL 4 with parameter 15 (вызываем функцию с параметром 15)
        while(RB0==0) //If button is still pressed (если кнопка все еще нажата)
        {
          PORTD=0xFF; //Turn ON all LEDs (включаем все светодиоды)
        }
    }
}
}

// 'C' source line config statements

// CONFIG

#pragma config FOSC = HS // Oscillator Selection bits (HS oscillator)

#pragma config WDTE = OFF // Watchdog Timer Enable bit (WDT disabled)

#pragma config PWRTE = OFF // Power-up Timer Enable bit (PWRT disabled)

#pragma config BOREN = ON // Brown-out Reset Enable bit (BOR enabled)

#pragma config LVP = OFF // Low-Voltage (Single-Supply) In-Circuit Serial Programming Enable bit (RB3 is digital I/O, HV on MCLR must be used for programming)

#pragma config CPD = OFF // Data EEPROM Memory Code Protection bit (Data EEPROM code protection off)

#pragma config WRT = OFF // Flash Program Memory Write Enable bits (Write protection off; all program memory may be written to by EECON control)

#pragma config CP = OFF // Flash Program Memory Code Protection bit (Code protection off)

// #pragma config statements should precede project file includes.

// Use project enums instead of #define for ON and OFF.

#include <xc.h>

#define _XTAL_FREQ 20000000 //Specify the XTAL crystall FREQ (задаем частоту кварцевого генератора)

/*******Sequence blink*******/

sblink(int get) //Function definition with "get" as parameter

{

for (int i=0; i<=7 && RB0==0; i++)

{

PORTD = get << i; //LED move Left Sequence (сдвигаем последовательность влево)

__delay_ms(50);

}

for (int i=7; i>=0 && RB0==0; i--)

{

PORTD = get << i; //LED move Left Sequence

__delay_ms(50);

}

/*******MAIN Function*******/

void main() //The main function

{

TRISB0=1; //Instruct the MCU that the PORTB pin 0 is used as input for button. (режим работы контакта, к которому подключена кнопка, на ввод данных)

TRISD = 0x00; //Instruct the MCU that all pins are output (режим работы контактов, к которым подключены светодиоды, на вывод данных)

PORTD=0x00; //Initialize all pins to 0 (на все контакты порта D подаем 0)

OPTION_REG= 0b00000000;//Enable pull up R on port B (подключаем внутренние подтягивающие резисторы на порту B)

while(1) //Get into the Infinite While loop

{

if (RB0==0)

{

sblink(1); //FUNCTION CALL 1 with parameter 1 (вызываем функцию с параметром 1)

sblink(3); //FUNCTION CALL 3 with parameter 3 (вызываем функцию с параметром 3)

sblink(7); //FUNCTION CALL 7 with parameter 7 (вызываем функцию с параметром 7)

sblink(15); //FUNCTION CALL 4 with parameter 15 (вызываем функцию с параметром 15)

while(RB0==0) //If button is still pressed (если кнопка все еще нажата)

{

PORTD=0xFF; //Turn ON all LEDs (включаем все светодиоды)

}

Видео, демонстрирующее работу проекта

(Проголосуй первым!)

Загрузка...

908 просмотров

Необходимые компоненты

Схема проекта

Объяснение программы для микроконтроллера PIC

Почему в программе мы используем функции

Исходный код программы

Видео, демонстрирующее работу проекта

Похожие статьи

Добавить комментарий Отменить ответ