Schemat licznika cyfrowego

[kaminski-tomek]

W tym wątku chciałbym przedstawić Wam schemat licznika cyfrowego, którego zadaniem jest zliczanie impulsów kontaktronu i wyświetlanie wyniku do maksymalnie czterech cyfr. Funkcjonalnie powinien umożliwiać również resetowanie wyniku, pauzę w zliczaniu (sygnalizowaną przez miganie liczby) oraz korekcję liczby (odejmowanie jedynki).

Jako wyświetlacza użyłem najprostszego wyświetlacza 4-cyfrowego 7-segmentowego sterowanego multipleksowo (https://botland.com.pl/wyswietlacze-segmentowe-i-matryce-led/6449-wyswietlacz-8-segmentowy-x4-14mm-czerwony-wspanoda-5904422357672.html). Nie znalazłem nigdzie odpowiedniego elementu w bibliotece Eagle, więc narysowałem go sam (wzorując się na istniejących bibliotekach i dokumentacji elementu). Wątek odnośnie wyświetlacza tutaj.

Do sterowania zdecydowałem się na ATmega88PA-PU ze względu na cenę i dostępność. Schemat wygląda następująco:

 

Udało mi się również zbudować prototyp na płytce stykowej, który w miarę działa. Efekt poniżej:

 

Program, jaki napisałem nie świeci na razie czytelnością, ale pewnie jeszcze go poprawię:

#define SEG_C 4
#define SEG_E 21
#define SEG_D 20
#define SEG_B 0
#define SEG_G 3
#define SEG_A 2
#define SEG_F 1
 
#define DISP_4 19
#define DISP_3 18
#define DISP_2 17
#define DISP_1 16
 
#define NONE 10

#define RESET 9
#define PAUSE 10
#define INCREASE 8
#define DECREASE 14


byte digitSegments[11] = {
  //1gfedcba
  0b01000000, //0
  0b01111001, //1 
  0b00100100, //2
  0b00110000, //3
  0b00011001, //4
  0b00010010, //5
  0b00000010, //6
  0b01111000, //7
  0b00000000, //8
  0b00010000, //9
  0b01111111 //NONE
};

byte segmentPin[7] = {
  SEG_A, SEG_B, SEG_C, SEG_D, SEG_E, SEG_F, SEG_G
};

byte displayPin[4] = {
  DISP_4, DISP_3, DISP_2, DISP_1  
};

volatile int counter = 0;
volatile bool counterVisible = true;
volatile bool pause = false;

int resetLastState = HIGH;
int pauseLastState = HIGH;
int increaseLastState = HIGH;
int decreaseLastState = HIGH;

void setup() {
  for (int i = 0; i < 7; i++) {
    pinMode(segmentPin[i], OUTPUT);
  }
  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    pinMode(displayPin[i], OUTPUT);
  }
  pinMode(RESET, INPUT_PULLUP);
  pinMode(PAUSE, INPUT_PULLUP);
  pinMode(INCREASE, INPUT_PULLUP);
  pinMode(DECREASE, INPUT_PULLUP);
  delay(500);
}

#define DIGIT_INTERVAL 2000
#define PAUSE_INTERVAL 200000

void loop() {
  showCounter();
  
  int resetState = digitalRead(RESET);
  if (resetState == HIGH && resetLastState == LOW) {
    reset();
  }
  resetLastState = resetState;
  
  int pauseState = digitalRead(PAUSE);
  if (pauseState == HIGH && pauseLastState == LOW) {
    togglePause();
  }
  pauseLastState = pauseState;
  
  int increaseState = digitalRead(INCREASE);
  if (increaseState == HIGH && increaseLastState == LOW) {
    increase();
  }
  increaseLastState = increaseState;
  
  int decreaseState = digitalRead(DECREASE);
  if (decreaseState == HIGH && decreaseLastState == LOW) {
    decrease();
  }
  decreaseLastState = decreaseState;
}

void reset() {
  counter=0; 
  pause=false;
  counterVisible=true;
}

void togglePause() {
  pause = !pause;
  if (!pause) counterVisible = true;
}

void increase() {
  if (pause) {
    return;
  }
  counter++;
  if (counter > 9999) {
    counter=0;
  }
}

void decrease() {
  if (pause) {
    return;
  }
  if (counter != 0) {
    counter--;
  }
}

void showCounter() {
  static int digitPosition = 1;
  static int tens = 1;
  static unsigned long previousTime;
  static unsigned long previousPauseTime;
  unsigned long currentTime = micros();
  if (pause && (currentTime - previousPauseTime >= PAUSE_INTERVAL)) {
    previousPauseTime = currentTime;
    counterVisible = !counterVisible;
    if (!counterVisible) {
      showDigit(NONE);
    }
  }
  if (counterVisible && (currentTime - previousTime >= DIGIT_INTERVAL)) {
     previousTime = currentTime;
     showDigit(NONE);
     digitPosition ++;
     tens = tens * 10;
     if (digitPosition > 4) {
      digitPosition = 1;
      tens = 1;
     }
     setDigitPosition(digitPosition);

     if (counter >= tens || (tens == 1 && counter == 0)) {
      showDigit((counter / tens) % 10);
     }
  }
}

void setDigitPosition(int digitPosition) {
  digitalWrite(DISP_1, digitPosition != 1);
  digitalWrite(DISP_2, digitPosition != 2);
  digitalWrite(DISP_3, digitPosition != 3);
  digitalWrite(DISP_4, digitPosition != 4);
}

void showDigit( int digit) {
  byte segments = digitSegments[digit < 10? digit: NONE];
  for (int i = 0; i < 7; i++) {
    digitalWrite(segmentPin[i], (segments >> i) & 1);
  }
}

 

Całość wgrałem przez platformę Arduino. Ustawiłem następujące parametry:

• Board: MiniCore/ATmega88
• Clock: Internal 1MHz
• BOD: 2.7 V
• EEPROM: retained
• LTO enabled
• Variant: 88P / 88PA
• no bootloader

 

Zanim zacznę projektować PCB chciałbym zwalidować z Wami ten układ i mam kilka pytań:

1. Czy takie wykorzystanie pinów ATmegi jest Waszym zdaniem OK? Czy niczego tu nie brakuje (zgodnie ze sztuką)? Numery pinów użytych do sterowania wyświetlaczem i do wejścia (przyciski/kontraktron) są trochę losowe, bo kierowałem się głównie miejscem na płytce prototypowej i tym, żeby mieć wolne piny MISO/MOSI/SCK.
2. Próbowałem oprogramować przerwania, które zmieniałyby wartość licznika, ale w ogóle nie chciały działać  - czy to może być kwestia użytego mikrokontrolera? Dodam, że próbowałem z użyciem attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(PIN), handler, RISING);
   Z tego względu wykrywam zbocze opadające w funkcji loop() i szczerze mówiąc, nie podoba mi się to 
3. Czy mogę używać pinów MISO/MOSI/SCK do swoich celów w czasie, gdy programator USBasp jest do nich podpięty? Czy będzie to miało wpływ na działanie mikrokontrolera?
4. Zasilanie wybrałem najprostsze - kupiłem najtańszy zasilacz na 5V DC 5.5mm (https://botland.com.pl/zasilacze-dogniazdkowe/1364-zasilacz-impulsowy-5v-25a-wtyk-dc-55-21mm-5907621806552.html) i tym zasilam układ. Czy warto zamiast tego dodać do układu stabilizator i wyższe napięcie? Widziałem też na niektórych układach dławik przed zasilaniem - rozumiem, że wtedy niwelowałby skoki natężenia, ale czy przyda się on przy takim zasilaczu?

Do zrobienia zostało mi tylko użycie wewnętrznej pamięci EEPROM, ale to już zostawię sobie na później.

[_LM_]

Możesz wykorzystać sprzętowy licznik. Vref, podłącz przez kondensator do masy, piny programatora można podłączyć jak chcesz byle nie robiło to zwarć, możesz dodać rezystory o małej wartości na tych liniach. 

 

[kaminski-tomek]

6 godzin temu, _LM_ napisał:

Możesz wykorzystać sprzętowy licznik. Vref, podłącz przez kondensator do masy, piny programatora można podłączyć jak chcesz byle nie robiło to zwarć, możesz dodać rezystory o małej wartości na tych liniach. 

 

Czy sprzętowy licznik można dowolnie ustawiać? (resetować, zmniejszać o jeden, itd.)

[_LM_]

O faktycznie rozpędziłem się w AVR nie da się dekrementować wartości, resetować tak ale licznik liczy tylko w jednym kierunku

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[etet100]

Z kodu MiniCore wynika, że przerwania zewnętrzne dostępne są dla pinów 2 i 3

#define digitalPinToInterrupt(p)  ((p) == 2 ? 0 : ((p) == 3 ? 1 : NOT_AN_INTERRUPT))

Wszystkie inne zwracają NOT_AN_INTERRUPT

Piny współdzielone z programatorem potrafią być problematyczne. Zależnie od sposobu użycia, czasami nie działa programowania lub ta druga funkcja, do której pinów użyjesz.

[kaminski-tomek]

Wracam na wątek z poprawkami do schematu. Po uwzględnieniu sugestii zmieniłem kilka rzeczy:

• Dodałem kondensator do pinu AREF
• Zmieniłem rezystory segmentów na 1K (trochę jaśniej świecą)
• Dodałem stabilizator LM7805
• Poprawiłem symbol linii zasilania (jakoś Vcc ze strzałką bardziej mi się podoba)
• Przeorganizowałem piny mikrokontrolera tak, aby wygodniej mi się projektowało w Eaglu

Schemat wygląda teraz następująco:

Na podstawie tego schematu zaprojektowałem też po raz pierwszy płytkę PCB. Oto ona:

Mam kilka pytań:

• czy prowadzenie połączeń szyny zasilania pod rezystorami jest OK?
• jak blisko mikrokontrolera muszą być kondensatory? 
• i czy nie przesadziłem z wylewaniem masy?

Ogólnie to wszelkie uwagi mile widziane, to moje zupełne początki z projektowaniem PCB.

[Krawi92]

Robiłem niedawno bardzo podobna płytkę z 2 ds18b20 i takim wyświetlaczem. Kondensatory umieściłbym jak najbliżej nóżek uC i stabilizatora. Myślę że poprowadzenie zasilania pod rezystorami, nie ma żadnego wpływu. Jaki isolate użyłeś do wyłania poligonu, 24? Ja czasem używam nawet 32. 

I polecam zacząć zabawę z smd, napewno zmniejszy to rozmiary plytek, a elementy 1206 czy 0805 spokojnie polutowac mozna zwykła stacja lutownicza. 

Rezystory 1k przy segmentach? Ja mam 470ohm i jak świeci słońce to czasem nie widzę co tam świeci na wyświetlaczu 😆

Edytowano Maj 2, 2022 przez Krawi92

[H1M4W4R1]

19 minut temu, Krawi92 napisał:

Myślę że poprowadzenie zasilania pod rezystorami, nie ma żadnego wpływu.

W tym przypadku nie, ale czasami może mieć drastyczny wpływ, więc polecam już ćwiczyć, że po drugiej stronie ścieżki sygnałowej powinna być lita masa. W przypadku USB czy PCIE zrobienie inaczej zwykle kończy się przyciskiem do papieru.

(Dla sygnałów niskich częstotliwości można zrobić wyjątek i przeciąć ścieżki pod kątem 90 stopni).

19 minut temu, Krawi92 napisał:

I polecam zacząć zabawę z smd, napewno zmniejszy to rozmiary plytek, a elementy 1206 czy 0805 spokojnie polutowac mozna zwykła stacja lutownicza.

0402 i 0201 też 😉 Ale osobiście wolę THT, bo nie muszę się wtedy męczyć z dokładnością przyklejania folii światłoczułej do PCB.

1 godzinę temu, kaminski-tomek napisał:

• i czy nie przesadziłem z wylewaniem masy?

Nie, nawet bym powiedział, że za mało... 😉 Tam gdzie nie ma ścieżek tam powinna być masa.

1 godzinę temu, kaminski-tomek napisał:

• jak blisko mikrokontrolera muszą być kondensatory? 

Najlepiej "w mikrokontrolerze" czyli im bliżej tym lepiej. W moich projektach zwykle są w odległości mniejszej niż 1mm.

Edytowano Maj 2, 2022 przez H1M4W4R1

[Krawi92]

Ja na razie zszedłem do 0805, jeszcze ciężko mi idzie lutowanie pod mikroskopem, muszę się patrzeć na element 😆

[kaminski-tomek]

Dzięki za odpowiedzi!

Poprawiłem nieco projekt: przesunąłem kondensatory i zmniejszyłem isolate do 0.32mm:

Jak poprawiacie rozlewanie masy? Ja znalazłem takie polecenie: ripup <nazwa_poligonu>, potem robię jeszcze raz nowy poligon i rozlewam masę z nowym isolate - może jest inny, szybszy sposób?

[kaminski-tomek]

O, teraz zmniejszyłem width do 0.508 i przy tym samym isolate (0.32) wyszło mi z kolei tak:

 

[Krawi92]

No teraz to trochę chyba przegiąłeś z tym poligonem, aż się zwarcia do masy porobiły xd ja isolate ustawiam w milsach, 24, góra 32. Wiesz wszystko zależy jaka metoda robisz płytkę, nie wszystko zrobisz żelazkiem. 

Jeśli chodzi o poprawianie isolate to też tak robię, po prostu kasuje polygon i rysuje nowy. Chociaż jakby się zastanowić to powinno być info poligonu i tam jego parametry też pewnie mozna z ręki zmienić. 

Edytowano Maj 2, 2022 przez Krawi92

[kaminski-tomek]

@Krawi92 teraz ustawiłem w milsach: isolate na 32, width na 1 i spacing na 12. (Nie rozumiem do końca parametru spacing jeszcze). 

Efekt:

Width - rozumiem jako szerokość linii poligonu (nie wiem jeszcze, jaki ma to wpływ na rozlewanie go). Isolate - jaki odstęp od innych ścieżek.

 

[Krawi92]

Jaka metoda będziesz wykonywał płytkę? 

[kaminski-tomek]

Chciałem spróbować termotransferem - czyli tradycyjnie żelazkiem