Организация ввода вывода информации в микроконтроллере

В наше время, время высоких технологий и больших возможностей, существует большое количества способов взаимодействия с микроконтроллером, начиная от обычной кнопки заканчивая сканера отпечатка пальца. Но не зависимо от вида ввода или вывода информации связь осуществляется либо цифровая, либо аналоговая. В микроконтроллере, который рассматривается в данной работе, имеется контакты, как для цифровой, так и для аналоговой связи. Все контакты могут служить цифровыми входами и выходами. Часть контактов Arduino могут также действовать в качестве аналоговых входов. Многие из контактов работают в режиме мультиплексирования и выполняют дополнительные функции: различные коммуникационные интерфейсы, последовательные интерфейсы, широтно­импульсные модуляторы и внешние прерывания. Цифровые контакты принимают сигналы в виде разных уровней напряжений, где логическая единица находится в промежутке напряжений от 2,7 - 5 Вольт, логический нуль от 0 - 0,5 Вольт. Промежуток напряжений от 0,5 - 2,7 Вольт соответствует неопределенному состоянию, то есть никто не может предсказать к какому уровню перейдет сигнал. Некоторые контакты обладают дополнительными ролями:

• Serial: 0-й и 1-й. Используются для приёма и передачи данных по

USB;

• внешнее прерывание: 2-й и 3-й. Эти контакты могут быть настроены так, что они будут провоцировать вызов заданной функции при изменении входного сигнала;

• PWM: 3-й, 5-й, 6-й, 9-й, 10-й и 11-й. Могут являться выходами с широтно-импульсной модуляцией (pulse-width modulation) с 256 градациями;

• LED: 13-й. К этому контакту подключен встроенный в плату светодиод. Если на контакт выводится 5 В, светодиод зажигается; при нуле — светодиод гаснет.

Микроконтроллеры Atmega, используемые в Arduino, содержат шестиканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Разрешение преобразователя составляет 10 бит, что позволяет на выходе получать значения от 0 до 1023. Основным применением аналоговых входов большинства платформ Arduino является чтение аналоговых датчиком, но в тоже время они имеют функциональность вводов/выводов широкого применения (GPIO) (то же, что и цифровые порты ввода/вывода 0 -13). Таким образом, при необходимости применения дополнительных портов ввода/вывода имеется возможность сконфигурировать неиспользуемые аналоговые входы.

Создание схемы паяльной станции и разводка печатной платы

Для создания схемы паяльной станции была выбрана программа Eagle (Easily Applicable Graphical Layout Editor) – программный комплекс для черчения электрических схем и трассировки печатных плат электронных приборов. Программный пакет Eagle состоит из трех основных компонентов:

1. Schematic Module предназначен для рисования электронных схем с помощью стандартных элементов.

2. Layout Editor, позволяющий разработать чертеж печатной платы собственными силами.

3. Autorouter, предназначенный для трассировки печатной платы без участия пользователя.

Существуют платные (professional, standard) и бесплатная (light) версии программы. В light-версии уменьшен размер полезной площади платы (10 на 8 см), доступны всего два проводящих слоя и один лист в редакторе схем на проект. Для нашего проекта этого достаточно. 

Бесплатная версия позволяет скачивать, открывать и распечатывать чертежи. Существует возможность воспользоваться сторонним трассировщиком, экспортируя плату в любой популярный формат. Все переходы между модулями происходят внутри самой программы. Eagle имеет обширную библиотеку стандартных электронных компонентов с их кратким описанием, удобный редактор элементной базы и логические модули, проверяющие подключение и расположение компонентов на плате. 

Из преимуществ Eagle над аналогичными программами можно отметить возможность отката событий на любое количество шагов назад, наименьшие системные требования, мощный скриптовый язык, наличие драйверов для вывода результата на плоттер или принтер. Возможность экспорта результата работы в рендерер POV-Ray позволяет формировать трехмерные модели плат.

Каждый проект состоит из двух частей – схема (schematics) и разводка платы (board). Сначала создаётся схема, а затем на её основе разводится плата.

Схема и плата жёстко связаны между собой, удаление элементов со схемы приведёт к удалению элемента с платы.

Каждая радиодеталь состоит из двух частей – символа (symbol) и упаковки (package). По аналогии со схемой и разводкой платы, символ – это условное обозначение детали (используется на схеме), а упаковка – это её внешний вид (используется на плате).

Разводка платы в Eagle CAD состоит из слоёв. В бесплатной версии Eagle CAD можно делать максимум двухсторонние платы, состоящие из двух слоев – верхнего и нижнего. Работая с двухсторонними платами, существует возможность изменение цвета каждого из слоев, что упрощает работу с проектом и облегчает процесс печати уже готовой схемы. Возможно отключение отображения одного из слоев с возможностью печати проекта.