ATTINY13Aマイクロコントローラーをベースにしたシンプルな4色マルチチャンネルガーランド

人々が言うように-夏にそりを準備します...

新年にはきっとクリスマスツリーをあらゆる種類の花輪で飾ります。おそらく、彼らはずっと前に点滅の単調さに退屈しているでしょう。 首都のクリスマスツリーのようにウインクが点滅するように、小さなスケールでのみ何かをしたいと思います。 または、極端な場合には、窓に吊るして、この美しさが5階から街を直接照らします。

しかし、残念ながら、そのような花輪は販売されていません。



実際、2年前に解決しなければならなかったのはまさにこの問題でした。 さらに、アイデアから実装までの怠inessのため、通常どおり2年が経過し、すべてが先月に完了しました。 実際、あなたにはもっと時間があります（または、人間の心理学について何も理解しておらず、新年の前の2週間ですべてがまったく同じように行われますか？）



その結果、LEDを備えた個別のモジュールの非常にシンプルな設計と、コンピューターからこれらのモジュールのネットワークにコマンドを送信する一般的な設計が実現しました。







モジュールの最初のバージョンは、2本のワイヤを介してネットワークに接続されるように考案されたため、混乱が少なく、すべてが一緒に成長しなかったため、少数のモジュールの電力を切り替えるためにかなり強力で高速なスイッチが必要でした-設計の簡素化のための明らかなバスト3番目のワイヤはそれほど便利ではありませんが、データ伝送チャネルを編成する方がはるかに簡単です。



仕組み。







開発されたネットワークは、SLAVEと呼ばれる最大254個のスレーブモジュールをアドレス指定することができます-ご想像のとおり、3本のワイヤで接続されています-2本のワイヤは+ 12V電源、3本目は信号です。

彼らは簡単なスキームを持っています：



ご覧のとおり、赤、緑、青、紫の4つのチャネルをサポートしています。

確かに、実際のテストの結果によると、紫色ははっきりと見えるが、それはなんと！ また、色が互いに離れすぎているという事実により、混色は10メートルからしか見ることができません。RGBLEDを使用する場合、状況は少し良くなります。

設計を簡素化するために、水晶の安定化も放棄しなければなりませんでした-第一に、余分な出力が奪われ、第二に、水晶振動子のコストが非常に顕著であり、第三に-緊急の必要性がありません。

トランジスタに保護カスケードが組み込まれているため、コントローラーポートが静電気を打ち消さないようにします。極端な場合、トランジスタだけが損傷する可能性があるため、ラインはまだ非常に長くなる可能性があります。 カスケードはMicroCapで設計されており、約7ボルトのおおよその応答しきい値と温度に対するしきい値の弱い依存性があります。



当然、最良の伝統では、すべてのモジュールはアドレス番号255に応答するため、1つのコマンドで一度にすべてをオフにすることができます。



MASTERと呼ばれるモジュールもネットワークに接続されています。これは、PCとスレーブSLAVEモジュールのネットワークの間の仲介です。 とりわけ、クォーツ安定化がないスレーブモジュールを同期するための模範的な時間のソースです。



スキーム：





回路にはオプションのポテンショメーターがあります-必要なパラメーターを便利かつ迅速に調整するためにPCプログラムで使用できますが、現時点ではこれは4つのチャンネルのいずれかをポテンショメーターに割り当てる機能の形でテストプログラムにのみ実装されています。 この回路は、FT232チップ上のUSB-UARTインターフェイスコンバーターを介してPCに接続されます。



ネットワークに発行されるパケットの例：





その始まり：





信号の電気的特性：log.0は+9〜12Vに対応し、log.1は0〜5Vに対応します。



ご覧のとおり、データは4ビットの固定速度で順次送信されます。 これは、データ受信レートのエラーに必要なマージンによるものです-SLAVEモジュールには水晶安定化機能がありません。このアプローチは、データ転送の開始時にキャリブレーションされた間隔の測定に基づくソフトウェア方式で補正されるものを超えて、送信レートが+ -5％を超えた場合にデータ受信を保証します基準周波数からさらに+ -10％の逸脱に対する抵抗を与えます。



実際、MASTERモジュールのアルゴリズムはそれほど興味深いものではありません（非常に単純です-UARTでデータを受信し、スレーブのネットワークに転送します）。最も興味深いソリューションはすべて、SLAVEモジュールに実装されており、実際に伝送速度に調整できます。



主な最も重要なアルゴリズムは、4チャンネルの8ビットPWMソフトウェアを実装することです。これにより、4つのLEDをそれぞれの256階調の輝度で制御できます。 このアルゴリズムをハードウェアに実装すると、ネットワーク内のデータ転送速度も決まります。ソフトウェアの利便性のために、PWM動作の各ステップで1ビットが送信されます。 アルゴリズムの予備的な実装により、44サイクルで実行されることが示されたため、100サイクルごとに割り込みを行うように構成されたタイマーを使用することが決定されました。これにより、割り込みは次の割り込みの前に実行され、メインプログラムコードの一部が実行されることが保証されます。

4.8 MHzの内部発振器の選択されたクロック周波数で、48 kHzの周波数で割り込みが発生します-これはスレーブのネットワークのビットレートであり、PWMは同じ速度で満たされます-結果として、PWM信号の周波数は187.5 Hzであり、LEDのちらつきに気付かないほどです。 また、割り込みハンドラーでは、PWM生成に関与するアルゴリズムの実行後、データバスステータスが固定されます。これは、タイマーオーバーフロー間隔のほぼ中央で判明するため、データ受信が簡単になります。 次の4ビットパケットの受信の開始時に、タイマーはゼロにリセットされます。これは、受信のより正確な同期と受信速度の偏差に対する耐性のために必要です。

結果は次の図です。





伝送速度のチューニングアルゴリズムの興味深い実装。 MASTERは、送信の開始時にlog.0の4ビットの持続時間を持つパルスを生成します。これにより、すべてのスレーブモジュールが単純なアルゴリズムを使用して必要な受信速度を決定します。

LDI tmp2, st_syn_delay DEC tmp2 ;<+ BREQ bad_sync ; | SBIC PINB, cmd_port; | RJMP PC-0x0003 ;-+
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

st_syn_delay = 60-スタートパルスの最大持続時間を決定する定数。公称値の約2倍（信頼性のため）



実験方法では、クロック周波数が公称値から逸脱する場合、結果の数がtmp2に依存することを確立しました。



4.3Mhz（-10％）51単位（0x33）は90クロックティックに対応し、受信速度を公称値に戻します

4.8Mhz（+ 00％）43単位（0x2B）-100タイマーティックに相当（公称）

5.3Mhz（+ 10％）35単位（0x23）-受信速度を公称値に戻すための110クロックティックに対応



これらのデータに基づいて、タイマー割り込みの周期の補正係数が計算されました（これは、受信速度がコントローラーの利用可能なクロック周波数に調整される方法です）。



Y（x）= 110-x * 20/16

x = tmp2-35 =（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16）

Y（x）=（110、108.75、107.5、106.25、105、103.75、102.5、101.25、100、98.75、97.5、96.25、95、93.75、92.5、91.25、90）



数値は最も近い整数に丸められ、EEPROMに入力されます。



モジュールに電圧を印加するときにラインを論理状態「1」に保つと、キャリブレーションサブルーチンがオンになり、周波数メーターまたはオシロスコープが補正なしでPWM信号の周期を測定し、測定に基づいてモジュールコントローラーのクロック周波数の偏差を15％以上の強い偏差で判断できるようになりますビルトインRCジェネレーターのキャリブレーション定数の修正が必要になる場合があります。 メーカーは工場でのキャリブレーションと公称値からの偏差が10％未満であることを約束していますが。



現時点では、Delphiのプログラムが開発されており、8つのモジュールの事前に構成されたパターンを所定の速度で再現できます。 別のモジュールを使用するためのユーティリティ（モジュールアドレスの再割り当てを含む）。



ファームウェア。

SLAVEモジュールの場合、ヒューズをフラッシュする必要があるのはCKSEL1 = 0、およびSUT0 = 0のみです。残りは中断しないでください。 EEPROMの内容をRGBU-slave.eepファイルからフラッシュします。必要に応じて、ネットワーク上の目的のモジュールアドレスをすぐに設定できます-EEPROMの0バイト目はデフォルトで$ FE = 254としてフラッシュされ、アドレス0x13にはコントローラーの組み込みRCジェネレーターのキャリブレーション定数が含まれます。 4.8 MHzの周波数では自動的にロードされないため、工場でのキャリブレーション値を読み取り、プログラマーとしてこのセルに書き込む必要があります-この値はコントローラーごとに異なります;周波数が公称値から逸脱する場合、このセルを介してキャリブレーションを変更できます agivaya工場出荷時の値。



MASTERモジュールの場合、ヒューズをフラッシュする必要があるのは、SUT0 = 0、BOOTSZ0 = 0、BOOTSZ1 = 0、CKOPT = 0です。残りは中断しないでください。



最後に、バルコニーにある花輪の小さなデモ：





実際、ガーランドの機能はPC上のプログラムによって決定されます-カラーミュージック、部屋でスタイリッシュな虹色の照明を作成できます（LEDドライバーを追加して強力なLEDを使用する場合）-など。 私が将来することを計画しています。 計画には、3ワットRGB LEDを備えた12モジュールのグリッド、および12ボルトRGBテープに基づく部屋の照明が含まれます（3ピースまたは4ピース以外の紫色のテープを追加する場合、4ピースごとにテープを各モジュールに切り替えるには、電界効果トランジスタのみが必要です）オリジナルはありません）。



ネットワークを管理するには、BASICでも独自のプログラムを作成できます。選択したプログラミング言語が行うべき主なことは、不滅のCOMポートに接続し、パラメーターを構成できることです。 USBインターフェースの代わりに、RS232でアダプターを使用できます。これにより、一般にプログラム可能な広範囲のデバイスから照明効果を制御することができます。

MASTERデバイスと交換するためのプロトコルは非常に単純です-数ミリ秒以上応答がない場合、コマンドを送信し、その成功または失敗についての回答を期待します-MASTERデバイスの接続または操作に問題があります。その場合、再接続手順を実行する必要があります。



現在、次のコマンドを使用できます。



0x54; シンボル "T"-コマンド "test"-接続をテストします。応答は0x2Bでなければなりません。

0x40; 「@」記号は、アップロードおよび転送コマンドです。 コマンドを与えた後、答え「？」を待つ必要があります。 その後に6バイトのデータが続きます。

+0：スレーブアドレス0..255

+1：デバイスコマンド

0x21-バイト2 ... 5には、すぐに適用する必要があるチャンネルの輝度が含まれます。

0x14-タイムアウトを設定すると、すべてのチャネルの輝度がその後になります

この間にコマンドが届かない場合は0にリセットします。 タイムアウト値は赤チャネルセルにあります。 オフセットが+2のバイト 値0-255は、デフォルトで0-25.5秒のタイムアウトに対応します。タイムアウト= 5秒（ファームウェア中にEEPROMに記録され、+ 1のオフセットでバイトで変更することもできます）。

0x5A-デバイスアドレスを変更します。

信頼性のためにアドレスを変更する手順は3回実行する必要があります。その場合のみ、新しいアドレスが適用され、EEPROMに登録されます。 この場合、注意する必要があります-2つのデバイスを同じアドレスで登録すると、それらは同期的に応答し、余分なモジュールをネットワークから物理的に切断し、残りのデバイスのアドレスを変更するか、プログラマーによってのみ「分割」できます。 新しいアドレスの値は、赤チャネルセルで送信されます。 オフセットが+2のバイト



+2：赤の明るさ0 ... 255

+3：緑の明るさ0 ... 255

+4：青の輝度0 ... 255

+5：バイオレットの明るさ0 ... 255



0x3D; 記号「=」は「ADC」コマンドです。 コマンドを与えた後、答え「？」を待つ必要があります。 次に、1バイトを転送する必要があります-バイナリ形式のADCチャネル番号0..7（最上位4ビットが無視されるため、ASCII数字0..9もこの品質に適しています）。

応答として、コマンドは0〜1023の範囲で2バイトの測定結果を返します。



コマンドに対する可能な応答：

0x3F; 文字「？」 -データ入力の準備ができていることは、デバイスがコマンド引数を受け取る準備ができていることを意味します

0x2B; 記号「+」回答-コマンドが完了しました

0x2D; 文字「-」回答-コマンドが定義されていないか、間違っています



詳細はgithubにあるソースから入手できます。既製のファームウェアの最新バージョンもそこにあります： github.com/Alexeyslav/RGBU_light