非規範的回路：ATtiny13の7セグメントインジケーター

単純な方法を探しているのではありません。

以前、それは私の最初の出版物で、Habrのユーザーの間で共鳴を引き起こしました。 停止しないことにしました。 ATtiny13から不可能を絞り出し続けています。 すぐに警告します。説明されている解決策は再び非標準であり、誰かがinりや認知的不協和を引き起こす可能性があります（「そして、記事のポイントは何ですか？どの要素を接続できるかを示しますか？」）。 さらに、そのような解決策も実際には非実用的です。これについては、以下で詳しく説明します。 しかし、標準ソリューションが長い間知られており、それらについて読むことは必ずしも面白くありませんが、書くことは恩知らずです。



私はこの子供ATtiny13が本当に好きです。 彼は多くの家庭問題を解決するのに十分な頭脳を持っています（照明をつけて、換気をし、 ビールのために店に逃げます ）。 そして、価格はばかげています。 ここにはほんの数本の足があり、ハンドルはまったくありません。 したがって、足の不足の問題を解決するには、あらゆる種類のトリックに行く必要があります。



マイクロコントローラーのプログラミングを研究する過程で（Arduino環境では、誰にも言わないでください）私は、多くの人と同様に、次のような超音波距離センサーを接続するステップを通過しました。







センサーからコントローラーに情報を送信する方法は不名誉であるため、ATtiny13はこれに簡単に対処します。 次に、シフトレジスタを使用して7セグメントインジケーターに情報を表示する必要がありました。 つまり、表示部分のスキームはコントローラー自体の数倍でした。 その瞬間、私はあちこちで遊んで動きました。



最近、私は、ティンカに割り当てるのに圧倒的な仕事は他にあるだろうと思いましたか？ 説明された例で彼女がまだ処理できなかったこと。 適応症について最初に思い出したこと。 しばらく前に、私はすでに同様のトピックに関する情報を探していました。 それから私はそのような興味深い オプションを見つけました。





コントローラーの5フィートから21セグメント。 わあ！ あまり必要ありません。2つの標識で十分で、さらに1つのドット、合計15セグメントです。 そして、4本の足で？ 次に、最大13セグメントを取得しますが、十分ではありません。 回路を見ると、すぐに組み立てて試してみたいという要望が生じましたが、操作アルゴリズムを作成するのは簡単ではありません。 しかし、よく見ると、あなたはそれが収集するのに役立たないことを理解します、そのような7セグメントの動物は自然には存在しません（ほとんどの場合）。 もちろん作成できますが、これは異なるレベルです。 その後、アイデアはより良い時期まで延期されました。



オフトピック：統合ロジックを持つ7セグメントインジケーターがないのはなぜですか？ 開発者はどこを見ていますか？ インストールと制御の便利さ-2つの電源レッグと3（1、2）データレッグ。 そして結局のところ、彼らはソ連にさえいた：490IP1、490IP2。 2〜4桁の最も一般的なインジケータ内には、チップのマイクロ回路を配置するための十分なスペースがあり、シフトレジスタの価格はケースとともに0.064 cuです。 まあ。



そして、私は再び考えました、7セグメントインジケーターで作業するための脚の数を減らす方法？ コントローラーの出力は3つの状態を取ります（実際には4ですが、今では重要ではありません）。 これを使用する方法はありますか？ LEDに関する2つの状態が、輝くものではなく、輝くものとしてのみ解釈できる場合、3つではもう少し興味深いものになります。 使用方法はまだわかりませんが、次のスキームが思い浮かびました。







コントローラー出力がゼロ状態の場合、LEDは点灯しません（これは明らかです）。



出力がユニット状態の場合、LEDが点灯しますが、これも理解できます。



ただし、出力がまったく出力ではなく、入力に切り替えられた場合、2つの抵抗とLED HL1の回路に電流が流れ、抵抗の接続点で約（5-1.7）/（2.2 + 1.5）の電圧降下が生じます* 1.5 + 1.7 = 3.0V。これは、VD1_R3_HL2回路に電流を流すには不十分です（約3.4 Vが必要です）。 VD1はツェナーダイオードとして使用される追加のLEDです（安定器の方が正確です）。したがって、混乱しないように、LEDとは見なしません。 マイクロコントローラ内部でプルアップ抵抗がオンになっていても問題ありません。その抵抗（20 kOhm）は実際には状況に影響しません。 すぐにそのような定格には至りませんでしたが、その前にVD1として通常のダイオードを使用してみましたが、同じ抵抗器R1とR2でも十分に機能します。 ただし、R2の方がR1の約1.5倍大きい方が良いです。 そして、私は最も重要なことをほとんど忘れていました。説明されたすべては、インジケータと追加のLEDの両方で赤色 LEDを使用することによってのみ可能です。 極端な場合、インジケータまたは追加のLEDを緑色に適用できます。 また、4.5 V〜5 Vの供給電圧で



最後に何がありますか？ 3つの状態：LEDなし（0）が点灯、HL1（1）が点灯、またはHL1とHL2（2）が点灯。 三元系に非常に似ています。 ただし、HL1なしではHL2を点灯できません。これは覚えておく必要があります。 しかし今では、マイクロコントローラーの4本の脚の助けを借りて、8個のLEDを制御できます（私はそう思っていました）。



次に、インジケーターセグメントをペアに分割しようとしました（幼稚園のように：男の子と女の子）。 主な条件は、各ペアでセグメントの1つがそれ自体で輝くことができないことです、そのような差別。 ここに私が得たものがあります：







セグメントの4つのペア。各大文字で、支配的なセグメントが示されます。これは単独で機能し、2番目のセグメントはそれのみで機能します。 セグメント "a"が一度に2つで攪拌され、だれも悪い点に達していないことに気付くかもしれません。 それは人生のように見えます！



ただし、これらのペアを使用すると、（ほぼ）すべての数値を表示できます。





各ペアは、独自の色でペイントされます。 気配りのある視聴者は、デュースに何か問題があることに気付きました。 今のところこれに焦点を合わせません。 セグメントをグループ化するためのオプションをいくつか試してみましたが、表示されない方が良いでしょう。 たぶん誰かが提案するでしょう。 おそらく、ニューラルネットワークで処理できます。



実験の第2段階では、アノードが共通のインジケーターを使用する必要がありました。 したがって、最終的なスキームは次のとおりです。





誰かが尋ねるかもしれません：100オームの抵抗はどこに行きましたか？ 正しく表示された動的な表示により、電流制限抵抗を省くことができることは長い間知られています（そして積極的に使用されています）。 誤って直列に接続された2つのLEDにコントローラーの出力から電圧が常に印加されても、マイクロコントローラーとLEDは通常これに耐えますが、電流はMC内の遷移抵抗によって制限されます。 そして、抵抗器についての詳細。 前のスキームに従ってHL1を流れる最大電流は約2 mAであり、HL2を流れる最大電流は25〜40 mAです（おそらく、これらの数値がどこから来たのかを後で説明します）。 これは、異なるセグメントの光出力が異なることを意味します。 ただし、動的な表示が使用されるため、セグメントの表示時間が異なるため、これは簡単に解決できます。



Arduino IDEのArduino Nanoで行ったすべての実験。 優れたプロトタイピングボードであり、ブレッドボードで心地よく、USB経由で問題なくフラッシュされます。 何かが失敗しましたか？ スケッチを修正し、すぐに新しいファームウェアをアップロードしました。 そして、コードをデバッグすると、ATtiny13のファームウェアに移動できますが、それでも少し体の動きが必要です。



ところで、私はArduino環境でArduinoを使用してフラッシュしています。これにより、間違ったヒューズでMKをロックする可能性が実質的になくなり、はるかに簡単になります。



コードに数字の4を表示する例を次に示します。

pinMode(f_a, INPUT); //    f_a   digitalWrite(f_a, 1); //   F pinMode(d_e, OUTPUT); //    d_e   digitalWrite(d_e, 1); //     1,     D  E pinMode(b_a, INPUT); //    b_a   digitalWrite(b_a, 1); //   B pinMode(c_g, OUTPUT); //    c_g   digitalWrite(c_g, 0); //     0,   C,  G delayMicroseconds (150); // F, B, C, G c  150  pinMode(c_g, INPUT); //    c_g   digitalWrite(c_g, 1); //   G ,     delay (time_2); // F, B, C c  2 
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

原則として、すべてはArduinoに精通していないが、コントローラーについては少し理解している人にとっても明確でなければなりません。 150マイクロ秒と2ミリ秒の数値は、セグメントの明るさによって実験的に選択されます。 最終的なコードでは、デバッグ中に変更できるように、個別の変数に配置する必要があります。 これらの図から、1つのペアの2つのセグメントにまたがる電流の差の順序を近似的に決定することができます。 Gセグメントは他のセグメントよりも約13倍も明るく、同じ輝度を提供するため、このセグメントを流れる電流は他のセグメントよりも13倍大きいと想定できます。 実際、輝度の電流依存性は非線形であるため、電流は25倍、つまり50 mAになります。 このようなデューティサイクルを使用することは、MKの出力にとって非常に安全です。 ところで、図2の問題を解決するとき、この電流の違いが手にかかります。上で書いたように、セグメントGはセグメントCでのみ照らすことができます。しかし、CとG 1を維持するために2ミリ秒、Gセグメントは完全な明るさで「動作」し、Cセグメントは同じ150マイクロ秒の間、わずかな時間しか点灯しません。 ほぼ2つになります。 したがって、私は自分で確立したルールを破ることに成功しました。 絶望から何ができないのか。



そのため、MKの4本の足で人物を照らしました。 実際、私は自分でこのステージを逃し、すぐに2人のキャラクターを表示しました。 これを行うには、パワープラスからインジケータビットの1つの共通アノードの出力を切断し、MCの別のピンに接続し、他の放電のアノードを次の出力（既に6レッグ）に接続します。 次に、最下位桁のアノードに1を設定し、最下位桁のディジットを表示し、次に最下位桁のアノードに1を設定し、最上位桁のディジットを円で表示します。 この実験はArduino Nanoで実施しましたが、足は十分です。 初めてではなく、すべてのコードがデバッグされました。 そして、それはそうあるべきだった。





アノードは順番に接続されているため、単純な改良により、MKのもう1つの出力を解放できます。 概要図は次のとおりです。





合計5脚MKを使用して、2桁の数字を表示します。 この時点で、あなたはすでに赤ちゃんのATtinyで試すことができます。 私がやった。 しかし、すぐではありません。 ATtiny13用にArduino環境でコンパイルされたスケッチは、約1.7 kBのメモリと1 kBの空き容量を占有しました。 サイズを小さくするには、ポートを直接有効にする必要がありましたが、これは後で行います。 ところで、Arduinoでは、ATtinyで使用するのと同じポートを使用しました。非常に便利です。 それらはすでに最後の図に示されています。 処理後、コードは1キロバイトを失いました。



ATtiny13の結果のコードは次のとおりです。





上記のコードにより、ATtiny13は0から99を読み取ることができます。MKレッグを再割り当てする可能性を提供する方がより適切です。 プログラミングの達人は、コードを数回減らすことができます（ AVRのHello Worldの最小制限はどこですか？ ）。



MKが意識的なものを表示するように、必要な機能をコードに追加できます。 確かに、ティンキはすでにすべての足を占有しています。 入力/出力ポートとして使用できるリセットレッグもあります。 しかし、それを使用することは思ったより困難でした。 したがって、私自身は「後で」を残します。 しかし、誰もが知っているわけではない興味深い機能があります。 ADC0アナログ入力は同じレッグに出力され、機能します！ 確かに、その電圧が電源電圧の1/4未満になると、MKはリセットモードになります。 しかし、1/4から供給電圧まで、入力電圧を測定することはかなり可能です。 私はこれを利用しました：





経験によれば、インジケーターを21まで減らすことができるのは、MKがリセットモードに切り替わり、約25以上に戻ったときに機能し始めることです。 そのため、測定入力にディバイダーを使用すると、25〜99ボルトの電圧を示すための非常に間違った「インジケーター」を作成することができます。



次に、実用的なアプリケーションについて説明します。 距離センサーからのデータを表示するという当初のアイデアは、1つのデジタル入力が不足しているため、より良い時期まで延期されました。 アイデアが来るまで、なぜ他にスキームを適用できるのでしょうか。 もう1つの注意点：収益性に疑問の余地はありません。 すべてのセグメントを完済したとしても、抵抗器R2には2.5 mAの電流が流れ（最初のスキームに従って）、合計10 mAがインジケータに流れ、さらにトランジスタの制御により約5が追加されます。 言及しなかったが、ほぼすべてのpnpのトランジスタは近代的だ。



便宜について。 7つのセグメントに出力する最も安価なオプションは、ATtiny13と74HC595です。 2つのSMDケースの費用は約0.50 cu 最も単純なのはATmega8（それだけです、抵抗器はありません、それ以上）、0.68 cuです また、上記のオプションはATtiny、9個の抵抗、4個のLED、トランジスタ（すべてSMD）のコストです。これは約0.46 cuです。 さらに、すべてをまとめることは、以前のバージョンよりも複雑です。



実際、私が見る唯一のオプションは、あなたが完全なATtiny13を持っているかどうかですが、それでもあなたはATmegaの店に行く必要があります。 7セグメントインジケーターがデバイスの主要な装飾である場合、このスキームはお勧めしません。表示は完全ではなく、いくつかの組み合わせでは、不要なセグメントがわずかに強調表示されます。 設定時に場所の表示が必要な場合があり、場所自体が必要な場合があります。



一般に、私は数日間無駄に過ごしました。



批判に加えて、コードを改善してスキームを簡素化するための提案を待っています。 または、複雑化することなく機能を改善しました。 私が最も興味を持っているのは、ポイントを照らす方法です。これにより範囲が広がります。 しかし、関連する5つから1つの結論をリリースできれば、ローミングが可能になります。



私の非標準のソリューションが誰かの利益になるとしたら、今はいつかは嬉しいです。

UPD：Charliplexingについて知っています！ 記事の冒頭で引用したサードパーティのスキームは、Charliplexingです。 そして、そこでCharliplexingが適切でない理由を書きました。

記事を斜めに読んだ場合はコメントを書かないでください。