В этой главе описываются интересные идеи конструкций на микроконтроллерах.

Автор сразу хотел бы ответить на вопрос о некоторых из конструкций, описанных здесь: «А зачем это делать на микроконтроллерах?» или: «А кому это устройство нужно?» и т. д. Описанные здесь идеи конструкций предназначены в первую очередь для приобретения практического опыта проектирования и изготовления различных схем на микроконтроллерах. Преимущества — многие устройства достаточно простые, что позволяет их быстро изготовить. При этом, однако, в каждом есть своя изюминка — где-то придется разобраться, как микроконтроллер может определять положение переменного резистора, где-то приобрести полную ясность, что такое дребезг контактов, и т. д. И самое главное, каждая схема — простейшее, но законченное устройство. А сделать что-то работающее и имеющее определенное назначение обычно интереснее, чем просто решить задачку.

Итак, ниже приведены описания конструкций, своего рода домашняя работа для терпеливых читателей, поставивших перед собой цель научиться полноценно использовать микроконтроллеры семейства AVR.

Самодельный калькулятор с реализацией вычисления специфических функций для какой-либо специальности (например, расчеты с комплексными числами или расчет значений для записи в регистры микроконтроллеров семейства AVR для формирования заданного временного интервала с помощью таймера и т. д.).

Счетчик витков с автоматическим определением направления вращения.

Электронная записная книжка с ЖКИ-индикатором.

Универсальный контроллер для управления различными устройствами — 8 дискретных входных и 8 дискретных выходных линий.

Усовершенствованный автомат световых эффектов — увеличено число управляемых линий, усложнены реализуемые эффекты.

Прибор для проверки цифровых микросхем — увеличено число типов проверяемых микросхем.

Электронные часы-будильник — введена возможность заводить его на несколько времен (например, на 6, 8 и 10 часов).

Электронные измерительные приборы — омметр, амперметр, вольтметр.

Электронный частотомер с расширенным диапазоном измеряемых частот.

Управляющий микрокомпьютер для детской игрушки, позволяющий задать с помощью специальной клавиатуры с названиями действий и цифрами последовательность действий и их количество, после чего запустить их на выполнение. Пример управляющей последовательности: вперед 4, включить фары, звуковой сигнал 2, погасить фары.

Цифровой ПИД-регулятор — ввод параметров регулятора с помощью клавиатуры, они записываются во флэш-память данных и сохраняются при выключении регулятора. Индикация текущего состояния и сообщений при вводе параметров регулятора — с помощью символьного ЖКИ-индикатора 2 строчки по 16 символов.

Прибор для проверки целостности и маркировки проводов многожильного кабеля.

Прибор для снятия характеристик биполярных транзисторов — характериограф с генерацией видеосигнала снятой характеристики для получения картинки на любом телевизоре.

Простой логический анализатор. Отображение состояния 8 линий на графическом ЖКИ-индикаторе 128 х 64 точки. Время измерения зависит от интервала между измерениями.

Прибор для снятия характеристик стабилитронов с отображением характеристики на графическом ЖКИ.

Генератор сигналов произвольной формы.

Прибор велосипедиста — измеритель пройденного пути, спидометр.

Измеритель частоты оборотов — тахометр.

Простейший цифровой осциллограф с индикацией на графическом ЖКИ индикаторе 128х64.

Генератор испытательных сигналов для настройки и ремонта телевизоров.

Кодовый замок.

Электронные «крестики-нолики».

Электронный тренажер велосипедиста. Тренировка велосипедистов, особенно в зимнее время, проводится на специальных велосипедных станках, которые часто не имеют каких-либо средств контроля. Это затрудняет работу тренера и не позволяет оценить результаты тренировки. Предлагаемое устройство позволяет при тренировках на любом велосипеде или велосипедном станке определять эквивалентный пройденный путь, фиксировать время прохождения этого пути, а также определять скорость прохождения пути.

Датчиком прибора является фотоэлектрическое устройство, состоящее из инфракрасного светодиода и фотодиода. Его следует установить таким образом, чтобы при вращении колеса велосипеда луч прерывался.

Измеритель скорости реакции человека. Реакция человека — действие в ответ на определенный раздражитель (сигнал). В жизнедеятельности человека, быстрота реакции имеет немаловажную роль. Люди с замедленной реакцией не могут быстро, а иногда и безопасно выполнять некоторые работы. Например, водители с замедленной реакцией чаще всего совершают дорожные аварии.

Время реакции человека непостоянно. Оно зависит от состояния нервной системы и многих других факторов. В значительной мере на замедление реакции (увеличение времени на ответные действия) влияют переутомление, употребление алкоголя, отрицательные эмоции и т. д. Прибор позволяет определить время реакции человека на световой и звуковой сигналы. В приборе имеются лампочки (или светодиоды) трех цветов и звуковой излучатель. Перед началом испытания следует нажать кнопку «Старт».

После ее нажатия через произвольное время в интервале 10–15 с включится звуковой или световой сигнал. Испытуемый должен нажать кнопку, соответствующую поданному сигналу. При этом производится отсчет времени, прошедшего с момента подачи сигнала и нажатия соответствующей кнопки. Измеренное время высвечивается на индикаторе. Для проведения нового испытания следует снова нажать кнопку «Старт».

Простой одноголосный электромузыкальный инструмент. Представляет собой программно реализованный генератор звуковых прямоугольных импульсов. Микроконтроллер проверяет нажатие кнопок клавиатуры и в соответствии с нажатой клавишей формирует звуковой сигнал нужной частоты.

Игра «Красный или зеленый». Внешне игра состоит из кнопок «Красный», «Зеленый» и двух светодиодов — красного и зеленого. После того как включена схема, судья дает команду, и каждый из двух игроков старается быстрее нажать свою кнопку. При этом игра реагирует на нажатие только одной кнопки, при этом загорается соответствующий ей светодиод.

Внимание, реакция и чувство ритма. Прибор имеет светодиодный индикатор, переменный резистор для установки частоты смены цифр на индикаторе, кнопки «Зажечь/погасить индикатор» и «Фиксация». После включения прибора на индикаторе будут поочередно появляться числа от 0 до 9. Скорость их изменения зависит от положения переменного резистора. Одно нажатие на кнопку «Зажечь/погасить» индикатор включает, а следующее — выключает. Счет при этом продолжается. Работают с прибором вдвоем. Проверяющий включает прибор и вращением переменного резистора устанавливает частоту смены цифр на индикаторе, а затем предлагает испытуемому непрерывно фиксировать нажатием кнопки «Фиксация» какую-нибудь одну цифру. При этом счет останавливается до тех пор, пока он не отпустит эту кнопку. Чтобы усложнить задачу, проверяющий может на время отключать индикатор или менять частоту смены импульсов переменным резистором. При любом способе контроля реакцию можно оценивать по соотношению количества удачных попыток к их общему числу. Можно делать это вручную, а можно усовершенствовать прибор, добавив в него возможность счета удачных и неудачных ответов и средства индикации результата.

Модель светофоров на перекрестке. Это может быть простейшая модель одного светофора, а может быть модель сложного перекрестка. Информацию о его работе несложно получить, просто понаблюдав за сменой сигналов светофора на перекрестке.

Двухтональный электронный звонок.

Цифровой регулятор мощности для нагрузок при напряжении 220 В с гальванической развязкой силовой части и цепей управления.

Автоматическое зарядное устройство, проверяющее ток зарядки, напряжение на аккумуляторах, длительность зарядки и температуру аккумуляторов.

Простой метроном с регулированием скорости подачи звуковых сигналов двумя кнопками — «Быстрее» и «Медленнее».

Камертон музыканта — звуковой генератор, воспроизводящий ноту «ля» — звуковой сигнал с частотой ровно 440 Гц.

Сложный проект, но достаточно интересный — микрокомпьютер карманного формата. Индикация может быть как на знаковых ЖКИ-индикаторах со встроенным контроллером, так и на графических ЖКИ-индикаторах, клавиатура — 64 клавиши, звуковой излучатель, COM-порт, позволяющий обмениваться информацией с настольным ПК. Можно добавить LPT-порт для подключения к принтеру. Для хранения информации можно предусмотреть специальный разъем для подключения электрически перепрограммируемой микросхемы постоянной памяти для хранения программ для микрокомпьютера. Современные микросхемы позволяют сделать такой микрокомпьютер достаточно компактным, быстрым и экономичным. Самое сложное в его разработке — написание программного обеспечения.