Умное мигание светодиодом в Ардуино07.02.2016 14:37

Мигание светодиода в Ардуино, что может быть проще и бесполезнее. На самом деле практическую пользу от этой простой функции можно найти.

Бывает при программирование какого-нибудь устройства не хватает портов ввода-вывода микроконтроллера. Или из экономических соображений, а может нехватки места в корпусе, не хочется устанавливать дисплей, а как то сигнализировать о режимах работы устройства очень хотелось бы. Часто достаточно сигнализировать о этих режимах горением или миганием светодиода. А если режимов много?
На мысль меня навела автомобильная сигнализация, в которой я как то программировал режим автозапуска. Там, чтобы установить, например, 14-й бит определенного регистра нужно было после входа в режим программирования этого регистра 14 раз нажать на определенную кнопку брелка, а потом дождаться 14-ти коротких сигналов (или мигания поворотников). Затем нажать кнопку в подтверждения и услышать длинный сигнал. Гениально! Никаких дисплеев и экранных меню. Правда, одновременно, и жутко неудобно.

Но если внутренних режимов немного, то использовать количество морганий светодиодом вполне функционально.

Начнем с простого.

Пример мигания светодиодом для Ардуино

Это первая программа которую осваивают при изучении Ардуино. Во многих контроллерах, которые мне попадались в последнее время, эта программа зашита на заводе, видимо для тех кто не осилил и это.

void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT);
  digitalWrite(13, LOW); 
}

void loop() {
  digitalWrite(13,HIGH);
  delay(500);
  digitalWrite(13,LOW);
  delay(500);
}

Казалась бы задавай различные интервалы между высокими и низкими уровнями порта и будет нужное. Но при этом контроллер больше ничего не делает (ну почти ничего, прерывания он все таки обрабатывает). Делать что-то еще он конечно может, но не в основном цикле loop ().

Поэтому отказываемся от delay () и переходим на события с использованием millis ()

Использование событий с использованием millis ()

void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT);
  digitalWrite(13, LOW); 
}

uint32_t ms, ms1 = 0;
bool led_stat    = true;

void loop() {
   ms = millis();
// Событие срабатывающее каждые 500 мс   
   if( ( ms - ms1 ) > 500 || ms < ms1 ){
       ms1 = ms;
// Инвертируем светодиод       
       digitalWrite(13, led_stat); 
       led_stat = !led_stat;
   }
}

Ну вот. Цель достигнута. Светодиод мигает, а процессорное время в цикле loop () практически полностью доступно для других функций. Правда в таком коде использование требуемых режимов мигания реализуется довольно сложно — несколько событий с разными интервалами, много условий по необходимому режиму и предыдущему состоянию. Слишком сложно.

Обработка битовой матрицы состояния светодиода

Уменьшаем время срабатывания события до 1/8 секунды и в 1 байте кодируем 8 бит состояний, отображаемых последовательно.

// Массив режимов работы светодиода
byte modes[] = {
   0B00000000, //Светодиод выключен
   0B11111111, //Горит постоянно
   0B00001111, //Мигание по 0.5 сек
   0B00000001, //Короткая вспышка раз в секунду
   0B00000101, //Две короткие вспышки раз в секунду
   0B00010101, //Три короткие вспышки раз в секунду
   0B01010101  //Частые короткие вспышки (4 раза в секунду)
};

uint32_t ms, ms1 = 0, ms2 = 0;
uint8_t  blink_loop = 0;
uint8_t  blink_mode = 0;
uint8_t  modes_count = 0; 

void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT);
  digitalWrite(13, LOW); 
  modes_count = 1;
  blink_mode = modes[modes_count];
}

void loop() {
   ms = millis();
// Событие срабатывающее каждые 125 мс   
   if( ( ms - ms1 ) > 125|| ms < ms1 ){
       ms1 = ms;
// Режим светодиода ищем по битовой маске       
       if(  blink_mode & 1<<(blink_loop&0x07) ) digitalWrite(13, HIGH); 
       else  digitalWrite(13, LOW);
       blink_loop++;    
    }
    
// Этот код служит для демонстрации переключения режимов    
// Один раз в 5 секунд меняем эффект   
   if( ( ms - ms2 ) > 5000|| ms < ms2 ){
       ms2 = ms;
       blink_mode = modes[modes_count++];
       if( modes_count >= 7 )modes_count = 1;
   }
}

Первые три режима работы светодиода простые. А вот остальные уже можно использовать для демонстрации режима микроконтроллера:

Короткая вспышка 1 раз в секунду

Две вспышки в секунду

Три вспышки

И постоянные вспышки четыре раза в секунду

В принципе, на этом можно было и остановиться, так как для большинства проектов этого бы хватило. Но если этого мало и вам нужно будет разрабатывать программирование автосигнализации)))

Что если 8 бит состояний светодиодов мало?

Использование 4-х байт для определения состояния светодиода

byte bytes[] = {0B00010101,0B00110011,0B10100011,0B00000010}; 

uint32_t ms, ms1 = 0;
uint8_t  blink_loop = 0;

void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT);
  digitalWrite(13, LOW); 
}

void loop() {
   ms = millis();
// Событие срабатывающее каждые 125 мс   
   if( ( ms - ms1 ) > 125|| ms < ms1 ){
       ms1 = ms;
// Выделяем сдвиг светодиода (3 бита)   
       uint8_t n_shift = blink_loop&0x07;
// Выделяем номер байта в массиве (2 байта со здвигом 3 )      
       uint8_t b_count = (blink_loop>>3)&0x3;
       if(  bytes[b_count] & 1<< n_shift )digitalWrite(13, HIGH);
       else  digitalWrite(13, LOW);
       blink_loop++;    
    }
}

Получаем циклический сигнал SOS — три коротких, три длинных и снова три коротких сигнала светодиодом, повторяемый каждые 4 секунды

Очень много людей критиковали Ардуино за ужасный стиль программирования микроконтроллеров без использования прерываний

Только хардкор. Только прерывания!

Берем 16-ти битный Таймер 1. Устанавливаем прерывание на переполнение за 125 мс

uint8_t  blink_loop  = 0;
uint8_t  blink_mode  = 0;
uint8_t  modes_count = 0; 
// Начальное значение таймера
uint16_t n = 63583;

// Обработчик прерывания по переполнению таймера
ISR( TIMER1_OVF_vect )
{
   if(  blink_mode & 1<<(blink_loop&0x07) ) digitalWrite(13, HIGH); 
   else  digitalWrite(13, LOW);
   blink_loop++;    
   TCNT1 = n; //выставляем начальное значение TCNT1
}

void setup() {
  pinMode(13,OUTPUT);
  blink_mode = 0B00000000;
// А вот и хардкор - установка регистров таймера
  TCCR1A = 0;
// Устанавливаем делитель 1024 к тактовой частоте 16МГц
  TCCR1B = 1<

#include "TimerOne.h"

uint8_t  blink_loop = 0;
uint8_t  blink_mode = 0;
uint8_t  modes_count = 0; 

// Callback функция по таймеру
void timerIsr()
{
   if(  blink_mode & 1<<(blink_loop&0x07) ) digitalWrite(13, HIGH); 
   else  digitalWrite(13, LOW);
   blink_loop++;    
}

void setup() {
  pinMode(13,OUTPUT);
  blink_mode = 0B00000000;
  Timer1.initialize(125000);  
  Timer1.attachInterrupt( timerIsr ); 
}
  
void loop() {
   blink_mode = 0B00001111; //Мигание по 0.5 сек
   delay(5000);
   blink_mode = 0B00000001; //Короткая вспышка раз в секунду
   delay(5000);
   blink_mode = 0B00000101; //Две короткие вспышки раз в секунду
   delay(5000);
   blink_mode = 0B00010101; //Три короткие вспышки раз в секунду
   delay(5000);
   blink_mode = 0B01010101;  //Частые короткие вспышки (4 раза в секунду)
   delay(5000);
}

#include 
 
uint8_t  blink_loop = 0;
uint8_t  blink_mode = 0;
uint8_t  modes_count = 0; 
 
Ticker blinker;
 
void timerIsr()
{
   if(  blink_mode & 1<<(blink_loop&0x07) ) digitalWrite(13, HIGH); 
   else  digitalWrite(13, LOW);
   blink_loop++;    
}
 
void setup() {
  pinMode(13,OUTPUT);
  blink_mode = 0B00000000;
  blinker.attach(0.125, timerIsr);
}
  
void loop() {
   blink_mode = 0B00001111; //Мигание по 0.5 сек
   delay(5000);
   blink_mode = 0B00000001; //Короткая вспышка раз в секунду
   delay(5000);
   blink_mode = 0B00000101; //Две короткие вспышки раз в секунду
   delay(5000);
   blink_mode = 0B00010101; //Три короткие вспышки раз в секунду
   delay(5000);
   blink_mode = 0B01010101;  //Частые короткие вспышки (4 раза в секунду)
   delay(5000);
}