Занимательная микроэлектроника

В заключение отмечу, что в сконструированном мной однажды приборе для некоей яхты была задействована более сложная и более красивая шкальная индикация: при значении параметра ниже некоторого порога индикаторы меняли цвет на красный, который сменялся зеленым при повышении параметра до нормы. Естественно, готовые микросхемы (типа К155ИД11 и подобные) такую задачу решить не позволяют, и пришлось городить всю процедуру внутри контроллера, управляя светодиодами напрямую. Задачу изменения цвета удалось решить, применив двухвыводные двухцветные LED (L117), которые обоими выводами коммутировались к выводам МК (для одного цвета действовало сочетание состояний 0 и 1, для другого — 1 и 0, а погашен LED оказывался при одинаковом состоянии выводов).

Подстройка внешних часов

Кварцевые резонаторы имеют весьма высокую точность: ±1 с в сутки для электронных часов равносильны, например, ошибке в 1 м на 86 км при измерении длины. Но, не говоря уж о специальных технических применениях, такой точности при измерении времени недостаточно даже в быту— часы с такой ошибкой будут уходить на полминуты в месяц и их придется подводить каждые два-три месяца, как минимум. Если для стрелочных часов такая процедура ничего сложного не представляет, то для электронных она выливается в довольно занудные манипуляции с кнопками или необходимость (как в нашем измерителе с часами) коррекции времени через подключение к компьютеру.

Манипуляций хочется избежать, а иногда и просто необходимо обеспечить ход часов более точно. Как это сделать? Как мы видели в главе 14, 16-разрядный таймер при отсчете секунд дает достаточно грубую подстройку того же порядка, что и ошибка, т. е. для начала надо придумать способ более тонкой подстройки. Кроме того, когда речь идет о внешних часах, то мы вообще не можем вмешаться в процесс счета времени. Значит, кроме самой поправки, необходимо придумать еще механизм того, как ее применять к внешним часам. Все эти проблемы можно решить, например, следующим способом.

Для начала о самой поправке: можно, конечно, попросту ввести задержку вроде той, что служит для формирования сигналов I²С (собственно, так и отсчитывали время в контроллерах, когда в них еще не было таймеров). Но это не очень хорошо по той же причине, по которой такие паузы лучше не использовать в Windows, где много процессов протекают параллельно. Либо это задержит весь контроллер, либо (если прерывания разрешены) задержка может быть непредсказуемой длительности. Потому лучше задействовать таймер (скажем, Timer 2, который имеется во всех Mega, a Timer 1 оставим для других надобностей), только запускать его так, чтобы он формировал прерывания достаточно короткой длительности. Например, ежесуточная коррекция ступеньками по 10 мс нас будет вполне устраивать (при точном подборе задержки ошибка составит не более 1 с в три месяца, если не учитывать «гуляние» частоты кварца самой по себе).

Самое сложное здесь — понять, как автоматически ввести коррекцию в обе стороны (и когда часы спешат, и когда отстают). Я придумал следующий механизм: мы задаем некий коэффициент коррекции в виде байта К_ккор. Если этот байт равен $FF (расчет на то, что именно такое значение содержится в чистой EEPROM), то коррекцию вообще не проводим, или загружаем значение по умолчанию (как и с коэффициентами).

Если часы спешат, то значение К_ккор должно находиться в пределах 1—127 (старший бит равен нулю), и оно определяет задержку, которую мы проводим с помощью таймера, настроенного на 10 мс, раз в сутки. Для этого надо остановить часы, пропустить столько циклов таймера, сколько задано в К_ккор, и запустить их заново с того же значения. Максимальная задержка составит 1,27 с в сутки, что намного перекрывает возможную ошибку кварца.

Сложнее, если часы отстают. Чтобы отличить эту ситуацию от предыдущей, мы задаем старший бит К_ккор равным единице, но в пределах 155–254 (т. е. коррекция возможна в пределах 1 с). Почему именно в этих пределах, мы сейчас поймем. Величина задержки программой будет вычисляться, как разность между 255 и К_ккор (задержка, равная нулю, не имеет смысла, отсюда максимальное значение 254). В МК мы останавливаем часы, включаем таймер, делаем столько сравнений, сколько задано этой разностью, затем устанавливаем секунды = 1 и запускаем часы опять (теперь они идут немного вперед). Отсюда понятно, почему мы не можем задать К_ккор меньше 155 — при таком алгоритме значение, к примеру, 128 привело бы к еще большему отставанию. Следовательно, чем больше задержка (разность между 255 и К_ккор), тем меньше коррекция в данном случае: если нам нужно коррекцию свести к нулю, то следует задать значение К_ккор = 155. Отметим, что остановка и пуск часов сами по себе займут время порядка миллисекунд, но ошибка будет невелика, и ее можно не учитывать.