NanoTerminal. Автономный отладчик на Atmega 328 (Arduino). Часть 2.

miniterminal1

miniterminal1Первая вводная часть здесь.
А в этой части о железном воплощении NanoTerminal’а: текущая версия выполнена на двусторонней
стеклотекстолитовой плате размером 7х5 см. Фотографии все сделаны на мобильный телефон в условиях комнатного освещения, так что особо не придирайтесь.

На верхней стороне платы расположен собственно дисплей на базе контроллера SSD1306, распространенный и дешевый. Стоил он около 170 рублей на Aliexpress. Под ним прячется микросхема EEPROM-памяти AT24C256 в SMD-корпусе SOIC8, а также часть центрального микроконтроллера ATMEGA328PU в корпусе DIP28. Также видно кварц нереальных размеров, светодиод 3мм, шесть кнопок и разъем для UART и питания. Слева две кнопки — RESET и ESC, а слева четыре — три из них для навигации по меню и пролистывания лога UARTа, а четвертая пока ни для чего кроме Тетриса не используется.

miniterminal_backПрактически весь нехитрый монтаж я выполнил на нижней стороне платы SMD — компонентами. Резисторы для подтяжки кнопок к шине GROUND и для сопряжения уровней 5 и 3.3 Вольта. К сожалению, только на таких уровнях работает микросхема оперативной памяти 23K256, очень кстати капризная. На фотке её не видно потому, что я её выпаял, остались только резисторы и пустое место. Дело в том, что я в этой версии подключил её к питанию 5В, а он чот не выдержала. Капризная, говорю же. Ошибку в схеме, я заметил уже после того спалил микросхему, но о ней позже в отдельном разделе посвященном работе с 23K256. Для программирования контроллера я подпаял провода интерфейса SPI и вывод RESET.
 
miniterminal3Вот на этой фотке главное меню:

TERMINAL — ну тут понятно, в этом режиме терминал ловит в UART всё что ему шлют и отображает на экране

SETUP — за этим пунктом меню я спрятал настройки

SERVOTESTER — тут мы сервоприводы тестируем

TETRIS -тут мы в Тетрис гоняем
 
term_sett
Вот подменю настроек в котором можно выбрать скорость порта от 300 до 57600 бод, а также задать крайние значения длительности импульсов ШИМ для сервопривода. Ну а еще можно вернуть значения по умолчанию или сохранить во внутреннем EEPROMе свои настройки. Они читаются всякий раз при загрузке терминала.
 
Поскольку программа изначально писалась в Arduino IDE и для китайского аналога Nano V3.0 (как я и говорил ранее, «Nano» стала приставкой в названии терминала), то чтобы ничего не переписывать, я залил фьюзы от Arduino Nano и шью контроллер как Arduino.
 
v01
Но обо всём попозже, а сейчас несколько фотографий первой и второй версии терминала. Первая версия была собрана на коленках. Из новых компонентов там были только кнопки и дисплей. OLED-дисплей SSD 1306 0.96 дюймов — ОООООЧЕНЬ хрупкая вещь. Его очень легко убить. Вот посмотрите на фотке обведено самое хрупкое место — ломается на раз и обрывает дорожки внутренних проводников. А этих дорожек там четыреста штук. В результате часть колонок или строк дисплея не работает, создавая полосатую картинку. Будьте очень аккуратны при работе с этим дисплеем. Я убил таких два. Один раз когда нёс в кармане куртки (ну тут понятно — раздавил чем-то), а второй раз даже не пойму как. Он просто начал показывать полосы — я пригляделся и увидел трещину в стекле.
 
v01_2
 
Это нижняя часть «платы» первой версии. И она работала, пока я не спалил что-то в Nano, подозреваю, что стабилизатор или CH340G. Короче будет время — разберусь, может восстановлю, а может и на распайку пойдет.
 
v02
 
И на последней фотографии останки второй версии, которую я выполнил на двух платах 5х5 см, соединяющихся, поначалу коннекторами, а позднее спаянных проводами. Atmega вставлялась в кроватку, рядом стояла микросхема ОЗУ. На второй плате был дисплей, кнопки и EEPROM AT24C256. Короче, очень неудачная конструкция, коннекторы отваливались, память не читалась. Было решено распаять её и собрать всё на одной плате. Собственно так и получился вариант №3, описанный в самом начале.

Замечу сразу, что это не окончательный вариант. Как минимум, потому, что нужно будет запилить схему питания для ОЗУ на простеньком стабилизаторе AMS 1117 3.3 В. Но и на этом варианте можно писать и отлаживать программу.

В следующих статьях, я расскажу как взаимодействовать дисплеем на базе SSD1306. Тема достаточно обширная, так как придется описать всё, начиная с работы с дисплеем на физическом уровне, заканчивая достаточно высокоуровневыми вещами, такими как свой знакогенератор, вывод текста, чисел и т.д.

Тестер сервоприводов своими руками

Тестер сервоприводов мне понадобился, когда я разрабатывал робота, играющего в Piano Tiles 2 на планшетном компьютере. Можно здесь глянуть на его работу. Механические «пальцы» данного робота приводятся в движения четырьмя сервоприводами. Сервопривод должен работать в узком диапазоне углов вращения (примерно 20-30 градусов) для того, чтобы движения «пальцев» точно синхронизировались с движением плиток по экрану планшета. Для точного подбора крайних значений («палец нажимает на плитку» и «палец поднят вверх»), можно было бы обойтись и подбором величин прямо в программе робота, но проще, быстрее и точнее сделать это с помощью тестера.

Для наглядности, я записал короткое видео с примером работы данного тестера.

Данный тестер состоит всего из трёх основных элементов — китайский Arduino Nano V3.0, переменный резистор, включенный по схеме потенциометра и цифровой 4-х значный дисплей, управляемый с помощью драйвера TM1637 по протоколу I2C. Всё это собрано на беспаечной макетной плате с помощью типовых проводников типа «папа-папа» (male-male).

Схема_1Для начала средний вывод потенциометра соединим с любым аналоговым входом Nano (в моем случае A0), крайние выводы потенциометра к земле (GND) и к питанию 5V. Таким образом у нас получится управляемый делитель напряжения, выдающий на среднем выводе потенциометра аналоговый сигнал от 0 до 5 Вольт, в зависимости от положения движка.

Далее, подключим модуль дисплея TM1637 к питанию, для этого нужно соединить выводы питания (5V и GND) c соответствующими выводами Arduino Nano. Управляющие лапки DIO и CLK можно цеплять на любые выводы Arduino Nano, так как будет использоваться библиотека, в которой протокол I2C реализован программно. В моем случае я соединил лапку DIO с пином D3, а CLK c пином D2.

Типовой разъем сервопривода состоит из трёх контактов, коричневый — земля (GND), красный — питание (5V) и желтый — управление (PWM). Соответственно подцепим контакты питания к одноименным контактам Arduino Nano, а желтый провод подключим к любому пину с ШИМ (PWM), в моем случае это D5. На данный пин будем выводить сигнал широтно-импульсной модуляции, управляющий сервоприводом. Угол поворота сервопривода определяется длительностью положительной части импульса и обычно лежит в пределах от 500 до 2500 микросекунд.

Теперь для проверки собранного Вами девайса, подключите Arduino Nano к компьютеру через разъем USB и прошейте простенькую программу, использующую библиотеки «Servo.h» и «TM1637.h».

#include <Servo.h>
#include "TM1637.h"

#define CLK 2 //Подключаем пины соответственно лапкам модуля
#define DIO 3
TM1637 tm1637(CLK,DIO);// создаем экземпляр класса TM1637
Servo S1; //объявляем экземпляр класса сервопривод
byte angle = 90;//переменная, которая будет хранить угол поворота сервы
byte old_angle = 91;//
int V = 0;
void setup()
{
  tm1637.init();//инициализируем дисплей, (хотя что мешало создателям библиотеки инициализировать его в конструкторе TM1637 tm1637(CLK,DIO);?)
  tm1637.set(BRIGHT_TYPICAL);//яркость дисплея
  pinMode(A0,INPUT);// объявляем пин А0 как вход, сюда будем подавать аналоговое напряжение с потенциометра
  pinMode(5,OUTPUT); 
  S1.attach (5); //прикручиваем серву к пину D5
}

void loop() {
V=analogRead(A0);//читаем напряжение с потенциометра
angle = map(V, 0, 1023, 0, 180);//преобразуем в угол
if (angle!=old_angle) // если потенциометр крутился, то...
  {
  tm1637.display(angle);// ... отображаем значение угла на дисплее
  S1.write(angle);// ... крутим сервопривод
  old_angle=angle;//... запоминаем последнее значение угла, чтобы в следующий раз не дергать серву и дисплей, если потенциометр не крутился
  }
}

Если после прошивки на экране отображается какое-либо число от 0 до 180, то значит всё собрано верно. Можно подключать сервопривод и тестировать его.

Стоимость данного тестера:
китайский клон Arduino Nano — от 120 до 200 рублей;
дисплей ТМ1637 — 85-150 рублей;
макетная плата — 100-300 рублей;
резистор — от 10 до 100 рублей;

ИТОГО: 315-715 рублей. А если учесть, что ничего не запаяно и если тестер не нужен, то его можно разобрать, то стоимость вообще падает до нуля. Обычно все эти компоненты уже имеются в арсенале любого микроконтроллерщика (ардуинщика).