Устройство и работа портов ввода-вывода микроконтроллеров AVR. Часть 2 / Хабр

Подключение светодиода к линии порта ввода/вывода

Изучив данный материал, в котором все очень детально и подробно описано с большим количеством примеров, вы сможете легко овладеть и программировать порты ввода/вывода микроконтроллеров AVR.

• Часть 1. Работа портов ввода/вывода
• Часть 2. Подключение светодиода к линии порта ввода/вывода
• Часть 3. Подключение транзистора к линии порта ввода/вывода
• Часть 4. Подключение кнопки к линии порта ввода/вывода

Пример будем рассматривать на микроконтроллере ATMega8.

Программу писать будем в Atmel Studio 6.0.

Эмулировать схему будем в Proteus 7 Professional.

Первым примером в изучении микроконтроллеров является подключение и управление светодиодом, это самый простой и наглядный пример. Этот пример стал классическим при изучении микроконтроллеров, как программа «Hello World!» при изучении прочих языков программирования.

Максимальный ток, который способен пропустить каждый порт ввода/вывода составляет 40 mA.
Максимальный ток, который способна пропускать каждая линия порта ввода/вывода составляет 20 mA.
Прежде чем подключать нагрузку, в том числе и светодиод к линиям порта ввода/вывода нужно знать, что можно спалить микроконтроллер превысив допустимую нагрузку на линию порта ввода/вывода.
Что бы ограничить ток, который протекает через линии порта ввода/вывода микроконтроллера нужно рассчитать и подключить резистор.

Рис: Рапиновка светодиода.

Рис: Подключение светодиода анодом к микроконтроллеру.

Рис: Подключение светодиода катодом к микроконтроллеру.

Сопротивление токоограничивающего резистора подключаемого к линиям портов ввода/вывода при подключении светодиода рассчитывается по формуле:

где:
— Vs — напряжение источника питания;
— Vsp — падение напряжения на линии порта ввода/вывода;
— Vd — прямое падения напряжения на светодиоде;
— Id — прямой ток на светодиоде;
— Кn — коэффициент надежности роботы светодиода;

Пример:
— напряжение источника питания – 5В;
— прямое падения напряжения на светодиоде – 2В

(Берётся с datasheet на светодиод);
— прямой ток на светодиоде – 10мА (Берётся с datasheet на светодиод);
— коэффициент надежности роботы светодиода – 75% (Берётся с datasheet на светодиод);
— падение напряжения на линии порта ввода/вывода – 0,5В (Берётся с datasheet на микроконтроллер: Vol(output low voltage) – если ток втекает, и Voh (output high voltage) – если ток вытекает);

Таким образом номинал резистора R = 166,66 Om, подбирается ближайшее большее значение сопротивления.

Если не известно прямое напряжение светодиода, сопротивление можно рассчитать по закону Ома.

где:
— U — напряжение, приложенное к участку цепи;
— I — номинальный ток линии порта ввода/вывода.

Пример:
— напряжение, приложенное к участку цепи – 4,5В;
— номинальный ток линии порта ввода/вывода – 20мА.

Определив номинал резистора R, необходимо рассчитать мощность P, измеряемая в ваттах, которая будет выделяться в резисторе, в виде тепла при протекании тока в цепи.

где:
— U – напряжение, приложенное к участку цепи;
— I — номинальный ток линии порта ввода/вывода.

Пример:
— напряжение, приложенное к участку цепи – 4,5В;
— прямой ток на светодиоде – 20мА.

Рассчитав выделяемую мощность на резисторе, выбираем ближайшее большее значение мощности резистора. Если рассеиваемой мощности резистора будет недостаточной, то он может выйти из строя.

— подключения маломощного светодиода анодом к линии порта ввода/вывода:

// Подключаем внешние библиотеки
#include <AVR/io.h> 
#include <stdint.h> 
// Основная программа
int main(void) 
{ 
 
 // Настраиваем порты ввода/вывода
 DDRC  = 0b11111111;  //Настраиваем все разрады порта С на режим "Выход"
 PORTC = 0b11111111;  //Устанавливаем все разряды порта C в лог.«1» (Навыходе порта напряжение равное Vcc)
 
 // Вечный цикл
 while (1) 
 { 
 } 
}

— подключения маломощного светодиода катодом к линии порта ввода/вывода:

// Подключаем внешние библиотеки
#include <AVR/io.h> 
#include <stdint.h> 
// Основная программа
int main(void) 
{ 
 
 // Настраиваем порты ввода/вывода
 DDRC  = 0b11111111;  //Настраиваем все разряды порта С на режим "Выход"
 PORTC = 0b00000000;  //Устанавливаем все разряды порта C в лог.«0»  (На выходе порта напряжение равное GND) 
 
 // Вечный цикл
 while (1) 
 { 
 } 
}

— подключения маломощного светодиода анодом и катодом к линии порта ввода/вывода:

// Подключаем внешние библиотеки
#include <AVR/io. h> 
#include <stdint.h> 
// Основная программа
int main(void) 
{ 
 
 // Настраиваем порты ввода/вывода
 DDRD  = 0b11111111;  //Настраиваем все разряды порта D на режим "Выход"
 PORTD = 0b11111111;  //Устанавливаем все разряды порта D в лог.«1» (На выходе порта напряжение равное Vcc) 
 
 DDRC  = 0b11111111;  //Настраиваем все разряды порта C на режим "Выход"
 PORTC = 0b00000000;  //Устанавливаем все разряды порта C в лог.«0»  (На выходе порта напряжение равное GND) 
 
 // Вечный цикл
 while (1) 
 { 
 } 
}  

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭКСПЛУАТАЦИИ СОЛНЕЧНЫХ МОДУЛЕЙ В АРКТИЧЕСКОМ КЛИМАТЕ РОССИИ И КАНАДЫ | Бодрова

1. Селина, В.С. Север и Арктика в новой парадигме мирового развития: актуальные проблемы, тенденции, перспективы. Научно-аналитический доклад / В.С. Селина [и др.]. – Апатиты: КНЦ РАН, 2016. – 420 с.

2. Русская Арктика (фото, карты, описание) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://sevprostor.ru/poleznoe-interesnoe/arctic/542-arctic.html. – (Дата обращения: 18. 09.2017).

3. О сухопутных территориях Арктической зоны Российской Федерации: указ Президента Российской Федерации от 02.05.2014 г. № 296

4. Государственная программа Российской Федерации ‹‹Энергоэффективность и развитие энергетики›› на 2013–2020 гг. (распоряжение от 3 апреля 2013 г., № 512-р) [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://government.ru/docs/1171/ (Дата обращения: 15.09.17).

5. Состояние возобновляемой энергетики 2016 глобальный отчет [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/10/REN21_GSR2016_KeyFindings_ RUSSIAN.pdf. – Состояние возобновляемой энергетики 2016 глобальный отчет. – (Дата обращения: 17.09.2017).

6. Попель, О.С. Использование возобновляемых источников энергии для энергоснабжения потребителей в Арктической зоне / О.С. Попель [и др.] // Журнал «Арктика: экология и экономика». – 2015 – №1(17). – С. 64–69.

7. Бердин, В.Х. Возобновляемые источники энергии в изолированных населенных пунктах Российской Арктики / В. Х. Бердин [и др.]. М.: Всемирный фонд дикой природы (WWF), 2017. – 80 с.

8. Коновалова, О.Е. Малая возобновляемая энергетика на северо-западе Арктики / О.Е. Коновалова, Г.В. Никифорова // Труды Кольского научного центра РАН. – 2016. – №1-12 (35). – С. 117–131

9. Powering Canada’s Territories [Электронный ресурс].

10. – Режим доступа: https://sencanada.ca/content/sen/committee/412/enev/rep /rep14jun15-e.pdf.-PoweringCanada’sTerritories. – (Да-та обращения: 19.09.2017).

11. Report on the State of Alternative Energy in the Arctic [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://curve.carleton.ca/system/files/faculty_staff_resear ch_publication/08515c6b-3b39-4c41-ad7b-2c6306cf0379/fac_staff_res_pub_pdf/d9833b6ff19ff098 e44032a87026605f/cherniak-etalalternativeenergyarctic.pdf.- Report on the State of Alternative Energy in the Arctic.- (Дата обращения: 19.09.2017).

12. Karanasios, K. Recent Developments in Renewable Energy in Remote Aboriginal Communities / K. Karanasios, P.

Parker. – NWT, Canada. PCED Vol 16 | Renewable energy in remote Aboriginal communities, NWT. – P. 41–53. DOI: http://dx.doi.org/10.15353/pced.v16i0

13. Karanasios, K. Recent Developments in Renewable Energy in Remote Aboriginal Communities / K. Karanasios, P. Parker. – Yukon, Canada. PCED Vol 16 | Renewable energy in remote Aboriginal communities, Yukon. – P. 29–40. DOI: http://dx.doi.org/10.15353/pced.v16i0

14. Karanasios, K. Recent Developments in Renewable Energy in Remote Aboriginal Communities / K. Karanasios, P. Parker. – Nunavut, Canada. PCED Vol 16 | Renewable energy in remote Aboriginal communities, Nunavut. – P. 54–64. DOI: http://dx.doi.org/10.15353/pced.v16i0

15. Шакирова, В.А. Методика учета влияния облачности на поток солнечной радиации по данным архивов метеостанций / В.А. Шакировa, А.Ю. Артемьев // Системы. Методы. Технологии. – 2014. – № 4 (24). – С. 79–83.

16. Моргунова, М.О. Энергия Арктики / М.О. Моргунова, А.Я. Цуневский / под научн. ред. В. В. Бушуева. – М.: ИЦ «Энергия», 2012. – 84 с.

17. Моргунова, М.О. Энергоснабжение Российской Арктики: углеводороды или ВИЭ / М.О. Моргунова, Д.А. Соловьев // Энергетическая политика. – 2016. – № 5. – С. 44–51.

18. Велькин, В.И. Влияние снежного покрова на эффективность функционирования солнечных ФЭП / В.И. Велькин // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2012. – № 3. – С. 59–62.

19. Саврасов, В.Ф. Анализ использования солнечной энергии в Томской области / В.Ф. Саврасов [и др.] // Известия Томского политехнического университета. – 2011. – Т. 318. – № 4. – С. 107–112.

20. Сурков, М.А. Оценка целесообразности применения фотоэлектрических установок для электроснабжения удаленных потребителей в климатических условиях Севера Российской Федерации/ М.А.Сурков [и др.] // Интернет-журнал «Науковедение». – 2016. – Т. 8. – № 4. – С. 1–13.

21. Соломин, Е.В. Противообледенительная система солнечного модуля на основе инфракрасного излучателя / Е. В. Соломин, В.В. Долгошеев, М.А. Ларцев // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2015. – № 2. – С. 10–15.

22. Самоочистка солнечных батарей от снега, использующая эффект Вентури [Электронный ре-сурс]. – Режим доступа: http://www.teslatehnika.biz/samoochistka-batarei-venturi.html. – (Дата обращения: 29.12.2016).

23. Мартьянов, А.С. Имитационная модель системы освещения на основе фотоэлектрического преобразователя и аккумуляторной батареи / А.С. Мартьянов [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2016. – № 23–24. – С. 21–33.

24. Леонтьева, К.Н. Экономическая эффективность применения альтернативных источников энергии на севере России / К.Н. Леонтьева. – Экономика и современный менеджмент: теория и практика: сб. ст. по матер. XIV междунар. науч.-практ. конф. – Новосибирск: СибАК, 2012.

25. Смоленцев, Д.О. Развитие энергетики Арктики: проблемы и возможности малой генерации / Д.О. Смоленцев // Арктика: экология и экономика. – 2012. – № 3(7). – С. 22–29.

26. Winter Solar Panel Performance and Maintenance [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://us.sunpower.com/home-solar/solar-cell-technology-solutions/winter-solar-panel-performance-and-maintenance/.- Winter Solar Panel Performance and Maintenance. – (Дата обращения: 19.09.2017).

27. Применение альтернативной энергетики в Арктике [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://pro-arctic.ru/04/07/2017/resources/27131. – (Дата обращения: 21.09.2017).

28. Попель, О.С. О перспективах и нишах использования возобновляемых энергоресурсов в Арктике [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://energy.s-kon.ru/o-perspektivah-i-nishahispolzovaniya-vozobnovlyaemyh-energoresursov-v-arktike/. – (Дата обращения: 23.09.2017).

29. Долгошеев, В.В. Электротепловая система противообледенения солнечного модуля / Долгошеев В.В., [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE).