Moj prijatelj Jure, glavni urednik revije Svet elektronike, se vsako leto še posebno potrudi, da mi pošlje res originalno Božično-novoletno čestitko. Letos je bila to kartica s dvema miniaturnima RGB svetlečima diodama in primernim napisom za to priložnost: Srečno $7DF. (Pojasnilo za tiste, ki jim ni do kreativnega razmišljanja: $7DF je 2015 v heksadecimalnem številčnem sistemu.)
Stikalo, s katerim se na Juretovi čestitki izbira barva svetlečih diod, je trak iz tršega papirja z izrezanimi okenci različnih oblik. Ko takšno okence vtaknemo med kontakte in ploščico tiskanega vezja, se aktivirajo različne kombinacije svetlečih segmentov znotraj posamezne diode, kar povzroči, da dioda zasveti v eni izmed sedmih mogočih barv (osma kombinacija ima vse segmente izključene). Zelo učinkovito in hkrati enostavno!
Fotografija novoletne čestitke je prikazana na sliki 1, njena poenostavljena shema pa na sliki 2. Shema je poenostavljena le v tem smislu, da je prikazana samo polovica elementov: na ploščici se namreč nahaja še ena RGB dioda sa svojimi pripadajočimi upori, katerih priključki so povezani na kontakte istih stikal. Pomanjkljivost tako preproste vezave je v tem, da nima nekega časovnega stikala, ki bi po preteku nekega določenega časa izključila LED diode – uporabnik mora za to sam skrbeti, sicer se vgrajena baterija izprazni v nekaj urah. Jure seveda pozna to pomanjkljivost, zato je tudi že napovedal, da bo imela naslednja različica čestitke vgrajen PIC mikrokontroler, ki bo skrbeli za vklapljanje LED diod in njihovo pravočasno ugašanje.
Meni, ki sem znan zaljubljenec v Bascom in AVR mikrokontrolerje, so svetovali, da so PIC-i pač primernejši za takšne naloge!? Ampak – dobro se primi Jure, prihaja rešitev z enim od najmanjših AVR-jev!
Kot prikazuje shema na sliki 3, sem kot časovno stikalo uporabil ATtiny13, in to res samo zato, ker sem ga imel slučajno pri roki. Z enakim uspehom bi lahko uporabili tudi katerikoli drugi manjši AVR mikrokontroler, ki pa bi moral imeti vgrajen Watchdog timer. Čeprav je prikazana le ena RGB dioda, se lahko po potrebi na enak način doda še ena ali celo več – edini pogoj pa je, da ima vsaka dioda svoj lastni set uporov od R1 do R4.
Po moji zamisli naj bi vezje delovalo na naslednji način: mikrokontroler nadzira stanje stikal za izbiro barv (S1-S3) in ko pride do kakršnekoli spremembe njihovega stanja, postavi priključka PB3 in PB4 v stanje logične enice. S tem se na skupni anodi RGB diode pojavi napajalna napetost, zasvetili pa bodo le tisti segmenti, katerih stikala so sklenjena. Ko se programirani čas izteče, mikrokontroler spusti priključka PB3 in PB4 v stanje logične ničle, s čimer RGB dioda izgubi napajanje in zato ugasne. Tu lahko tudi opazimo, da mikrokontroler ne določa barve RGB diode, ampak je njegova naloga le njen vklop in izklop.
Osnovna zahteva za takšno vezje je, da je poraba mikrokontrolerja čim manjša, da bi čim več energije, ki je shranjena v gumbasti bateriji CR3032, ostalo za delovanje LED diode. Poraba mikrokontrolerja je najmanjša takrat, ko se nahaja v tako imenovanem power down načinu mirovanja: takrat so vsa vezja znotraj mikrokontrolerja brez napajanja in nimajo nobene porabe.
Speči mikrokontroler ne more izvajati nobenih logičnih operacij: za to ga vseeno treba prebuditi. Iz globokega spanja v power down načinu mirovanja lahko mikrokontroler prebudita dva dogodka, ki nam ravno ustrezata: spremenjeno stanje na vhodnih priključkih ali prekinitev, ki jo povzroči Watchdog timer. Ker mora RGB dioda zasvetiti v trenutku spremembe stanja stikal, se zdi povsem logična izbira, da bi mikrokontroler prebudila sama sprememba stanja. Da bi bilo to mogoče, bi morali biti pull-up upori znotraj mikrokontrolerja vedno vključeni. No, to bi bilo zelo neracionalno: čeprav mikrokontroler spi, bi prek vsakega od priključkov PB0, PB1 in PB2 v stikala neprestano tekel tok okrog 80 µA.
RGB čestitka
2015_SE235_38
