Digitrode

Современные системы безопасности дома от различных угроз, а также системы типа "Умный дом", должны оповещать своего хозяина не только о непрошеных гостях, но и о коммунальных проблемах. К наиболее распространенным первоочередным таким проблемам можно отнести утечку воды. Для детектирования такой опасности служат датчики воды, которые своевременно могут сообщить об угрозе, чтобы интеллектуальная система, как минимум, оповестила хозяина, а еще лучше устранила угрозу, например, закрыв кран или еще каким-либо образом остановила подачу воды. Такие датчики могут применяться еще в качестве сенсоров влажности почвы, чтобы вовремя организовывать полив растений.

Сегодня датчики воды можно купить, и стоят они относительно недорого. Но если по близости от вас нет подходящего магазина радиокомпонентов с такими датчиками в наличии, а ждать заказ из интернет-магазина долго и накладно из-за дополнительной стоимости пересылки, то простой датчик воды можно сделать самостоятельно своими руками. Причем он получится дешевле фирменного, поскольку состоит он из дешевых компонентов.

Ниже приведена схема простого датчика воды, который может использоваться в качестве датчика дождя, детектора протечки крана, датчика уровня воды для нагревателей ванн, датчика влажности в цветочных горшках и др.

Эта схема, по сути, представляет собой цепь активации твердотельного реле, которое способно подключать определенную нагрузку.

Интересной особенностью микроконтроллеров серии ATmega является встроенный датчик температуры, показания которого можно прочитать, используя внутренний АЦП. На текущий момент среди МК ATmega насчитывается 18 представителей с датчиком температуры: AT90PWM161, AT90PWM81, ATmega168A, ATmega168P, ATmega168PA, ATmega16M1, ATmega16U4, ATmega328, ATmega328P, ATmega32M1, ATmega32U4, ATmega48A, ATmega48P, ATmega48PA, ATmega64M1, ATmega88A, ATmega88P и ATmega88PA.

Проблема в том, что этот датчик измеряет температуру кристалла и для повседневных нужд, вроде измерения окружающей температуры, изначально он не пригоден. Но, используя известную разницу между температурой окружающего воздуха и температурой кристалла, можно найти эту температуру. В Arduino Leonardo и Arduino Pro Micro применяется ATMEGA32u4, поэтому для них нижеприведенный код подойдет без изменений, для других микроконтроллеров нужно уточнять регистры.

Структура If/Else

Последний основной момент Verilog, который мы разберем в рамках данного базового курса, это структура If/Else. При корректном использовании она представляет собой крайне полезный инструмент.

Сначала рассмотрим несколько правил, которые нужно соблюдать в отношении структуры If/Else в Verilog:

При программировании приложений для встраиваемых систем удобно пользоваться конечными автоматами.

Они дают ряд преимуществ:

• Вы можете перевести требования системы в диаграмму состояний или в таблицу состояний переходов.
  

• По диаграмме состояний или таблице состояний переходов вы можете проверить правильность проекта до написания программы.
  

• Это облегчает понимание кода.
  

• Вы можете быстро сопоставлять друг с другом код и требования к системе.
  

• Обеспечивается детерминизм, то есть вы сможете точно знать, что делает система в определенный момент.
  

При использовании автоматного подхода важно грамотно организовать конечный автомат у себя в коде. Поэтому ниже приводится шаблон конечного автомата, написанный на языке C. Он не сложен и позволяет понять принцип работы конечных автоматов. Овладев этим инструментом, его в последствии можно будет масштабировать на более сложные программные архитектуры.

Поведенческое описание схем на Verilog

До сих пор мы рассматривали только структурную логику на Verilog, когда поведение схемы определяется только один раз, и эта схема не изменяется в зависимости от входных состояний (меняется только выходное значение в соответствии со спроектированной цепью). Поведенческая логика позволяет вам изменить поведение схемы на основе информации о сигналах на входах. Идея этого подхода напоминает циклы с условиями и конструкции типа if/else/case в C/C++.

Always-блоки

Сочетание слов «Verilog» и «поведенческий» у знающих людей вызывает ассоциацию с always-блоками. Always-блок представляет собой кодовую структуру, которая переопределяется всякий раз, когда изменяется состояние триггера. Что это значит? Рассмотрим простой always-блок с двумя входами sw0 и sw1.

Хотя с развитием вычислительной техники и повышением ее производительности ассемблер используют все реже и реже, поскольку языки высокого уровня отлично справляются со своими задачами, а их компиляторы позволяют максимально оптимизировать код, все-таки изучение ассемблера для понимания базовых принципов работы вычислительных систем по-прежнему важно.

Чтобы процесс изучения проходил быстро, удобно и легко, Марко Швейгхаузер (Marco Schweighauser) написал простой симулятор ассемблера, который запускается из браузера и имеет интуитивно понятный интерфейс.

В этой статье приводится интересная схема для любителей экспериментов и Arduino. В ней представлен простой цифровой вольтметр, который может безопасно измерять постоянное напряжение в диапазоне от 0 до 30 В. Сама плата Arduino может питаться от стандартного источника 9 В.

Как известно, с помощью аналогового входа Arduino можно измерить напряжение от 0 до 5 В (при стандартном опорном напряжении 5 В). Но этот диапазон можно расширить, воспользовавшись делителем напряжения. Делитель понижает измеряемое напряжение до приемлемого для аналогового входа уровня. Затем специально написанный код высчитывает фактическое напряжение.

Циклы в Verilog

В предыдущей части мы на простом примере познакомились с принципом модульной конструкции в Verilog и создали RS-триггеры с помощью концепции модуля-экземпляра.

Но что нам делать, если потребуется создать много (например, 50) D-триггеров, которые должны быть соединены между собой в соответствии со схемой делителя частоты? Мы уже знаем, как сделать общий модуль для D-триггера, поэтому нужно сделать 50 экземпляров этого модуля и соединить входы тактового сигнала каждого модуля с выходом предыдущего, также подвести сигнал Сброс (Reset) ко всем модулям и вывод D через инверсию соединить с выходом Q. В общем, нужно сделать всё то, что показано на рисунке:

Вручную писать столько экземпляров (50 штук по 6 строк в каждом – 300 строк!) – не практично. Поэтому в Verilog для генерации большого числа одинаковых модулей мы можем воспользоваться циклом контроллера счетчика, который является чем-то вроде цикла for. Но, чтобы этот цикл работал правильно, мы должны тщательно продумать структуру делителя частоты.

Представленную ниже схему реле температуры можно использовать для сигнализации при пожаре или для контроля температуры в помещении.

Модульная конструкция

Модульная конструкция проекта – это, пожалуй, базовый принцип построения схем на ПЛИС, поэтому этой теме стоит уделить пристальное внимание.

Ранее мы уже касались термина «модуль», но теперь мы уточним некоторые важные нюансы. Каждый исходный файл Verilog содержит один и только один раздел определения модуля. Тогда как мы можем создавать сложные проекты, которые включают в себя множество мелких модулей? Давайте в качестве примера возьмем создание цепи управления светодиодом с использованием таймера. Что нужно для нашей схемы, чтобы светодиод мигал каждую секунду при нажатии, например, какой-нибудь кнопки, которая подавала бы на вход лог. «1»? Также на входе у нас есть таймер 50 МГц.