Простой цифровой термометр-гигрометр на AM2302 (DHT22), ATtiny13 и MAX7219

Цифровой датчик температуры и влажности AM2302 (DHT22) достаточно популярен в сегменте DIY, так как при невысокой стоимости (если рассматривать реплики, сделанные в Китае) он обеспечивает неплохую точность измерений и весьма прост в подключении (три провода, включая питание). Однако, большинство примеров использования этого датчика рассчитаны на Arduino и написаны на языке программирования С/С++. Это прекрасно подойдет, если вы хотите ознакомиться с функционалом датчика или «по-быстрому» прикрутить термометр к уже существующему устройству. Но если же вы хотите собрать именно термометр/гигрометр и только его, использование целой платы Arduino (или просто большого МК с парой десятков выводов) вполне справедливо может показаться излишним.

В данной статье пойдет речь о простом термометре/гигрометре (далее – просто термометре), выполненном на одном из самых «маленьких» микроконтроллеров — ATtiny13 с весьма скромными характеристиками – 1Кб программной памяти, 64 байтами ОЗУ и 5-ю (6-ю, если отключить вывод сброса) интерфейсными выводами. В статье предполагается, что читатель уже немного знаком с микроконтроллерами AVR и их программированием, но статья, в основном, ориентирована на новичков в этой области. Кстати, о языке программирования – программа термометра полностью написана на ассемблере.

Итак, начнем. Для отображения информации о температуре и влажности был выбран 8-разрядный 7-сегментный светодиодный индикатор, позволяющий отображать оба параметра сразу без необходимости переключения между ними. Такой индикатор имеет 16 выводов (8 сегментов + 8 разрядов), что явно «не под силу» небольшому контроллеру ATtiny13. К счастью, фирма Maxim выпускает микросхему MAX7219, специально предназначенную для таких случаев – внутри микросхемы содержится весь функционал динамической индикации на 8 разрядов плюс последовательный интерфейс, совместимый с SPI. Таким образом, с этой микросхемой весь наш индикатор можно подключить к МК с помощью всего трех проводов (не считая землю и питание). Вот это уже вполне подходит для контроллера с 5-ю интерфейсными выводами. К слову, стоимость одного комплекта из индикатора, микросхемы и печатной платы в сборе составила всего $1.3 на aliexpress.

В качестве датчика температуры и влажности используется, как было сказано выше, AM2302. Он подключается к МК с помощью только одного провода. Таким образом, из имеющихся в наличии 5-ти интерфейсных выводов МК используются только 4, и на оставшийся 5-й можно «повесить» какую-либо дополнительную функцию. Также, если у вас в наличии есть HVSP-программатор, можно отключить вывод сброса и использовать его как 6-й интерфейсный вывод, но это несколько затруднит обновление прошивки МК.

Итак, вся схема термометра представлена на рисунке ниже:

Поскольку все интерфейсы для работы с внешними устройствами МК реализованы программно, то выбор выводов (пинов), к которым подключается тот или иной сигнал – чисто произвольный и сделан, скорее всего, по принципу «куда было удобнее вставить этот проводок на макетной плате». Так что смело можно выбирать и другие выводы, надо будет только в коде поправить их номер. Единственное ограничение – не стоит подключать датчик температуры к одному из выводов, используемых для программирования МК через SPI – это может создать конфликт, т.к. выходы двух устройств окажутся соединенными вместе, что недопустимо с электрической точки зрения.

Теперь, когда с подключением датчика и индикатора все ясно, приступаем к написанию непосредственно кода. И тут нас ожидает новый «вызов» — ATtiny13 не имеет на борту никаких последовательных интерфейсов, т.е. всю их логику придется реализовывать программно. К счастью, реализация SPI для MAX7219 не составляет особого труда, т.к. протокол синхронный, микросхема работает на частоте до 10Мгц, да и интерфейс в нашей схеме работает только на вывод. А вот общение с АМ2302 будет более сложной задачей, потому что он подключается только одним проводом, данные по которому передаются в обе стороны и скорость передачи полностью определяется самим датчиком. Тут следует сказать, что большинство библиотек для работы с АМ2302 идут по «простому пути» — запрещают прерывания и считывают всю информацию с датчика одним вызовом функции. Это простое и надежное решение, но оно вряд ли подойдет, если на МК возложены какие-либо другие функции реального времени (например, динамическая индикация или непрерывный анализ данных из других источников), потому как весь цикл чтения информации о температуре и влажности занимает от 4-х до 6-ти миллисекунд (в зависимости от передаваемых данных). Не смотря на то, что в данном термометре никаких других функций реального времени нет, было принято решение написать универсальный код, который бы считывал информацию с датчика «в фоновом режиме», т.е. на прерываниях.

Для максимального упрощения схемы ATtiny13 тактируется от встроенного RC-генератора, выдающего около 9.6Мгц. Это позволяет, вызывая прерывание каждые 128 тактов процессора, получить частоту опроса АМ2302 75КГц или 13.33 микросекунды между соседними опросами. По спецификации АМ2302 минимальная длительность импульса на его выходе составляет 26 микросекунд, что практически в два раза превышает интервал опроса и гарантирует стабильное чтение данных. Конечно, 128 тактов между двумя прерываниями не очень-то много для реализации алгоритма опроса, но AVR выполняет большинство команд за 1 такт, поэтому написать работающую программу при таких условиях вполне возможно, еще и останется время для выполнения основной программы.

АМ2302 по спецификации можно опрашивать не чаще, чем один раз в две секунды. Однако практика показывает, что он вполне способен отдавать результат и чаще – до нескольких раз в секунду, при условии, что после включения питания ему дадут 1-2 секунды (по спецификации – 2) на инициализацию. В данном термометре датчик опрашивается один раз в секунду, однако интервал опроса легко изменить на любое другое значение.

К сожалению, АМ2302 (возможно, тут сказывается его китайское происхождение) имеет достаточно большую погрешность результата – два последовательных запроса температуры могут вернуть разницу в 0.5 или даже более градусов, поэтому было решено программно усреднять данные последних 8-ми измерений, чтобы показания термометра не прыгали.

Теперь перейдем непосредственно к коду. Исходный asm и результирующий hex-файл размещен в приложении в конце статьи, здесь же я поясню основные моменты. Будет удобно открыть исходный код программы в другом окне и смотреть туда в процессе чтения статьи.

В начале программы идет два важных определения:

#define SKIPNEXT1W (PC + 2)
#define DS(var) Y + var - _dataStart

Первое позволяет осуществлять условный переход через следующую команду размером 16бит (1 слово, большинство команд AVR), т.е. пропускать ее без введения дополнительной метки, например:

	inc	R16
	cpi	R16, 5
	brne	SKIPNEXT1W
	dec	R16
	...

Второе позволяет обращаться к первым 64-м байтам оперативной памяти МК с помощью 16-битных команд. Здесь расскажу подробнее – обычно для чтения или записи в ОЗУ МК применяются команды lds/sts, которые занимают 2 слова (32 бита) и выполняются за 2 такта. Они позволяют адресовать до 64Кб (без расширений) ОЗУ. К сожалению, размер в 32 бита (4 байта) – это уже весьма много для МК с объемом программной памяти всего 1Кб. Поэтому, для экономии программной памяти в регистр Y МК при старте помещается адрес начала ОЗУ (0x60 для ATtiny13), больше в процессе работы программы этот регистр никто не меняет, а доступ к первым 64 байтам ОЗУ выполняется с помощью косвенной адресации со смещением по регистру Y, например:

	ldd	R16, Y + 6

Команды ldd/std также выполняются за 2 такта, но занимают только 16 бит (2 байта), т.е. по сравнению с командами lds/sts такой вид адресации позволяет экономить половину объема программной памяти. Для того, чтобы не высчитывать в каждой команде смещение какой-либо переменной вручную, в самом начале сегмента данных ставится метка _dataStart:

.dseg
_dataStart:
...
testVar:		.byte	1

А в команде используется макрос DS (сокращение от Data Segment):

	ldd	R16, DS (testVar)

Компилятор преобразует это в строку:

	ldd	R16, Y + testVar - _dataStart

Автоматически высчитывая нужное смещение. Следует отметить, что такой вид адресации ограничен возможностями самой команды ldd, а это первые 64 байта относительно базового регистра. Но, в случае с ATtiny13, которая имеет как раз 64 байта ОЗУ на борту, он позволяет адресовать всю память. Тем не менее, в других МК, имеющих больший объем ОЗУ, также возможно применять данный способ, размещая наиболее часто адресуемые переменные в первых 64-х байтах сегмента данных. Расплата за такой способ адресации – регистр Y (два 8-битных регистра R28 и R29), значение которого нельзя менять ни в какой точке программы.

Далее в программе определяются номера битов порта В (именно битов внутри байта, не физических выводов микросхемы), к которым подключены внешние устройства. Поскольку все протоколы взаимодействия с устройствами программные, номера битов можно менять без каких-либо ограничений.

Особенностью МК AVR является то, что первые 16 регистров R0 – R15 являются «неполноценными», с ними не работают команды, содержащие внутри себя операнд – например, ldi или subi. Т.е. чтобы даже загрузить значение, отличное от 0 в один из этих регистров, надо использовать дополнительный регистр:

	ldi	R16, 32
	mov	R0, R16

Поэтому, часто такие регистры используются как «переменные с быстрым доступом». Для этого компилятор имеет директиву .def, позволяющую присвоить регистру дополнительное символьное имя, например:

.def	R_TS = R0

В программе термометра регистр R0 всегда хранит состояние приемника данных АМ2302, регистр R1 используется для подсчета времени приема сигнала, R2 содержит принимаемые данные, R3 используется как счетчик таймера, увеличивающегося с частотой 100Гц, а R4 и R5 – как обратный счетчик таймера 75КГц, считающего от 749 до 0.

Сегмент данных МК поделен на 4 части – блок принятых с АМ2302 данных (5 байт), буфер для десятичной печати числа (4 байта), буфер для усреднения показаний термометра и гигрометра на 8 значений (8*2*2 = 32 байта) и стек МК (ему отделена вся оставшаяся память, т.е. 23 байта). В действительности, конечно, стек занимает меньше, и в памяти можно еще найти несколько байт для дополнительных функций, но увлекаться уже не стоит.

Теперь перейдем непосредственно к сегменту кода. Он традиционно начинается с таблицы прерываний, для ATtiny13 это 10 векторов, включая вектор сброса. Неиспользуемые прерывания сразу же содержат команду reti, используемые (а их два) – команду перехода на обработчик. Термометр использует два прерывания, обслуживаемые одним обработчиком – это прерывание по переполнению таймера и прерывание по равенству таймера значению OCRA. Можно было бы обойтись одним, однако такой метод на 2 команды короче (не надо изменять режим работы таймера с обычного на СТС).

Сразу после векторов прерываний идет таблица перевода цифр в коды для зажигания 7-сегментных индикаторов. Можно было бы воспользоваться встроенной в MAX7219 функцией декодирования, однако тогда было бы сложнее выводить на индикатор строковые сообщения.
За таблицей начинается программа инициализации термометра, выполняемая сразу после сброса МК. Она выполняет начальную установку указателя стека МК, сторожевого таймера watchdog (устанавливается на 4 секунды), занесение начальных значений в регистры МК, а также инициализацию портов ввода-вывода, MAX7219 и основного таймера МК. После этого программа ждет 2 секунды, пока инициализируется АМ2302 (демонстрируя простую анимацию из гаснущих знаков «минус» на дисплее) и переходит в свой основной цикл.

Основной цикл начинается с инициации запроса к АМ2302 посредством изменения состояния приемника данных в регистре R_TS (R0). Ближайшее прерывание таймера определит изменение состояния и начнет цикл опроса датчика. По его завершению в биты состояния регистра R_TS будет помещено значение TMS_NONE, а до этого момента основная программа может выполнять любые действия. В данном случае выполнять нечего, поэтому программа просто переводит МК в режим сна (sleep) и ждет окончания цикла опроса.

После завершения опроса бит 3 регистра состояния определяет, были ли данные получены успешно (значение 1) или же произошла ошибка (значение 0). В случае успешного получения данных программа проверяет их контрольную сумму и, по необходимости, передает управление обработчику ошибки. Обработчик ошибки считает количество ошибок, идущих подряд, и как только это значение станет равным трем, выводит на дисплей сообщение «Sn Error», сигнализирующее о неисправности сенсора или соединительной линии. Как только данные о температуре и влажности будут получены успешно, счетчик ошибок сбрасывается. Такой механизм позволяет игнорировать одиночные ошибки сенсора, которые время от времени имеют место в реальной жизни.

В случае успешного получения данных, предыдущие измерения, находящиеся в буфере усреднения данных, сдвигаются вверх, и новые данные добавляются в его начало. Параллельно вычисляются средние значения, которые будут показаны на дисплее. Тут следует отметить, что АМ2302 выдает отрицательную температуру не в дополнительном коде, привычном для обработки процессорами, а в виде абсолютного значения температуры и отдельного бита её знака. Для того чтобы складывать такие числа и вычислять их средние значения, используя обычные команды МК, данные надо перевести в дополнительный код.

Поскольку изначально буфер усреднения не инициализируется, средние значения температуры и влажности отображаются только после проведения восьми успешных измерений. До этого момента на дисплей выводятся текущие значения. На практике это означает, что в первые 8 секунд после включения термометра значения температуры и влажности могут прыгать в пределах градуса, после чего показания стабилизируются. Следует сказать, что усреднение из 8-ми последних значений очень благотворно влияет на показания термометра – теперь они в основном изменяются не более чем на 0.1 градуса в секунду.

Температура выводится на дисплей в формате « х.х», « хх.х», «ххх.х», «- х.х» или «-хх.х» в зависимости от ее значения. Влажность выводится в формате « х.х» или « хх.х». Для преобразования двоичного числа, находящегося в регистре Х в десятичную форму (в соответствии с кодами для 7-сегментного индикатора), применяется функция printDecX. Поскольку МК не имеет команды деления, функция основана на последовательном вычитании из исходного числа значений 1000, 100 и 10. Максимальное число, которое может вывести функция – 9999, если при её вызове в регистре Х окажется число больше, функция вернет ошибку переполнения, установив флаг переноса.

Для работы с MAX7219 применяется функция maxWriteWord, которая записывает значение из регистра XL МК в регистр MAX, номер которого задан в регистре XH. После вывода значений текущей температуры и влажности на дисплей, программа делает задержку в 1 секунду и повторяет основной цикл заново. Для реализации задержки используется функция wait100Hz, которая выполняет задержку на время R16*0.01c с использованием счетчика R_TICK100, увеличение которого происходит по прерыванию таймера.

Получение данных с датчика температуры выполняется с помощью функции am2302proc, которая вызывается из обработчика прерывания таймера. Функция представляет собой конечный автомат, состояние которого хранится в регистре R_TS (R0) МК. В зависимости от состояния функция ждет определенного уровня сигнала от датчика, инициируя передачу и последовательно получая все 40 бит передаваемой информации. Синхронизация происходит на каждом изменении уровня входного сигнала, поэтому особой точности от частоты прерываний таймера не требуется (что позволяет МК работать от встроенного генератора). Функция состоит из быстрого обработчика состояния простоя (TMS_NONE), позволяющего минимизировать нагрузку на процессор МК в то время, когда обмена данными с датчиком не происходит, обработчика таймаута, предназначенного для сброса автомата в исходное состояние, если ожидаемый сигнал не приходит длительное время (около 3 мс), и обработчиков каждого отдельного состояния автомата. Следует отметить, что данная функция не обладает помехозащищенностью – если даже импульсная помеха изменит уровень линии данных на короткий промежуток времени, но именно он попадет на операцию чтения из порта, функция прочитает неверные данные. Для компенсации этого в основной программе происходит проверка контрольной суммы прочитанных данных, поэтому отображение неверной информации практически исключено. Однако такая реализация может оказаться не самой лучшей, если вы захотите вынести датчик за пределы термометра и подключить его к МК соединительной линией большой длины.

На данный момент термометр собран на макетной плате и выглядит следующим образом:

В будущем планируется поместить термометр внутрь корпуса существующих электронных часов, организовав его питание от БП часов.

Текущая программа занимает около 75% программной памяти МК. Что можно добавить в программу? Возможно, кому-то пригодится изменение яркости свечения дисплея (это реализовано непосредственно в драйвере MAX7219) по внешней кнопке или датчику освещенности (используя встроенный в МК АЦП и свободный интерфейсный вывод), кому-то может пригодиться запоминание и отображение минимальной и максимальной температуры. Для небольших доработок место еще есть. Более крупные доработки могут потребовать смену МК на другой, имеющий на борту больше программной и оперативной памяти. Что касается интерфейсных выводов – на данный момент у МК есть один полностью незадействованный вывод и еще один можно получить, отключив RESET. Также два вывода из интерфейса SPI (DATA и CLK) можно использовать для других функций, т.к. пока на выводе CS не будет низкого уровня (конкретно для МАХ7219 важен переход с низкого уровня на высокий) сигналы на этих выводах значения не имеют. Т.е., в принципе, заменив МК на более мощный, например, ATtiny85, можно подключить к термометру Real Time Clock (RTC) и до четырех кнопок.

Моей же целью было именно создание простого термометра/гигрометра, поэтому, скорее всего, я оставлю его себе в таком виде.

// *********************************************
// *** Simple digital thermometer/hygrometer ***
// *********************************************
// ***         (c) SD, 14.03.2016            ***
// *********************************************

// Based on ATtiny13, AM2303 and MAX7219

// **************
// *** Clocks ***
// **************

// MCU clock frequency is 9.6MHz (internal oscillator)
// Timer frequency is 75KHz = 9.6MHz/128
// (13.3 us between interrupts)

#define SKIPNEXT1W (PC + 2)
#define DS(var) Y + var - _dataStart

// ************
// *** Pins ***
// ************

// MAX7219 output pins
.equ	MAX_DIN = 0
.equ	MAX_CS = 1
.equ	MAX_CLK = 4

// AM2302 input pin
.equ	AM2302_PIN = 3

// MAX7219 registers
.equ	MAX_DECODE = 0x09
.equ	MAX_INTENSITY = 0x0A
.equ	MAX_SCANLIMIT = 0x0B
.equ	MAX_SHUTDOWN = 0x0C
.equ	MAX_DISPTEST = 0x0F

// Temperature measurement state register
// Bits 0 - 2 define the byte number being received
// Bit 3 is set when there are valid data received
// Bits 4 - 7 define the current receiver state
.def	R_TS = R0

// Temperature measurement tick
.def	R_TT = R1

// Temperature data register
.def	R_TD = R2

// Temperature measurement states
.equ	TMS_NONE =			0x00	// TMS_NONE - do nothing an wait until
									// somebody changes the state
.equ	TMS_START =			0x10	// Start of the measurement cycle
.equ	TMS_ST_LOW =		0x20	// Initial low signal is being sent
									// (1 ms = 75 timer ticks)
.equ	TMS_WRSP_LOW =		0x30	// Initial low signal has been sent,
									// waiting for the response low signal
.equ	TMS_WRSP_HIGH =		0x40	// Response low signal has been received,
									// waiting for the response high signal
.equ	TMS_W1ST_BIT_LOW =	0x50	// Waiting for the first bit low signal
.equ	TMS_WBIT_HIGH =		0x60	// Waiting for the bit high signal
.equ	TMS_WBIT_LOW =		0x70	// Waiting for the bit low signal
.equ	TMS_WHIGH =			0x80	// Waiting for the final high signal

// Timer 100Hz tick counter
// (counts upwards from 0 to 255)
.def	R_TICK100 = R3

// Timer 16bit 75KHz tick counter
// (counts downwords from 749 to 0)
.def	R_TICKL = R4
.def	R_TICKH = R5

// ************
// *** Data ***
// ************

.dseg
_dataStart:							// Data start label

tempData:			.byte	5		// Data, received from the AM2302 sensor
displayData:		.byte	4		// Decimal printing result

.equ	DATA_BUF_SIZE =		8		// AM2302 data buffer size in samples
									// (each sample is 4 bytes)

dataBuffer:			.byte	DATA_BUF_SIZE*4

.cseg
.org	0

	// *** Interrupts ***

	// Reset Handler
	rjmp	start

	// IRQ0 Handler
	reti
	
	// PCINT0 Handler
	reti

	// Timer0 Overflow Handler
	rjmp	timerOvfl

	// EEPROM Ready Handler
	reti
	
	// Analog Comparator Handler
	reti

	// Timer0 CompareA Handler
	rjmp	timerCompA

	// Timer0 CompareB Handler
	reti

	// Watchdog Interrupt Handler
	reti

	// ADC Conversion Handler
	reti

// Table to convert decimal digit into 7-segment code
hexTable:
	.db		0b01111110, 0b00110000, 0b01101101, 0b01111001
	.db		0b00110011, 0b01011011, 0b01011111, 0b01110010
	.db		0b01111111, 0b01111011

start:
	cli
	ldi		R16, RAMEND
	out		(SPL), R16

	// Init watchdog (4s interval)
	wdr
	ldi		R16, (1 << WDCE) | (1 << WDE)
	out		(WDTCR), R16
	ldi		R16, (1 << WDE) | (1 << WDP3)
	out		(WDTCR), R16

	// Init registers
	ldi		YL, low (_dataStart)
	ldi		YH, high (_dataStart)
	clr		R_TS
	clr		R_TT
	clr		R_TICKL
	clr		R_TICKH
	clr		R_TICK100

	// Init ports
	out		(PORTB), R_TS
	ldi		R16, (1 << MAX_DIN) | (1 << MAX_CS) | (1 << MAX_CLK)
	out		(DDRB), R16

	// Init LED driver
	// Set all digits to "-"
	ldi		XL, 0b00000001
	ldi		XH, 1
init1:
	rcall	maxWriteWord
	cpi		XH, 9
	brne	init1

	// Set control registers
	ldi		XL, 0					// Decode
	rcall	maxWriteWord
	ldi		XL, 4					// Intensity
	rcall	maxWriteWord
	ldi		XL, 7					// Scan limit
	rcall	maxWriteWord
	ldi		XL, 1					// Shutdown
	rcall	maxWriteWord
	ldi		XH, 0x0F
	ldi		XL, 0					// Display test
	rcall	maxWriteWord

	// Init timer for 1 interrupt each 128 CPU cycles
	ldi		R16, 127
	out		(OCR0A), R16
	ldi		R16, 0b00000110
	out		(TIMSK0), R16
	ldi		R16, 0b00000001
	out		(TCCR0B), R16

	// First part of the initialization is done.
	// Enable interrupts
	sei

	// Wait 2 sec (while AM2302 initialize itself)
	// with little animation
	ldi		XH, 1
	ldi		XL, 0
init2:
	ldi		R16, 25
	rcall	wait100Hz
	rcall	maxWriteWord
	cpi		XH, 9
	brne	init2

	// R6 will contain the number of
	// measurement values received
	clr		R6

	// R7 will contain the number of
	// continious errors
	clr		R7

loop:
	// Reset watchdog timer
	wdr

	// Initiate measurement
	ldi		R16, TMS_START
	mov		R_TS, R16

loop1:
	// Wait for the TMS_NONE state
	// which indicates that the measurement
	// is done
	sleep

	mov		R16, R_TS
	andi	R16, 0xF0
	brne	loop1

	// Do we have the valid data?
	sbrs	R_TS, 3
loop_error1:
	rjmp	loop_error

	// Check control sum of the received data
	ldd		R16, DS (tempData)
	ldd		ZL, DS (tempData + 1)
	add		R16, ZL
	ldd		ZL, DS (tempData + 2)
	add		R16, ZL
	ldd		ZL, DS (tempData + 3)
	add		R16, ZL
	ldd		ZL, DS (tempData + 4)
	cp		R16, ZL
	brne	loop_error1

	// We have valid new measurement data,
	// reset error count
	clr		R7

	// Move up data in the buffer
	// and count the sum at the same time.
	// R12:R13 will contain the humidity value and
	// R14:R15 the temperature value
	clr		R12
	clr		R13
	clr		R14
	clr		R15
	ldi		ZL, low (dataBuffer + (DATA_BUF_SIZE - 2)*4)
	ldi		ZH, 0
buf1:
	ldd		R16, Z + 0
	ldd		R17, Z + 1
	std		Z + 4, R16
	std		Z + 5, R17
	add		R12, R16
	adc		R13, R17

	ldd		R16, Z + 2
	ldd		R17, Z + 3
	std		Z + 6, R16
	std		Z + 7, R17
	add		R14, R16
	adc		R15, R17

	subi	ZL, 4
	cpi		ZL, low (dataBuffer - 4)
	brne	buf1

	// Add new humidity value to the buffer
	// and to the sum
	ldd		R16, DS (tempData + 1)
	ldd		R17, DS (tempData)
	std		DS (dataBuffer + 0), R16
	std		DS (dataBuffer + 1), R17
	add		R12, R16
	adc		R13, R17

	// Add new temperature value to the buffer
	// and to the sum
	ldd		R16, DS (tempData + 3)
	ldd		R17, DS (tempData + 2)
	
	// Check for a negative value
	and		R17, R17
	brpl	buf2

	// Convert negative temperature to the 2's
	// complement form
	clr		ZL
	andi	R17, 0x7F
	neg		R16
	sbc		ZL, R17
	mov		R17, ZL

buf2:
	std		DS (dataBuffer + 2), R16
	std		DS (dataBuffer + 3), R17
	add		R14, R16
	adc		R15, R17

	// Divide the humidity and temperature
	// sum values by 8 (by shifting them right
	// three times)
	ldi		R16, 3
buf3:
	asr		R15
	ror		R14
	asr		R13
	ror		R12
	dec		R16
	brne	buf3

	// Do we have 8 full measurements?
	mov		R16, R6
	cpi		R16, 7
	
	// If so, use the average values from
	// the buffer
	breq	buf4

	// Otherwise use the latest measurement
	ldd		R12, DS (dataBuffer + 0)
	ldd		R13, DS (dataBuffer + 1)
	ldd		R14, DS (dataBuffer + 2)
	ldd		R15, DS (dataBuffer + 3)
	inc		R6

buf4:
	// Print out values

	// *** Humidity ***
	movw	X, R12
	rcall	printDecX

	ldi		XH, 1
	ldd		XL, DS (displayData + 3)
	rcall	maxWriteWord

	ldd		XL, DS (displayData + 2)
	ori		XL, 0x80
	rcall	maxWriteWord

	ldd		XL, DS (displayData + 1)
	rcall	maxWriteWord

	ldd		XL, DS (displayData)
	rcall	maxWriteWord

	// *** Temperature ***
	movw	X, R14

	// Check for a negative value
	and		XH, XH
	brpl	buf5

	// Calculate the absolute value
	clr		ZL
	neg		XL
	sbc		ZL, XH
	mov		XH, ZL

buf5:
	rcall	printDecX

	ldi		XH, 5
	ldd		XL, DS (displayData + 3)
	rcall	maxWriteWord

	ldd		XL, DS (displayData + 2)
	ori		XL, 0x80
	rcall	maxWriteWord

	ldd		XL, DS (displayData + 1)
	rcall	maxWriteWord

	// If temperature is negative
	// write the minus sign to the first digit
	// (temperatures of -100.0 and below
	// are not supported anyway)
	ldd		XL, DS (displayData)
	and		R15, R15
	brpl	SKIPNEXT1W
	ldi		XL, 1
	rcall	maxWriteWord

loop2:
	// Wait for 1 sec
	ldi		R16, 100
	rcall	wait100Hz

	// And repeat
	rjmp	loop

loop_error:
	// An error had occured.
	// Increment error count
	inc		R7

	// Do we have 3 or more errors in a row?
	mov		R16, R7
	cpi		R16, 3

	// No? Just do nothing
	brne	loop2

	// Prevent error count from growing
	dec		R7

	// Display error
	ldi		ZL, low (errText*2)
	ldi		ZH, high (errText*2)
	rcall	maxWrite8Bytes
	rjmp	loop2

errText:
	// "Sn Error"
	.db		0b00000101, 0b00011101, 0b00000101, 0b00000101
	.db		0b01001111, 0b00000000, 0b00010101, 0b01011011

// **********
// Waits given number (R16) of 100Hz ticks
// Uses: Z
wait100Hz:
	// Enable sleep
	ldi		ZL, 0b00100000
	out		(MCUCR), ZL
	
	mov		ZL, R_TICK100
w100:
	sleep
	mov		ZH, R_TICK100
	sub		ZH, ZL
	cp		ZH, R16
	brcs	w100
	ret

// Timer interrupt

timerOvfl:
timerCompA:
	push	R16
	in		R16, (SREG)
	push	R16
	push	ZL
	push	ZH

	// Receive AM2303 data
	rcall	am2302proc

	// Decrement current 75KHz tick
	ldi		R16, 1
	sub		R_TICKL, R16
	brcc	timerRet
	sub		R_TICKH, R16
	brcc	timerRet

	// Initialize 75KHz tick value
	ldi		ZL, low (750 - 1)
	ldi		ZH, high (750 - 1)
	movw	R_TICKL, Z

	// Increment current 100Hz tick
	inc		R_TICK100

timerRet:
	pop		ZH
	pop		ZL
	pop		R16
	out		(SREG), R16
	pop		R16
	reti

// **************
// *** AM2302 ***
// **************

amStart:
	// Send the start low signal.
	// Switch corresponding PORTB pin to output
	// (there is already 0 in the PORTB register)
	sbi		(DDRB), AM2302_PIN
	ldi		R16, TMS_ST_LOW
	rjmp	amSetState

amStartLow:
	// Initial start low signal is being sent.
	// Wait for 75 ticks
	cpi		R16, 75
	brne	amNone

	// Switch PORTB pin back to input
	cbi		(DDRB), AM2302_PIN
	ldi		R16, TMS_WRSP_LOW

	// Do not check AM2303 input pin at this tick
	// since it's possible that it has not recovered
	// from the low state yet.
	rjmp	amSetState

amWRespLow:
	// Waiting for the response low signal
	sbrc	ZH, AM2302_PIN
	ret

	ldi		R16, TMS_WRSP_HIGH
	rjmp	amSetState

amWRespHigh:
	// Waiting for the response high signal
	sbrs	ZH, AM2302_PIN
	ret

	ldi		R16, TMS_W1ST_BIT_LOW
	rjmp	amSetState

amW1StBitLow:
	// Waiting for the first bit low signal
	sbrc	ZH, AM2302_PIN
	ret

	// Get ready to receive the first bit
	ldi		R16, 1
	mov		R_TD, R16

	// Set new state and reset the byte counter
	ldi		ZL, TMS_WBIT_HIGH
	rjmp	amSetState2

amBitHigh:
	sbrs	ZH, AM2302_PIN
	ret

	// If the bit low signal was there too long
	// (longer than 5 ticks (5*13.3 = 66.5us)
	// something went wrong)
	cpi		R16, 6
	brcc	amResetState

	ldi		R16, TMS_WBIT_LOW
	rjmp	amSetState

am2302proc:
	// First, check for the TMS_NONE state.
	// In this case just do nothing to
	// not waste MCU cycles.
	mov		ZL, R_TS
	andi	ZL, 0xF0

	cpi		ZL, TMS_NONE
	breq	amNone

	// Increment receiver tick
	inc		R_TT

	// If we are waiting for too long,
	// something went wrong, reset the state
	breq	amResetState

	// Save the current tick into a more
	// convenient register
	mov		R16, R_TT

	// Get input signal
	in		ZH, (PINB)

	// Branch depending on the current state.
	// Check for TMS_WBIT_LOW first since it
	// has the longest service routine
	cpi		ZL, TMS_WBIT_LOW
	breq	amBitLow

	cpi		ZL, TMS_START
	breq	amStart

	cpi		ZL, TMS_ST_LOW
	breq	amStartLow

	cpi		ZL, TMS_WRSP_LOW
	breq	amWRespLow

	cpi		ZL, TMS_WRSP_HIGH
	breq	amWRespHigh

	cpi		ZL, TMS_W1ST_BIT_LOW
	breq	amW1StBitLow

	cpi		ZL, TMS_WBIT_HIGH
	breq	amBitHigh

	cpi		ZL, TMS_WHIGH
	breq	amWHigh

amResetState:
	// In case of an error, reset state to
	// the default TMS_NONE
	ldi		R16, TMS_NONE

amSetState:
	// Preserve the current byte number
	mov		ZL, R_TS
	andi	ZL, 0x07
	or		ZL, R16

amSetState2:
	mov		R_TS, ZL
	
	// Clear receiver tick counter
	clr		R_TT

amNone:
	ret	

amBitLow:
	sbrc	ZH, AM2302_PIN
	ret

	// The high bit signal was too long?
	cpi		R16, 8
	brcc	amResetState

	// Store input bit (inverted, since cpi produces
	// inverted result in the carry flag)
	cpi		R16, 4
	rol		R_TD

	// Initally we set R_TD to 1, so when all 8
	// bits are received, the carry flag will be set
	// indicating that a full byte has been received.
	// Otherwise, receive the next bit
	ldi		R16, TMS_WBIT_HIGH
	brcc	amSetState

	// We have the full byte. Invert it
	com		R_TD

	// Save it
	mov		ZL, R_TS
	andi	ZL, 0x07
	subi	ZL, low (-tempData)
	ldi		ZH, high (tempData)
	st		Z+, R_TD

	// Did we receive all 5 bytes?
	cpi		ZL, low (tempData + 5)
	ldi		R16, TMS_WHIGH
	breq	amSetState

	// OK, receive the next byte.
	// Increment the byte counter
	inc		R_TS

	// Initialize R_TD
	ldi		R16, 1
	mov		R_TD, R16

	ldi		R16, TMS_WBIT_HIGH
	rjmp	amSetState

amWHigh:
	sbrs	ZH, AM2302_PIN
	ret

	cpi		R16, 6
	brcc	amResetState

	// We received everything. Set
	// the state to TMS_NONE and set
	// the data validity bit
	ldi		R16, 0x08
	mov		R_TS, R16
	ret

// *********

/*
// Write data from Z
// Uses R16 - R19, X, Z
maxWriteData:
	lpm		XH, Z+
	tst		XH
	brne	SKIPNEXT1W
	ret
	lpm		XL, Z+
	rcall	maxWriteWord
	rjmp	maxWriteData

maxInit:
	.db		MAX_DECODE, 0
	.db		MAX_INTENSITY, 4
	.db		MAX_SCANLIMIT, 7
	.db		MAX_SHUTDOWN, 1
	.db		MAX_DISPTEST, 0
	.db		0, 0

maxTest:
	.db		0, 0b00011101, 0b00010101, 0b00010000, 0b00011100, 0b00111101, 0b00000101, 0b01110111
*/

// Writes 8 bytes from (Z) (program memory)
// to MAX7219
// Uses R16 - R19, X, Z
maxWrite8Bytes:
	ldi		XH, 0x01

mw8b1:
	lpm		XL, Z+
	rcall	maxWriteWord
	cpi		XH, 9
	brne	mw8b1
	ret

// Write word X (XL = data, XH = address) to MAX2719
// Uses R16 - R19, X
maxWriteWord:
	// Set all pins to zero
	in		R17, (PORTB)
	andi	R17, ~((1 << MAX_DIN) | (1 << MAX_CS) | (1 << MAX_CLK))
	out		(PORTB), R17

	ldi		R19, (1 << MAX_CLK)

	mov		R16, XH
	rcall	mww1

	mov		R16, XL
	rcall	mww1

	// Set LOAD(CS) to high thus writing all 16 bits into
	// MAX register
	sbi		(PORTB), MAX_CS
	
	// Increment MAX register number
	inc		XH
	ret

mww1:
	ldi		R18, 8

mww2:
	bst		R16, 7
	bld		R17, MAX_DIN
	out		(PORTB), R17

	lsl		R16
	dec		R18

	// Create clock impulse by toggling clock output twice
	out		(PINB), R19
	out		(PINB), R19

	brne	mww2
	ret

// *********

printDecX:
	ldi		ZH, low (1000)
	ldi		R16, high (1000)
	rcall	pdx

	// Change zero digit to empty space
	cpi		ZL, 0b01111110
	brne	SKIPNEXT1W
	ldi		ZL, 0
	std		DS (displayData), ZL

	ldi		ZH, 100
	ldi		R16, 0
	rcall	pdx

	// If this digit is zero and the first
	// digit is empty (i.e. it was zero too)
	// change this digit to empty space
	ldi		R16, 0b01111110
	eor		R16, ZL
	ldd		ZH, DS (displayData)
	or		R16, ZH
	brne	SKIPNEXT1W
	ldi		ZL, 0
	std		DS (displayData + 1), ZL

	ldi		ZH, 10
	ldi		R16, 0
	rcall	pdx
	std		DS (displayData + 2), ZL

	mov		ZL, XL
	rcall	pdx3
	std		DS (displayData + 3), ZL
	
	// Clear carry flag to indicate that
	// no error occurred
	clc
	ret

pdx:
	ldi		ZL, 0
pdx1:
	sub		XL, ZH
	sbc		XH, R16
	brcs	pdx2

	cpi		ZL, 9
	breq	pdxOverflow
	inc		ZL
	rjmp	pdx1

pdx2:
	add		XL, ZH
	adc		XH, R16

pdx3:
	subi	ZL, -low (hexTable << 1)
	ldi		ZH, high (hexTable << 1)
	lpm		ZL, Z
	ret

pdxOverflow:
	// Set carry flag to indicate error
	sec

	// Pop return address out of the stack
	// so we can return to the caller of printDecX
	pop		R16
	pop		R16
	ret

Автор: kdekaluga

Источник