При разработке электронных устройств иногда бывает ситуация, когда выводов микроконтроллера не хватает, а использовать другой чип нет возможности. В таких случаях обычно прибегают к схемотехническим трюкам или используют дополнительные внешние микросхемы, например, расширители портов, сдвиговые регистры или мультиплексоры.
   Расширители портов позволяют добавить микроконтроллеру “полноценные”  выводы, работающие как на выход, так и на вход, и, как правило, управляются с помощью стандартных интерфейсов - SPI  или I2C. Это очень удобно, но подобные микросхемы не из дешевых. 
   Бюджетный вариант – использование сдвиговых регистров и мультиплексоров, однако в этом случае полученные дополнительные выводы будут работать только на выход или на вход (исключение составляют универсальные сдвиговые регистры). Впрочем, в большинстве приложений этого вполне достаточно.  
   В этой статье мы рассмотрим расширение портов микроконтроллера с помощью сдвигового регистра 74HC595.  Им можно управлять как стандартными выводами  микроконтроллера, так и с помощью SPI модуля. Также его можно каскадировать, соединяя несколько микросхем в один большой регистр. 
   Чтобы пример был наглядным, с помощью регистров 74HC595 к микроконтроллеру будет подключен семисегментный индикатор. 


   Теперь вы имеете общее представление о последовательном периферийном интерфейсе и можно перейти к рассмотрению SPI модуля. 
   SPI модуль микроконтроллера AVR atmega16 использует для своей работы 4 вывода - MOSI, MISO, SCK и SS. Когда модуль не задействован, эти выводы являются линиями портов ввода/вывода общего назначения. Когда модуль включен, режим работы этих выводов переопределяются.

   Микроконтроллеры AVR имеют в своем составе модули, реализующие стандартные интерфейсы. Эти модули используются для обмена данными с различными периферийными устройствами, например, цифровыми датчиками, микросхемами памяти, ЦАП, АЦП, другими микроконтроллерами и так далее. В этой статье, на примере микроконтроллера atmega16, мы разберемся, как работать с модулем последовательного периферийного интерфейса или модулем SPI (serial peripheral interface).


  Перейдем к модификации описанного программного UART`a под конкретный камушек. Поскольку пишу я в основном про 8-ми разрядные AVR, то эти контроллеры и будем рассматривать. 
   Во всех микроконтроллерах семейства mega есть аппаратный модуль UART, а вот в микроконтроллерах семейства tiny нет. По идее программный UART может потребоваться именно для младшего семейства, но не исключаю возможность использования этого кода и в mega`ах. Пути эмбеддера неисповедимы.       
   Проекты написаны в двух вариантах – для ATTiny45 и для ATmega16. Впрочем, отличия там очень незначительные и касаются только инициализации и прерывания задействованного таймера. 

 Иногда возникает ситуация, когда аппаратных ресурсов микроконтроллера не хватает или требуемый ресурс в его составе отсутствует. Решить эту проблему можно двумя способами – заменить используемый микроконтроллер на другой или реализовать требуемый ресурс программно. Оба способа имеют свои достоинства и недостатки, однако второй вариант часто более предпочтительный, а иногда и единственно возможный. Например, как в случае с 1-Wire интерфейсом, который не поддерживается аппаратно ни в одном 8-ми разрядном микроконтроллере AVR. 
   В этой статье рассмотрена реализация программного UART`а, которую можно модифицировать под любой микроконтроллер, программируемый на Си.
   

  Одно из преимуществ 1-Wire интерфейса заключается в том, что он позволяет организовать сеть из нескольких устройств. До сих пор мы не использовали эту возможность и рассматривали работу только с одним датчиком. Мы разобрались, как подключить Atmel`овскую библиотеку к проекту, как в DS18B20 запустить преобразование температуры, как считывать ее и выводить на дисплей. Настало время перейти к следующему этапу работы – коммуникация с несколькими датчиками на одной 1-Wire шине.
 
   Существуют стандарты, определяющие допустимые уровни напряжений логических сигналов. Для микросхем с  разной технологией (КМОП, ТТЛ) и напряжением питания  эти уровни не всегда совпадают. Сопряжение таких микросхем требует применение дополнительных  схем согласования. Потенциальные проблемы, с которыми можно столкнуться, не уделив должного внимания этой проблеме, - некорректная работа или выход микросхем из строя.

 
 
 
 
 
   Переходим от теории к практике. Наша задача — получить от датчика DS18B20 значение текущей температуры и вывести его на символьный lcd дисплей. 
  Итак, у вас есть общее представление о том, как происходит обмен данными по 1-Wire шине и можно перейти к следующей части -  как обратиться к DS18B20, как запустить процесс температурного преобразования датчика,  как считать с него температуру, как установить температурное разрешение и т.д. 
 
   Последовательность операций для доступа к DS18B20 следующая:
 
1. Инициализация
2. Подача ROM команды
3. Подача функциональной команды  DS18B20

    
   Все (и в том числе я) называют DS18B20 цифровым датчиком температуры. Однако это не просто датчик, это программируемый цифровой термометр. Он измеряет температуру в диапазоне от –55 до +125 градусов Цельсия, имеет программируемое температурное разрешение от 9 до 12 бит и позволяет задавать верхний и нижний температурные пороги, в случае превышения которых,  устанавливается флаг аварии. 
   Каждый термометр DS18B20 имеет уникальный 64 битный серийный номер, который используется для его адресации на 1-Wire шине. Это позволяет объединять на одной шине несколько независимо работающих термометров и осуществлять между ними и микроконтроллером обмен данными по 1-Wire протоколу. 
   Также особенностью данного термометра является то, что его можно запитывать не только от источника питания, но и от сигнального провода. Это так называемый режим паразитного питания. В этом режиме для подключения DS18B20 требуется всего два провода — сигнальный и возвратный (земляной, GND).