12 канальная гирлянда на attiny2313. Светодиодная гирлянда на микроконтроллере

Эта СДУ разработана в двух вариантах. Первый управляет только расположенными на его плате светодиодами и предназначен для разработки и отладки программ световых эффектов. Микроконтроллер с отлаженной программой может быть перенесён на плату второго варианта СДУ, к которому можно подключить 16 осветительных приборов, питающихся от сети 220 В

Из 20 выводов микроконтроллера ATtiny2313 в рассматриваемых СДУ использованы 19: два — для подачи напряжения питания; один — для подключения кнопки, управляющей скоростью воспроизведения световых эффектов; 16 — для формирования сигналов управления гирляндами или другими световыми приборами.

Предусмотрено восемь значений скорости воспроизведения эффектов, их переключают по кругу нажатиями на кнопку. При минимальной скорости состояние гирлянд изменяется каждые 8 с, а при максимальной период смены уменьшается до 0,5...1 с. Следует иметь в виду, что из-за особенностей программы необходимая для переключения скорости длительность нажатия на кнопку довольно велика. К тому же она зависит от скорости, установленной в данный момент. Информацию о скорости микроконтроллер хранит в своём EEPROM, поэтому при включении СДУ она становится такой же, какой была в предыдущем сеансе работы.

Рис. 1. Схема СДУ с микроконтроллером ATtiny2313 на 16 гирлянд

Схема отладочного варианта СДУ, управляющего только светодиодами HL1—HL16, изображена на рис. 1 .

Микроконтроллер DD1 работает от внутреннего RC-генератора частотой 4 МГц. Разъём ХР1 предназначен для соединения с программатором установленного в панель СДУ микроконтроллера. На время программирования цепь питания светодиодов должна быть разорвана выключателем SA1, что исключает их влияние на процесс программирования. Резистор R1 поддерживает высокий логический уровень напряжения на входе PD2 микроконтроллера, когда кнопка SB1 отпущена. При нажатой кнопке этот уровень становится низким.

Устройство собрано на печатной плате размерами 95x70 мм из фольгированного стеклотекстолита. Её чертёж показан на рис, 2 . Для микроконтроллера на плате предусмотрена панель. Это позволяет запрограммировать его и проверить в работе, а затем перенести в другую СДУ, которая будет описана ниже.

Плата рассчитана на установку оксидных конденсаторов (С1 и С2) SR или аналогичных. Диэлектрик конденсаторов СЗ и С4 — керамика. Резисторы — CF-0,125 или другие подобные. Трансформатор Т1 — ТПГ-2 с вторичным переменным напряжением 6 В, конструктивно предназначенный для установки на печатную плату. Можно применить его аналог BVEI 306 2061 мощностью 2,6 В-А. Стабилизатор DA1 в рассматриваемом случае теплоотвода не требует. Кнопки SB1 и выключатель SA1 могут быть любыми, подходящими по размерам для установки на плату.

Второй вариант СДУ управляет не светодиодами, а лампами накаливания или другими световыми приборами на 220 В. Для этого каждая из пар резистор—светодиод предыдущего варианта заменена симисторным коммутатором, схема которого изображена на рис. 3 . Для управления мощным симистором VS1 здесь использован оптрон 1)1, фотодинистор которого устроен так, что моменты его открывания всегда совпадают с переходами приложенного к нему напряжения через ноль. Это уменьшает создаваемые СДУ электромагнитные помехи.

Поскольку для управления оптроном МОС3043 достаточно тока через его излучающий диод всего 5 мА, суммарная нагрузка на микроконтроллер не превышает 80 мА. Общий ток потребления от узла питания в новом варианте приблизительно в два раза меньше. Это позволило отказаться от трансформатора и применить бестрансформаторный узел с гасящими конденсаторами. На его схеме (рис. 4 ) нумерация элементов продолжает начатую на рис. 1 .

Печатная плата второго варианта имеет размеры 195x85 мм. Её чертёж показан на рис. 5 . Элементы шестнадцати одинаковых коммутаторов имеют на нём позиционные номера с цифровыми префиксами, означающими порядковый номер коммутатора. Например, 8R1—8R3, 8U1, 8VS1 — элементы восьмого коммутатора, заменившего резистор R9 и светодиод HL8 и управляющего лампой накаливания (или собранной из них гирляндой) 8EL1.

Все 16симисторов 1VS1 — 16VS1 закреплены на общем теплоотводе из алюминиевой пластины размерами 160x25x2 мм, расположенной перпендикулярно поверхности платы. Крепёжные отверстия для симисторов просверлены в ней на высоте 19 мм от платы.

Симисторы ВТ138Х-600 в полностью изолированном корпусе TO-220F могут быть заменены приборами серий ВТ137—ВТ139 на 600 или 800 В, в том числе в обычном корпусе ТО-220 с металлическим крепёжным и тепло-отводящим фланцем. Поскольку этот фланец соединён внутри симистора с его выводом 2, а все эти выводы соединены на плате, изоляция симисторов от теплоотвода не требуется.

Рекомендуется сначала закрепить на теплоотводе симисторы, а затем смонтировать всю их сборку на плату. Непосредственно к выводам симисторов припаивают резисторы 1R3—16R3. Выводы 1 симисторов зажимают в обращенных к ним отверстиях винтовых зажимов ЗВИ-10-2,5-6 мм2, колодка с которыми (рис. 6 ) установлена вдоль длинной стороны платы рядом с сими-сторами. Всего в колодке 17 пар зажимов, 16 из которых служат для подключения ламп 1EL1—16EL1, а ещё одна — для их общего провода.

Конденсаторы С5 и С6 — К73-17В или импортные, способные работать при переменном напряжении не менее 250 В. Резисторы 1R1 —16R1 — MF-1.

Для микроконтроллера должна быть предусмотрена панель, в которую его следует устанавливать уже запрограммированным.

К статье прилагаются три версии программы микроконтроллера, пригодных для использования в обоих вариантах СДУ:
PG16H_S_REGULhex — 16 гирлянд работают независимо;
PG8_MK_S_REG.hex — две группы по восемь гирлянд работают синхронно;
PG4_MK_S_REGUL.hex — четыре группы по четыре гирлянды работают синхронно.

Конфигурацию микроконтроллера во всех случаях оставляют установленной на заводе-изготовителе.
Если используется меньшее число гирлянд (светодиодов), то элементы, относящиеся к неиспользуемым гирляндам, на платы описанных СДУ можно не устанавливать. При работе с СДУ второго варианта, все компоненты которого имеют гальваническую связь с сетью, необходимо соблюдать правила электробезопасности.

Журнал Радио,№11 2014г. И. АБЗЕЛИЛБАШ, г. Сибай, Башкирия

Рассказать в:
Данный проект светодиодной гирлянды на микроконтроллере хорошо подходит для начинающих. Схема отличается своей простотой и содержит минимум элементов.

Данное устройство управляет 13 светодиодами, подключенными к портам микроконтроллера. В качестве микроконтроллера используется МК фирмы ATMEL: ATtiny231320PI.. Благодаря использованию внутреннего генератора, выводы 4 и 5 задействованы как дополнительные порты микроконтроллера PA0,PA1. Схема обеспечивает выполнение 12 про- грамм эффектов, 11 из которых - индивидуальные комбинации, а 12-тая про- грамма – последовательный однократный повтор предыдущих эффектов. Переключение на другую программу осуществляется нажатием на кнопку SB1. Программы эффектов включают в себя и бегущий одинарный огонь, и нарастание огня, и бегущую тень и многое другое.

Устройство имеет возможность регулировки скорости смены комбинаций при выполнении программы, которая осуществляется нажатием на кнопки: SB2 – увеличение скорости и SB3 – уменьшение скорости при условии, что переключатель SA1 находиться в положении “Скорость программы”. Также имеется возможность регулировать частоту горения светодиода (от стабилизированного свечения до легкого мерцания), которая осуществляется нажатием на кнопки: SB2 – уменьшение (до мерцания) и SB3- увеличение при условии, что переключатель SA1 находиться в положении “Частота мерцания”. У переключателя SA2 замкнутое положение соответствует режиму регулировки скорости выполнения программ, а разомкнутое - режиму регулировки частоты горения светодиодов.
Порядок нумерации светодиодов в схеме соответствует их порядку зажигания при выполнении программы. При необходимости вывод RESET может быть использован для сброса, а в качестве порта PA2 он не задействован. В устройстве выбрано при программировании тактовая частота 8 МГц от внутреннего генератора (фузы CKSEL3..0 - 0100).Хотя возможно использование частоты в 4 МГц(фузы CKSEL3..0 - 0010) с соответствующими изменениями временных интервалов работы схемы.
Тип светодиодов, указанный на схеме использовался в опытном образце, для схемы подойдут любые светодиоды с напряжением питания 2-3 вольта, резисторами R1-R17 можно регулировать яркость свечения светодиодов.


Документация (Datashit) на МК ATtiny231320PI
Прошивку HEX, а также файлы программы на ассемблере вы можете
скачать здесь (30 кБайт) .
Видеоролик демонстрации работы устройства (перебор всех эффектов): http://filearchiv.ru/2140780
Видеоролик демонстрации работы устройства (изменение скорости выполнения программ эффектов): http://filearchiv.ru/2140535
Видеоролик демонстрации работы устройства (изменение частоты мерцания светодиодов): http://filearchiv.ru/2140747

Близятся новогодние праздники и по этому поводу хочется сделать что-то светлое праздничное! Решил, вот, сделать новогоднюю гирлянду. Что может быть светлее и праздничней чем новогодняя гирлянда? :). Гирлянду решил сделать не простую, а наворочанную! 12 каналов плюс управление от IR-пульта. Чтобы не делать гирлянду с нуля, решено было в качестве доноров внутренних органов запчастей использовать уже готовые китайские гирлянды. Это имеет смысл по следующим соображениям:
— стоимость гирлянд, будем честно говорить, стоимость — копеечная. Попробуйте за те же деньги накупить провода, светодиодов, запчастей… А если не брать за цель светодиодную гирлянду, то лампочковые гирлянды сейчас продают почти даром;
— немаловажный фактор – уже готовые спаянные до кучи линии светодиодов. Паять самому, садить в термоусадки, ошибаться-переделывать 12 линий работа довольно муторная;
— еще, не знаю как у Вас, а у меня валяется определенное количество нерабочих гирлянд (их часто мне таскают подремонтировать – так и оседают) можно вообще не тратиться на новые, а собрать из того что есть.

Для затравки смотрим видео:

ВНИМАНИЕ!
опасного напряжения 220В!

ОПАСНО ДЛЯ ЖИЗНИ!
ПОЭТОМУ:

Если Вы осознаете опасность сборки такой гирлянды и обязуетесь соблюдать правила безопасности при работе с опасным напряжением, дальше можно прочитать о том, как собрать супер гирлянду.

1 Гирлянды пациенты.

В качестве жертв были куплены 3 новые светодиодные гирлянды – вот они красавицы 🙂

Стоимость по 3$ за штуку (100 светодиодов). Но китайцы если не сэкономят, то сами себе изменят! В гирляндах, по факту, оказалось по 3 канала. То есть сам контроллер четырех канальный, но тиристоров три и линий светодиодов тоже три. Дабы замаскировать такое безобразие китайцы в одной линии мешают светодиоды двух цветов. Короче, пришлось докупить еще одну:(. Но это еще не предел экономии, часто и густо каналов вообще два! Будьте внимательны – открывайте коробочку и смотрите, сколько стоит тиристоров.

Из оригинальных контроллеров для улучшенной гирлянды будут задействованы резисторы, выпрямительные диоды, тиристоры, кнопка, коробочки. Понадобится докупить чуть больше десятка резисторов, пару конденсаторов, микроконтроллер ATtiny2313 и еще по мелочи.

2 Схема.

Вот схема оригинальной гирлянды:

Из схемы видно, что диммирование каналов светодиодов осуществляется тиристорами PCR406

Даташит на тиристор PCR406

Не вижу смысла их менять на что-то другое. Для формирования напряжения питания оригинального контроллера используется гасящий резистор (гасящий резистор совместно с внутренним сопротивлением контроллера образуют делитель напряжения). Решение противоречивое, но в данном случае оправдывается дешевизной (ток контроллера незначительный и мощность, выделяемая на резисторе, очень мала). Взвесив за и против такого решения, решил и в своей схеме проделать нечто подобное. Правда ток ATtiny2313 (в пределах 8мА) значительно больше оригинального контроллера, но все же позволяет использовать гасящие резисторы.

Схема нового контроллера гирлянды:

6 Сборка платы источника питания.

Перед сборкой платы источника питания нужно проделать определенные замеры для расчета величины гасящих резисторов. Для этого подключаем спаянную плату контроллера с прошитым микроконтроллером к ВНЕШНЕМУ источнику 5 вольт (площадки +5v и -5v) и замеряем потребляемый ток. Подключать линии светодиодов не обязательно, они практически не оказывают влияние на потребляемый ток. Для обычного микроконтроллера ATtiny2313 без буквенных индексов потребляемый ток должен составлять около 7 — 9 мА. Для микроконтроллера ATtiny2313 с индексами (может быть A, P …) ток будет другой.

По полученному потребляемому току (Iпотр) рассчитываем сопротивление гасящих резисторов в батарее (принимаем большее из стандартного ряда):

R = 430 / Iпотр

Например, у меня потребляемый ток составил 9 мА, значит R = 430 / 0,009 = 47777 Ом (принимаем 47 кОм).

Нагромождение гасящих резисторов выполнено с целью распределения рассеиваемой мощности и уменьшения нагрева. Резисторы должны быть мощностью не менее 0.5 Вт (а лучше по 1 Вт).

Выпрямительные диоды и гасящий резистор перекочевывают из оригинальной схемы, остальное придется докупить. Готовую плату укладываем в корпус гирлянды.

Соединяем платы источника питания и контроллера (провода и вилку берем из оригинальной гирлянды). Не забываем, закрепить припаянные к платам провода горячим клеем, так как провода используемые китайцами, мягко говоря, говно и могут отвалиться в любой момент.

7 Формирование линий светодиодов.

Вот с чем придется повозиться, так это с формированием 12-ти каналов линий светодиодов. Нужно будет из трех жгутов (а в случае трех каналов в гирлянде – четырех жгутов) оригинальных гирлянд собрать общий жгут с двенадцатью линиями (плюс общий провод). Гирлянды нужно не просто скрутить вместе, а позаботиться о том, чтобы светодиоды всех двенадцати каналов располагались последовательно один за другим. Кроме того, в случае если гирлянда разноцветная, нужно позаботится о том, чтобы цвета максимально перемешивались.

Вообще, для лучшей визуализации эффектов лучше подходят одноцветные гирлянды, но для создания более яркого образа разноцветные гирлянды, пожалуй, выигрывают. Тут Вы должны определится или более выразительные эффекты или более красочное впечатление.

Долго объяснять на словах – посмотрите на рисунки или подумайте сами как вам скрутить жгуты:

Жгуты скручены – теперь их припаиваем к контроллеру таким образом чтобы светодиоды каналов шли друг за другом последовательно.

8 Описание работы гирлянды.

При включении гирлянды в сеть, она начинает сразу работать со случайного эффекта. В процессе работы эффекты будут случайно менять друг друга. Если нажимать кнопку, то эффекты последовательно будут сменять друг дружку по очереди:
1 Волна
2 Падающая звезда
3 Искры
4 Медленные переливы
5 Бегущие огни
6 Мерцающие огоньки
7 Все горит-тухнет
8 Все горит
0 Все выключено

При выборе эффекта кнопкой, он задерживается на большее время, но позже эффекты опять начнут сменять друг дружку.

Работа от пульта аналогична работе кнопке на контроллере (нажимаем кнопку на пульте – последовательно меняются эффекты). Для изучения кнопки любого IR-пульта, нужно зажать кнопку на контроллере до момента пока не погаснет гирлянда (порядка 3 секунд), дальше нужно нажать выбранную кнопку на пульте. Код кнопки запишется в энергонезависимую память и гирлянда вернется к эффектам. Так как код хранится в энергонезависимой памяти, гирлянда будет «помнить» пульт даже после отключения от сети.

Напоследок считаю не лишним напомнить:

ВНИМАНИЕ!
Схема гирлянды гальванически не развязана от сети опасного напряжения 220В!
Прикосновение к любой токопроводящей части включенной в сеть гирлянды
ОПАСНО ДЛЯ ЖИЗНИ!
ПОЭТОМУ:
— если Вы плохо разбираетесь в электричестве — не повторяйте эту конструкцию;
— любые действия (пайка, замеры и т.п.) со схемой нужно производить только отключив от сети;
— программирование микроконтроллера нужно производить или отдельно от платы (например, в специально собранной для этого макетке), или запитав плату гирлянды от внешнего источника напряжения 5 вольт (например, от батареек);
— готовая конструкция должна быть хорошо изолирована и недоступна для маленьких детей и животных;
— будьте внимательны при сборке конструкции!

А вот и примеры, так сказать, вживую:

Присылайте свои — добавлю сюда.

Елка от AndreevKV. Большая получилась! 🙂

Елка от BOYka59 . Все знакомые и особенно дети в восторге от нее)

И еще!

С наступающим Новым Годом!

Всем хорошего настроения и веселых праздников!

Update 1 (2013)

Особо не планировал что-то делать с этой гирляндой, так как времени на это в этом году уже нет, но по просьбам читателей все таки решился на небольшой апдейт!

Изменено немного.
Добавлено 6 новых эффектов:
— бегущая в разные стороны волна из 2х светодиодов
— последовательное заполнение и убывание
— последовательное заполнение и убывание с переменной бегущей волной
— случайное заполнение и удаление
— случайное заполнение и удаление с переменной бегущей волной
— агресивное мерцание
Время работы эффекта при принудительном переключении (пульт или кнопка) увеличено почти вдвое.
Вот собственно и все. Схема и фьюзы остались прежними. Необходимо перезалить новую прошивку.
- 12-ти канальная супергирлянда (апдейт 2013)
- Исходник апдейта супергирлянды

С наступающим, теперь уже, 2014 годом!!! 😉

Варианты супергирлянды от читателей блога

Сергей Черний (Bleck_S)
Гирлянда реализована на одной плате с применением SMD компонентов

Гирлянда на ATtiny2313 собирается очень просто. В этой простой статье мы с вами будет делать мини-гирлянду из 4 светодиодов.

Нажата ли ты, наша кнопочка, или отжата?”, – именно таким вопросом мы задавались в прошлой статье. И в зависимости от состояния кнопки мы делали эффект из 4 светодиодов. В этой статье мы с вами разберем похожую ситуацию. Итак, погнали!

Помните китайскую гирлянду за 100 руб?

Нажимаем кнопочку и эффект моргания становится абсолютно другой;-) Именно этим мы с вами и займемся в этой статье;-)

Мы не будем делать китайску гирлянду с N-ным количеством лампочек, а сделаем упрощенную схему такой гирлянды на МК AVR Tiny2313 и четырех светодиодах. С помощью кнопки мы будем менять эффект моргания.

Итак, наша задача буквально звучит так:

Создать гирлянду на МК AVR Tiny2313 из четырех светодиодов и одной кнопки с самовозвратом (кнопка, которую нажал и сама отжимается). Нажимаем один раз кнопку – появляется первый эффект моргания кнопки, нажал второй раз кнопку – появился второй эффект моргания и тд. Всего у нас будет семь эффектов. Условие такое, что пока светодиоды переливаются морганием, у нас МК не реагирует на кнопку. То есть пока не прошел эффект, нажатие на кнопку никак не отображается на эффекте. Эффект НЕ прерывается. Когда эффект закончится, только тогда МК будет обрабатывать нажатие на кнопку.

Задача вроде бы ясна. Для начала составим простенькую схемку в Proteus. Схемка будет выглядеть примерно как-то так (кликните для увеличения, откроется в новом окне):

Все? Нет не все! Теперь шьем наш МК HEX-файлом. А где его взять? Из Atmel Studio 6. Но чтобы его создать, нам потребуется для начала написать программу, по которой будет работать наш МК. Как все это сделать, смотрим в этой статье.

Ниже приведен текст с комментариями:

Обратите внимание также на строчку кода:

{_delay_ms(50); //включаем задержку 50 миллисекунд для антидребезга

Программа Proteus спокойно бы работала и без этой строчки кода. Зачем мы тогда ее вставили? Дело все в том, что реальное положение дел чуточку хуже. Козлом отпущения в данном случае будет самая безобидная кнопка, которую мы поставим в схему на переключение гирлянд, собрав ее на макетной плате.

Что делает кнопка в схеме согласно схемотехнике МК? Подает логический ноль или единицу на ножку МК. Так? Так. Но в реальной схеме она не сразу замыкает и размыкает цепь. При замыкании или размыкании кнопки у нас нет четкого переключения уровней сигнала с логической единицы на ноль и наоборот. Переключение с помощи кнопки выглядит примерно вот так:

С логической единицы в ноль примерно вот так:

С нуля на единицу как-то вот так:

Вся эта билиберда при переключении кнопки носит название дребезг контактов и мешает разработчикам логических устройств. Дело в том, что эти хаотические импульсы МК может посчитать как за логическую единичку, так и за нолик. В настоящее время это недоразумение с помощью нехитрой строчки кода устранено.

Прикрепляю к проекту СИшник, HEX и файл Протеуса.

Как говорится в народе - готовь сани летом…
Наверняка на новый год украшаете ёлку всевозможными гирляндами, и скорей всего они уже давным давно приелись однообразием своего мигания. Хотелось бы сделать что-то такое чтобы ух, прям как на столичных елках мигало, только в меньшем масштабе. Или на крайний случай - повесить на окно, чтобы эта прям красота освещала город с 5-го этажа.
Но увы, в продаже таких гирлянд нет.

Собственно, именно эту проблему и пришлось решать два года назад. Причем, из-за лени от задумки до реализации прошло как обычно 2 года, и делалось все в последний месяц. Собственно, у вас времени будет больше(или я ничерта не смыслю в человеческой психологии, и все точно так же будет делаться в последние 2 недели перед новым годом?).

Получилась достаточно несложная конструкция из отдельных модулей со светодиодами, и одним общим который передает команды с компьютера в сеть этих модулей.

Первый вариант модуля задумывался так чтобы подключать их в сеть по двум проводам, чтобы меньше путаницы и все такое - но не срослось, в итоге потребовался довольно мощный и быстродействующий ключ чтобы коммутировать питание даже малого количества модулей - явный перебор для простоты конструкции, поэтому предпочтение отдал третьему проводу - не так удобно, зато гораздо проще организовать канал передачи данных.

Как все устроено.

Разработанная сеть способна адресовать до 254 подчиненных модулей, которые далее будут называться SLAVE - они соединены всего 3-мя проводами, как вы уже догадались - два провода это питание +12В, общий и третий - сигнальный.
они имеют несложную схему:


Как можно увидеть, она поддерживает 4 канала - Красный, Зеленый, Синий и Фиолетовый.
Правда, по результатам практического тестирования, фиолетовый хорошо видно только вблизи но зато как! Так же, из-за того что цвета расположены слишком далеко друг от друга смешение цветов можно увидеть только метров с 10, если использовать RGB-светодиоды ситуация будет несколько получше.
В целях упрощения конструкции так же пришлось отказаться и от кварцевой стабилизации - во-первых, лишний вывод забирает и во-вторых стоимость кварцевого резонатора довольно ощутима и в-третьих - в нем нет острой необходимости.
На транзисторе собран защитный каскад, чтобы не выбило порт контроллера от статики - линия все же довольно длинной может быть, в крайнем случае пострадает только транзистор. Каскад рассчитан в MicroCap и имеет примерный порог срабатывания около 7 вольт и слабую зависимость порога от температуры.

Естественно, в лучших традициях на адрес под номером 255 реагируют все модули - так можно их все одновременно выключить одной командой.

Так же в сеть подключен модуль называемый MASTER - он является посредником между ПК и сетью из подчиненных SLAVE-модулей. Помимо прочего он является источником образцового времени, для синхронизации подчиненных модулей в условиях отсутствия в них кварцевой стабилизации.

Схема:

В схеме есть не обязательные потенциометры - их можно использовать в программе на ПК для удобной и оперативной настройки желаемых параметров, на данный момент это реализовано только в тестовой программе в виде возможности назначить любому из 4-х каналов любой из потенциометров. Схема подключается к ПК через преобразователь интерфейса USB-UART на микросхеме FT232.

Пример выдаваемого пакета в сеть:

Его начало:

Электрические характеристики сигнала: лог.0 соответствует +9...12В, а лог.1 соответствует 0...5В.

Как можно увидеть, данные передаются последовательно, с фиксированной скоростью по 4 бита. Это обусловлено необходимым запасом на ошибку по скорости приема данных - SLAVE-модули не имеют кварцевой стабилизации, а такой подход гарантирует прием данных при отклонении скорости передачи до +-5% сверх тех что компенсируются программным методом на основе измерения калиброванного интервала в начале передачи данных который дает стойкость к уходу опорной частоты еще на +-10%.

Собственно, алгоритм работы MASTER-модуля не так интересен(он достаточно прост - получаем данные по UART и переправляем их в сеть подчиненных устройств), все самые интересные решения реализованы именно в SLAVE-модулях, которые собственно и позволяют подстраиваться под скорость передачи.

Основным и самым главным алгоритмом является реализация 4-х канального 8-битного программного ШИМ который позволяет управлять 4-мя светодиодами при 256 градациях яркости каждого их них. Реализация этого алгоритма в железе так же определяет скорость передачи данных в сети - для программного удобства передается по одному биту на каждый шаг работы ШИМ. Предварительная реализация алгоритма показала что он выполняется за 44 такта, поэтому было принято решение использовать таймер настроенный на прерывание каждые 100 тактов - таким образом прерывание успевает гарантированно выполнится до наступления следующего и выполнить часть кода основной программы.
На выбранной тактовой частоте внутреннего генератора в 4.8Мгц прерывания возникают с частотой 48кГц - именно такую битовую скорость имеет сеть подчиненных устройств и с такой же скоростью наполняется ШИМ - в итоге частота ШИМ-сигнала составляет 187.5Гц, чего вполне достаточно чтобы не замечать мерцания светодиодов. Так же, в обработчике прерывания после выполнения алгоритма ответственного за формирование ШИМ фиксируется состояние шины данных - получается примерно по середине интервала переполнения таймера, это упрощает прием данных. В начале приема очередного пакета в 4 бита происходит обнуление таймера, это необходимо для более точной синхронизации приема и стойкости к отклонению скорости приема.
В итоге получается такая картина:

Интересна реализация алгоритма подстройки под скорость передачи. В начале передачи MASTER выдает импульс длительностью в 4 бита лог.0, по которым все подчиненные модули определяют необходимую скорость приема при помощи несложного алгоритма:

LDI tmp2, st_syn_delay DEC tmp2 ;<+ BREQ bad_sync ; | SBIC PINB, cmd_port; | RJMP PC-0x0003 ;-+

St_syn_delay = 60 - константа, определяющая максимальную длительность стартового импульса, которая принята примерно в 2 раза больше номинала (для надежности)

Экспериментальным методом было установлена такая зависимость получаемого числа в tmp2 при отклонении тактовой частоты от номинала:

4.3Mhz (-10%) 51 единиц (0x33) соответствует 90 тактам таймера для возврата скорости приема к номиналу
4.8Mhz (+00%) 43 единиц (0x2B) - соответствует 100 тактам таймера(номинал)
5.3Mhz (+10%) 35 единиц (0x23) - соответствует 110 тактам таймера для возврата скорости приема к номиналу

По этим данным были рассчитаны коэффициенты коррекции периода прерываний таймера(именно таким образом скорость приема подстраивается под имеющуюся тактовую частоту контроллера):

Y(x) = 110-x*20/16
x = tmp2 - 35 = (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16)
Y(x) = (110, 108.75, 107.5, 106.25, 105, 103.75, 102.5, 101.25, 100, 98.75, 97.5, 96.25, 95, 93.75, 92.5, 91.25, 90)

Числа округлены до целых и занесены в EEPROM.

Если при подаче напряжения на модуль удерживать линию в логическом состоянии «1» включится подпрограмма калибровки, которая позволит измерить частотомером или осциллографом период ШИМ-сигнала без коррекции и на основании измерений судить об отклонении тактовой частоты контроллера модуля от номинальной, при сильном отклонении больше 15% может потребоваться коррекция калибровочной константы встроенного RC-генератора. Хотя производитель обещает калибровку на заводе и отклонение от номинала не более 10%.

На данный момент, разработана программа на Delphi позволяющая воспроизводить ранее составленный паттерн для 8-ми модулей с заданной скоростью. А так же утилита для работы с отдельным модулем(в том числе переназначение адреса модуля).

Прошивка.
для SLAVE-модуля необходимо прошить только фьюзы CKSEL1 = 0, и SUT0 = 0. Остальные оставить непрошитыми. Содержимое EEPROM прошить из файла RGBU-slave.eep, при необходимости тут же можно задать желаемый адрес модуля в сети - 0-й байт EEPROM, по умолчанию прошит как $FE = 254, по адресу 0x13 содержится калибровочная константа встроенного RC-генератора контроллера, на частоте 4.8Мгц она не загружается автоматически поэтому необходимо программатором считать заводское значение калибровки и записать в эту ячейку - это значение индивидуально для каждого контроллера, при больших отклонениях частоты от номинала можно изменять калибровку именно через эту ячейку не затрагивая заводского значения.

Для MASTER-модуля необходимо прошить только фьюзы SUT0 = 0, BOOTSZ0 = 0, BOOTSZ1 = 0, CKOPT = 0. Остальные оставить непрошитыми.

Напоследок небольшая демонстрация гирлянды расположенной на балконе:

На самом деле, функциональность гирлянды определяется программой на ПК - можно сделать цветомузыку, стильное переливающееся освещение комнаты(если добавить драйверы светодиодов и использовать мощные светодиоды) - и т.д. Чем планирую заняться в будущем. В планах сетка из 12 модулей с 3-ваттными RGB-светодиодами, и комнатное освещение на основе кусочков 12-вольтной RGB-ленты(нужны только полевые транзисторы для коммутации ленты на каждый модуль по 3 штуки или 4 если добавить кусочек фиолетовой ленты других отличий от оригинала не будет).

Для управления сетью можно написать свою программу, хоть на бейсике - главное что должен делать выбранный язык программирования - уметь подключаться к бессмертным COM-портам и настраивать их параметры. Вместо интерфейса USB можно использовать переходник с RS232 - это дает потенциальную возможность управления световыми эффектами с широкого круга устройств которые вообще можно запрограммировать.
Протокол обмена с MASTER-устройством достаточно прост - посылаем команду и ожидаем ответ об её успешности или провале, если ответа нет больше нескольких милисекунд - имеются проблемы с соединением или работой MASTER-устройства, в таком случае необходимо провести процедуру переподключения.

На данный момент доступны следующие команды:

0x54; символ «T» - команда «test» - проверка соединения, ответ должен быть 0x2B.
0x40; символ "@" - команда «загрузить и передать». После подачи команды нужно дождаться ответа "?" далее следует 6 байт данных:
+0: Адрес подчиненного устройства 0..255
+1: Команда устройству
0x21 - байты 2...5 содержат яркость по каналам которую необходимо применить немедленно.
0x14 - установить тайм-аут, по истечении которого яркость по всем каналам будет
сброшена на 0 если за это время не поступит ни одной команды. Значение таймаута находится в ячейке красного канала, т.е. в байте со смещением +2. значение 0-255 соответствует таймауту в 0-25.5 сек по умолчанию, таймаут = 5 секунд(записан в EEPROM при прошивке, там же его можно и изменить в байте со смещением +1).
0x5A - изменить адрес устройства.
Процедура смены адреса для надежности должна быть выполнена троекратно - только тогда новый адрес будет применен и прописан в EEPROM. При этом надо быть осторожным -если прописать двум устройствам один адрес они будут реагировать синхронно а «разделить» их можно будет только физически отключив от сети лишние модули и сменив адрес у оставшегося, либо программатором. Значение нового адреса передается в ячейке красного канала - т.е. в байте со смещением +2.

2: Яркость красного 0...255
+3: Яркость зеленого 0...255
+4: Яркость синего 0...255
+5: Яркость фиолетового 0...255

0x3D; символ "=" - команда «АЦП». После подачи команды нужно дождаться ответа "?" далее следует передать 1 байт - номер канала АЦП 0..7 в двоичном виде(ASCII цифры 0..9 тоже подходят в этом качестве, поскольку старшие 4 бита игнорируются).
В ответ команда возвращает 2 байта результата измерения в диапазоне 0...1023

Возможные ответы на команды:
0x3F; символ "?" - готовность к вводу данных, означает что устройство готово к приему аргументов команды
0x2B; символ "+" Ответ - команда выполнена
0x2D; символ "-" Ответ - команда не определена или ошибочна

Больше подробностей можно выудить из исходников расположенных на гитхабе, там же лежат последние версии готовых прошивок.