: Fachpraxisübung µc im Kfz I

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1 : Fachpraxisübung µc im Kfz I 0. Einführung 0.1 Mikrocontroller Grundlagen Steuergeräte in modernen Kraftfahrzeugen bestehen nach dem aus der Signalverarbeitung bekannten EVA-Prinzip aus einer Eingabe-, Ausgabe- und Recheneinheit. Es geht immer darum, Sensorsignale an den Eingängen zu erfassen, diese zu verarbeiten und entsprechende Aktorsignale an den Ausgängen bereitzustellen. Die Signalverarbeitung wird dabei durch mehr oder weniger spezialisierte Mikrocontroller durchgeführt. Ein Mikrocontroller ist ein Prozessor, bei dem im Unterschied zu PC-Prozessoren (Mikrorechnern) Speicher, wichtige Baugruppen wie Zeitgeber, digitale sowie analoge Ein- und Ausgabegeräte, auf einem einzigen Chip integriert sind, so dass eine Mikrocontroller-Lösung oft mit einigen wenigen externen Bauteilen auskommt. Für die Programmierung von Mikrocontrollern stehen unterschiedliche Entwicklungsumgebungen für verschiedene Programmiersprachen zur Verfügung. Im Gegensatz zur Programmierung eines PC-Programms kann das fertige Programm nicht auf der Entwicklungsplattform, also unserem PC-Arbeitsplatz gestartet, ausgeführt und getestet werden. Für das Ausführen der entwickelten Controllersoftware ist es notwendig, diese nach der Übersetzung in die Maschinensprache (Compilieren) in einem weiteren Arbeitsschritt in den Programmspeicher (FLASH) des Mikrocontrollers zu übertragen. Dieser Vorgang wird Brennen genannt und erfordert eine spezielle Schnittstelle zwischen PC und Controllers. Diese zusätzliche Hardware wird "Programmer" genannt. Die am weitesten verbreiteten Sprachen für die Programmierung von AVR-Mikrocontrollern sind: Assembler C/C++ BASIC (BASCOM) Eine Entwicklungsumgebung enthält typischerweise folgende Komponenten: Quellcode-Editor Übersetzungsprogramm (Assembler, Compiler) Programmier- /Brennprogramm Testwerkzeuge (Terminal, Simulator, Debugger) Folgende Dateitypen finden Verwendung bei der Programmierung von Mikrocontrollern: Quellcode (Dateiendungen ASM, S, C, CC oder BAS) wird im Editor erstellt und übersetzt (mittels Compiler, Assembler). LD DIDACTIC GMBH. Leyboldstrasse 1. D Hürth. Phone (02233) Fax (02233) info@ld-didactic.de by LD Didactic GmbH Printed in the Federal Republic of Germany Technical alterations reserved

2 Daraus entstehen die Objektdateien (Dateiendungen O oder OBJ) werden mittels Linker zu den ausführbaren Dateien gebunden (von engl. to link: verbinden). Dabei entstehen die Binärdateien (Dateiendungen HEX oder BIN) werden beim Brennen in den Programmspeicher des Controllers übertragen. In diesem Projekt soll mit BASIC programmiert werden. Dazu benutzen wir die Programmierumgebung BASCOM AVR, die in der Demo-Version bis zu 2 kb große Programme zu schreiben zulässt und einfach über die parallele Schnittstelle des Computers mit dem µc zum Übertragen des Programms verbunden werden kann. Natürlich können die Programme auch in C geschrieben werden, z. B. mit AVR Studio und mit einem anderen Programmieradapter übertragen werden. 0.2 Ausstattung Die vorliegende Hardware zur Fachpraxisübung besteht aus: einer fertig aufgebauten und getesteten Leiterkarte mit Mikrocontroller ATTiny2313 (1) einem passenden Leergehäuse (2) einem Flachbandkabel mit 10-poligem Stecker (3) einer DSub 25-Buchse mit Lötanschlüssen (4) dieser Dokumentation Sie benötigen zusätzlich: eine kleine Lötausrüstung (Lötkolben, Lötzinn, Seitenschneider) Litze (0,5 1 mm 2 ), Schrumpfschlauch Bohrer, Feile zur Bearbeitung des Leergehäuses - 2 -

3 Es ist empfehlenswert, das Datenblatt des ATTiny2313 herunterzuladen und ergänzend zur Problemlösung zu benutzen (z. B. unter Es geht im Folgenden darum, für klassische Steuergeräte- Anwendungen Lösungen auf Programmierebene zu finden. Die Leiterkarte ist dann mit entsprechen Leitungen anzuschließen und zu programmieren. Schließlich kann sie eingebaut im Gehäuse in einem realen (Schulungs-)Fahrzeug oder Versuchsstand eingebaut und in Betrieb genommen werden. Hinweis: In der Version der Leiterkarte mit dem Aufdruck X ist die Nummerierung der Ausgänge vertauscht: 0 ist 7 bis hin zu 7 ist

4 1. Vorbereitung Hardware 1.1. Kabeladapter herstellen Du benötigst einen 25-poligen DSub-Stecker (LPT) und eine 10- polige Pfostenbuchse 2x5 (SPI). Dann verbindest du folgende Pins: SPI LPT Beachte die Zählrichtung der beiden Stecker! 1.2 Software downloaden und installieren Lade dir das Demo-Programm BASCOM AVR von herunter, installiere es und starte es. 1.3 Einstellung in BASCOM-AVR Nimm folgende einmalige Einstellung vor, um das Programmierinterface festzulegen: - 4 -

5 2 Programmierung 2.1 Programm schreiben Du kannst das folgende kleine Testprogramm abtippen. Wichtig ist die Zeile $crystal = Quarz mit der Konstanten Const Quarz = Diese definiert die benutzte Taktfrequenz und ergibt sich aus dem verbauten Quarz mit 6 MHz und dem gesetzten internen Frequenzteiler von 8 also / 8 = Nur so stimmen nachher Zykluszeiten. Mit dem Befehl $regfile = 2313def.dat bindest du die zum Controller gehörende Datei ein, hier also die für den ATTiny

6 Wenn du das Programm abgetippt hast, kannst du die Syntax prüfen (1.). Im unteren Programmteil darf kein Fehler angezeigt werden! Dann kannst du das Programm compilieren (2.) und erzeugst so die bin -Datei. Schließlich musst du durch Klick auf Manual Program den µc programmieren (3.). Es öffnet sich der Dialog auf der nächsten Seite

7 2.2 Fuse-Bits setzen Du musst dem Controller mitteilen, dass er den externen Quarz benutzen soll. Dazu wählst du im Fuse-Bit KLA987 die Einstellung aus (Externer Quarz, 3.0 MHz < f < 6.0 MHz), 14 Takte Startzeit) und setzt diese durch Drücken des Buttons Write FS (Schreibe Fuse-Bits). Diese Prozedur muss nur beim allerersten Programmieren durchgeführt werden, der Controller merkt sich die Einstellungen nämlich! - 7 -

8 Hinweis: Sollte hier nichts angezeigt werden außer??? in Zeile 1, kann das Programm nicht auf den Controller zugreifen. Die häufigste Ursache dafür ist, dass die Einstellungen des Parallel-Ports LPT unterschiedlich sind. Lösung BASCOM schließen. Lies die aktuellen LPT-Einstellungen im Gerätemanager aus: Diese Einstellung benötigst Du: E/A-Bereich: D200 Öffne nun mit einem Editor die Datei PROG.SETTINGS im BASCOM-Verzeichnis und ändere die Einträge $378 in den obigen Wert ab (hier $D200 ). Bitte das $-Zeichen nicht vergessen! Die Software unterstützt nur LPT1! BASCOM wieder starten. Die Kommunikation mit dem Controller sollte nun funktionieren

9 2.3 Programmieren Jetzt kannst Du das Programm endlich zum µc übertragen. Zunächst löschen wir noch eventuell vorhandenen Datenmüll durch Anklicken des Buttons C (1.). Das machst du vor jedem Überschreiben des Speichers! Dann kannst du das Programm übertragen. Drücke dazu den Button mit dem roten Pfeil (2.) Wenn alles geklappt hat, steht unten Verified OK. Nun läuft das Programm in deinem Controller eigenständig, die Programmierleitung kannst du entfernen. Übrigens: Was macht das Programm eigentlich? Antwort unten

10 3. Übung 3.1 Vorbemerkung In einem Pkw wird die Blinkanlage elektronisch gesteuert. Dazu werden die Signale des Blinkerhebels an der Lenksäule vom Bordnetzsteuergerät ausgewertet, das dann die entsprechenden Blinker und Kontrolllampen ansteuert. Vom Blinkerhebel zum Bordnetzsteuergerät führen zwei Leitungen, eine für Links blinken und eine entsprechend für Rechts blinken. Der Blinkerhebel schaltet nun eine dieser beiden Leitungen auf Masse was dem Bordnetzsteuergerät mitteilt: Blinke! Durch den mechanischen Aufbau des Blinkerhebels kann immer nur eine der beiden Signalleitungen auf Masse liegen. Signaleingänge von Steuergeräten, die nach Masse geschaltet werden, besitzen im Steuergerät selbst einen Schutzwiderstand, den sogenannten Pullup-Widerstand. Das ist meistens ein 10 kω Widerstand geschaltet gegen die interne Versorgungsspannung von +5 V. Dieser verhindert, dass die Versorgungsspannung kurzgeschlossen wird, sobald ein Eingang auf Massepotential liegt

11 3.2 Schaltplan

12 3.3 Aufgabenstellung Die vorbeschriebene Blinkeransteuerung soll um eine Nachblinkfunktion erweitert werden. D. h. wenn der Blinkerhebel nur kurz (> 100 ms) angetippt wird, soll 4 Mal geblinkt werden. Ein Blinkzyklus dauert 600 ms. a. Überlege dir, wie du die Hardware verwenden kannst und zeichne sie entsprechend in den Schaltplan ein! b. Wie viele Ein- und Ausgänge werden benötigt? c. Entwerfe ein Zustandsdiagramm für die Ein- und Ausgänge! Beachte dabei folgende Punkte: Beim Wechsel von Links- nach Rechtsblinken und umgekehrt soll eine Sicherheitszeit von 200 ms liegen. Wird vor Ablauf der 4 Nachblinkzyklen die jeweils andere Blinkrichtung betätigt, muss nach der Sicherheitszeit direkt umgeschaltet werden. Wird der Blinkerhebel über die Nachblinkdauer hinaus festgehalten und dann wieder losgelassen sollen die Blinker sofort aufhören zu blinken. d. Entwerfe ein Programm, übertrage es in den µc und überprüfe die Funktion! 3.4 Lösung a. b. 2 Eingänge und 2 Ausgänge c

13 d. Const Quarz = Const Prescal = 1024 Const Timfrq = Quarz / Prescal Const Timtic = 1 / Timfrq Const Tim = 0.1 Const Timcount = Tim / Timtic Const Timset = Timcount '100 ms $regfile = "2313def.dat" $crystal = Quarz $hwstack = 12 $swstack = 10 $framesize = 40 Config Timer0 = Timer, Prescale = Prescal Enable Interrupts Enable Timer0 On Timer0 Int_tim0 'default 32, jetzt 12 sonst nicht genug 'Platz für Variablen Config Portb.2 = Output Portb.2 = 1 Config Portb.3 = Output Portb.3 = 1 Config Portd.2 = Input Portd.2 = 1 Config Portd.3 = Input Portd.3 = 1 'links 'rechts 'links 'rechts Dim Z As Bit Dim Pinalt_l As Bit Dim Pinalt_r As Bit Dim Links As Bit Dim Rechts As Bit Dim Zustand_l As Bit Dim Zustand_r As Bit Dim Zaehler As Word Pinalt_l = 1 Pinalt_r = 1 Zustand_l = 1 Zustand_r = 1 Do If Z = 1 Then If Pind.2 < Pinalt_l Then Zaehler = 0 Pinalt_l = Pind.2 If Pind.3 < Pinalt_r Then Zaehler = 0 Pinalt_r = Pind.3 If Zaehler < 300 Then Incr Zaehler 'Links blinken 'Rechts blinken 'Rechts blinken 'Wenn fallende Flanke links dann 'Zähler zurücksetzen 'Eingangswert links zwischenspeichern 'Wenn fallende Flanke rechts dann 'Zähler zurücksetzen 'Eingangswert rechts zwischenspeichern 'Zaehler alle 100 ms (Timer) um 1 hochzählen 'obere Grenze 300 (willkürlich, da im Ereignisfall wieder

14 If Zaehler < 4 Then If Zaehler >= 4 And Zaehler < 24 And Pind.2 = 0 Then Links = 1 If Zaehler >= 4 And Zaehler < 24 And Pind.2 = 0 Then Links = 0 If Zaehler >= 24 And Pind.2 = 1 Then Links = 1 'debounce 400 ms 'Zählen 20 * 100 ms = 2 s If Zaehler < 4 Then Rechts = 1 If Zaehler >= 4 And Zaehler < 24 And Pind.3 = 0 Then 'debounce 400 ms Rechts = 0 'Eingänge und Ausgänge "verunden If Zaehler >= 24 And Pind.3 = 1 Then Rechts = 1 Zustand_l = Links Portb.2 = Not Zustand_l Zustand_r = Rechts Portb.3 = Not Zustand_r 'Eingänge und Ausgänge "verunden" damit 'Impulse > 2 s durchgeschaltet werden 'Zustände erst dann auf Ausgang schreiben Z = 0 Loop End 'Interrupt routine Int_tim0: Timer0 = Timset Z = 1 Return

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