DST EINFÜHRUNG IN MRT

Transkript

1 DST EINFÜHRUNG IN MRT V1 (90 min) Projektaufbau Projekt Versuch 1.1: Gegeben ist ein Atmel uc. An PortA sind 8 Taster angeschlossen. An PortC sind 8 LEDs. Geben Sie die Taster - Information an den LEDs aus. (Wenn Taster betätigt, entspr. LED an) 1

2 DST EINFÜHRUNG IN MRT V1 (90 min) Projektaufbau als uc - Programmierer Projektannalyse: Möglicher Ablauf des Projektes (direkt im C - Code) 2

3 DST EINFÜHRUNG IN MRT V1 (90 min) Projektaufbau als uc - Programmierer // --- Function Deklarationen void Taster_init(void); // PortA (8-Bit-Taster-Port) als Input void LEDs_init(void); // PortC (8-Bit-LED-Port) als Output void Algorithm(void); // gibt den Zustand von PORTA nach PORTC int main (void) { // --- Initialisierungen Taster_init(); // PortA (8-Bit-Taster-Port) als Input LEDs_init(); // PortC (8-Bit-LED-Port) als Output // --- Endlosschleife im Hauptprogramm while(1) { Algorithm(); // Endlosschleife // Controller haben nie ein Programm-Ende) // gibt den Zustand von PORTA nach PORTC } // --- Programm Ende return 0; // wird nie erreicht! } Der Programmierer schreibt: main.c, Taster.c, LEDs.c und Algo.c und erstellt, die oben verwendeten leeren Routinen, so dass das Projekt von Anfang an lauffähig ist, aber nichts macht! 3

4 DST EINFÜHRUNG IN MRT V1 (90 min) Projektaufbau als uc - Programmierer Projektannalyse: Möglicher Ablauf des Projektes (direkt im C - Code) Analyse und Recherche der Hardware-Komponenten Wie kann ich die Tasten anschließen? 4

5 ANSCHLÜSSE Port Platine Robi DES AT-MEGA32 PA0 i -Taste 1 PA1 i -Taste 2 PA2 i -Taste 3 PA3 i -Taste 4 PA4 i -Joystick PA5 i -Joystick PA6 i -Joystick PA7 i -Joystick PB0 LCD RS PB1 LCD R/W PB2 i U2 RxD PB3 o U2 TxD PB4 SD XSS PB5 SD XMOSI PB6 SD XMISO PB7 SD XSCK PC0 o -LED 0 PC1 o -LED 1 PC2 o -LED 2 PC3 o -LED 3 PC4 o -LED 4 PC5 o -LED 5 PC6 o -LED 6 PC7 o -LED 7 PD0 i U1 RxD PD1 o U1 TxD PD2 LCD E PD3 PD4 b LCD DB4 PD5 b LCD DB5 PD6 b LCD DB6 PD7 b LCD DB7 5

6 DIGITALER INPUT ÜBER MECH. KONTAKT 6

7 DIGITALER INPUT PULL DOWN 7

8 DIGITALER INPUT INTERNER PULL UP Falls der Controller keinen schaltbaren Pullup Widerstand besitzt, muss natürlich ein externer Widerstand eingesetzt werden! Das ist in der Regel, die meistbenutzte Schaltungsrealisierung. Sie ist in negativer Logik und damit Versorgungsspannungsunabhängig! 8

9 PORT - BLOCKSCHALTBILD 9

10 DST EINFÜHRUNG IN MRT V1 (90 min) Projektaufbau Projektannalyse: Möglicher Ablauf des Projektes (direkt im C - Code) Analyse und Recherche der Hardware-Komponenten Analyse und Recherche der Software-Komponenten 10

11 DST EINFÜHRUNG IN MRT V1 (90 min) Analyse und Recherche der Software-Komponenten #include <avr/io.h> => <portpins.h> => <iom32.h> /* Port A */ #define PINA #define DDRA #define PORTA _SFR_IO8(0x19) _SFR_IO8(0x1A) _SFR_IO8(0x1B) 11

12 DST EINFÜHRUNG IN MRT V1 (90 min) Analyse und Recherche der Software-Komponenten PortA0.. PortA7 = Input PortA0.. PortA7 Pull-Up-Widerstände PortC0.. PortC7 = Output DDRA = 0b ; PORTA = 0b ; DDRC = 0b ; Test-Software : Sinnvoll ist es immer mit einer Ausgabe zu beginnen: Jetzt Live 12

13 DST EINFÜHRUNG IN MRT V1 (90 min) Steuerungs- und Regelungssysteme 13

14 DST EINFÜHRUNG IN MRT Heizungs - Regelung 14

15 HEIZUNGS REGELUNG 15

16 HEIZUNGS REGELUNG => 16 x Temp. 5 x Durchflußmenge Uhrzeit & Datum für Algo. Anzeige und Tasten für Specs. 16

17 HEIZUNGS REGELUNG -20 C <= T < 100 C 17

18 HEIZUNGS REGELUNG 18

19 HEIZUNGS REGELUNG 19

20 HEIZUNGS REGELUNG 5 NTC 0, C Pt100 2, C => 16 x Temp. Durchfluss- Sensor 2,00 Platine & Bauteile 1,50 Gehäuse 0,80 Lohn &... 1,90 Software kompl. 0, ,00 5 x Durchflußmenge Summe 16,05 (150 ) Gewinn 130 Mio 20

21 DST EINFÜHRUNG IN MRT Steuerungs- und Regelungssysteme Mikroprozessoren Signalprozessoren Programmierbare Bausteine 21

22 SYSTEMAUFBAU 22

23 BUS SYSTEM 23

24 BUS TIMING Schreiben eines Datenbytes zum Speicher 12345H (0x12345) 24

25 PERIPHERIE Digitale Ports (I/O) Parallel Seriell Analoge Ports (I/O) AC DC 25

26 TASTER - AUFAGBE Taster oder Kontakt: soll ein Ereignis auslösen (event)? Wie muss der Taster betätigt sein? Zeitbestimmung der Betätigung? Darf der Taster auch mal nicht erkannt werden? Lösung: Tastenzähler soll um 1 erhöht werden! 10 Betätigungen sollen pro Sekunde erkannt werden! Prellzeit < 20ms (alle kleineren Taster) => f Tast Max < 25Hz! Jede Betätigung > 10ms soll erkannt werden! 26

27 TASTER - LÖSUNG ++TAST_WERT f Tastenabfrage ~ 100Hz tprell = 20 ms Lösung per Softwareschleife: nur möglich, wenn die Schleife alle 10 ms durchlaufen wird! Lösung per Interrupteingang: nur möglich, wenn nicht so viele Kontakte (Taster) im System vorkommen! Lösung per Timerinterrupt: universellste Lösung! 27

28 TASTER LÖSUNG (MIT TIMERINT.) ++TAST_WERT f Tastenabfrage ~ 100Hz tprell = 20 ms F CPU = 16MHz => 1 Assemblerbefehl ~ 2Zyklen => Befehle pro Interrupt (100Hz -> 10ms) => einfache C-Anweisungen pro Interrupt! 28

29 TASTER LÖSUNG (MIT TIMERINT.) 29

30 TASTER LÖSUNG (MIT TIMERINT.) 30

31 TASTER LÖSUNG (MIT TIMERINT.) 31

32 TASTER STATEMACHINE (1) unsigned int T0_Wert = 0; void T0_State_Machine(void) { static int State = 0; // globaler Speicher // Zählt die Tastenbetätigungen // 100 Hz also alle 10 ms // permanente State Nummer switch(state) { case 0: { // 0 warte auf keine Taste if ((PINA & 0b001) == 0) {State = 100;} break; } case 100: { // 100 warte auf Taste if ((PINA & 0b001)!= 0) {++T0_Wert; State = 0;} break; } default: { break; } } } 32

33 TASTER LÖSUNG (MIT TIMERINT.) 33

34 TASTER STATEMACHINE (MIT ENTPR.) unsigned int T0_Wert = 0; void T0_State_Machine(void) { static int State = 0; static int Cnt = 0; // globaler Speicher // Zählt die Tastenbetätigungen // 100 Hz also alle 10 ms // permanente State Nummer // permanente Counter switch(state) { case 0: { // 0 warte auf keine Taste if ((PINA & 0b001) == 0) {Cnt = 2; State = 50;} break; } case 50: { // 20 ms entprellen --Cnt; if (Cnt == 0) {State = 100;} break; } case 100: { // 100 warte auf Taste if ((PINA & 0b001)!= 0) {Cnt = 2; ++T0_Wert; State=150;} break; } case 150: { // 20 ms entprellen --Cnt; if (Cnt == 0) {State = 0;} break; } } } 34

35 TASTER LÖSUNG (MIT TIMERINT.) 35

36 TASTER STATEMACHINE (200MS BETÄT.) unsigned int T0_Wert = 0; // globaler Speicher ENTPR.) void T0_State_Machine(void) { static int State = 0; static int Cnt = 0; // 100 Hz also alle 10 ms // permanente State Nummer // permanente Counter für div. Aufgaben switch(state) { case 0: { // 0 warte auf keine Taste if ((PINA & 0b001) == 0) {Cnt = 2; State = 50;} break; } case 50: { // 20 ms entprellen --Cnt; if (Cnt == 0) {State = 100;} break; } case 100: { // 100 warte auf Taste if ((PINA & 0b001)!= 0) {Cnt = 2; State = 150;} break; } case 150: { // 20 ms entprellen --Cnt; if (Cnt == 0) {Cnt = 20; State = 200;} break; } case 200: { // Taste muss 200 ms gedrückt sein --Cnt; if (Cnt == 0) {++T0_Wert; State = 0;} if ((PINA & 0b001) == 0) {State = 0;} break; } } } 36

37 TIMER / COUNTER ALS INTERRUPTGEBER Interruptfrequenz soll 10 khz betragen 37

38 TIMER / COUNTER ALS INTERRUPTGEBER Interruptfrequenz soll 10 khz betragen // Prescaler 101= = =64 010=8 001=1 // f=16mhz/8/200 = ,0 Hz => 0,100 ms TCCR0 = (0<<CS02) (1<<CS01) (0<<CS00); // :8 38

39 TIMER / COUNTER ALS INTERRUPTGEBER Interruptfrequenz soll 10 khz betragen // Prescaler 101= = =64 010=8 001=1 // f=16mhz/8/200 = ,0 Hz => T = 0,100 ms TCCR0 = (0<<CS02) (1<<CS01) (0<<CS00); // :8 TCCR0 = (1<<WGM01); // Enable CTC Mode CTC = Clear Timer On Compare Match 39

40 TIMER / COUNTER ALS INTERRUPTGEBER Interruptfrequenz soll 10 khz betragen // Prescaler 101= = =64 010=8 001=1 // f=16mhz/8/200 = ,0 Hz => 0,100 ms TCCR0 = (0<<CS02) (1<<CS01) (0<<CS00); // :8 TCCR0 = (1<<WGM01); // Enable CTC Mode OCR0 = 200-1; // Output Compare Register = Teiler-1 TCNT0 = 0; // Startwert Hauptsache <= 199 TIMSK = (1<<OCIE0); // Timer Interrupt Ausgang Enable TIFR = (1<<OCF0); // Timer Interrupt Flagregister // wenn Output Compare == 0 40

41 TIMER ALS ZEITBASIS Interruptfrequenz soll 10 khz betragen! Es sollen die Funktionen des H.P. (main.c) aufgerufen werden: int10khz(); int1khz(); int100hz(); int10hz(); int1hz(); volatile uint16_t tim0_iz; // volatile: akt Wert volatile unsigned char uhr_sek_um = 0; // steht immer im // Speicher ISR(TIMER0_COMP_vect) { ++tim0_iz; if (tim0_iz >= 10000) { tim0_iz = 0; uhr_sek_um++; } sei(); int10khz(); // 10 khz Interrupt if((tim0_iz % 10) == 5) int1khz(); // 1 khz Interrupt if((tim0_iz % 100) == 88) int100hz(); // 100 Hz Interrupt if((tim0_iz % 1000) == 627) int10hz(); // 10 Hz Interrupt if((tim0_iz ) == 1243) int1hz(); // 1 Hz Interrupt } 41

42 PRAKTIKUMSBOARD MIT AT-MEGA32 42

43 PRAKTIKUMSBOARD MIT AT-MEGA32 Tastenzähler +Flanke max Wechsel -Flanke Prellzeit Software- Realisierte Entprellung Port-Bits +Flanke Wechsel -Flanke 43

44 GRUNDBOARD MIT AT-MEGA32 44

45 ANSCHLÜSSE Port Platine Robi DES AT-MEGA32 PA0 i -Taste 1 PA1 i -Taste 2 PA2 i -Taste 3 PA3 i -Taste 4 PA4 i -Joystick PA5 i -Joystick PA6 i -Joystick PA7 i -Joystick PB0 LCD RS PB1 LCD R/W PB2 i U2 RxD PB3 o U2 TxD PB4 SD XSS PB5 SD XMOSI PB6 SD XMISO PB7 SD XSCK PC0 o -LED 0 PC1 o -LED 1 PC2 o -LED 2 PC3 o -LED 3 PC4 o -LED 4 PC5 o -LED 5 PC6 o -LED 6 PC7 o -LED 7 PD0 i U1 RxD PD1 o U1 TxD PD2 LCD E PD3 PD4 b LCD DB4 PD5 b LCD DB5 PD6 b LCD DB6 PD7 b LCD DB7 45

46 PORT - BLOCKSCHALTBILD 46

47 PORT - PROGRAMMIEREN // PortA alle 8-Bits als Input DDRA = 0b ; // PortC alle 8-Bits als Output DDRC = 0b ; // PortB Bit 0-3 als Input // und Bit 4-7 als Output DDRB = 0b ; // n.u. // Daten von PortA lesen // und an PortC wieder ausgeben PORTA = 0b ; // Pull-up-Wid. while(1) { PORTC = PINA; } 47

48 ANWENDUNG Aktive Raddrehzahlfühler Aktive Raddrehzahlfühler mit eigener Auswerteelektronik auch: AMR-Sensor (Anisotroper Magnetoresistiver Effekt) Der Rad-Drehzahlsensor (Abk.: DF = Drehzahlfühler) wurde zuerst für den Einsatz im Antiblockiersystem (ABS) entwickelt. Anfänglich handelte es sich um einen passiven induktiven Sensor (Induktivgeber). Mittlerweile hat aber der aktive Sensor mit eigener Auswerteelektronik immer mehr an Bedeutung gewonnen. Positiver Nebeneffekt: Die Rad-Drehzahlinformationen können auch von via CAN-Bus von Getriebe-, Motor-, Navigations- und Fahrwerksregelsystemen genutzt werden. Funktionsweise und Messprinzip Dieser Sensor arbeitet nach dem Hall-Prinzip und hat die Besonderheit, dass er Vorwärts - und Rückwärtsbewegungen erkennt. 48

49 ANWENDUNG Aktive Raddrehzahlfühler 1 Geberring, 2 Sensor IC mit Hallsensor, 3 Sensorgehäuse 49

50 ANWENDUNG Aktive Raddrehzahlfühler Die Drehrichtungserkennung ist durch den internen Signalversatz von drei entsprechend angeordneten Hallelementen im Sensor möglich. Bei einem solchen Raddrehzahlsensor übernehmen Magnete die Funktion der Zähne des Inkrementenrades. Die Magnete sind in Nordpol und Südpol unterschieden und sind wechselweise auf einen Polring (Geberring) angeordnet. Anders als beim passiven Raddrehzahlsensor wird der aktive Raddrehzahlsensor mit einer definierten Spannung versorgt und liefert schon ein im Raddrehzahlsensor erzeugtes Rechtecksignal in Form eines Datenprotokolls zum Steuergerät. Dieses Datenprotokoll wird als Stromsignal im Pulsweitenmodulationsverfahren (PWM) übertragen. 50

51 ANWENDUNG Aktive Raddrehzahlfühler 51