Zähler- und Zeitgeber-Baugruppen

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1 Zähler- und Zeitgeber-Baugruppen Sinn: häufig müssen Zeitbedingungen eingehalten werden z.b.: einige ms warten, Häufigkeit von Ereignissen zählen etc... Lösung: 1.) Zeitschleifen = Programm abarbeiten, das eine festgelegte Zeit benötigt Problem: Prozessor kann in dieser Zeit nichts anderes tun 2.) Zeitgeber-Baugruppe = kann so programmiert werden, daß sie nach definierter Zeit dem Prozessor ein Signal gibt. = ein Register, dessen Inhalt in jedem Maschinenzyklus um 1 erhöht wird + einige Bits mit denen der Zeitgeber gesteuert werden kann 1 / 15 MCT_Vorlesung_03_SS2015

2 Unterscheidung: Zähler / Zeitgeber muß vor der Benutzung vom Programmierer festgelegt werden 1.) Zähler (Counter) externes Taktsignal bewirkt Erhöhung des Zählerstandes ein Puls (oder eine Flanke) erhöht Zähler um 1 Signal muß an ein bestimmtes Mikrocontroller-Pin angelegt werden Anwendung: Zählen wie oft ein Kontakt geschlossen wurde 2.) Zeitgeber (Timer) Taktsignal wird vom Prozessortakt abgeleitet z.b.: ein Takt pro Maschinenzyklus, d.h. 1 s, unabhängig vom Programmablauf Anwendung: bestimmte Aktion in regelmäßigen Abständen ausführen 2 / 15 MCT_Vorlesung_03_SS2015

3 Baugruppen des AT89C AT89C5131 besitzt drei Zähler/Zeitgeber Baugruppen: Timer 0, 1, und 2 - per Programm entweder als Zähler oder als Zeitgeber benutzbar - Timer 2 hat mehr Betriebsarten als Timer 0 und 1 hier: Timer 0 und 1 werden benutzt (vom Aufbau her identisch) Aufbau von Timer 0: - 16 Bit Zählerregister (TL0 = low Byte, TH0 = high Byte) = Zählerstand - Kontroll-Bits: 4 Bits im TMOD Register TCON.4 = TR0 (Run-Bit, 0 = stop, 1 = aktiv) - Status-Bit: TCON.5 = TF0 (Flag-Bit, 0 = o.k., 1 = Überlauf) - Port-Bits: P3.4 = T0 (externes Taktsignal) P3.2 = /INT0 Doppelbelegung: Interrupt 0 und Gate (= externe Freigabe) 3 / 15 MCT_Vorlesung_03_SS2015

4 im Praktikum: 16 MHz Aufbau von Timer 0 Umschaltung: Timer (intern) oder Counter (extern) Externes Signal Run-Bit (interne Freigabe) Freigabe des externen FreigabeSignals Externen Freigabesignal Dieses Signal steuert den Schalter 4 / 15 MCT_Vorlesung_03_SS2015

5 Timer-Programmierung Aufgabenstellung (Beispiel): Timer 0 soll als Zeitgeber genutzt werden gewünschte Dauer: 1 ms nach 1 ms soll das Bit TF0 (Flag) gesetzt werden Prinzipelle Vorgehensweise: 1.Schritt: 2.Schritt: Zeitgeber-Betriebsart im TMOD-Register einstellen Zählerregister mit Anfangswert laden 3. Schritt: Zeitgeber starten 4. Schritt: Warten bis Zeitgeber-Überlauf auftritt 5 / 15 MCT_Vorlesung_03_SS2015

6 1.Schritt: Zeitgeber-Betriebsart im TMOD-Register (Timer-Modus) einstellen TMOD ist nicht bitadressierbar! TMOD Gate C/T M1 M0 Gate C/T M1 M Timer 1 Timer 0 Gate = 1 ermöglicht externe Steuerung des Timers, daher hier Gate = 0 setzen C/T wählt Timer (C/T = 0) oder Counter (C/T = 1), daher hier C/T = 0 setzen M1 M0 legen die Betriebsart fest: 0 0 = 13 Bit Timer (aus Kompatibilitätsgründen vorgesehen, veraltet) 0 1 = 16 Bit Timer: für die Beispielaufgabe sinnvoll! 1 0 = 8 Bit Auto-Reload-Timer: Timer wird bei Überlauf mit Startwert geladen 1 1 = zwei 8 Bit Timer, Timer 1 kann dann nicht genutzt werden 6 / 15 MCT_Vorlesung_03_SS2015

7 Konfiguration des Timers: 0001 Binär = 1 Hexadezimal Mit dieser Bit-Kombination das Timer-Modus-Register beschreiben: Anweisung: mov tmod,#11h ; Timer 0 und 1 als Zeitgeber nutzen Problem: Timer 1 wird ebenfalls konfiguriert Alternative Anweisung: Timer 0 anl tmod,# b orl tmod,# b ; UND-Maske ; ODER-Maske UND-Maske: ODER-Maske: alle Bits, die in der Maske 0 sind, werden auf 0 gesetzt Alle Bits, die in der Maske 1 sind, bleiben unverändert alle Bits, die in der Maske 1 sind, werden auf 1 gesetzt Alle Bits, die in der Maske 0 sind, bleiben unverändert 7 / 15 MCT_Vorlesung_03_SS2015

8 2.Schritt: Zählerregister mit Anfangswert laden Flag TF0 wird bei Überlauf gesetzt, d.h. wenn Zähler von FFFFH auf 0000H umspringt Anfangswert = FFFFH - Zeitdauer + 1 hier: Zeitdauer = 1000 (1 ms = 1000 Maschinenzyklen) Anfangswert = = = FC18H (Hinweis: Umrechnung dezimal hexadezimal: mit Taschenrechner oder Restwertmethode, siehe unten...) Anweisung: mov th0,#0fch ; Zeitgeber 0 laden mov tl0,#018h 8 / 15 MCT_Vorlesung_03_SS2015

9 Umrechnung mit Hilfe der "Restwertmethode" Beispiel: Umrechnung Dezimal nach Hexadezimal: Prinzip: (1) Die Dezimalzahl durch 16 teilen (2) Die Nachkommastellen mit 16 multipliziert gibt eine Ziffer (3) Die Stellen vor den Komma durch 16 teilen, weiter mit (2) Aufgabe: Die Dezimalzahl soll in eine Hexadezimalzahl umgerechnet werden / 16 = 4033,5 0,5 16 = 8 (8) (1. Ziffer) 4033 / 16 = 252,0625 0, = 1 (1) (2. Ziffer) 252 / 16 = 15,75 0,75 16 = 12 (C) (3. Ziffer) 15 < 16 Rest = 15 (F) (4. Ziffer) Ergebnis: (64536) 10 = (FC18) 16 wichtig: Reihenfolge der Ziffern beachten! 9 / 15 MCT_Vorlesung_03_SS2015

10 3. Schritt: Zeitgeber starten Anweisung: clr tf0 ; Timer 0 Überlauf Bit rücksetzen setb tr0 ; Timer 0 starten 4. Schritt: Warten bis Zeitgeber-Überlauf auftritt entweder: Bit TF0 regelmäßig abfragen warten: jnb tf0, warten ; warten bis Timer 0 = 0000 (Overflow) oder: Interrupt-Programm benutzen (siehe später) Vorteil: Interrupt-Programm startet automatisch, sobald Überlauf auftritt. 10 / 15 MCT_Vorlesung_03_SS2015

11 Lösung: Timer für 1ms Wartezeit programmieren 1.Schritt: 2.Schritt: Zeitgeber-Betriebsart im TMOD-Register einstellen mov tmod,#11h Zählerregister mit Anfangswert laden mov th0,#0fch ; Zeitgeber 0 laden mov tl0,#018h 3. Schritt: Zeitgeber starten clr tf0 setb tr0 ; Timer 0 Überlauf Bit rücksetzen ; Timer 0 starten 4. Schritt: Warten bis Zeitgeber-Überlauf auftritt warten: jnb tf0, warten ; warten bis Timer 0 = 0000 (Overflow) 11 / 15 MCT_Vorlesung_03_SS2015

12 Anwendung: Töne erzeugen Prinzip: einen am Mikrocontroller angeschlossenen Lautsprecher mit einem Rechtecksignal ansteuern: Spannung Zeit Treiber (74LS07) Widerstand (100 Ohm) AT89C5131 Port Pin P3.5 Kondensator (10 μf) Lautsprecher 12 / 15 MCT_Vorlesung_03_SS2015

13 Rechtecksignale definierter Frequenz erzeugen Prinzip: Zustand eines Port-Pins nach Ablauf der Zeit Tp invertieren Befehl zum Invertieren des Port-Pins (cpl = complement ): cpl p3.5 ; an Port 3, Bit 5 ist ein Lautsprecher angeschlossen T Tp Frequenz des Rechtecksignals ist dann f 1 2 Tp Tp T f Bei Verwendung eines 16 Bit Timers: Tp maximal ca. 65 ms f minimal ca. 8 Hz Tp minimal ca. 10 µs f maximal ca. 50 khz 13 / 15 MCT_Vorlesung_03_SS2015

14 Beispiel: setb tr0 ; Timer 0 starten start: mov th0,#0ffh 2 µs ; Zeitgeber 0 laden mit -100 mov tl0,#09ch 2 µs warten: jnb tf0, warten 100 µs ; warten bis Timer 0 = 0000 (Overflow) clr tf0 1 µs ; Überlauf-Bit rücksetzen cpl p3.5 1 µs ; Port Bit (Lautsprecherausgang) invertieren jmp start 2 µs Ablauf: nach 4 µs ist das Timerregister geladen nach 100 µs ist das Überlaufbit tf0 gesetzt nach 2 µs ist das Port Bit invertiert nach 2 µs beginnt die Schleife neu Pulsdauer Tp = 108 µs (Timerlaufzeit + 8 µs) Frequenz f = 1 / (2 Tp) = 4,63 khz 14 / 15 MCT_Vorlesung_03_SS2015

15 Zusammenhang: Töne und Frequenzen Beispiel: Ton f der 4. Oktave = 349 Hz Zusammenhänge: Oktave hat 12 Halbtöne (A AIS H C CIS D DIS E F FIS G GIS) Der gleiche Ton der nächsthöheren Oktave hat die doppelte Frequenz 12 Die benachbarten Halbtöne sind um einen Faktor 2 1, 0595 verschieden Der Ton A der ersten Oktave hat die Frequenz 27,5 Hz damit können die Frequenzen aller Töne und Halbtöne berechnet werden daraus: Zählerstartwerte berechnen (siehe Tabellen des Praktikums) 15 / 15 MCT_Vorlesung_03_SS2015

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