Anwendungen der Prozessdatenverarbeitung (Liste V) Leitung: Prof. Dr. Linn. Microcontroller Programmierung

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1 Anwendungen der Prozessdatenverarbeitung (Liste V) Microcontroller Programmierung Dokumentation Christoph Schulz Patrik Simon Dirk Stein Sommersemester 2005

2 INHALTSVERZEICHNIS Einführung Die Aufgabenstellung Motivation Die Hardware Das USB PICDEM Demo Board Der Microcontroller 18F Der In-Circuit Debugger Der HP Drucker Motor Die Sensoren Das Aufzugsmodell Die Schaltlogik Die H-Brücke Die Schaltlogik/Synchronisation des Aufzugs Schaltplan der Taster am Aufzug Schaltplan der LEDs am Aufzug Schaltungslogikaufbau der Lichtschranken Die Software Die Entwicklungsumgebung Programmierung der Hardware Datenaustausch über USB Die serielle Schnittstelle Quellen

3 Einführung In diesem Dokument präsentieren wir die Entwicklungsphasen unseres PDV Vertiefungsprojekt von der Aufgabenstellung bis zur Implementierung der Software. Technische Details befindet sich indem Dokument Technisches Handbuch. Download unter: Die Aufgabenstellung 1. Evaluierung des Microcontrollers 18F4550 mit Hilfe des Microchips Development Demo Board PICDEM USB. 2.Ansteuerung der USB Schnittstelle des PICDEM USB Demo Boards. Motivation Konstruktion eines Aufzugschachts zur Präsentation der Funktionalitäten des PICDEM USB Demo Boards. Der Fahrstuhl wird mit Tastern gesteuert, welche am Fahrstuhlschacht angebracht werden. Die komplette Schaltlogik wird auf einer extra Platine implementiert mit der Hilfe von TTL Bausteinen realisiert. Die USB Schnittstelle wird parallel zu den Taster auch eine Steuerungsmöglichkeit des Fahrstuhls mit der Hilfe einer entwickelten Anwendung auf dem Rechner bieten

4 Die Hardware In diesem Abschnitt gehen wir auf die einzelnen Hardware Komponenten ein, die wir zur Unterstützung bei der Implementierung des Projekts benötigten. Außerdem zeigen wir in diesem Kapitel die Konstruktion unsers Aufzugmodells. Das USB PICDEM Demo Board Auf der Platine (siehe Abbildung 3.0)ist zum einem der USB-Controller platziert, der für die Kommunikation zwischen dem PC und der Platine zuständig ist und zum anderen der Mikrochip, auf dem die Programme gespeichert werden. Eine weitere Aufgabe des Mikrochips ist es die unterschiedlichen Komponenten über die Pins und Ports anzusteuern. Zur Verwaltung der Aufzugsteuerung verwendeten wir den PIC 18 F Dieser Mikrochip besitzt die Möglichkeit einer einfachen Speicherlöschung mit Hilfe seiner Flash Eigenschaft. Zur Diagnose und Ausgabe sind 8 Leuchtdioden enthalten. Zusätzlich gibt es eine Leuchtdiode, die anzeigt, ob gerade Daten auf den Mikrocontroller geschrieben bzw. von diesem gelesen werden. Eine weitere LED zeigt die Stromversorgung an

5 Fig. 3.0: Microchips Development Demo Board PICDEM USB Problem bei der Evaluierung des PIC 18F4550 auf dem PICDEM USB Demo-Board Das PICDEM USB Demo-Board ist für den Microchip 16C765 designt. Dieser Microchip wird mit einem EBROM-Programmer programmiert. Der Speicher des Chips kann nur mit der Hilfe eines EPROM Erasers (ultraviolete Lampe siehe Fig. 3.1) gelöscht werden. Das Board ist prinzipiell nicht vorgesehen einen flashbaren Chip (18F4550) zu programmieren. Normalerweise befindet sich auf einem Demo Board für einen flashbaren Microcontroller eine RJ11 Buchse. Beim dem PICDEM USB Demo-Board ist diese Buchse als "Future Use" in dem Development Paket enthalten. Die flashbarer Chips der Firma Microchip sind, nach dem anbringen des RJ11 Steckers auf der Platine, über die Pins RB3, RB6 und RB7 programmier- und löschbar

6 Fig. 3.1 EPROM Memory Eraser Man würde nun annehmen, dass es ausreicht die Buchse auf die Platine zu löten und damit den Microchip programmieren zu können. Aber das funktioniert so nicht! Um den Fehler einzugrenzen überprüften wir die Pinbelegung der beiden PICs (18F4550 und 16C765) und stellen nur Übereinstimmungen fest. Wir prüften die einzelnen Pins der RJ11 Buchse zum PIC auf Durchgang und verglichen diese mit dem Datenblatt des Boards. Auch hier stellten wir keinen Fehler fest. Nach längerer Recherche in Datenblättern anderer Demo-Boards fanden wir heraus, dass sich auf dem Platinenlayout unseres Boards ein Fehler befand. Die Pins RB3 und RB7 die von der RJ11 Buchse führten waren vertauscht (siehe Fig. 3.2). Durch geschicktes verdrehen und isolieren der Pins an der Buchse konnten wir es vermeiden die Leiterbahnen auf der Platine zu durchtrennen und neu zu ziehen. Nach dieser strukturellen Änderung der RJ11 Buchse ist es möglich den flashbaren PIC 18F4550 auf dem Demo-Board zu programmieren. Fig. 3.3 RJ11 Pinbelegung für PIC 18F4550 Fig. 3.2 RJ11 Buchse - 5 -

7 Fig. 3.4 RJ11 Pinbelegung für PIC 16C765 Der Microcontroller 18F4550 Microcontroller sind preisgünstige Ein-Chip-Computersysteme,in denen alle Komponenten (CPU, ROM, RAM) auf einem einzigen Chip untergebracht sind. Auf ihm befindet sich noch spezielle Peripherieblöcke für USB, PS/2 und PWM. Mircocontroller verwendet man für kleine Steuerungsprobleme die mit analogen oder diskreten digitalen Schaltungen einen hohen Aufwand erfordern würden. Sie finden in eingebetteten Systemen Verwendung z.b. ABS, Videorekorder, Waschmaschine, da sie sehr günstig sind. Ihre Grundlegende 8 Bit Stuktur stammt aus den 70ern mit Speicher bis 1MB für Programmcode und 48KB für Daten. Somit kann man sie ohne viel Aufwand betreiben, aber auch nur einfache Berechnungen ( 8-Bit Zahlen ) ausführen. Entgegen den Eprom-Mircocontoller die man mit Strom beschreibt, aber nur mit UV-Strahlen löschen kann gibt es heute immer mehr Fash- Mircocontroller, die sich elektronisch löschen und wiederbeschreiben lassen. Auch der 18F4550 gehört zu der Reihe der flashbaren Systemen. Die Programme für diese Microcontroller werden in Assembler oder C programmiert. Es ist angebracht dazu eine Software Entwicklungsumgebung zu verwenden, wie z.b. MPLAB der Firma Microchip (siehe Link: Entwicklungsumgebung). Mit einem In-Circuit- Debugger, werden die geschriebenen Programme auf den Prozessor übertragen und können im Einzelschrittmodus durchlaufen werden. Der PIC 18F4550 (High Performance Enhanced Architecture) gehört zur Mikrocontrollerfamilie, der Firma Microchip Technology Inc. Es ist ein 8 Bit RISC Mikrocontroller. Er besitzt Lineare Speicheradressierung, 79 Befehle, 8x8 Hardware-Multiplizierer, 16 Bit Befehlsbreite und 10 MIPS. Die Speicheraufteilung ist nach der Harvard-Architektur ausgeführt. Der - 6 -

8 Programmspeicher ist in Pages (Seiten) organisiert, er ist 32Kb groß und es lassen sich Programme mit Assemblerbefehlen speichern. Der Datenspeicher ist in 4 Bänke zu je 64 Bytes unterteilt. Die Bankumschaltung erfolgt durch die Bits RP0 und RP1 im STATUS Register. Der Stack ist nur als Speicher für den Befehlszähler verwendbar. Da der PIC nur 8 Stufen tief ist wird nach 8 Unterprogramm- /Interruptaufrufen wieder die erste Stufe des Stacks beschrieben, was zum Verlust der ersten Rücksprungadresse führt. Fig. 4.0: Der 18F4550 Microcontroller installiert auf dem PICDEM USB Demo Board PICs besitzen zwar viele Interruptquellen, haben aber nur einen Interruptvektor, der bei Auslösung eines beliebigen Interrupts angesprungen wird. Die einzige Interruptbehandlungsroutine muss durch Abfragen der einzelnen Flag-Bits herausfinden, welcher Interrupt ausgelöst wurde( es ist möglich hier eine Prioritätssteuerung zu realisiert) und danach die dafür entsprechenden Programmschritte ausführen. Der Mircocontoller 18F4550 stellt uns drei 16-Bit Timer sowie zwei 8-bit Timer mit periodischem Register zur Verfügung z.b. für die PWM. Er hat einen externen Quarz Timer. Den 18F4550 gibt es verschiedenen Gehäusen zu kaufen. Die I/O Ports Der 40-polige 18F4550 (siehe Fig. 4.1) besitzt 34 digitale I/O Ports, von denen acht auch analog verwendbar sind. Der PIC hat einen Analog/Digital-Wandler, eine USB Schnittstelle, zwei PWM-Module. Maximal 8 Pins des Microcontorllers RD0-RD7 sind jeweils zu einem Port zugeordnet. Die Buchstaben A-E geben den Port an und die Zahl den - 7 -

9 jeweiligen Pin. Diese TTL (Transistor-Transistor-Logik) Pins sind als Eingänge(default) oder Ausgänge beschaltbar. Die den Ports zugeordneten Register heißen PORTA, PORTB... Zum Beispiel der Wert der an Pin RD3 anliegt steht dann im Register PORTD an BIT 3. Um den PORT zwischen INPUT-OUTPUT umzuschalten muss man das interne BIT z.b. TRISD für PORT D auf 1\ oder für Eingang auf 0\ setzen. Entweder man nutzt die Ports als digitale I/O's oder man nutzt die eingebauten Funktionen des PORTA als analoger Eingang, PORTB mit 4 externe Interrupt Pins sind gleichzeitig auch die Pins zum Programmieren, PORTC mit den Pins für die USB Schnittstelle sowie die Ports SPI oder I2R, der Capture/Compare/PWM I/O sowie des Timer1 I/O. PORTD kann auch als Parallel Slave Port (PSP) Datenbus genutzt werden. PORTE beinhaltet 3 analoge Eingangs-Channels oder den Parallel Slave Port Control-Bus (siehe Abildung 4.1) Fig. 4.1: Pinbelegung des 18F4550 Die Abbildung 4.1 zeigt alle Ports des Microcontrollers: (1) MCLR: Wenn man diesen Pin auf low setzt(mit ground verbindet), wird der PIC geresetet und befindet sich in Ausgangszustand. Durch "RESET" werden alle Register auf 1 gesetzt. (2)- (10): I/O Ports (11) VDD: Versorgungsspannungsanschluss des Chips + 5 Volt (12) VSS: Ground /Masseanschluss des Chips (13)/(14) OSC1/2: Taktgenerator. Rxy: sind die I/O Ports a-d des Chips - 8 -

10 Der In-Circuit Debugger Der In-Circuit-Debugger ICD 2 der Firma Microchip (siehe Abbildung 6.0) arbeitet auf PC-Basis und unterstützt die Microcontroller PIC16F und PIC18F. Sobald neue Microcontroller Versionen erhältlich sind, kann der Benutzer die entsprechende Software kostenlos in den ICD 2 laden. Download unter: Der Microchip ICD 2 wird benötigt, um das Demo-Board zu programmieren, oder um ein Programm zu debuggen. Dazu wird das Programm nicht auf dem Board selbst gespeichert, sondern auf dem Debugger. Zum Programmieren und Debuggen ist der ICD 2 über einen RJ11-Anschluss mit dem Board verbunden. Der In-Circuit Debugger unterstützt die Echtzeit-Darstellung der Variablen und Register. Komfortabelnes debugging ermöglicht es dem Anwender Breakpoints zu setzen, sowie Lese und Schreibvorgänge im Speicher zu übernehmen. Fig. 6.0: Der In-Circuit-Debugger ICD 2 Folgende Anschlüsse sind am ICD 2 angebracht: - Einen RJ11-Anschluss, durch den er mit dem Demo-Board verbunden wird. - Eine seriellen Anschluss, über den man die Ansteuerung vornehmen kann. - Eine USB-Anschluss, welcher das Board mit einem PC verbindet. - Eine 9 Volt-Stromversorgung

11 - Drei Status-LEDs für die Zustände "Power", "Busy" und "Error". Debugging und Programmiervorgang: Beim Debugging muss der ICD 2 über den RJ11 Anschluss mit dem Demo Board verbunden sein, da das Programm auf dem ICD 2 befindet und die Hardwareunterstützung des Demo-Boards benötigt. Ist der Programmiervorgang beendet muss die Verbindung zwischen dem Board und dem ICD 2 entfernt werden, damit das Programm auf dem Mikrocontroller laufen kann. Der HP Drucker Motor Der Motor (siehe Fig. 7.0) in der Aufzugkonstruktion ist ein HP Druckermotor, der in der PDV schon öfters gute Dienste geleistet hatte. Ein alter HP-Drucker ist schnell gefunden, der Motor leicht ausgebaut. Er ist dort für den Antrieb des Druckkopfschlittens zuständig. Die Eigenschaften des Motors passen perfekt zu dem Aufzug. Es ist ein 12 V Gleichstrommotor, der sich bequem über eine H-Brücke ansteuern lässt. Er läuft nicht besonders schnell ist aber SEHR kraftvoll. Der entscheidende Grund zur Wahl dieses Motors ist jedoch, dass er träge genug um den Aufzugkorb zu bremsen, so dass er trotz seines Gewichts von ca 50 Gramm in jeder Position in der Luft stehen bleiben kann, ohne das man an der Gegenseite ein Ausgleichsgewicht braucht. Fig. 7.0: Der HP Drucker Motor mit Lochscheibe

12 Die Sensoren Zur Konstruktion der Aufzugssteuerung verwenden wir vier Einweglichtschranken, mit deren Hilfe wir den Lift steuern bzw. den Standort bestimmen können. Pro Stockwerk verwenden wir eine Lichtschranke. Jede Lichtschranke löst einen Interrupt aus sobald der Lift beim Durchfahren das Lichtschrankensignal unterbricht. Die Einweglichtschranke Diese Einweglichtschranke (siehe Fig. 5.0) ist ein optisch/elektronische System aus einem Sensor (Empfänger) und einer Lichtquelle (Sender). Der Sender besteht aus einer einem Infrarotlicht abgebenden LED. Das Arbeitsprinzip einer Lichtschranke besteht darin, Unterbrechungen der Leuchtquelle auf den Sensor zu registrieren. Sie sendet dann ein Signal zum PIC. Fig. 5.0: Dimensionierung der Widerstände an der Lichtschranke

13 Fig. 5.1: Eingebaute Lichtschranken in den Aufzug Das Aufzugsmodell Die Konstruktion des Aufzugs wurde mit Hilfe von zwei Märklin Grundbaukästen B realisiert. Der Fahrtstuhlschacht besteht aus zwei

14 Laufschienen in denen der Aufzug läuft. Der Fahrstuhl ist an einem Antriebsriemen befestigt. Dieser Riemen läuft über ein Rad am Fahrstuhlschachtboden nach oben zum Antriebsmotor mit Lochscheibe. Der Antriebsriemen ist, wie auch der Motor, ein Element eines alten HP Druckers (siehe Link: HP Druckermotor). Mit Hilfe der Lochscheibe und der Gabellichtschranke werden am vorderen Ende des Motors die Drehrichtung und die Geschwindigkeit des Motors gemessen (siehe Link Sensoren). Es wurden vier Ebenen in gleichen Abständen an den Fahrstuhlschacht angebracht, welche vier Stockwerke repräsentieren. Jedes Stockwerk besitzt Taster, Leds und jeweils eine Lichtschranke welche die Steuerung des Fahrtstuhls ermöglichen. Mit den Tastern kann der Fahrstuhl "gerufen" werden. Die LEDs zeigen dann die betätigten Taster durch aufleuchten an. Der Leitungsschacht an der Frontansicht der Fahrstuhlkonstruktion enthält die Verdrahtung der LEDs, Taster und Lichtschranken. Zudem sind auch alle diese Elemente an ihm gefestigt. Die Verkabelung geschieht über ein 25-poliges Druckerkabel, welches uns genügend Pins zur kompletten Verdrahtung der Lichtschranken, LEDs und Taster bereitstellt. Das Druckerkabel läuft zur Schaltungslogikplatine wo es dort in ein Socket einrastet wird (siehe Link Schaltplan). Funktionsprinzip des Aufzugs Um Fahrstuhlanforderungen an den verschiedenen Stockwerken ausführen zu können wird der Fahrstuhl in die Startposition geschoben. Die Startposition, ist der Standort an dem der Lift die unterste Lichtschranke unterbricht. Durch das Drücken der Taster an den Stockwerken leuchtet die LED an dem ausgewählten Taster auf

15 Der Lift setzt sich nun in Bewegung und fährt an das gewünschte Ziel und hält dort an. Gleichzeitig erlicht auch die LED bei der Ankunft des Fahrstuhls am Stockwerk. Die Auswahl der Ziele kann auch über ein Dialog-Fenster auf dem Rechner durchgeführt werden. Dabei werden die angegebenen Ziele mit der Hilfe des USB-Controllers an den PIC übertragen (die Anwendung simuliert die Taster)

16 Die Schaltlogik In diesem Kapitel gehen wir auf die Hardwareschaltlogik ein, welche auf der unserer Schaltlogikplatine implementiert ist. Sie ist wesentlich für die Steuerung unsers Fahrstuhls verantwortlich. Ankommende Signale vom Fahrstuhl werden dort verarbeitet und weiter an den PIC geleitet; dort verarbeitet und ein entsprechendes Antwortsignal zurückgesendet. Die Schaltlogikplatine Nach der schrittweisen Planung der Hardware Schaltlogik wurde diese in einzelnen Modulen auf die Platine gelötet. Die einzelnen Module (H-Brückenlogik, Schalterlogik und Interrupt- Handling) wurden getrennt aufgelötet und jeweils separat getestet. Die H-Brückenlogik wurde als elementares Element zuerst bearbeitet. Eines der Hauptprobleme in diesem Module war die exakte Definition der Pulsweitenmodulation (PWM) aufgrund mechanischer Probleme am Aufzugmodell d.h. unterschiedliche Geschwindigkeiten bei der Auf- und Abfahrt des Lifts waren nötig. Mit Hilfe der softwaremäßigen Implementierung der PWM wurde dieses Problem gelöst. Das zweite Modul, die R/S Flip-Flop Schaltung, hat die Aufgabe das Prellen der Taster zu ignorieren. Nach der Fertigstellung der einzelnen Module wurde die Platine unübersichtlich und kleinere Fehler stellten sich immer wieder durch Korrekturarbeiten ein. Deshalb wurde mit den Erfahrungen des Prototyps eine komplett neue Platine aufgebaut. Die H-Brücke wurde zur besseren Übersicht auf eine Extraplatine gelötet und mit einem 5-poligen Datenkabel mit der Schaltungsplatine verbunden. Fig Schaltungsplatine Prototyp

17 Fig neue Schaltungsplatine Fig neue Schaltungsplatine mit H-Brückenplatine Die H-Brücke Eine H-Brücke besteht im Grunde aus 4 Transistoren, die H-förmig angeordnet sind. Mit Hilfe der H-Brücke, die den Motor steuert, kann nun der Aufzug nach oben bzw. nach unten fahren lassen. Die Steuerung des Motors geschieht nach folgendem Prinzip:

18 Steuern die Transistoren Q1 und Q4 durch, so fließt der Strom in Richtung des roten Pfeils. Steuern die Transistoren Q3 und Q2 durch, so fließt der Strom in Richtung des blauen Pfeils. Durch die unterschiedliche Stromflussrichtung verändert der Motor seine Drehrichtung und der Aufzug fährt nach unten bzw. nach oben. Schaltlogik der H-Brücke zur Motorsteuerung Die Schaltlogik zur Steuerung des Aufzugsmotors ist auf der Schaltplatine mit drei NAND-Gatter (7400) realisiert. Über den RB0 Eingang wird die Laufrichtung des Motors gesteuert. Der zweite Eingang ist mit der Pulsweitenmodulation (PWM) belegt. Die Eingänge RB0 und PWM laufen über das Datenkabel auf die Eingänge RC0 und RC2 des PICs

19 Die Schaltlogik/Synchronisation des Aufzugs In diesem Abschnitt präsentieren wir unsere in Hardware implementierte Schaltlogik des Aufzugs. Die Details der softwaremäßigen Implementierung findet man unter dem Link Programmierung. Der Datenaustausch zwischen dem Aufzug und dem PIC geschieht über

20 ein 25-poliges Druckerkabel und ein 40-poliges Datenkabel dazwischen befindet sich unsere Schaltlogik (siehe Abbildung 11.0). Fig. 11.0: Datenaustausch zwischen Aufzug und PIC Schaltplan der Taster am Aufzug Um die Signale an den Tastern am Aufzug zu erfassen, fragt der PIC ständig den Status der Taster ab (siehe Abbildung 11.2). Jeder Schalter am Aufzug ist über einen PIN am 25-poligen Druckerkabel mit einem Eingang eines R/S Flipflop auf der Schaltplatine verbunden (siehe Abbildung 11.1). Beim Drücken z.b. des Taster an Pin1 wird ein Spannungsimpuls an dessen Ausgang hier: RB0 gelegt und damit der Status geändert d.h. von 0 nach 1 gesetzt. Nach dem Abfragen aller Ausgänge der R/S Flipflops und der Realisierung aller Änderungen setzt der PIC alle Taster wieder in den Anfangszustand mittels des Reset Ausgangs an jedem Flipflop zurück. Jedes R/S Flipflop besitzt außerdem noch einen zweiten Ausgang (Q nicht) welcher aber für unsere Schaltlogik aber nicht benötigt wird

21 Fig. 11.1: Schaltlogik der Schalter realisiert mit R/S Flipflops Schaltplan der LEDs am Aufzug Die LEDs am Aufzug werden direkt mit dem PIC verbunden. Jedes Led belegt einen Eingang am PIC und wird direkt durch die Softwareimplementierung geschaltet (siehe Abbildung 11.2)

22 Fig 11.3: Schaltplan der LEDs Schaltungslogikaufbau der Lichtschranken Die Lichtschranken am Fahrstuhl werden mit drei ODER-Gatter auf der Schaltungsplatine miteinander verbunden. Durch Interrupts, die durch die Lichtschranken ausgelöst werden, wird der Standort des Fahrstuhls bestimmt. Die Aufgabe der ODER-Gatter in der Schaltung ist es, sobald einer der vier Lichtschranken schaltet, d.h. das Lichtschranke wird durch den Fahrstuhl unterbrochen, ein Signal an den RB0 Eingang des PICs zu senden und damit einen Interrupt auszulösen. Zur genauen Ortsbestimmung des Fahrstuhls muss aber trotzdem der genaue Standort des Fahrstuhls ermittelt werden, deshalb wird parallel zum Interrupthandling jede Lichtschranke auf einen Eingang des PIC geleitet. Diese Signale werden bei der softwaremäßigen Implementierung benötigt, um den Fahrstuhl am richtigen Stockwerk anhalten zu lassen

23 Fig 11.4: Schaltlogik der Lichtschranken

24 Die Software Die Entwicklungsumgebung Die 32-Bit-MPLAB-Entwicklungsumgebung (Version 7.10) arbeitet unter MS Windows und bietet die Möglichkeiten des Editierens und Debuggings des Quellcodes aus Assembler oder C. Die graphische Entwicklungsumgebung ist kostenfrei erhältlich und gestattet eine effiziente Code-Bearbeitung insbesondere einer schnellen Simulation. Außerdem verwendeten wir zur Kompilierung des Codes den MPLAP- C18 Compiler. Download MPLAB IDE V7.10: Programmierung der Hardware Die Software arbeitet auf Basis eines endlichen Automaten. Jedes Stockwerk entspricht einer Halteposition. Beim Drücken der Taster in den verschiedenen Stockwerken fährt der Fahrstuhl zu dem gedrückten Tasterstockwerk. In der Abbildung 12.0 werden die Übergangsfunktion und Zielzustände des endlichen Automaten präsentiert. Zusätzliche Informationen zur Programmierung d.h. kommentiere Quellcode und Animationen befindet sich unter dem Programmierung der Hardware Link auf dem Webportal

25 Fig endlicher Automat Datenaustausch über USB Zweiter Teil der Aufgabe ist es den Fahrstuhl über die USB Schnittstelle des PICDEM USB Demo Boards anzusteuern. Ziel ist es über diese Schnittstelle, mit Hilfe einer Anwendung auf dem PC, die Funktionalität der Taster zu simulieren und somit den Fahrstuhl zu steuern. Durch die Verwendung des PIC 18F4550, welcher nicht standardmäßig für dieses Board vorgesehen ist, bekamen wir gleich zu Beginn der Ansteuerung der USB Schnittstelle Probleme. 1. Nach der Implementierung des Standardbeispiels von Microchip auf dem PIC und der Verbindung des Boards mit dem Rechner reagierte das Board überhaupt nicht. Zur Fehlerfindung prüften wir die Verdrahtung der USB Schnittstelle auf Durchgang aber stellten keine Fehler fest. Danach verwendeten wir die neuen USB Demo Boards von Microchip, die auch den PIC 18F4550 evaluieren. Die weiterentwickelten Boards und speziell auf die Ansteuerung der USB Schnittstelle ausgerichtet, führten die Beispielprogramme nach der Implementierung und Anbindung an Rechner ohne Probleme aus (z.b. Maussimulation). Das Einlöten eines 1,5 kω

26 Widerstands an der vorgesehen Stelle auf dem USB PICDEM Demo Board, zur Unterstützung von High-Speed-Geräten an der USB Schnittstelle, brauchte auch keinen Erfolg. Somit gehen wir davon aus, dass durch die Evaluierung des 18F4550 anstatt des 16C765 auf USB PICDEM Demo Board wiederum Probleme mit der Kompatibilität zwischen Board und PIC entstehen (siehe Probleme Debugging). Trotz dieser Probleme entschlossen wir uns den zweiten Aufgabenteil fortzusetzen und mit der Hilfe des neuen USB Demo Boards von Mircochip, welches auch den PIC 18F4550 evaluiert, zu realisieren. Dieses Board sollte dann die Ansteuerung des Lifts über USB zu ermöglichen 2. Leider sind auf dem neuen USB Demo Board die Pins des 40-poligen Stiftleistenanschlusses gegenüber dem PICDEM USB Demo Board unterschiedlich angeordnet. Durch das Einfügen einer Platine zwischen unserer Schaltlogikplatine und dem neuen USB Demo Boards könnte man dieses Problem lösen. Die Zwischenplatine dient in diesem Fall als Adapter zwischen dem Board und der Schaltlogik zur Verdrahtung der Pins. 3. Zur Erkennung der USB Endgeräte, welche an die Schnittstelle angeschlossen werden, verwendet jedes Programm (siehe Beispielprogramme) den kompletten I/0 Port A des 18F4550 und noch einige weiteren I/O Eingänge/Ausgänge am PIC. Leider konnten wir nun die Implementierung der USB Schnittstelle beenden Wir erkannten in den Bibliotheken der Programmbeispielen, dass der komplette Port A des PIC zur USB Steuerung verwendet wird. Zur Aufzugsteuerung verwenden wir die Eingänge RA0-RA3 für die Steuerung der Lichtschranken (siehe Fig. 13.0). Aufgrund fehlender freier Pins auf dem PIC würde auch eine Umstrukturierung der Lichtschranken Pins nichts bewirken

27 Fig Pinbelegung am PIC zur Fahrstuhlsteuerung Die letzte Möglichkeit die wir noch hatten war dann die Serielle Schnittstelle des USB PICDEM Demo Boards zu verwenden, um mit deren Hilfe die Ansteuerung des Lifts über den Rechner noch zu ermöglichen. Die serielle Schnittstelle Da der Fahrstuhl auch über den PC steuerbar sein sollte, wurde eine serielle Verbindung zwischen PIC und PC erstellt. Hierzu wurde auf PIC Seite ein Polling der Schnittstelle durchgeführt. Um die Baudrate am PIC einzustellen, wurde die hierfür nötige Integer Konstante experimentell ermittelt. Auf PC Seite wurde eine MFC Windows Anwendung implementiert, welche die Kommunikation zwischen PIC und PC mit Hilfe der Klasse CSerial erstellt (siehe Abbildung 14.0) Diese Klasse kann im Quellcode von der Seite herunter geladen werden. Um die übertragenen Daten möglichst gering zu halten, wurden nur die Taster des Fahrstuhlschachtes simuliert

28 Fig Windows Anwendung

29 Quellen Beispielprogramme und Beschreibungen zu den Demo-Boards Beschreibungen der H-Brücke, Eingangslogik, Stromversorgung, etc. Texas Instruments - Hersteller von Logik-Bausteinen. Wenn Teile den Geist aufgeben 269 ICs - Die wichtigsten Daten Elektor Verlag GmbH USB Handbuch für Entwickler Jan Axelson

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