Praktikum Programmieren in Eingebetteten Systemen

Transkript

1 Praktikum Programmieren in Eingebetteten Systemen Versuch: Ansteuerung eines Schrittmotors Autor: Christian Kolinski

2 1 Lernziele dieses Versuchs Hardwarenahe Programmierung von Timern Interrupt und Interruptroutinen nutzen direktes Ansprechen der parallel IO - Ports

3 2 Aufgabenstellung Sie erhalten zur Ausarbeitung dieses Versuches ein bereits erstelltes Projekt, welches Sie im HiTOP5-Debugger öffnen können. In diesem ist bereits eine Komandozeilenfunktion für die serielle Schnittstelle enthalten, welche zur Steuerung des Projektes dienen soll. Kommentieren Sie Ihren Sourcecode. So Defaultwerte benötigt werden sollten sinnvoll gewählt werden, begründen Sie ihre Wahl. Funktionsschema: Aufgabe 1: Ihre Aufgabe besteht darin die schon definierten Funktionen: Funktionsname Zu implementierende Funktion Befehl movdegri ght Ful l Motor X Grad nach rechts drehen, Vollschritte rgv movdeglef t Ful l Motor X Grad nach links drehen, Vollschritte lgv movdegri ght Hal f Motor X Grad nach rechts drehen, Halbschritte rgh movdeglef t Hal f Motor X Grad nach links drehen, Halbschritte lgh movst epri ght Ful l Motor X Schritte nach rechts drehen, Vollschritte rsv movst eplef t Ful l Motor X Schritte nach links drehen, Vollschritte lsv movst epri ght Hal f Motor X Schritte nach rechts drehen, Halbschritte rsh movst eplef t Hal f Motor X Schritte nach links drehen, Halbschritte lsh set Speed Schritte/Sekunde speed zu vervollständigen. Hierbei sollen alle Befehle in beliebiger Reihenfolge benutzt werden können, es soll also eine Folge wie: lgv 200

4 rsh 12 speed 200 rsv 300 möglich sein. Nutzen Sie zur Zeitsteuerung Timer und IRQ, sprechen sie die PIOs direkt über ihre Hardwareregister an. Sollten zur Lösung der Aufgabe weitere Funktionen notwendig sein so implementieren Sie diese. Verwenden Sie zur Bearbeitung des Quellcodes nur den HiTOP-Debugger. Die Verwendung von StartEasy ist bei dieser Praktikumsaufgabe untersagt und kann zur Zerstörung des vorbereiteten Projektes führen. Aufgabe 2: Stellen Sie durch Versuche fest bis zu welcher Geschwindigkeit der Schrittmotor zuverlässig Betrieben werden kann. Welches ist die theoretisch längste Schrittdauer? Erweitern Sie Ihr Programm um sinnvolle Begrenzungen. Erleutern Sie den Programmablaufes am Beispiel des Befehles lgv 5.

5 3 Vorbereitung des Versuchs 3.1 Hardware: Für diesen Versuch steht Ihnen eine Experimentierplatine, eine Schrittmotorsteuerung sowie ein Bipolarer Schrittmotor mit einem Schrittwinkel von 0,9 zur Verfügung. Die 4 Steuerleitungen des Motors sind an den PIO 65 bis 68 angelegt Schrittmotor: Schrittmotoren unterscheiden sich bereits optisch sehr von normalen Gleichstrommotoren, da sie im Normalfall über 4 bzw. 5 oder mehr Anschlüsse verfügen. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen bipolaren und unipolaren Schrittmotoren. Ein bipolarer Motor mit 2 Spulen hat folglich 4 Anschlüsse, je 2 pro Spule. Ein unipolarer Motor wird über 5 oder 6 Anschlüsse angesteuert, wobei es sich hier im Regelfall auch um 2 Spulen handelt, welche über einen zusätzlichen Mittelanschluss verfügen, dieser wird in der Schaltung normalerweise auf Masse gelegt. Unipolarer Schrittmotor Bipolarer Schrittmotor Durch ein einfaches Anlegen einer Gleichspannung kann ein Schrittmotor nicht betrieben werden.

6 Er wird hierbei nur einen kleinen Schritt ausführen und keine vollständige Drehung. Um eine gleichmäßige Ansteuerung zu erzielen muss die Spannung an die einzelnen Spulenenden in der richtigen Reihenfolge abwechselnd angelegt werden. PIO PIO PIO PIO Vollschritt: Die Tabelle zeigt 4 einzelne Vollschritte, die Schritte hängen von der Schrittweite des jeweils verwendeten Motors ab. Bei einer Schrittweite von 0,9 Grad, be- T T nötigt der Motor also 400 Schritte für eine vollständige T Umdrehung. T PIO PIO PIO PIO Halbschritt: Die Tabelle zeigt 8 einzelne Halbschritte, das heißt zwischen jedem Vollschritt wird ein Halbschritt eingefügt,bei welchem der Motor zwischen den 2 Spulen ge- T T T halten wird. Somit ergeben sich anstatt der 400 Vollschritte T unseres Motors 800 Halbschritte für eine vollständige Umdrehung. T T T T

7 3.2 Benötigte NetX-Funktionalität PIO: Die bei diesem Versuch benutzten PIOs teilen sich ihre Funktionalität mit dem Dual- Ported-Memory und dem Erweiterungsport. Sie werden über die Register des DPMS angesprochen. Näheres Programing Manual S. 36 bis S Timer/Counter Um den Schrittmotor in regelmäßigen Abständen ansteuern zu können werden Timer benötigt. Ein Timer ist ein Zähler, welcher mit dem Systemtakt inkrementiert wird. Bei erreichen einer vorher zu definierenden Schwelle wird ein IRQ ausgelöst und der Zähler wieder auf 0 gesetzt. Die Zähler sind 32 Bit breit. Die Timer sind dem GPIO-Funktionsblock zugeordnet, und über die dortigen Konfigurationsregister beschrieben. Die Beschreibung der Timerregister ist im Programming Manual S.56 bis S Interrupts Die Funktion von Interrupts ist Ihnen aus der Vorlesung bekannt. Die Interruptfunktionalität wird bei der NetX-CPU über einen Vector Interrupt Controller bereitgestellt. Programming Manual S. 120 bis S.126 Der NetX verfügt über eine Vielzahl von Interruptquellen, welche zudem insgesammt 32 VIC-Channel zugeordnet werden können Interrupt in C Es gibt zwei Möglichkeiten einen Interrupt in C abzuarbeiten: Default Interrupt Service Routine

8 Ist der IRQ keinem VIC-Channel zugeordnet, so wird über die Anweisung VICDefVectAddr = (unsigned int)isr_default; die isr_default aufgerufen. Hier kann der IRQ direkt abgearbeitet oder eine Unterroutine aufgerufen werden. Direktes Anspringen einer ISR via Interrupt-Channel Wird ein IRQ einem VIC-Channel zugeordnet, so ist es möglich eine eigene ISR ohne den Umweg über die isr_default anzuspringen. Hierzu nötig ist eine Zuordnung in der Form: VICVectCntl0 = VIC_CHANNEL_UART0 VIC_CHANNEL_ENABLED; VICVectAddr0 = (unsigned int)isr_uart0; Channel 0 auf UART0-IRQ, Channel aktivieren. Startadresse der Funktion isr_uart0 in die VIC-Tabelle an 1. Position schreiben. Hinweis: Sie müssen den Interrupt sowohl in der aufrufenden Funkion als auch im VIC aktivieren und ggfl. löschen. Hinweis: Nach abarbeiten eines IRQ ist es nötig den IRQ zu entfernen, d.h. VICVectAddr = 0 setzen.

9 4 Versuchsdurchführung 4.1 Hinweise: Sie benötigen zur Ansteuerung der PIOs die Register DPMAS_IO_DATA1, DP- MAS_IO_MODE1, DPMAS_IO_DRV_EN1 und DPMAS_IF_CONF0. Die einzelnen Bits müssen nicht als von Hand gesetzt werden. Über die Headerdatei NetX.h sind ihnen Namen zugeordnet, die in den meisten Fällen den Bezeichnungen des Datenblattes entsprechen. Das setzten kann so einfach durch ODER geschehen: VICVectCntl0 = VIC_CHANNEL_ENABLED VIC_CHANNEL_UART0; entspricht: VIC_CHANNEL_ENABLED = 0x20 (s. Manual S. 126) VIC_CHANNEL_UART0 = 8 (s. Manual S. 120) VIC_CHANNEL_ENABLED VIC_CHANNEL_UART0 = 0x20 0x08 = 0x28 = 11000b Das Löschen einzelner Bits erfolgt äquivalent durch Anwendung der UND-Verknüpfung. pgpio->irq= (pgpio->irq & ~GPIO_CR_COUNTER1); Der Systemtakt des Experimentierboards beträgt 100MHz. Die serielle Schnittstelle wird mit den Parametern Bps, 8 Bit, 1 Stoppbit, keine Parität, keine HW-Überwachung/Flußsteuerung (CTS/RTS), FIFO disable konfiguriert.

10 Sie können hierzu z.b. das Programm HyperTerminal unter Zubehör -> Kommunikation verwenden. Nehmen Sie beim Hyperterminal folgende Einstellungen vor: Datei -> Eigenschaften -> Karte Einstellungen -> ASCII-Konfiguration : - Eingegebene Zeichen lokal ausgeben (Lokales Echo) und - Beim Empfang Zeilenvorschub am Zeilenende anhängen aktivieren