Da der Mikrocontroller mit den internen Timern sehr genau Zeiten messen kann, entschieden wir uns für die Zeitmessung.

Transkript

1 Stufe 1: Das Projekt Fahrradcomputer wurde in der Stufe 1 zunächst auf die Messung der Geschwindigkeit gerichtet. Dabei soll der Mikrocontroller die Impulse auswerten, die von einem Sensor an der Fahrradgabel (bei jeder Radumdrehung) erfasst werden: Da für die Geschwindigkeit v gilt: v = s / t (mit der Wegstrecke s und der für den Weg benötigten Zeit t), kann entweder der Weg gemessen werden, der in einer vorgegebenen Zeit zurückgelegt wird oder die Zeit gemessen werden, die für einen bestimmten Weg (zum Beispiel einen Radumfang) benötigt wird. Da der Mikrocontroller mit den internen Timern sehr genau Zeiten messen kann, entschieden wir uns für die Zeitmessung. Der Radumfang beträgt 2.25m. untersuchte Fälle: v=100 km/h = m/3600s 27.8 m/s Zeit für einen Radumfang: t= s/v=(2.25/100)*3.6=0.081s= 81 ms v=1km/h=1000m/3600s m/s Zeit für einen Radumfang: t= s/v=(2.25/1)*3.6=8.1s = ms Der Mikrocontroller muss also ca. 81 bis 8100ms messen können! Der Timer T0 kann dazu im Autoreload-Betrieb (BA 2) benutzt werden. Er kann dabei 256 Takte der Ozillatorfrequenz/12 zählen. Bei einem Quarz mit f= Mhz werden für eine Sekunde f/12= Zähltakte benötigt. 256 Takte entsprechen dann 256/ s =1/3.6 ms ms. Das Zählregister des Mikrocontrollers läuft also nach ca ms über. Man kann deshalb eine Zeit von 8100 ms nicht direkt mit dem Timer T0 messen. Dennoch ist es möglich, diese Zeit zu messen, wenn man die periodischen Überläufe des Timers in einer Interrupt-Service-Routine (ISR) zählt. Das heißt, jedes Mal, wenn der Timer überläuft (bei dem Zählerstand 256), wird ein Interrupt ausgelöst und durch Hardware die ISR aufgerufen. Diese inkrementiert dann eine Zählervariable z ( von Typ unsigned int). Gemessen wird die Zeit zwischen 2 Impulsen. Das Fahrrad hat dabei einen Weg von s=2.25m zurückgelegt. Anschließend kann die Geschwindigkeit aus dem Zählerstand der Zählvariablen z berechnet werden mit v= 2.25m/ t = 2.25m/[z*(1/3.6) ] ms = 2.25*3.6/z m/ms = 8.1/z m/ms 2006 Wolfgang Bertolt-Brecht-Berufskolleg DU Seite 1 von 6

2 = 8.1/z km/s v = 8.1*3600/z km/h v = (29160/z) km/h Zum Testprogramm: In der Testumgebung werden die Sensorimpulse mit einer externen MFA-Timer-Baugruppe erzeugt (funktion void impulsgeber1s(void)) und an Bit B0 der 8-Bit-Paralleleigabe (eport an der Adresse 0xe081) geführt. Am Bit B0 wird dann die ansteigende Flanke abgefragt mit while((eport & 1)==1);while((eport & 1)==0); Es könnte vorkommen, dass der Fahrradfahrer den ersten Flankenimpuls auslöst und damit die Messung startet, aber dann stehen bleibt. Die im Interrupt hochgezählte Variable z würde dann überlaufen. Damit daraus keine Fehlmessungen resultieren, wird in der ISR void T0_isr(void) interrupt 0x800b bei dem maximalen Zählerstand von eine Variable steht=1 gesetzt. Das bedeutet: das Fahrrad steht. Die Messung wird bei einer 2. pos. Flanke des Impulsgebers oder bei steht=1 beendet: while((eport & 1)==1 && steht==0);while((eport & 1)==0 && steht==0); Bei steht=1 wird dann die Geschwindigkeit 0 km/h ausgegeben und andernfalls aus z berechnet: if(steht==0) v= /z; else v=0; Es folgt das vollständige Programm: #pragma code=0x8000 #pragma xdata=0x2000 #include <stdio.h> xdata char eport at 0xe081, aport at 0xe082; xdata char TSTW at 0xe013, TIMER0 at 0xe010, TIMER1 at 0xe011; unsigned int z; char steht; float v; void init(void){ TR0=0;//T0 gestoppt TF0=0;//Ueberlaufbit reset TMOD=2;// T0 auto-reload TH0=0;//Anfangszaehlerstand=0 TL0=0; z=0;//zaehler=0 v=0;//geschwindigkeit=0 ET0=1; // Interruptbetrieb von T0 // einstellen 2006 Wolfgang Bertolt-Brecht-Berufskolleg DU Seite 2 von 6

3 EA=1;//T0-Interrupt aktiviert fopen(1);//lcd-display initialisieren void T0_isr(void) interrupt 0x800b{ z++; //Zaehlerstand erhoehen aport=0x0f; if(z==65535){steht=1; //Interrupt-Service_Routine void impulsgeber1s(void){ //Erzeugt 0.5 Sek.-Takt -> v=16.2 km/h TSTW=0x27; TIMER0=0x40; TSTW=0x67; TIMER1=0x05; void main(){ impulsgeber1s(); init(); //externen Impulsgeber starten //Interruptbetrieb von T0 init. do{ fprintf(1,"v=%7.2f km/h\n\n",v);//ausgabe der Geschwindigkeit //auf dem LCD-Display z=0;steht=0; while((eport & 1)==1);while((eport & 1)==0); TR0=1; //Messung starten! while((eport & 1)==1 && steht==0);while((eport & 1)==0 && steht==0); TR0=0;TH0=0;TL0=0; //Messung gestoppt if(steht==0) v= /z; else v=0;//geschwindigkeit berechnen while(1); Stufe 2: Neben der Geschwindigkeit soll nun auch die zurückgelegte Wegstrecke bestimmt werden: Die Messung der Geschwindigkeit erfolgt bei jedem 2. Radumlauf. Dabei hat das Fahrrad dann 2* 2.25m = 4.50 m zurückgelegt. Erhöht man bei jeder Geschwindigkeitsmessung eine Variablen m um 1, so ergibt sich die gefahrene Strecke in Kilometern zu s = m * km. Erweitern Sie das Programm entsprechend und zeigen Sie die gefahrene Strecke s in der 2. Zeile des LCD-Displays an! 2006 Wolfgang Bertolt-Brecht-Berufskolleg DU Seite 3 von 6

4 Stufe 3: Es sollen zusätzlich die Fahrtzeit im Format hh:mm:ss und die Durchschnittsgeschwindigkeit bestimmt werden. Hierzu soll der Timer T1 im Interruptbetrieb als Uhr programmiert werden. Das LCD-Display soll dann über den eport Bit B1 umgeschaltet werden können: B1=0: Anzeige Geschwindigkeit und Weg, B1=1: Anzeige Durchschnittsgeschwindigkeit und Fahrzeit 2006 Wolfgang Bertolt-Brecht-Berufskolleg DU Seite 4 von 6

5 Vollständiges Programm mit allen Ausbaustufen: #pragma code=0x8000 #pragma xdata=0x2000 #include <stdio.h> xdata char eport at 0xe081; xdata char TSTW at 0xe013, TIMER0 at 0xe010, TIMER1 at 0xe011; xdata unsigned int z, km_z; char steht; char stu, min, sek; int zuhr; xdata float v, gefahrene_km, fahrzeit, v_mittel; void init(void){ zuhr=0; //Zähler für Uhreninterrupt mit Timer 1 stu=0;min=0;sek=0; //Für die Fahrzeit (Uhr) gefahrene_km=0; km_z=0; fopen(1); //LCD-Display initialisieren TR0=0;TF0=0; //T0 gestoppt TR1=0;TF1=0; //T1 gestoppt TMOD=0x22;// T0 und T1 auto-reload TH0=0; //Anfangszaehlerstand=0 TL0=0; TH1=0; TL1=0; z=0; //Zaehler=0 v=0; //Geschwindigkeit=0 ET0=1; //T0-Interrupt aktiviert ET1=1; //T1-Interrupt aktiviert EA=1; PT0=1; //Interrupt von T0 mit höherer Priorität //Interruptsteuerung ist scharf! void T0_isr(void) interrupt 0x800b{ z++; //Zaehlerstand erhoehen if(z==65535){steht=1; void T1_isr(void) interrupt 0x801b{ //Uhr: zuhr++; if(zuhr==3600){ zuhr=0; sek++; if(sek==60){ sek=0; min++; if(min==60){ min=0; stu++; if(stu=24) stu=0; //Diese ISR wird 3600-mal/Sekunde //aufgerufen 2006 Wolfgang Bertolt-Brecht-Berufskolleg DU Seite 5 von 6

6 void impulsgeber1s(void){ //Erzeugt 0.5 Sek.-Takt -> v=16.2 km/h TSTW=0x27; TIMER0=0x40; TSTW=0x67; TIMER1=0x05; void main(){ impulsgeber1s(); init(); do{ gefahrene_km = 2.25/1000*km_z; fahrzeit= sek/ min/ stu; v_mittel=gefahrene_km/fahrzeit; if((eport &2)==0){ fprintf(1,"v=%7.2f km/h\nweg=%7.3f km\n",v, gefahrene_km); else fprintf(1,"v_m=%7.2f km/h\nzeit=%2d:%2d:%2d \n",v_mittel,stu,min,sek); z=0;steht=0; while((eport & 1)==1);while((eport & 1)==0); TR0=1;//Messung laeuft! TR1=1;//Uhr laeuft! while((eport & 1)==1 && steht==0);while((eport & 1)==0 && steht==0); TR0=0;TH0=0;TL0=0;//T0 gestoppt if(steht==0) {v= /z; km_z=km_z+2; else v=0; while(1); 2006 Wolfgang Bertolt-Brecht-Berufskolleg DU Seite 6 von 6