PICDEMO88 Übungen für das HTL3R Demoboard

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1 HTL Wien 3 Rennweg Rennweg 89b, A-1030 Wien PICDEMO88 Übungen für das HTL3R Demoboard Gerhard Jüngling Version 2.0 Schuljahr 2010/11 G. Jüngling, PICDEMO88_Uebungen_V2.0.odt, 14. Sep 2010 Seite 1

2 Inhaltsverzeichnis 1. Allgemeine Anmerkungen...3 Hilfsmittel...3 Übungsvorbereitung Blockschaltbild Durchführung der Übungen Aufgabenstellungen...6 Aufgabenstellung 1: Digitale Ein- und Ausgabe...6 Aufgabenstellung 2: Blinklicht...7 Aufgabenstellung 3: Lauflicht...8 Aufgabenstellung 4: PWM...9 Aufgabenstellung 5: Analogwertverarbeitung mit ADC...10 Aufgabenstellung 6: Analogwertverarbeitung mit 2 ADC Ports...11 Aufgabenstellung 7: Grenzwertwächter mit Komparator...12 Aufgabenstellung 8: Lichtgesteuerter Summer Beispielprogramm...14 Flussdiagramm...14 Quelltext in Assembler Anhang: Schaltplan und Layout...18 G. Jüngling, PICDEMO88_Uebungen_V2.0.odt, 14. Sep 2010 Seite 2

3 1. Allgemeine Anmerkungen Das HTL3R-Experimentierboard wurde von Dipl.-Ing. Martin Meschik entwickelt und wird in den Werkstätten der HTL Wien 3 Rennweg gefertigt. Mit dieser Platine können einfache Programmierübungen mit dem PIC 16F88 durchgeführt werden. Sie verfügt über einen ICSP-Anschluss für das PICkit 3 und folgende Peripheriekomponenten: 3 Leuchtdioden: ROT/RB3, GELB/RB2 und GRÜN/RB1 2 Taster: S1/RB0 und S2/RB5 1 Summer (Piezo) 1 Potentiometer 1 LDR Die Taster sind ohne Pull-Up bzw. Pull-Down-Widerstände angeschlossen. Es wird der interne Oszillator verwendet. Hilfsmittel Für die in diesem Dokument angeführten Übungen benötigen Sie folgende Hilfsmittel. PC mit MPLAB in einer aktuellen Version Papier und Bleistift (und Radiergummi) PICkit 3 oder ICD2 mit Adapter Testhardware (PICDEMO88, HTL3R-Exmerimentierboard) mit Hardware-Doku Datenblatt des PIC16F88 (Microchip: 30487c.pdf) Übungsvorbereitung Besorgen Sie die erforderlichen Unterlagen und die Hardware. Stellen Sie fest, ob die Hardware vollständig ist. Lesen Sie die Aufgabenstellung genau durch! Gehen Sie schrittweise vor und dokumentieren Sie Ihre Vorgangsweise. Vergewissern Sie sich, dass der richtige Prozessor in der Testhardware eingesetzt ist und die Einstellungen von MPLAB damit übereinstimmen. G. Jüngling, PICDEMO88_Uebungen_V2.0.odt, 14. Sep 2010 Seite 3

4 2. Blockschaltbild Pinbelegung PIC 16F88 (Quelle: G. Jüngling, PICDEMO88_Uebungen_V2.0.odt, 14. Sep 2010 Seite 4

5 3. Durchführung der Übungen Sofern nicht anders angegeben, sind bei jeder PIC-Übung folgende Tätigkeiten durchzuführen und zu dokumentieren. Sie können in der hier angegebenen Reihenfolge vorgehen. Initialisierung des Prozessors Überlegen Sie sich die Initialisierung des Prozessors (E/A-Ports, Timer, etc) und beschreiben Sie genau alle Einstellungen. Welcher Wert steht warum in welchem Register? Jedes Bit ist zu begründen. Tipp: Halten Sie sich dabei an die schrittweisen Konfigurationsanleitungen im Datenblatt. In der Software ist dieser Teil besonders genau und ausführlich zu kommentieren. Überlegungen zu Messwerten, Laufzeiten, etc. Stellen Sie VOR dem Programmieren Überlegungen und Abschätzungen folgender Art an: Wie lange dauert eine Warteschleife bei der Taktfrequenz ### MHz. Wie hoch muss die Auflösung des ADC sein, wenn ich die Spannung auf 0,1 V genau messen möchte. Wie lange muss ich Impulse zählen, damit... Flussdiagramm/Struktogramm Entwerfen Sie ein Flussdiagramm/Struktogramm für Ihre Software. Sie können, um die Übersichtlichkeit zu verbessern, Übersichts-Diagramme und Detail-Diagramme zeichnen. Kommentierter Quelltext Auf Basis des Flussdiagramms/Struktogramms erstellen Sie Ihren Quelltext (in C oder ASM). Der Quelltext ist ausführlich zu kommentieren. Alle verwendeten GPR-Register sind zu dokumentieren. Verwenden Sie "sprechende Label- und Registerbezeichnungen". Achten Sie darauf, dass der Quelltext mit dem Flussdiagramm/Struktogramm übereinstimmt! Jede Quelldatei muss mit einer ausführlichen Beschreibung beginnen. (Dateiname, Inhalt und Funktion, Autoren, Datum, Besonderheiten der Konfiguration, etc...- siehe Beispiele!) Unterprogramme Schreiben Sie nach Möglichkeit Unterprogramme. Vorteile: Bessere Strukturierung der Programme. Einfache Wiederverwendung in nachfolgenden Übungen. Jedes Unterprogramm muss mit einem Kommentar mit einer Kurzbeschreibung beginnen. Übersetzung mit MPASM oder C-Compiler Nach Möglichkeit sollten nicht nur alle Fehlermeldungen, sondern auch alle Warnungen des Übersetzungsprogrammes eliminiert werden. Das Übersetzungsergebnis (Erfolg, Speicherbedarf,...) ist zu dokumentieren. Ergebnis ist die LST-Datei. Diese sollte nach Möglichkeit für die Dokumentation herangezogen werden. Simulation mit MPSIM in MPLAB Vor einem echten Test auf der Zielhardware ist eine Simulation mit MPSIM in MPLAB oft sinnvoll. Ein Großteil der Fehler kann bereits hier erkannt und behoben werden. Test auf der Zielhardware Letzer Schritt ist der Test der Software auf der Zielhardware. Dokumentation Erstellung einer Dokumentation, eines Laborberichts, etc. (Dateinamen nicht vergessen!) G. Jüngling, PICDEMO88_Uebungen_V2.0.odt, 14. Sep 2010 Seite 5

6 4. Aufgabenstellungen Aufgabenstellung 1: Digitale Ein- und Ausgabe 1. Teilaufgabe: Entwickeln Sie für die Demoplatine ein Programm, das alle LEDs einschaltet. Initialisieren Sie den PIC16F88, verfassen Sie den Quellcode und testen Sie das Programm zuerst in der Simulation. Probieren Sie alle Testmöglichkeiten: Lassen Sie das Programm schrittweise (animiert) ablaufen, und prüfen Sie, ob die entsprechenden Bits in PORTB gesetzt wurden.. Anschließend testen Sie das Programm mit dem PICkit 3 (bzw. ICD2). 2. Teilaufgabe: Erhöhen Sie die Frequenz des internen Oszillators auf 4 MHz. Damit können Sie das Programm mit dem PiCkit 3 schneller testen. 3. Teilaufgabe: Erweitern Sie das Programm, um mit einer Taste die rote LED auszuschalten und mit der anderen Taste die rote LED wieder einzuschalten. Alternative Aufgabe: Entwickeln Sie für die Demoplatine ein Programm, das abhängig von den betätigten Tastern die LEDs folgendermaßen steuert. Schalter links AUS AUS EIN EIN Schalter rechts AUS EIN AUS EIN LED rot EIN AUS AUS EIN LED gelb EIN EIN EIN AUS LED grün EIN AUS AUS AUS Auszuarbeiten ist: Blockschaltbild (nur verwendete Komponenten) Schaltplan (nur verwendete Komponenten) Flussdiagramm/Struktogramm Initialisierung des Prozessors Komplett dokumentiertes ASM-Programm. Simulation Test mit PICkit 3 und Demoboard Hinweise für die Diskussion im Laborbericht: Unterschied zwischen Sink- und Sourcebetrieb von Digitalausgängen. Gleichzeitige Verwendung von Portpins für andere Controller-Komponenten. Fehlersuche mit MPSIM und PICkit 32. G. Jüngling, PICDEMO88_Uebungen_V2.0.odt, 14. Sep 2010 Seite 6

7 Aufgabenstellung 2: Blinklicht Entwickeln Sie für die Demoplatine ein Programm, das die grüne LED Sekundentakt blinken läßt. (500ms ein, 500ms aus) Schreiben Sie zur Realisierung der Wartezeit ein Unterprogramm WAIT500 Berechnen Sie dazu die Anzahl der Befehle/Schleifendurchläufe für die Realisierung der Wartezeit. Erweiterung: Wird die Taste an RA4 gedrückt, soll die LED dauernd leuchten. Eine Variante für Profis: Realisieren Sie den Blinktakt mit einer Interrupt-Routine unter Verwendung von TIMER0. Auszuarbeiten ist: Blockschaltbild (nur verwendete Komponenten) Berechnung der Dauer der Warteschleife Flussdiagramm/Struktogramm Initialisierung des Prozessors Komplett dokumentiertes ASM-Programm. Simulation Test mit PICkit 3 und Demoboard Hinweise für die Diskussion im Laborbericht: Verwendung des intenen Oszillators Einfluss der Taktfrequenz auf die Blinkdauer G. Jüngling, PICDEMO88_Uebungen_V2.0.odt, 14. Sep 2010 Seite 7

8 Aufgabenstellung 3: Lauflicht Entwickeln Sie für die Demoplatine ein Programm, das alle drei LEDs nacheinander im Halbsekundentakt aufleuchten läßt. Verwenden Sie zur Realisierung der Wartezeit ein Unterprogramm (z.b. WAIT500) Erweiterung: Wird die linke Taste gedrückt, soll das Lauflicht anhalten - beim Loslassen der Taste soll das Lauflicht weiterlaufen (und nicht neu beginnen!) Auszuarbeiten ist: Blockschaltbild (nur verwendete Komponenten) Flussdiagramm/Struktogramm Initialisierung des Prozessors Komplett dokumentiertes ASM-Programm. Simulation Test mit PICkit 3 und Demoboard Profi-Tipp: Verwenden Sie die Direktive #if SIMU bzw. #ifdef SIMU, um die Simulation zu erleichtern. Damit können Sie verhindern, dass Sie in der Simulation die simulierte Wartedauer abwarten müssen. G. Jüngling, PICDEMO88_Uebungen_V2.0.odt, 14. Sep 2010 Seite 8

9 Aufgabenstellung 4: PWM Entwickeln Sie für die Demoplatine ein Programm, das die LED an RB3 mit Hilfe der PWM- Funktionen nur mit halber Helligkeit leuchten läßt. Die Periodendauer des PWM-Signals soll... khz betragen. Tastverhältnis 50:50 Berechnen Sie jene Werte, die in die PWM Konfigurationsregister einzutragen sind. Überprüfen Sie die PWM-Frequenz mit einem Oszilloskop. Erweiterung: Wird eine der beiden Tasten gedrückt, soll die LED mit 100% leuchten. Auszuarbeiten ist: Blockschaltbild (nur verwendete Komponenten) Flussdiagramm/Struktogramm Initialisierung des Prozessors (insb. PWM) Komplett dokumentiertes ASM-Programm. Simulation Test mit PICkit 3 und Demoplatine G. Jüngling, PICDEMO88_Uebungen_V2.0.odt, 14. Sep 2010 Seite 9

10 Aufgabenstellung 5: Analogwertverarbeitung mit ADC Entwickeln Sie für die Demoplatine ein Programm, das abhängig von der Potentiometerstellung (entspricht einer Spannung zwischen VDD und VSS) die LEDs steuert. Bei einer Spannung unter 1V soll nur die grüne LED leuchten. Bei einer Spannung zwischen 1V und 4V soll die gelbe LED leuchten. Bei einer Spannung über 4V soll die rote LED leuchten. Varianten: Leuchtpunktanzeige: Es leuchtet immer nur eine LED Leuchtbalkenanzeige: Je höher die Spannung, desto mehr LEDs leuchten. Erweiterung: Bei einer Spannung über 4V soll die rote LED blinken. Erweiterung: Bei einer Spannung über 4V soll gleichzeitig ein Summton ertönen (Frequenz: 1kHz) Auszuarbeiten ist: Blockschaltbild (nur verwendete Komponenten) Berechnung der ADC-Werte für die Spannungsmessung Flussdiagramm/Struktogramm Initialisierung des Prozessors (insb. ADC) Komplett dokumentiertes ASM-Programm. Simulation Test mit PICkit 3 und Demoplatine Profi-Tipp zur Simulation: Bei der Simulation mit MPSIM kann nach der durchgeführten AD-Wandlung (ergibt immer 0), ein Wert in die Register ADRESH bzw. ADRESL eingegeben werden (z.b. im Watch-Fenster). G. Jüngling, PICDEMO88_Uebungen_V2.0.odt, 14. Sep 2010 Seite 10

11 Aufgabenstellung 6: Analogwertverarbeitung mit 2 ADC Ports Entwickeln Sie für die Demoplatine einen einstellbaren Lichtwächter. Übungen für das HTL3R Demoboard PICDEMO88 Teilaufgabe 1: Ermitteln Sie, in welchem Bereich sich die Messwerte an Port RA1 bewegen, wenn der LDR beleuchtet wird bzw. wenn der LDR abgedeckt wird. (Es genügen 8 Bit Auflösung) Berechnen Sie anhand der Schaltungsunterlagen den Widerstand des LDR bei Helligkeit bzw. Dunkelheit. Teilaufgabe 2: Innerhalb des ermittelten Wertebereichs soll mit dem Potentiometer ein Grenzwert eingestellt werden können. Wird der eingestellte Grenzwert überschritten (heller), so soll die rote LED leuchten. Bei Unterschreiten des eingestellten Grenzwertes soll die gelbe LED leuchten. Erweiterung: Entspricht die Helligkeit in etwa dem Grenzwert (innerhalb eines bestimmten Bereiches) soll gleichzeitig die grüne LED leuchten. Auszuarbeiten ist: Blockschaltbild (nur verwendete Komponenten) Berechnung der ADC-Werte für die Spannungsmessung Flussdiagramm/Struktogramm Initialisierung des Prozessors (insb. ADC) Komplett dokumentiertes ASM-Programm. Simulation Test mit PICkit 3 und Demoplatine G. Jüngling, PICDEMO88_Uebungen_V2.0.odt, 14. Sep 2010 Seite 11

12 Aufgabenstellung 7: Grenzwertwächter mit Komparator Entwickeln Sie für die Demoplatine einen Grenzwertwächter. Verwenden Sie aber nicht den ADC, sondern die integrierten Komparatoren und das VREF-Modul. Wird am Potentiometer eine größere Spannung als 2,19 V (entspricht 14/32 der Versorgungsspannung) eingestellt, so soll die rote LED leuchten; andernfalls die grüne LED. Konfigurieren Sie den PIC so, dass Sie an RA2 die Spannung des VREF-Moduls messen können. Erweiterung: Erweitern Sie die Aufgabenstellung durch Integration des LDR. Bei Überschreiten des obigen Grenzwertes soll die gelbe LED leuchten. Überschreitet keiner der beiden Messwerte (Poti und LDR) den Grenzwert, soll die grüne LED leuchten. Auszuarbeiten ist: Blockschaltbild (nur verwendete Komponenten) Berechnung der Einstellwerte für das VREF-Modul Flussdiagramm/Struktogramm Initialisierung des Prozessors (insb. Komparatoren, VREF-Modul) Komplett dokumentiertes ASM-Programm. Simulation Test mit PICkit 3 und Demoplatine G. Jüngling, PICDEMO88_Uebungen_V2.0.odt, 14. Sep 2010 Seite 12

13 Aufgabenstellung 8: Lichtgesteuerter Summer Entwickeln Sie für die Demoplatine einen Summer mit PWM, dessen Frequenz abhängig ist von der Beleuchtung des LDR. Die Frequenz soll sich zwischen 500 Hz (dunkel) und 2kHz (hell) bewegen. Teilaufgabe 1: Ermitteln Sie, in welchem Bereich sich die Messwerte an Port RA1 bewegen, wenn der LDR beleuchtet wird bzw. wenn der LDR abgedeckt wird. (Es genügen 8 Bit Auflösung) Teilaufgabe 2: Steuern Sie mit PWM den Summer an RB3. Das Tastverhältnis beträgt 1:1. Die Frequenz ist abhängig von der Beleuchtung des LDR. Alternative: Helligkeitsgesteuerte Anzeigenbeleuchtung Entwickeln Sie eine helligkeitsgesteuerte Anzeigenbeleuchtung. Es wird angenommen, die LED an RB3 dient zur Beleuchtung einer LCD-Anzeige. Je heller die Umgebung, desto heller soll auch die Anzeigenbeleuchtung leuchten. Steuern Sie mit PWM die LED. Das Tastverhältnis ist abhängig vom der Umgebungslicht. Die Frequenz ist fix. Wählen Sie sinnvolle Werte und begründen Sie Ihre Wahl. Auszuarbeiten ist: Blockschaltbild (nur verwendete Komponenten) Berechnungen für das Einstellen der Frequenz Flussdiagramm/Struktogramm Initialisierung des Prozessors (insb. ADC und PWM) Komplett dokumentiertes ASM-Programm. Simulation Test mit PICkit 3 und Demoplatine G. Jüngling, PICDEMO88_Uebungen_V2.0.odt, 14. Sep 2010 Seite 13

14 5. Beispielprogramm Flussdiagramm G. Jüngling, PICDEMO88_Uebungen_V2.0.odt, 14. Sep 2010 Seite 14

15 Quelltext in Assembler Übungen für das HTL3R Demoboard PICDEMO88 ; *********************************************************************** ; Programm: Demo1.ASM ; Funktion: Demo-Programm fuer das 16F88 Demoboard der HTL Rennweg ; Zuerst leuchten alle LEDs eine Sekunde lang. ; Danach stehen folgende Funktionen zur Verfuegung: ; - Keine Taste gedrueckt: Mit Poti koennen LEDs ein- und ; ausgeschaltet werden ; - Druecken der Taste 1: alle LEDs ein ; - Druecken der Taste 2: Mit LDR koennen die LEDs ein- und ; ausgeschaltet werden ; - Druecken beider Tasten: Piepston am Summer, LEDs 1,2 aus ; ; Controller: PIC 16F88 ; ; Konfiguration des Controllers: ; PORTA: RA0 Poti (0..5V) ; RA1 LDR (heller - Spannung steigt, ca. 2-4V ) ; PORTB: RB0 Eingang: Taster S1 ; RB1 Ausgang: LED2 (gruen, aktiv Low) ; RB2 Ausgang: LED3 (gelb, aktiv High) ; RB3 Ausgang: Summer ; RB5 Eingang (Taster S2) ; *********************************************************************** ; Autoren: G. Juengling, HTL Wien 3 Rennweg ; Datum: April 2006 ; *********************************************************************** #DEFINE SIMU 0 #include <P16f88.inc> ; Include-Datei fuer Standard-Bezeichner ; Configuration Word: ; Lov Voltage Programming Off, Brownout Detection Off, Internal Reset ; Power-Up-Timer Off, Watchdog-Timer Off, Internal RC Oscillator CONFIG _CONFIG1, _LVP_OFF & _BODEN_OFF & _MCLR_OFF & _PWRTE_OFF & _WDT_OFF & _INTRC_IO w1cnt equ 0x20 ; Zaehlvariable fuer Delay von 1s INI clrf PORTB ; Sicherheitshalber die clrf PORTA ; Ports A und B loeschen bcf STATUS,RP1 ; Auf Bank 1 umschalten bsf STATUS,RP0 errorlevel -302 ; Warnung [302] deaktivieren movlw 0xF1 ; Port B konfigurieren, Bits 1-3 movwf TRISB ; als Ausgang, der Rest Eingaenge bcf OPTION_REG,NOT_RBPU ; interne Pull-Ups ein movlw 0x03 ; Pins RA0 und RA1 als movwf ANSEL ; Analog-Pins konfigurieren clrf ADCON1 ; int. Referenz, linksb errorlevel +302 ; Warnung [302] reaktivieren bcf STATUS,RP0 ; zurück auf Bank 0 movlw 0x01 movwf ADCON0 ; ADC einschalten, Kanal AN0 waehlen G. Jüngling, PICDEMO88_Uebungen_V2.0.odt, 14. Sep 2010 Seite 15

16 MAIN bsf PORTB,2 ; alle LEDs einschalten bsf PORTB,3 bcf PORTB,1 call Warte1s ; 1s warten LOOP nop btfsc PORTB,0 ; Abfrage Taster 1 (Pull Up!!) goto T1LOS T1GED btfss PORTB,5 ; Abfrage Taster 2 (Pull Up!!) goto PIEP ; T1 ged, T2 ged goto EIN ; T1 ged, T2 los T1LOS btfss PORTB,5 ; Abfrage Taster 2 goto LDR ; T1 los, T2 ged goto POTI ; T1 los, T2 los ; PIEP bsf PORTB,1 bcf PORTB,2 bsf PORTB,3 ; Summer (und LED 3, rot) call Warte1ms bcf PORTB,3 ; Summer (und LED 3, rot) call Warte1ms PIEPX goto LOOP ; POTI movlw 0x01 ; Poti abfragen und auswerten movwf ADCON0 bsf ADCON0, GO_DONE MESS0 btfsc ADCON0, GO_DONE goto MESS0 movlw.200 ; testen, ob Upoti > 4V subwf ADRESH,w btfsc STATUS,C goto A0HOCH movlw.100 ; testen, ob Upoti < 1V subwf ADRESH,w btfsc STATUS,C goto A0MITT A0TIEF bcf PORTB,3 ; LED 1 (rot) bcf PORTB,2 ; LED 3 (gelb) bcf PORTB,1 ; LED 2 (grün, aktiv low) goto PIEPX A0HOCH bsf PORTB,3 ; LED 1 (rot) bsf PORTB,2 ; LED 3 (gelb) bcf PORTB,1 ; LED 2 (grün, aktiv low) goto PIEPX A0MITT bcf PORTB,3 ; LED 1 (rot) bsf PORTB,2 ; LED 3 (gelb) bcf PORTB,1 ; LED 2 (grün, aktiv low) goto LOOP ; LDR movlw 0x09 ; LDR an AN1 abfragen und auswerten movwf ADCON0 ; liefert Werte zw. 120 und 220 bsf ADCON0, GO_DONE G. Jüngling, PICDEMO88_Uebungen_V2.0.odt, 14. Sep 2010 Seite 16

17 MESS1 btfsc ADCON0, GO_DONE goto MESS1 movlw.200 subwf ADRESH,w btfsc STATUS,C goto A1HOCH movlw.150 subwf ADRESH,w btfsc STATUS,C goto A1MITT A1TIEF bcf PORTB,3 ; LED 1 (rot) bcf PORTB,2 ; LED 3 (gelb) bcf PORTB,1 ; LED 2 (grün, aktiv low) goto PIEPX A1HOCH bsf PORTB,3 ; LED 1 (rot) bsf PORTB,2 ; LED 3 (gelb) bcf PORTB,1 ; LED 2 (grün, aktiv low) goto PIEPX A1MITT bcf PORTB,3 ; LED 1 (rot) bsf PORTB,2 ; LED 3 (gelb) bcf PORTB,1 ; LED 2 (grün, aktiv low) goto LOOP ; EIN bsf PORTB,2 ; LED 3 (gelb) bsf PORTB,3 bcf PORTB,1 ; LED 2 (grün) goto LOOP ; AUS bcf PORTB,2 ; LED 3 (gelb) bcf PORTB,3 bsf PORTB,1 ; LED 2 (grün) goto LOOP ; Warte1s nop ; wartet eine Sekunde #IF SIMU ; zur einfacheren Simulation mit MPSIM return #ELSE movlw.250 ; Unterprogramm - wartet 1 Sekunde movwf w1cnt W1s call Warte1ms call Warte1ms call Warte1ms call Warte1ms decfsz w1cnt,f goto W1s return #ENDIF ; Warte1ms nop ; wartet 1 ms #IF SIMU return #ENDIF nop nop ;32 khz Befehle/sek nop nop nop return end ; Programm-Ende G. Jüngling, PICDEMO88_Uebungen_V2.0.odt, 14. Sep 2010 Seite 17