T I N F P R O J E K T D O K U M E N T A T I O N R E C H N E R

Transkript

1 T I N F P R O J E K T D O K U M E N T A T I O N R E C H N E R Bernhard Wintersperger 1

2 Gruppenmitglieder:, Bernhard Wintersperger Aufgabenstellung: - Rechner Inhaltsverzeichnis: Inhaltsverzeichnis:... 2 Einleitung:... 3 Aufgabenstellung und Allgemeines:... 3 Hardware:... 5 Board:... 5 µcontroller:... 6 RS232 Einheit:... 8 Software:... 9 µcontroller:... 9 Allgemeines:... 9 Flussdiagramm:... 9 Code: PC: Anforderungen Ablauf Flussdiagramme Die RS232 Klasse Initialisierung Methoden Die phras Klasse Anforderungen Methoden Beispiel: Code: Bernhard Wintersperger 2

3 Einleitung: Im Rahmen des Unterrichtsfaches Technische Informatik war ein Projekt zu realisieren. Das Projekt bestand aus einer Aufgabenstellung welche durch Programmierung des sb8v6 Entwicklungsboards gelöst werden konnte. In unserem Fall war ein Rechner mit serieller Kommunikation zu realisieren. Wir haben uns in unserem Projekt auf die Entwicklung zweier Programme konzentriert. Einerseits ein Programm welches auf dem µcontroller läuft und Daten von der seriellen Schnittstelle empfängt und verarbeitet, und andererseits ein Programm welches auf dem PC läuft und über das man den Rechner steuern kann. Aufgabenstellung und Allgemeines: Es ist ein Rechner zu realisieren welcher über den PC gesteuert werden soll und sämtliche Berechnungen auf dem µcontroller ausführt. Zur Steuerung und Datenübertragung mit dem µcontroller soll die serielle Schnittstelle RS232 verwendet werden. Es soll eine grafische Ausgabe sowohl auf dem LCD Display des µcontroller Boards als auch auf dem PC erfolgen. Zur einfacheren Handhandhabung des Rechners wird auf dem PC ein Programm mit grafischem Benuzerinterface geschrieben. Aufgrund der relativ einfachen Realisierungsmöglichkeit eines GUI kombiniert mit der RS232 Kommunikation in.net Framework wird C# verwendet. Weiters zeichnet sich C# durch seinen objektorientieren Aufbau und seinen C ähnlichen Syntax aus. Als Vorlage für den Aufbau des Interfaces dient der Windows Rechner. Bernhard Wintersperger 3

4 Handschriftlicher Entwurf des Interfaces Als Entwicklungsumgebung und Compiler für C# soll hier Microsoft Visual Studio 2005 dienen. Die eingesetzte Version von.net Framework sollte 2.0 sein, da in dieser Version die serial Klasse enthalten ist, welche den programmtechnischen Aufbau der RS232 Kommunikation erheblich erleichtert. Das Programm für den µcontroller selbst wird in C verfasst, welches über den Keil µvision2 Compiler kompiliert wird. Aus der math.h Header Datei lässt sich entnehmen, welche mathematischen Funktionen bereits im Compiler inkludiert sind und sich ohne großen Aufwand anwenden lassen. Blockdiagramm der Aufgabenverteilung zwischen µcontroller und PC Weiters werden die LCD.h Header Datei und die LCD.c Datei von Herrn Prof. Dipl.- Ing. Dr. Josef Humer inkludiert. Diese Dateien enthalten alle wichtigen Funktionen um das, auf dem Board verbaute, Punktmatrix LCD Display anzusprechen. Bernhard Wintersperger 4

5 Eine andere wichtige Datei ist die GETKEY.c Datei. In dieser Datei wird eine Funktion des Keil Monitor Treibers unterbunden, welche in gewissen Zeitabständen im ms Bereich Escape Zeichen über die zum µcontroller sendet. Dadurch könnte auf Seiten des µcontrollers keine Warten per scanf Befehl realisiert werden. Hardware: Board: Auf dem SB8v2006 Entwicklungsboard befinden sich sehr viele Komponenten. Es ist für sehr vielseitige Aufgaben bestimmt. Das Board wurde von Herrn Prof. Dipl.-Ing. Dr. Josef Humer entwickelt und wird unter anderem an der HTBLuVA Bulme Graz Gösting sowie der FH Campus02 für schulische Zwecke und Entwicklungsaufgaben eingesetzt. Bernhard Wintersperger 5

6 Für unser Projekt sind besonders der 80C517A µcontroller von Infineon, der Pegelwandler MAX202E (nicht im Bild beschrieben) der Firma Maxim, sowie das Punktmatrix LCD Display wichtig. Der µcontroller ist quasi das Gehirn des Boards. An ihm ist sämtliche Peripherie angeschlossen und er steuert alle Funktionen des Boards. Der MAX202E sorgt zwischen dem µcontroller und dem PC dafür, dass die unterschiedlichen Signalpegel der RS232 Kommunikation auf die jeweils benötigten konvertiert werden. µcontroller: Der µcontroller auf diesem Board ist ein Controller der 8051er Familie. Die 8051 µcontroller Struktur wurde ursprünglich von Intel entwickelt und wurde mittlerweile von etlichen Firmen in Form von Derivaten mit erhöhtem Bernhard Wintersperger 6

7 Leistungsumfang weiterentwickelt. Ein eben solches Derivat ist der, auf dem Board verbaute, 80C517A der Firma Infineon. Für unser Projekt besonders sind die Ports RxD0 (21) und TxD0 (22) besonders wichtig, da über diese beiden Ports die RS232 Kommunikation abgewickelt wird. Zwischen den Ports und der physischen Schnittstelle auf dem Port befindet sich der MAX202E Baustein (siehe nächste Seite). Parallel auf dieser Leitung befindet sich die COM Visualisierungseinheit. Bei dieser Visualisierungseinheit handelt es sich im Wesentlichen um einen 74HC14 Schmitt Trigger Inverter. Pin Konfiguration und Logischer Aufbau des 74HC14 Der Schmitt Trigger Inverter dient dazu um Pegelveränderungen auf den Kommunikationsleitungen anhand von LEDs sichtbar zu machen. Der Schmitt Trigger Eingang wird deshalb benötigt, um die LEDs blinken zu lassen. Hätte dieser Bernhard Wintersperger 7

8 Baustein keinen Schmitt Trigger Eingang, mit entsprechender Hystherese, würden die LEDs nur ihre Helligkeit je nach Pegel der Leitung ändern. so RS232 Einheit: Der hier eingesetzte MAX202E Baustein ist ein Pegelwandler der Firma Maxim. Er wird benötigt da bei der RS232 Kommunikation auf PC und µcontroller Seite jeweils andere Signalpegel auftreten. Pin Konfiguration und logischer Aufbau Bernhard Wintersperger 8

9 Software: µcontroller: Allgemeines: Die Software am µcontroller wartet anfangs bis serielle Daten auf der RS232 Schnittstelle ankommen. Wenn Daten ankommen werden diese überprüft und anschließend der Berechnungs-Funktion zugeführt. Dabei wird über eine switch case Anweisung die mathematische Funktion ausgewählt. Danach wird die Berechnung ausgeführt und das Ergebnis am LCD Display und auf der RS232 Schnittstelle ausgegeben. Flussdiagramm: Daten Polling Zahl 1 Math. Operation Zahl 2 Ausgabe Fehler Überprüfung der Daten Daten invalid Daten valid Berechnung Ausgabe LCD Ausgabe RS232 Bernhard Wintersperger 9

10 Code: TINF Projekt //********************\\ //*** Rechner***\\ //********************\\ //header dateien #include <REG517A.H> #include <stdio.h> #include <math.h> #include "LCD.h" //prototypen void init(); float berechnung(); //globale variablen float zahl1; float zahl2; int mathop; idata char buffer[15]; float ergebnis; //hauptprogramm void main() init(); while(1) //einlesen der variablen über rs232 scanf("%f", &zahl1); scanf("%d", &mathop); scanf("%f", &zahl2); //überprüfung der daten if((((zahl1 && zahl2) > ,99999) ((zahl1 && zahl2) < ,99999)) && (mathop < 1 mathop > 16)) printf("invalid_data\n"); zahl1 = 0; zahl2 = 0; mathop = 0; blank_lcd(); ergebnis = berechnung(); //ausgabe des ergebnisses auf das lcd display Bernhard Wintersperger 10

11 sprintf(buffer, "= %.3f", ergebnis); print_lcd(2,1, buffer); //ausgabe des ergebnisses auf der RS232 schnittstelle printf("%.3f\n", ergebnis); zahl1 = 0; zahl2 = 0; mathop = 0; //init void init() zahl1 = 0; zahl2 = 0; mathop = 0; init_lcd(); //LCD Init blank_lcd(); //LCD Loeschen //berechnung float berechnung() /*Zuordnungen: : Plus 2: Minus 3: Multiplikation 4: Division 5: Quadrieren 6: Kubieren 7: Wurzel 8: Log 9: Log10 10: Sinus 11: Cosinus 12: Tangens 13: Arcus Sinus 14: Arcus Cosinus 15: Arcus Tangens 16: e^ */ switch(mathop) case 1: ergebnis = zahl1 + zahl2; Bernhard Wintersperger 11

12 sprintf(buffer, "%.3f + %.3f", zahl1, zahl2); case 2: ergebnis = zahl1 - zahl2; sprintf(buffer, "%.3f - %.3f", zahl1, zahl2); case 3: ergebnis = zahl1 * zahl2; sprintf(buffer, "%.3f * %.3f", zahl1, zahl2); case 4: ergebnis = zahl1 / zahl2; sprintf(buffer, "%.3f / %.3f", zahl1, zahl2); case 5: ergebnis = zahl1*zahl1; sprintf(buffer, "%.3f^2", zahl1); case 6: ergebnis = zahl1*zahl1*zahl1; sprintf(buffer, "%.3f^3", zahl1); case 7: ergebnis = sqrt(zahl1); sprintf(buffer, "Wurzel(%.3f)", zahl1); case 8: ergebnis = log(zahl1); sprintf(buffer, "Log(%.3f)", zahl1); case 9: ergebnis = log10(zahl1); sprintf(buffer, "Log10(%.3f)", zahl1); case 10: ergebnis = sin(zahl1); sprintf(buffer, "sin(%.3f)", zahl1); case 11: ergebnis = cos(zahl1); Bernhard Wintersperger 12

13 sprintf(buffer, "cos(%.3f)", zahl1); case 12: ergebnis = tan(zahl1); sprintf(buffer, "tan(%.3f)", zahl1); case 13: ergebnis = asin(zahl1); sprintf(buffer, "arc sin(%.3f)", zahl1); case 14: ergebnis = acos(zahl1); sprintf(buffer, "arc cos(%.3f)", zahl1); case 15: ergebnis = atan(zahl1); sprintf(buffer, "arc tan(%.3f)", zahl1); case 16: ergebnis = exp(zahl1); sprintf(buffer, "e^(%.3f)", zahl1); return ergebnis; PC: Bernhard Wintersperger 13

14 Anforderungen Die Anforderungen an das Steuerprogramm am PC ist das Einlesen, Interpretieren und das senden der Daten an den µc über die rs232 Schnittstelle. Ablauf Nach dem Starte des Programmes wird über den Menüpunkt Start -> Verbinden die open() Methode der rs232 Klasse aufgerufen und somit die rs232 Verbindung geöffnet. Danach können die Zahlen bzw. Operatoren entweder über die Tastatur oder über die Schaltflächen in das Textfeld eingegeben werden. Sobald der = Button gedrückt wird, werden die Daten an die phras Klasse übergeben und das zurück gegebene Array abgespeichert. Die im Array abgespeicherten Daten werden danach über die rs232 in der entsprechenden Reihenfolge versendet. Um die empfangen Daten auszugeben, muss der refresh Button in der rechten oberen Ecke gedrückt werden. Flussdiagramme Allgemein Spezifisch Eingabe der Daten Event Button Nein Taste ist = Senden Ja Textfeld wird an phras Klasse übergeben Empfangen Zeichen in Textfeld schreiben Nein Rs232 Verbindung hergestellt Ja Überprüfung der Daten Daten invalid Sende Daten Daten valid Ausgabe Ende Button Event Bernhard Wintersperger 14

15 Um die Kommunikation zwischen dem PC und dem µc zu realisieren hab wir uns für die Programmiersprache C# entschieden. Der Vorteil bei dieser Lösung, liegt vor allem in der relativ einfachen Gestaltung der Oberfläche aber auch in der Durchführung der Kommunikation. Die RS232 Klasse Initialisierung Die Klasse wird ohne Übergabeparameter initialisiert. Erst nach der Auswahl des COM Ports und setzen einiger anderen Einstellungen, kann die Verbindung mit den gegebenen Werten und der open() Methode geöffnet werden. Nach der erfolgreichen Initialisierung und Öffnung der Verbindung kann auf folgende Methoden zugegriffen werden. Sollte der übergebene COM Port bereits besetzt sein wird eine Fehlermeldung ausgegeben. Methoden public void open(string COM, int baudrate, int databits, bool rtsenable) Nach der Initalisierung der Klasse wird die COM Verbindung mit der open() Methode und den übergebenen Parametern geöffnet. Sollte der übergebenen COM Port bereits verwendet werden, wird eine Fehlermeldung ausgegeben. public void write (string senden) Der öffentlichen Methode write () kann ein String mit beliebiger Länge übergeben werden. Der so übergeben String wird danach Zeichenweise über die geöffnete Verbindung übertragen. Auf dem µc nimmt die Empfangsfunktion alle Zeichen bis zu dem End of Line Zeichen entgegen und speichert die übertragenen Zeichen als Zahl ab. private void serialport1_datareceived () Die nicht öffentliche Methode newdata() wird dem rs232 Empfangs-Eventhandler zugewiesen und wird ausgeführt sobald neue Daten eintreffen. Danach werden die Empfangen Daten mit einem readline() ausgelesen und als String abgespeichert. Bernhard Wintersperger 15

16 Wichtig ist jedoch, dass diese Methode keine Werte ausgibt sonder diese lediglich verarbeitet beziehungsweise abspeichert. public string rettext Über die rettext Eigenschaft, kann der durch die newdata() Methode abgespeicherte Text abgefragt oder auch gesetzt werden. public void close() Die Methode close() schließt und gibt man die geöffnete Verbindung wieder frei. public void getready Über die Eigenschaft getready dieser Klasse, kann abgefragt werden ob neue Daten empfangen wurden. public void status Über die Eigenschaft status kann abgefragt werden ob eine Verbindung mit der open() Methode geöffnet wurde. Die phras Klasse Um mit den im Textfeld stehenden Rechenoperationen richtig rechnen zu können, müssen diese vor der Übertragung an den µc in eine entsprechende Form gebracht werden. Dies wird durch die phras Klasse gewährleistet. Anforderungen Ein an die phras Klasse übergebener String soll in form eines Arrays, in dem die einzelnen Zahlen und Operatoren getrennt von einander gespeichert sind, wieder zurückgegeben werden. Methoden public string[] analyse(string txt) Der an die Methode analyse() übergebenen String wird zerlegt und in form eines Array zurückgegeben. Der Übergebene Operator wird jedoch nicht als ASCII Zeichen, sondern als ein ihm zugewiesener integer Wert zurück gegeben. Bernhard Wintersperger 16

17 Eine Liste dieser Zurodung Zeichen Int Wert * 3 / 4 ^2 5 ^3 6 sqrt( 7 log( 8 log10( 9 sin( 10 cos( 11 tan( 12 arcsin( 13 arccos( 14 arctan( 15 e^ 16 Beispiel: Übergebener String: 2+4 Rückgabewert: string[0]= 2 Erste Zahl string[1]= 4 Zweite Zahl string[2]= 1 Zugewiesener Integer Wert des Operators Bernhard Wintersperger 17

18 Code: TINF Projekt using System; using System.Collections.Generic; using System.ComponentModel; using System.Data; using System.Drawing; using System.Text; using System.Windows.Forms; using System.IO.Ports; using System.Threading; namespace _051_Rechner public partial class Form1 : Form phras instphras = new phras(); rs232 verbindung = new rs232(); public Form1() InitializeComponent(); private void button_click(object sender, EventArgs e) //MessageBox.Show(System.Convert.ToString((sender as Button).Text)); if (!verbindung.status) MessageBox.Show("Error \n Keine Verbindung hergestellt"); else string sendertag = System.Convert.ToString((sender as Button).Tag); switch (sendertag) case "=": string[] tmp = new string[3]; tmp = instphras.analyse(this.textbox1.text); verbindung.write(tmp[0] + "\n"); Thread.Sleep(100); verbindung.write(tmp[2] + "\n"); Thread.Sleep(100); verbindung.write(tmp[1] + "\n"); Thread.Sleep(200); textbox1.text = verbindung.rettext; case "c": textbox1.text = ""; case "z": textbox1.text= textbox1.text.substring(0, textbox1.text.length - 1); default: textbox1.text += sendertag; Bernhard Wintersperger 18

19 private void verbindentoolstripmenuitem_click(object sender, EventArgs e) private void beendentoolstripmenuitem1_click(object sender, EventArgs e) this.close(); e) private void toolstripstatuslabel1_click(object sender, EventArgs private void verbindentoolstripmenuitem1_click(object sender, EventArgs e) if (verbindung.open("com3", 9600, 8, true)) this.toolstripstatuslabel1.text = "Verbunden"; this.toolstripstatuslabel1.image = global::_051_rechner.properties.resources.conn; private void verbindungschließentoolstripmenuitem1_click(object sender, EventArgs e) verbindung.close(); this.toolstripstatuslabel1.text = "Nicht Verbunden"; this.toolstripstatuslabel1.image = global::_051_rechner.properties.resources.conn_no; private void timer1_tick(object sender, EventArgs e) if (verbindung.getready == true) this.textbox1.text += "\n" + verbindung.rettext; private void button1_click(object sender, EventArgs e) this.textbox1.text = verbindung.rettext; e) private void infotoolstripmenuitem_click(object sender, EventArgs Bernhard Wintersperger 19

20 info form1 = new info(); form1.show(); private void Form1_Load(object sender, EventArgs e) public class phras ProcessOperation[] operations = new ProcessOperation[17]; public phras() for(int i=0;i<=16;i++) if (i <= 4) operations[i] = new ProcessOperation(grund); else operations[i] = new ProcessOperation(andere); public string[] analyse(string txt) string[] rechenarten = new string[17]; rechenarten[1] = "+"; rechenarten[2] = "-"; rechenarten[3] = "*"; rechenarten[4] = "/"; rechenarten[5] = "^2"; rechenarten[6] = "^3"; rechenarten[7] = "sqrt("; rechenarten[8] = "log("; rechenarten[9] = "log10("; rechenarten[10] = "sin("; rechenarten[11] = "cos("; rechenarten[12] = "tan("; rechenarten[13] = "arcsin("; rechenarten[14] = "arccos("; rechenarten[15] = "arctan("; rechenarten[16] = "e^"; for (int i = 1; i <= operations.length-1; i++) if ((rechenarten[i]!=null) & txt.indexof(rechenarten[i])>=0) string[] tmp = new string[3]; string[] zahlen = new string[3]; tmp = operations[i](txt, rechenarten[i]); zahlen[0] = tmp[0]; zahlen[1] = tmp[1]; zahlen[2] = System.Convert.ToString(i); //MessageBox.Show(tmp[0]+" "+tmp[1]+" "+System.Convert.ToString(i)); return zahlen; Bernhard Wintersperger 20

21 return null; public void phraswurzel() public delegate string[] ProcessOperation(string txt, string oper); /*public static string[] zerteilen(string txt) string[] ruckgabe = new string[4]; char[] splitwerte = new char[10]; splitwerte[0] = '+'; splitwerte[1] = '-'; splitwerte[2] = '/'; splitwerte[3] = '*'; ruckgabe = txt.split(splitwerte); return ruckgabe; */ public static string[] grund (string txt, string oper) string[] zahlen = new string[2]; zahlen = txt.split(system.convert.tochar(oper)); return zahlen; public string[] andere(string txt, string oper) string[] zahlen = new string[2]; if(oper.indexof("(")>=0) txt = txt.replace(")", ""); zahlen[0] = txt.replace(oper, ""); return zahlen; class rs232 SerialPort serial = new SerialPort(); string empfang; bool ready = false; public rs232() serial.datareceived += new System.IO.Ports.SerialDataReceivedEventHandler(this.serialPort1_DataReceive d); public bool open(string COM, int baudrate, int databits, bool rtsenable) Bernhard Wintersperger 21

22 serial.portname = COM; try if (serial.isopen) MessageBox.Show("Fehler!" + System.Environment.NewLine + COM + " wird bereits verwendet.", "Fehler", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error); return false; else serial.baudrate = baudrate; serial.parity = System.IO.Ports.Parity.None; serial.stopbits = System.IO.Ports.StopBits.One; serial.databits = databits; serial.rtsenable = rtsenable; serial.open(); return true; catch (Exception ex) MessageBox.Show("Fehler!" + System.Environment.NewLine + ex.message, "Fehler", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error); return false; public void write(string datawrite) try serial.write(datawrite); this.ready = false; catch (Exception ex) MessageBox.Show("Fehler!" + System.Environment.NewLine + ex.message, "Fehler", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error); private void serialport1_datareceived(object sender, System.IO.Ports.SerialDataReceivedEventArgs e) empfang = serial.readline(); ready = true; Bernhard Wintersperger 22

23 public string rettext get string tmp = empfang.replace("\r", ""); empfang = ""; return tmp; set empfang = value; public bool getready get bool tmp; tmp = ready; ready = false; return tmp; public bool status get return serial.isopen; public void close() serial.close(); Bernhard Wintersperger 23