Anschluss von Peripherien Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 1

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1 Anschluss von Peripherien 2008 Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 1

2 Tastenmatrix Anschluss von vielen Tasten zyklische Abfrage im Zeitmultiplexverfahren Anordnung der Tasten: m x n Matrix, angestrebt: m n Spaltentreiber Spaltentreiber = Ausgabeport Zeilerleser = Eingabeport pullupwiderstände: extern oder intern (zuschaltbar in MCU) Zeilenleser netx: interne nichtzuschaltbare pulldownwiderstände!!! Erkennung von max. 2 Tasten! (braun=log.0) 2008 Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 2

3 Abfrage mit Interrupts #1 1. PIOs des Spaltentreibers auf log.0 2. Taste gedrückt Int durch log.0 ausgelöst, ISR startet. Für jeden EingangsPIO eigene ISR Bei MCUs mit Tiefschlafmodus sogar ruhestrome Abfrage möglich (Fernbedienungen): Erst durch Int weckt der MCU aus dem Schlaf und startet den Oszi 2008 Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 3

4 Abfrage mit Interrupts #2 3. PIOs des Spaltentreibers gehen in log.1 4. Abfrage beginnt: PIO1 PIO2 PIO3 PIO4 5. Taste erkannt 6. Erkennen des Loslassens aller Tasten: Alle PIOs der Spaltentreibers log.0 Losgelassen:alle PIOs des Zeilentreibers log.1 Während der Abfrage müssen andere PIOs des Spaltentreibers hochohmig sein (keine harte log. 1), oder müssen in Einganbemodus geschaltet werden Treiberausgänge darf man nicht kurzschließen 2008 Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 4

5 2 gedrückte Tasten erkennen a) Beide Tasten in einer Spalte: mehr als 1 Zeile aktiv b) Beide Tasten in einer Zeile: fortwährende Spaltenabfrage c) 2 Zeilen und 2 Spalten aktiv: 2 Tasten können noch erkannt werden, eine 3. Taste nicht mehr Bsp: (2,2) und (3,3) gedrückt Falls die 3. Taste (2,3) oder (3,2) wäre, könnte sie nicht erkannt werden, da Spalte 2 und 3 sowir Zeile 2 und 3 kurzgeschlossen 2008 Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 5

6 3 beliebige Tasten gleichzeitig Entkopplungsdioden Keine Kurzschlüsse durch mehrfache Tastendrücke möglich Ein reines Ausgabeport als Spaltentreiber möglich (tristate unnötig) In der Software kann entschieden werden, ob tatsächlich alle Tastenkombinationen ausgewertet werden 2008 Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 6

7 Bei zu wenig PIOs Abfrageschema wie oben, nur dass Die gerade aktivierte Spalte immer als aktive Zeile zurückkommt. Folge: Sie muss ausmaskiert werden. Nur die restlichen Spalten dürfen Ausgewertet werden Verzicht auf Hauptdiagonale Begrenzungen: Nur 1 Taste kann erkannt werden Schlafmodus geht nicht 2008 Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 7

8 Bei zu wenig PIOs ohne Dioden Zwischen jeder Kombination von Portpins sowie nach Masse gibt es genau 1 Taste Zustände: 1. Keine log.0 geschickt: 1 Taste der 1. Spalte kann erkannt w. 2. Log.0 auf die 1 Zeile geschickt: 1 Taste der 2. Spalte kann erkannt w. 3. usw. Verzicht auf halbe Matrix Begrenzungen: Nur 1 Taste kann erkannt werden Schlafmodus geht nicht 2008 Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 8

9 Entprellung Mechanische Schalter "prellen" beim Ein und Ausschalten. Zur Beseitigung gibt es unterschiedliche Ansätze 2008 Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 9

10 HardwareEntprellung Möglichkeiten z.b. Tiefpassfilter mit nachgeschaltetem SchmittTrigger Umschaltkontakt RSFlipflops (aus zwei NANDGattern) Der Schalter muss vom Typ "nicht kurzschließend" sein Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 10

11 SoftwareEntprellung: Flankenerkennung#1 Bei einem Taster gibt es insgesamt 4 Zustände: 1. war nicht gedrückt und ist nicht gedrückt 2. war nicht gedrückt und ist gedrückt (steigende Flanke) 3. war gedrückt und ist immer noch gedrückt 4. war gedrückt und ist nicht mehr gedrückt (fallende Flanke) Diese einzelnen Zustände lassen sich jetzt bequem abfragen/durchlaufen. Die Entprellung geschieht dabei durch die ganze Laufzeit des Programms Taster als ActiveLow angeschlossen, PullUps genutzt Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 11

12 Flankenerkennung #2 für den Zustand "steigende Flanke" wird Wert "1" zurückgegeben, sonst "0" char taster(void) { static unsigned char zustand; char rw = 0; //Taster wird gedrueckt (steigende Flanke) if(zustand == 0 &&!(TASTERPORT & (1<<TASTERBIT))) { zustand = 1; rw = 1; } //Taster wird gehalten else if (zustand == 1 &&!(TASTERPORT & (1<<TASTERBIT))) { zustand = 2; rw = 0; } //Taster wird losgelassen (fallende Flanke) else if (zustand == 2 && (TASTERPORT & (1<<TASTERBIT))) { zustand = 3; rw = 0; } //Taster losgelassen else if (zustand == 3 && (TASTERPORT & (1<<TASTERBIT))) { zustand = 0; rw = 0; } return rw; } 2008 Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 12

13 SWEntprellung: Warteschleifenverfahren /* Einfache Funktion zum Entprellen eines Tasters */ UINT8 debounce(volatile UINT8 *port, UINT8 pin) { if (! (*port & (1<<pin)) ){//Falls Pin auf Masse gezogen,100ms warten _delay_ms(100); if ( *port & (1 << pin) ){ //Falls Pin wieder high, warten /* Anwender Zeit zum Loslassen des Tasters geben */ _delay_ms(100); return 1; } } return 0; } int main(void) { PORTCONF &= ~( 1 << PB0 ); // PIN PB0 auf Eingang (Taster) if (debounce(&pinb, PB0)) // Falls Taster an PIN PB0 gedrueckt.. PORTD = PIND ^ (1<<PD7);//..LED an Port PD7 an bzw. ausschalten } 2008 Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 13

14 SWEntprellung: Interruptverfahren Schnell, kurzer Code, zuverlässig ISR( TIMER0 ) // every 10ms { static UINT8 ct0, ct1, rpt; UINT8 i; TCNT0 =... // preload for 10ms i = key_state ^ ~KEY_PIN; // key changed? (^ XOR) ct0 = ~( ct0 & i ); // reset or count ct0 ct1 = ct0 ^ (ct1 & i); // reset or count ct1 i &= ct0 & ct1; // count until roll over? key_state ^= i; // then toggle debounced state key_press = key_state & i; // 0>1: key press detect if( (key_state & REPEAT_MASK) == 0 ) // check repeat function rpt = REPEAT_START; // start delay if( rpt == 0 ){ rpt = REPEAT_NEXT; // repeat delay key_rpt = key_state & REPEAT_MASK; } } 2008 Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 14

15 7SegmentLEDs Ziffernkodierung z.b // // // // // // // // // // 9 Zeitmultiplexverfahren via Warteschleifen oder Interrupts Ganze Ziffern mit log.0 aktiviert, einzelne Segmente ebenfalls mit log.0. Flackern vermeiden: ganze Zahl min. 50 mal pro Sekunde wiederholen Empfohlen: alle 4 ms zur nächsten Anzeigestelle weiterschalten 2008 Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 15

16 Schrittmotoren Arten: Bipolar 4 Anschlüsse (mittlere Anschl. nicht vorhanden) Unipolar 6 Anschlüsse Im Bild: 1 Schritt=90, 4 Vollschritte oder 8 Halbschritte für ganze Umdrehung Oft: 1 Schritt = 1,8, 200 Vollschritte oder 400 Halbschritte pro Umdrehung Im Praktikum: 1 Schritt = 0,9, 400 Vollschritte oder 800 Halbschritte pro Umdrehung Oft eingesetzt: Robotik 2008 Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 16

17 Schrittmotoren: Arten 2008 Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 17

18 Bipolare Schrittmotoren: Ansteuerung Voll A B C D Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 Schritt 4 Halb A B C D Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 Schritt 4 Schritt 5 Schritt 6 Schritt 7 Schritt Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 18

19 Unipolare Schrittmotoren: Ansteuerung Voll A B common C D common Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 Schritt Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 19

20 CSpezialitäten für embedded Welt #1 Modifizierervolatile Benutzung: volatile typ name; Mitteilung an Compiler: Variable name kann durch Ereignisse außerhalb der Kontrolle des Programms verändert werden kann, z.b. Lesen von Ports. volatilevariablen werden: vor jedem Zugriff neu aus dem Hauptspeicher eingelesen CompilerOptimierung bei volatile abgeschaltet Zwischenspeicherung von volatilevariablen in Registern (was sonst den Ablauf beschleunigt) ist verboten 2008 Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 20

21 CSpezialitäten für embedded Welt #2 #define Direktive mit Argumenten (genannt auch Makro) #define POKE(addr, val)(*(volatile unsigned int *)(addr) = (val)) Bsp. Präprozessorbefehl POKE (REG1, 0xFFEFU) (U für unsigned) wird ersetzt durch *(volatile unsigned int *)REG1 = 0xFFEFU Bedeutet: REG1 ist Zeiger, gecastet in volatile unsigned int * Die Dereferenz von diesem Zeiger erhält neuen Wert von 0xFFEFU Ähnlich: #define POKE_AND(addr,val)(*(volatile unsigned int*)(addr)&=(val)) #define POKE_OR(addr,val)(*(volatile unsigned int*)(addr) =(val)) #define PEEK(addr)(*(volatile unsigned int*)(addr)) 2008 Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 21

22 CSpezialitäten für embedded Welt #3 Datentypen benutzt vom StartEasy Für Registeradressen: #define REG8 (volatile unsigned char*) #define REG16 (volatile unsigned short*) #define REG32 (volatile unsigned int*) Für Registerwerte: #define UI32 unsigned int 2008 Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 22

23 CSpezialitäten für embedded Welt #4 Bitmanipulationen ites Bit von rechts im Register REG löschen (andere Bits unverändert): POKE_AND(REG, ~(1 << i)); oder *REG &= ~(1 << i)); ites Bit von rechts im Register REG setzen (andere Bits unverändert): POKE_OR(REG, 1 << i); oder *REG &= 1 << i; 2008 Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 23