Microcontroller Programmierung. Ein PDV-Vertiefungsprojekt von: Chr. Schulz, P. Simon und D. Stein Sommersemester 2005 Version 1.0

Transkript

1 Microcontroller Programmierung Ein PDV-Vertiefungsprojekt von: Chr. Schulz, P. Simon und D. Stein Sommersemester 2005 Version 1.0

2 Inhalt Einführung Die Hardware Die Schaltlogik Implementierung der Steuerung Fazit

3 Inhalt Einführung Präsentationsziele Aufgabenstellung Motivation Die Hardware Die Schaltlogik Implementierung der Steuerung Fazit

4 Präsentationsziele Vorstellung unseres Projekts (aktueller Stand) Aufgabenstellung - Planung Konstruktion Implementierung der Hardware und Software Entwicklungsprobleme Vorausschau Ausstehende Entwicklungen/Implementierungen

5 Inhalt Einführung Präsentationsziele Aufgabenstellung Motivation Die Hardware Die Schaltlogik Implementierung der Steuerung Fazit

6 Aufgabenstellung Evaluierung des Microcontrollers 18F4550 mit Hilfe des Microchips Development Demo Board PICDEM USB. Ansteuerung der USB Schnittstelle des PICDEM USB Demo Boards.

7 Inhalt Einführung Präsentationsziele Aufgabenstellung Motivation Die Hardware Die Schaltlogik Implementierung der Steuerung Fazit

8 Projektziele Konstruktion eines Aufzugsteuerung zur Präsentation der Funktionalitäten des PICs 18F4550 Steuerung des Lifts über die USB Schnittstelle des Demo Boards.

9 Inhalt Einführung Die Hardware Der Microcontroller 18F4550 USB Picdem DemoBoard Incircuit Debugging HP Drucker Motor Unser Fahrstuhl Die Schaltlogik Implementierung der Steuerung Fazit

10 Der Microcontroller 18F4550 (1) Microcontrollerfamilie von Microchip 40 poliger Chip 32 KB großer Speicher Flashbares System Einen Interruptvektor der beim Auslösen von Interrupts angesprungen wird Vier Timer (zwei 16Bit und zwei 8Bit)

11 Der Microcontroller 18F4550 (2) 34 digitale I/O Pins Jeweils 8 Pins sind zu einem Port zusammengefasst A-E geben den Port an 1-8 Pins

12 Inhalt Einführung Die Hardware Der Microcontroller 18F4550 USB Picdem DemoBoard Incircuit Debugging HP Drucker Motor Unser Fahrstuhl Die Schaltlogik Implementierung der Steuerung Fazit

13 USB Picdem DemoBoard (1)

14 USB Picdem DemoBoard (2) Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten: Microchip auf dem die Programme gespeichert werden USB Controller Kommunikation zwischen PC und Platine

15 USB Picdem DemoBoard (3)

16 Evaluierung des PIC 18F4550 auf dem USB Picdem Demo Board (1) Demo Board ist für den PIC 16C765 designt Speicher des 16C765 ist nur mit einem EPROM Eraser löschbar

17 Evaluierung des PIC 18F4550 auf dem USB Picdem Demo Board (2) Board unterstützt prinzipelle keine flashbare Microchips wie 18F4550 Mit der Hilfe der mitgelieferten RJ11 Buchse ist die Platine umkonfigurierbar ( Future Use ) Löschen und programmieren des Chips sollte dann möglich sein

18 Evaluierung des PIC 18F4550 auf dem USB Picdem Demo Board (3) Buchse angelötet PIC trotzdem nicht programmierbar und löschbar Forschungsarbeit: Recherche der Datenblätter Vergleich der Pinbelegung der zwei PICs Messen auf Durchgang von der RJ11 Buchse zum PIC

19 Evaluierung des PIC 18F4550 auf dem USB Picdem Demo Board (4) Problem gefunden! Fehler auf der Platine Die Pins RB3 und RB7 vom PIC zur RJ11 Buchse vertauscht

20 Evaluierung des PIC 18F4550 auf dem USB Picdem Demo Board (5) Pinbelegung am EPROM PIC 16C765 Pinbelegung am flashbaren 18F4550

21 Evaluierung des PIC 18F4550 auf dem USB Picdem Demo Board (6) Lösung: Isolierung und Verdrehung der Pins an der RJ11 Buchse keine Änderungen der Leiterbahnen auf der Platine somit nötig

22 Inhalt Einführung Die Hardware Der Microcontroller 18F4550 USB Picdem DemoBoard Incircuit Debugging HP Drucker Motor Unser Fahrstuhl Die Schaltlogik Implementierung der Steuerung Fazit

23 Incircuit Debugging (1)

24 Incircuit Debugging (2) Microchip ICD 2 dient zur Programmierung des Chips Programm wird zwischengespeichert auf dem Debugger während der Programmierung RJ11- Anschluss zum Board verbunden USB Anschluss verbindet PC mit ICD 2 Breakpoints

25 Inhalt Einführung Die Hardware Der Microcontroller 18F4550 USB Picdem DemoBoard Incircuit Debugging HP Drucker Motor Unser Fahrstuhl Die Schaltlogik Implementierung der Steuerung Fazit

26 Drucker Motor HP Drucker Motor 12V Gleichstrommotor Ansteuerung über eine H-Brücke Zieht den Lift im Fahrstuhlschacht

27 Inhalt Einführung Die Hardware Der Microcontroller 18F4550 USB Picdem DemoBoard Incircuit Debugging HP Drucker Motor Unser Fahrstuhl Die Schaltlogik Implementierung der Steuerung Fazit

28 Unser Fahrstuhlmodell (1)

29 Unser Fahrstuhlmodell (2) Konstruktion Zwei Märklin Baukästen B Lift ist an einem Antriebsriemen befestigt und fährt auf einer Laufschiene

30 Unser Fahrstuhlmodell (3) 6 Tastern zur Fahrstuhl Steuerung 6 Leds die das Ziel des Lifts anzeigen

31 Unser Fahrstuhlmodell (4) Vier Lichtschranken Unterbrechungssignal an den PIC gesendet Low-Pegel-Signal wird invertiert durch ein NAND- Gatter im Leitungsschacht

32 Unser Fahrstuhlmodell (5) Datenaustauschgeschied über ein 25- poliges Druckerkabel mit der Schaltlogikplatine

33 Unser Fahrstuhlmodell (6) Funktionsprinzip Ohne USB Schiebe Lift in die Startposition Taster Druck am Lift Led leuchtet auf Lift fährt an die ausgewählte Position und hält dort an. Mit USB Über einen Dialog auf dem Rechner wird das Zielstockwert gewählt Fahrstuhl hält am ausgewählten Stockwerk

34 Inhalt Einführung Die Hardware Die Schaltlogik Die Platine Die H-Brücke Synchronisation der Hardware Implementierung der Steuerung Fazit

35 Die Platine (1) Implementierung unser Schaltlogik H-Brückenlogik (ein NAND-Gatter) Tasterlogik (drei NAND-Gatter) Interrupt-Handling (ein ODER-Gatter) Datenübertragung 25-polige Druckerkabel zum Fahrstuhl 40-poliges Datenkabel zum Board

36 Die Platine (2)

37 Die Platine (3)

38 Inhalt Einführung Die Hardware Die Schaltlogik Die Platine Die H-Brücke Synchronisation der Hardware Implementierung der Steuerung Fazit

39 Die H-Brücke (1) TLE S Motorsteuerung Besteht aus 4 Tranistoren die H-förmig angeordnet sind Stromfluss entscheidet die Drehrichtung des Motors

40 Die H-Brücke (2) Schaltlogik RB0 steuert die Laufrichtung Pulsweitenmodulation (PWM) Geschwindigkeitregelung

41 Die H-Brücke (3) Schaltlogikrealisierung Drei NAND-Gatter realisiert PWM & (7400) IN 1 RB0 & (7400) & (7400) IN 2

42 Die H-Brücke (4) Schaltlogikrealisierung

43 Inhalt Einführung Die Hardware Die Schaltlogik Die Platine Die H-Brücke Synchronisation der Hardware Implementierung der Steuerung Fazit

44 Synchronisation der Hardware(1) Datenaustausch PIC und Lift Zwei Datenkabel (25-poliges Druckerkabel und 40 poliges Datenkabel) zwischen Aufzug und PIC

45 Synchronisation der Hardware(2) Die Taster am Aufzug Sechs R/S Flipflops realisiert (sechs Taster) Low-Pegel mit 1kΩ realisiert 5V für High-Pegel Signal

46 Synchronisation der Hardware(3) Die Taster am Aufzug - Funktion Druck eines Taster Signal wird im R/S Flipflops gespeichert PIC fragt Signale an alle FlipFlops ab Reset nach erfolgreichem Empfang der Signale (Rücksetzen der R/S FlipFlops)

47 Synchronisation der Hardware(4) Die Taster am Aufzug - Funktion

48 Synchronisation der Hardware(5) Die Leds am Fahrstuhl Jedes Led belegt einen Eingang am PIC und wird darüber gesteuert. 5V Spannungsversorgung über den PIC 220Ω Vorwiderstand

49 Synchronisation der Hardware(6) Lichtschranken am Lift Einweglichtschranke Optisch/elektronisches System Sender Lichtquelle (Led) Empfänger Sensor

50 Synchronisation der Hardware(6) Lichtschranken am Lift Dimensonierung der Widerstände und Schaltplan

51 Synchronisation der Hardware(7) Lichtschranken am Lift - Funktion PIC besitzt zwei Interruptvektoren Interrupt-Handling zur Ortsbestimmung des Fahrstuhls im Schacht Koppelung aller Lichtschranken (Interrupt- Handling am PIC) Parallel dazu jede Lichtschranke direkt auf einen Eingang am PIC

52 Synchronisation der Hardware(8) Lichtschranken am Lift Funktion d. Interrupts

53 Inhalt Einführung Die Hardware Die Schaltlogik Implementierung der Steuerung Entwicklungsumgebung Programmierung der Hardware Datenaustausch über USB Fazit

54 Entwicklungsumgebung Microchip 32-Bit-MPLAB-Entwicklungsumgebung (Version 7.10) Kompelierung mit der Hilfe des C18 Compilers

55 Inhalt Einführung Die Hardware Die Schaltlogik Implementierung der Steuerung Entwicklungsumgebung Programmierung der Hardware Datenaustausch über USB Fazit

56 Programmierung der Hardware (1) Verwendung von Interrupts Pulsweitenmodulation (PWM) Final-State-Machine als der Basis der Software

57 Programmierung der Hardware (2)

58 Inhalt Einführung Die Hardware Die Schaltlogik Implementierung der Steuerung Entwicklungsumgebung Programmierung der Hardware Datenaustausch über USB Fazit

59 Datenaustausch über USB Vorausschau Simulation der Taster mit Hilfe der USB Schnittstelle am Rechner Bis Mitte Juli

60 Fazit Dimensionierung der Widerständen an den Lichtschranken Die H-Brücke Probleme mit den Interrupts Analog/Digital Ports Reset Linn`sche Satz

61 Materialliste Zwei Märklin Baukästen Fünf NAND-Gatter (Drei R/S FlipFlops) Ein ODER-Gatter Eine H-Brücke Sechs Leds, sechs Taster, vier Lichtschranken Ca. 250 Lötstellen 570 Zeilen Code

62 Quellen ICs - Die wichtigsten Daten USB Hanbuch für Entwickler