µ-computer Programm in Assembler mit dem C8051F340

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1 µ-computer Programm in Assembler mit dem C8051F340 Programm: Servomotor-Ansteuerung über Potentiometerstellung. Michael Mürken (30848), MTB4 1

2 Inhalt 1. 0 DER SERVOMOTOR PRINZIPIELLER AUFBAU STROMVERSORGUNG SIGNALAUFBAU TECHNISCHE DATEN CONRAD MODELLBAU SERVOMOTOR ES PROGRAMM UMSETZUNG VORÜBERLEGUNGEN PROGRAMMSTRUKTURIERUNG PCA OSZILLATOR TIMER ANALOG -> DIGITAL PORT IO INITIALISIERUNG MAINLOOP PROGRAMMCODE Michael Mürken (30848), MTB4 2

3 1. 0 Der Servomotor 1.1 Prinzipieller Aufbau Ein Servo besteht aus mehreren logischen Komponenten Elektronik für die Pulsauswertung Elektronik für eine Regelschleife Leistungselektronik zur Ansteuerung eines Motors der Motor samt Getriebe Positionsauswertung Aus diesen Komponenten wird eine Regelschleife gebildet, so dass der Motor einem Positionssignal nachgeführt wird. Am Motor ist ein Getriebe angeflanscht, welches wiederum die Abtriebsscheibe bewegt, an der die Bewegung mechanisch abgegriffen werden kann. Der Positionsencoder, im Regelfall ein mechanisch mit dem Getriebe gekoppeltes Potentiometer, stellt die Positionsinformation wieder der Regelelektronik zur Verfügung, die bei Abweichungen entsprechende Motorbewegungen veranlasst. Michael Mürken (30848), MTB4 3

4 1.2 Stromversorgung Werden Servos an einem µc betrieben, so ist es am Besten, sie aus einer eigenen Stromquelle (Akku) zu betreiben. Manche Servos erzeugen kleine Störungen auf der Versorungsspannung, die einen µc durchaus zum Abstürzen bringen können. Muss man Servos gemeinsam mit einem µc von derselben Stromquelle betreiben, so sollte man sich gleich darauf einrichten, diesen Störimpulsen mit Kondensatoren zu Leibe rücken zu müssen. Unter Umständen ist hier auch eine Mischung aus kleinen schnellen Kondensatoren (100nF) und etwas größeren, aber dafür auch langsameren Kondensatoren (einige µf) notwendig. Die eindeutig beste Option ist es aber, die Servos strommässig vom µc zu entkoppeln und ihnen ihre eigene Stromquelle zu geben. Servos sind nicht besonders heikel. Auch im Modellbau müssen sie mit unterschiedlichen Spannungen zurechtkommen, bedingt durch die dort übliche Versorung aus Akkus, die im Laufe der Betriebszeit des Modells natürlich durch die Entladung ihre Voltzahl immer weiter reduzieren. Im Modellbau werden Akkus mit 4 oder 5 Zellen verwendet, sodass Servos mit Spannungen von ca. 4V bis hinauf zu ca. 6V zurechtkommen müssen, wobei randvolle Akkus diese 6V schon auch mal überschreiten können. Bei sinkender Spannung verlieren Servos naturgemäß etwas an Kraft bzw. werden in ihrer Stellgeschwindigkeit unter Umständen langsamer. Die Servos werden dann nur mit ihrer Masseleitung und natürlich mit ihrer Impulsleitung mit dem µc verbunden. Die Impulsleitung kann ganz einfach an einen Ausgangspin eines µc direkt angeschlossen werden, der mit 5V arbeitet. Michael Mürken (30848), MTB4 4

5 1.3 Signalaufbau Das Signal, das an den Servo geschickt wird, hat eine Länge von ungefähr 20ms. Diese 20ms sind nicht besonders kritisch und sind ein Überbleibsel von der Technik mit der mehrere Kanäle über die Funkstrecke einer Fernsteuerung übertragen werden. Für das Servo wichtig ist die Impulsdauer in der ersten Phase eines Servosignals. Nominell ist dieser Impuls zwischen 1ms und 2ms lang. Wobei das jeweils die Endstellungen des Servos sind, an denen es noch nicht mechanisch begrenzt wird. Eine Pulslänge von 1.5ms wäre dann Servomittelstellung. Für die Positionsauswertung des Servos haben die 20ms Wiederholdauer keine besondere Bedeutung, sieht man einmal davon ab, dass ein Servo bei kürzeren Zeiten entsprechend öfter Positionsimpulse bekommt und daher auch öfter die Position gegebenenfalls korrigiert, was möglicherweise in einem etwas höheren Stromverbrauch resultiert. Michael Mürken (30848), MTB4 5

6 1.4 Technische Daten Conrad Modellbau Servomotor ES-030 0,6 1,8 ms 0,6 1,8 ms Technische Details PWM: Durch Versuche ermittelte Grenzwerte: Michael Mürken (30848), MTB4 6

7 Michael Mürken (30848), MTB4 7

8 2. 0 Programm Umsetzung 2.1 Vorüberlegungen Welche Module werden benötigt? a) PCA Modul PWM b) Periodendauereinstellung Timer0 c) Oszillatorfrequenz d) PWM-Signalausgang über P1.1 Ports e) Analogwertverarbeitung ADC f) Analogeingang P2.0 Ports 2.2 Programmstrukturierung a) Initialisierung b) Mainloop Michael Mürken (30848), MTB4 8

9 2.3 PCA PCA_Init: mov PCA0CN, # b ;PWM einschalten Michael Mürken (30848), MTB4 9

10 anl PCA0MD, # b ;schaltet den Watchdog aus mov PCA0MD, # b ;PCA Init, genutzt wird Timer0 Michael Mürken (30848), MTB4 10

11 mov PCA0CPM0, # b ;16bit PWM Mode Michael Mürken (30848), MTB4 11

12 mov PCA0CPL0, #048h ;Lowbyte DutyCycle mov PCA0CPH0, #0F0h ;Highbyte Dutycycle Highbyte Lowbyte Michael Mürken (30848), MTB4 12

13 2.4 Oszillator Oscillator_Init: mov OSCICN, # b ;Frequenz auf 12MHz Michael Mürken (30848), MTB4 13

14 2.5 Timer 0 Timer0_Init: mov TMOD, # b ;Mode -> 8bit Timer with auto reloaded Michael Mürken (30848), MTB4 14

15 mov CKCON, # b ;Timer2 nutzt die Systemzeit Michael Mürken (30848), MTB4 15

16 mov TL0, #0FCh ;Timer0 Lowbyte Countvalue mov TH0, #0FCh ;Timer0 Highbyte Reloadwert setb TR0 ;Timer 0 starten Michael Mürken (30848), MTB4 16

17 2.6 Analog -> Digital ADC_Init: mov AMX0N, # b ;Negativer Channel GND gewählt Michael Mürken (30848), MTB4 17

18 mov ADC0CF, # b ;Festlegung der SAR Converion Clock Michael Mürken (30848), MTB4 18

19 mov ADC0CN, # b ;Freigabe der AD Wandlung Michael Mürken (30848), MTB4 19

20 2.7 Port IO Initialisierung Port_IO_Init: mov P2MDIN, # b ;Port2.0 dient als Analogeingang mov P0SKIP, #0FFh ;Port0 Crossbar mov P1SKIP, #001h ;Port1 Crossbar mov XBR1, # b ;einschalten der Crossbar, routen aller PCA's Michael Mürken (30848), MTB4 20

21 2.8 Mainloop ABFRAGE: setb AD0BUSY ;Wandlung Start jb AD0BUSY,$ ;warten bis Wandlung stop mov A,ADC0H ;Ergebnis (Highbyte) in ACCU laden mov B,#16 ;Das B-Register mit dem Wert 17 laden, da ;4353/255 = 15,6... => 16 mul AB ;Der gewandelte Wert in A multiplizieren mit 16 mov R1,B mov R2,A mov A,#07Fh add A,R2 addieren mov PCA0CPL0,A DutyCycle Einstellung laden mov A,#0E8h add A,R1 mov PCA0CPH0,A ;Der Wert aus B in R1 zwischenspeichern ;Der Wert aus A in R2 zwischenspeichern ;Den Lowbytewert für 9,15% in Register A laden ;Zu A den zwischengespeicherten LowWert ;Das Ergebnis in das Lowbyte Register der ;Den Highbytewert für 9,15% in Register A laden ;Zu A den zwischengespeicherten HighWert ;addieren ;Das Ergebnis in das Highbyte Register der ;DutyCycle Einstellung laden jnb P1.2, Endstellung ;Prüfung der Mittelstellung 90 jnb P1.3, Endstellung_1 ;Prüfung der 180 Stellung jmp ABFRAGE ;Mainloop schließen Michael Mürken (30848), MTB4 21

22 3. 0 Programmcode $NOMOD51 ;der Modus fuer 8051 wird abgeschaltet $debug $nolist ;es wird kein Listing fuer reg535 erstellt $include(c8051f340.inc) ;die C8051F340-spezifischen Daten $list ;es wird ein Listing erstellt $title (Timer2_PWM.A51) ; ;Programmbeschreibung ; ;Programm: ;Servoansteuerung über Zusatzplatine mit Potentiometer ;Stellungen in 10 Schritten von ; ; ;Erstellt am: ;Programmiert: Michael Muerken ; ;Verwendete Einspruenge: keine ; ;Verwendete Unterprogramme: keine ; ;Verwendete Register und Variable: ;R1 und R2 ; ;Kommentar: ; ;Aenderungen: ;Geaendert am: ; ; ; ;Initialisierungsteil fuer allgemeine Konstanten ; CSEG AT 0H ;Legt absolute Codesegmentadresse auf 0h call Init_Device ;Aufruf zur Initialisierung der Controller Funktionen jmp INIT ; ; ;Interrupt-Vektoren ; ; ;Initialisierungsteil fuer On-Chip Peripherie ; ORG 100H ;Programmstart bei 100H INIT: ; ;Programmschleife ; ABFRAGE: setb AD0BUSY ;Wandlung Start jb AD0BUSY,$ ;warten bis Wandlung stop mov A,ADC0H ;Ergebnis (Highbyte) in ACCU laden mov B,#16 ;Das B-Register mit dem Wert 16 laden, da 4353/255 = 15,6... => 16 mul AB ;Der gewandelte Wert in A multiplizieren mit 16 mov R1,B mov R2,A mov A,#07Fh add A,R2 ;Der Wert aus B in R1 zwischenspeichern ;Der Wert aus A in R2 zwischenspeichern ;Den Lowbytewert für 9,15% in Register A laden ;Zu A den zwischengespeicherten LowWert addieren Michael Mürken (30848), MTB4 22

23 mov PCA0CPL0,A laden mov A,#0E8h add A,R1 mov PCA0CPH0,A jnb P1.2, Endstellung jnb P1.3, Endstellung_1 jmp ABFRAGE ;Das Ergebnis in das Lowbyte Register der DutyCycle Einstellung ;Den Highbytewert für 9,15% in Register A laden ;Zu A den zwischengespeicherten HighWert addieren ;Das Ergebnis in das Highbyte Register der DutyCycle Einstellung ;laden ;Stellungstest Mittelstellung springt bei Betätigung von Taster 2 nach ;Endstellung ;Stellungstest links 180 springt bei Betätigung von Taster 3 nach ;Endstellung_1 ;Mainloop schließen Endstellung: mov PCA0CPL0,#048h ;Lowbyte für Stellung 90 mov PCA0CPH0,#0F0h ;Highbyte für Stellung 90 => DutyCycle von 6,14% in HEX = F048 jb P1.2, ABFRAGE ;Bleibt solange in der Schleife bis der Taster T2 losgelassen wird jmp Endstellung Endstellung_1: mov PCA0CPL0,#00Ch ;Lowbyte für Stellung 180 mov PCA0CPH0,#0F8h ;Highbyte für Stellung 180 => DutyCycle von 3,1% in HEX = F80C jb P1.3, ABFRAGE ;Bleibt solange in der Schleife bis der Taster T3 losgelassen wird jmp Endstellung_1 ; Peripheral specific initialization functions, ; Called from the Init_Device label Port_IO_Init: ; P0.0 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P0.1 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P0.2 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P0.3 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P0.4 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P0.5 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P0.6 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P0.7 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P1.0 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P1.1 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P1.2 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P1.3 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P1.4 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P1.5 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P1.6 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P1.7 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P2.0 - Unassigned, Open-Drain, Analog ; P2.1 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P2.2 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P2.3 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P2.4 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P2.5 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P2.6 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P2.7 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P3.0 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P3.1 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P3.2 - Unassigned, Open-Drain, Digital Michael Mürken (30848), MTB4 23

24 ; P3.3 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P3.4 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P3.5 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P3.6 - Unassigned, Open-Drain, Digital ; P3.7 - Unassigned, Open-Drain, Digital mov P2MDIN, # b ;Port2.0 dient als Analogeingang mov P0SKIP, #0FFh ;Port0 Crossbar mov P1SKIP, #001h ;Port1 Crossbar mov XBR1, # b ;einschalten der Crossbar und routen aller PCA's ret Oscillator_Init: mov OSCICN, # b ;legt die interne Frequenz auf 12MHz ret Timer0_Init: mov TMOD, # b ;Mode -> 8bit Timer with auto reloaded mov CKCON, # b ;Timer2 nutzt die Systemzeit mov TL0, #0FCh ;Timer0 Lowbyte mov TH0, #0FCh ;Timer0 Highbyte Reloadwert für 254 => 312ns => 3,2 ;MHz setb TR0 ;Timer 0 starten ret PCA_Init: mov PCA0CN, # b ;PWM einschalten anl PCA0MD, # b ;schaltet den Watchdog aus mov PCA0MD, # b ;Initialisiert den PCA, genutzt wird Timer = ;Überlauf Zeitwert (312ns * 65536) = 0,02044 s => 50 Hz mov PCA0CPM0,# b ;16bit PWM Mode mov PCA0CPL0, #0FDh ;siehe nächster Kommentar mov PCA0CPH0, #0A5h ;DutyCycle = 3,51% => Stellung links ret ADC_Init: mov AMX0N, # b ;Negativer Channel GND gewählt mov ADC0CF, # b ;Festlegung der SAR Converion Clock mov ADC0CN, # b ;Freigabe der AD Wandlung ret ; Initialization function for device, ; Call Init_Device from your main program Init_Device: lcall Port_IO_Init lcall Oscillator_Init lcall Timer0_Init lcall PCA_Init lcall ADC_Init ret end Michael Mürken (30848), MTB4 24