Versuch 4 M_Dongle Servotester. Labor Mikrocontroller mit NUC130. Prof. Dr.-Ing. F. Kesel Dipl.-Ing. (FH) J. Hampel Dipl.-Ing. (FH) A.

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Gotthilf Schumacher
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1 Versuch 4 M_Dongle Servotester Labor Mikrocontroller mit NUC130 Prof. Dr.-Ing. F. Kesel Dipl.-Ing. (FH) J. Hampel Dipl.-Ing. (FH) A. Reber

2 Inhalt 1 Einführung Grundlagen Modellbau-Servo Allgemeine Beschreibung Ansteuerung Anschlussbelegung Erzeugung des Impulses Literatur Aufgaben Aufgabe 4.1 Pulsfolge erzeugen Aufgabenpunkte für Fragen zu Abnahmepunkte für Aufgabe 4.2 Servo mittels Joystick steuern Aufgabenpunkte für Fragen zu Abnahmepunkte für Aufgabe 4.3 Servotester mit Automatikbetrieb Aufgabenpunkte für Fragen zu Abnahmepunkte für Mikrocontroller Labor MEC - 1 -

3 1 Einführung In vielen Applikation werden Mikrocontroller dazu verwendet, Antriebe oder Motoren anzusteuern. Der Unterschied zwischen Motoren und Antrieben besteht darin, dass ein Antrieb eine gewisse Intelligenz mitbringt, die einem reinen Motor fehlt. Im heutigen Labor soll ein kleiner Antrieb in Form eines Modellbau-Servos angesteuert werden. 1.1 Grundlagen Modellbau-Servo Allgemeine Beschreibung Bild: Mini Servo Unter einem Modellbau-Servo versteht man einen kleinen Antrieb, bestehend aus einer Ansteuerungsund einer Motor-/Getriebeeinheit. Neben der Spannungsversorgung wird nur ein PWM Signal mit Logikpegel zur Ansteuerung benötigt Ansteuerung Der Servo erwartet alle 20 ms einen Impuls. In Abhängigkeit von der Impulsdauer wird der Servo ausgelenkt. Bild: Impulsfolge (für max. rechter Ausschlag) Bild: Impulslänge (für max. rechter Ausschlag) Die Länge des Impulses kann zwischen 1ms und 2 ms variiert werden. Für den Servo im Labor gelten folgende Grenzwerte: 1,0 ms maximaler rechter Ausschlag (+50 Grad) 1,5 ms Ausgangsposition (0 Grad) 2,0 ms maximaler linker Ausschlag (-50 Grad) Mikrocontroller Labor MEC - 2 -

4 1.2 Anschlussbelegung Neben der Spannungsversorgung wird der Pin 5 von Port D verwendet. Der GPIO-Pin muss als digitaler Ausgang festgelegt werden. DrvGPIO_PortOpen(E_GPD, 5, E_IO_OUTPUT); Mit den folgenden Macros kann der Pin auf 1 bzw. auf 0 gesetzt werden: M_GPIO_BIT_SET(GPIOD5_BIT); M_GPIO_BIT_CLEAR(GPIOD5_BIT); 1.3 Erzeugung des Impulses Die Impulserzeugung kann auf mehreren Wegen erfolgen. Normalerweise werden solche PWM-Signale (Puls-Weiten-Modulation) mit speziellen Einheiten auf dem Mikrocontroller erzeugt, wenn sie vorhanden sind. Der im Labor angewandte Weg arbeitet mit 2 Zählern, die mit Hilfe ihrer Interrupts die Arbeit erledigen, ohne das restliche Programm zu sehr zu behindern. Die Impulserzeugung erfolgt mit Hilfe von SysTick und Timer1. In der SysTick-ISR wird der Ausgang 5 von Port D auf 1 gesetzt und dann Timer 1 mit dem neuen Wert für die Pulslänge (gu32winkel) geladen und gestartet. Hat der Timer 1 das Zählende erreicht, setzt er den Port D wieder auf 0. Der Wert von gu32winkel repräsentiert einen Drehwinkel, der in Mikrosekunden angegeben wird. Damit die Variable sowohl in der main-funktion als auch in der ISR genutzt wird, muss sie als globale Variable angelegt werden. Wertebereich von gu32winkel: 1000 maximaler rechter Ausschlag (+50 Grad) 1500 Ausgangsposition (0 Grad) 2000 maximaler linker Ausschlag (-50 Grad) In der Initialisierung wird für die Ausgangsposition die Pulslänge von 1500 geladen. 2 Literatur μvision User's Guide C_Programmierung_mit_dem_M_Dongle.pdf Kapitel aus der Vorlesung UM_NUC130.PDF: Kapitel 5.10 Timer Controller (TMR) Mikrocontroller Labor MEC - 2 -

5 3 Aufgaben Die heutigen Programmierschritte gehen von der Grunderzeugung der Pulsfolgen inkl. messtechnischer Überprüfung hin zu einem kompletten Menü zur Steuerung des Servotesters. 3.1 Aufgabe 4.1 Pulsfolge erzeugen Erstellen Sie ein Programm, welches nach erfolgter Initialisierung von Board, SysTick und Timer 1 die Pulsfolge für die Mittelstellung des Servos erzeugt. Das Programm ist mit Hilfe eines Logic-Analysers zu testen Aufgabenpunkte für 4.1 Anleitung und die notwendigen Kapitel aus dem Script und dem Usermanual lesen PAP für das Hauptfile inkl. der beiden ISRs erstellen und abgeben (andreas.reber@hs-pforzheim.de) Projekt anlegen und die notwendigen Initialisierungen einfügen Endlosschleife erstellen (leere Main, nur Init von Timer 1 & SysTick und Start von SysTick) Im Labor: Kontrolle der Pulsfolge mittels Logic-Analyser Fragen zu 4.1 Mit welcher Winkel-Genauigkeit kann der Servo angesteuert werden? Wer redet mit wem? ISR SysTick Hauptprogramm Portpin D5 ISR Timer Abnahmepunkte für 4.1 Test mit Logic-Analyser ok PAP für die Main-Schleife inkl. ISRs Korrekte Endlosschleife Code korrekt formatiert (Allman Style) Unterschrift: Mikrocontroller Labor MEC - 3 -

6 3.2 Aufgabe 4.2 Servo mittels Joystick steuern Die leere while(1) soll nun um ein Menü erweitert werden, um folgende Steuerungsmöglichkeiten zu bieten: Up -50 Grad (linkes Maximum) Down +50 Grad (rechtes Maximum) Taster 0 Grad (Mittelstellung) L Manuell nach links drehen (5 Schritte) R Manuell nach rechts drehen (5 Schritte) Für die Joystick-Erfassung soll die Vorlage aus Kapitel aus dem C_Programmierung_mit_dem_M_Dongle.pdf als Basis genommen werden. Die Zeitbasis für die Joystickabfrage ist der Abstand der Servo-Pulse. Für manuell links und rechts gelten Schrittweiten von 5 Abstand. Mittels Taste SW2 soll die Pulsfolge gestartet bzw. gestoppt werden können. Nutzen Sie dazu Ihren Codeabschnitt aus Versuch 3_4 (Senden Ein/Aus). Der aktuelle Status wird auf dem LCD ausgegeben. Zugehörige LCD-Ansicht nach dem Start: Servotester Status: Aus Betriebsart: Hand Pulsdauer: 1500 us Aufgabenpunkte für 4.2 Anleitung und die notwendigen Kapitel aus dem Vorlesungsscript lesen PAP für das Hauptfile erstellen und abgeben (andreas.reber@hs-pforzheim.de) Endlosschleife erweitern Für manuell links und rechts gelten Schritte im 5 Abstand, Ober- / Untergrenze prüfen Funktion Taster 2 implementieren (Übernahme von Versuch 3_4) Im Labor: Kontrolle der linken und rechten Grenze mittels Logic-Analyser Fragen zu 4.2 Wieviel us entsprechen einem Grad? Abnahmepunkte für 4.2 Test mit Logic-Analyser ok Das funktionierende Programm wurde vorgeführt PAP für das Hauptfile Joystick-Funktion nach Kap implementiert Grenzen und Schrittweite richtig implementiert Funktion Taster 2 korrekt implementiert Statusausgabe ok Code korrekt formatiert (Allman Style) Unterschrift: Mikrocontroller Labor MEC - 4 -

7 3.3 Aufgabe 4.3 Servotester mit Automatikbetrieb Die Aufgabe 4.2 soll um einen Automatikmodus erweitert werden, der im aktiven Modus den Servoarm erst langsam (0.5 Schritte) aus der Mittelstellung nach links bis zum Maximum bewegt, dann schnell (2.5 Schritte) wieder zurück in die Ausgangsstellung. Danach langsam zum rechten Maximum und schnell wieder zurück zur Mitte. Alle 20 ms soll der Servo einen neuen Wert bekommen. Die aktuelle Pulsdauer soll auf dem LCD dargestellt werden. Das Umschalten zwischen Handbedienung und Autofunktion soll Taster SW3 übernehmen, die Steuerung erfolgt wie für Taster 2 ebenfalls mit einem Automaten Aufgabenpunkte für 4.3 Anleitung und die notwendigen Kapitel aus dem Vorlesungsscript lesen PAP für das Hauptfile erstellen und abgeben (andreas.reber@hs-pforzheim.de) Endlosschleife erweitern Funktion Taster 3 implementieren (Übernahme von Versuch 4_2 und Modifikation Taster 2) Fragen zu 4.3 Wieviel us entsprechen schnell? Wieviel us entsprechen langsam? Abnahmepunkte für 4.3 Test mit Logic-Analyser ok Das funktionierende Programm wurde vorgeführt PAP für das Hauptfile Grenzen und Schrittweite richtig implementiert Funktion Taster 3 korrekt implementiert Statusausgabe ok Code korrekt formatiert (Allman Style) Unterschrift: Mikrocontroller Labor MEC - 5 -

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