10 SPI Schnittstelle
Ziele
Nach dieser Lektion sollten Sie:
- wissen, welche wie man theoretisch mehrere Slaves mit einem Master verbindet.
- die Namen der 4 Leitungen und deren Funktionen kennen, welche jeweils an einem Slave enden.
- die Abkürzungen SDI, SDO, MOSI, MISO, CS, SS, SCK kennen
- die Vorteile von einer synchronen im Vergleich zu einer asynchronen Schnittstelle erklären können.
Video
Theorie zum SPI
Beispiel für SPI mittels Arduino
Übung
- I. Vorarbeiten
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- Laden Sie folgende Datei herunter:
- II. Analyse des fertigen Programms
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- Initialisieren des Programms
- Öffnen Sie SimulIDE und öffnen Sie dort mittels die Datei
mexleuhr_spi.simu
. In der Simulation sind einige Änderungen zu finden:- Die Schalter sind an den Pins C0…C3 angeschlossen, statt an den Pins B1…B4. Viele der Pins haben - neben er Möglichkeit digitale Werte auszugeben - weitere Funktionen. Im Datenblatt ist diese Belegung beschrieben:
- Bei PB2 steht auch $\overline{SS}$ für „Slave Select“
- Bei PB3 steht auch $MOSI$ für „Master out, slave in“
- Bei PB4 steht auch $MISO$ für „Master in, slave out“
- zusätzlich steht bei PB5 steht auch $SCK$ für „serial clock“
- Diese Anschlüsse sind an einem weiteren Display „Pcd8544“ angeschlossen. Zusätzlich ist PB1 an „D/C“ des Displays angeschlossen
- PB3 ($MOSI$) ist zusätzlich an einem Oszilloskop angeschlossen. Die Eingänge zum PCD8544 sind jeweils an eine Probe angeschlossen. Die Probes sind mit einem Plotterkanal verbunden.
- Laden Sie
mexleuhr_master.hex
als firmware auf den 328 Chip - Zunächst wird eine Startanzeige mit dem Namen des Programms dargestellt.
- Als nächstes ist im Display eine Uhr mit dem Format HH:MM:SS Menu zu sehen
- Die Tasten $S2$ und $S3$ ermöglichen das Einstellen der Stunde und Minute.
- Bleibt die Taste $S1$ gedrückt, so werden die Zehntelsekunden auf dem Display Pcd8544 ausgegeben.
- Beim Druck auf die Taste $S4$ wird eine Linie zwischen zwei zufälligen Punkten gezeichnet
- Das Programm zu diesem Hexfile soll nun erstellt und erklärt werden
- III. Eingabe in Microchip Studio
-
/* ============================================================================ Experiment 7: MEXLE-Uhr mit hh:mm:ss-Anzeige und SPI-Master ============= ========================================================= Dateiname: MEXLEuhr_Master.c Autoren: Prof. T. Fischer (Hochschule Heilbronn) Prof. G. Gruhler (Hochschule Heilbronn) D. Chilachava (Georgische Technische Universitaet) Version: 0.2 vom 23.05.2020 Hardware: Simulide Software: Microchip Studio Ver. 7.xx Funktion: Digitaluhr mit Anzeige von Stunden, Minuten und Sekunden. Eine einfache Stellfunktion ist mit den Tasten S2 und S3 realisiert. Mit S1 und S4 kann die SPI-Kommunikation mit einem Slave-Display gestartet werden Displayanzeige: Start (fuer 2s): Betrieb: +----------------+ +----------------+ | MEXLEuhr - SPI | |=== 00:00:00 ===| | Master | |10tl Std Min Lin| +----------------+ +----------------+ Tastenfunktion: S1: uebertraegt die Zehntelsekunde vom Master zum Slave S2: Std (zaehlt Stunden bei Flanke aufwaerts. Ueberlauf bei 24) S3: Min (zaehlt Minuten bei Flanke aufwaerts. Ueberlauf bei 60) (setzt Sekunden beim Druecken zurueck auf 00) S4: uebertraegt die Info zum Darstellen einer Linie zum Master Fuses im uC: CKDIV8: Aus (keine generelle Vorteilung des Takts) Header-Files: lcd_lib_de.h (Library zur Ansteuerung LCD-Display Ver. 1.2) Libraries: pcd8544.c (Library fuer die Ansteuerung des Displays) pcd8544.h (Header-Datei fuer die Ansteuerung des Displays) Module: 1) Taktgenerator 2) Zaehler fuer Uhr (Takt: 1 s) 3) Anzeigetreiber (Takt: 100 ms) 4) Stellfunktion (Takt: 10 ms) 5) SPI-Funktionen Die Kopplung der Module wird ueber global definierte Variable realisiert: 1-Bit-Variable: takt10ms: Taktgenerator => Stellfunktion takt100ms: Taktgenerator => Anzeigetreiber takt1s: Taktgenerator => Zaehler fuer Uhr 8-Bit-Variable: sekunden Stellfunktion => Zaehler => Anzeige minuten stunden =============================================================================*/ // Deklarationen ============================================================== // Festlegung der Quarzfrequenz #ifndef F_CPU // optional definieren #define F_CPU 12288000UL // MiniMEXLE mit 12,288 MHz Quarz #endif // Include von Header-Dateien #include <avr/io.h> // I/O-Konfiguration (intern weitere Dateien) #include <stdbool.h> // Bibliothek fuer Bit-Variable #include <stdlib.h> // Bibliothek fuer Bit-Variable #include <avr/interrupt.h> // Definition von Interrupts #include <util/delay.h> // Definition von Delays (Wartezeiten) #include "lcd_lib_de.h" // Header-Datei fuer LCD-Anzeige #include "pcd8544.h" // Header Datei des Displays // Makros #define SET_BIT(BYTE, BIT) ((BYTE) |= (1 << (BIT))) // Bit Zustand in Byte setzen #define CLR_BIT(BYTE, BIT) ((BYTE) &= ~(1 << (BIT))) // Bit Zustand in Byte loeschen #define TGL_BIT(BYTE, BIT) ((BYTE) ^= (1 << (BIT))) // Bit Zustand in Byte wechseln (toggle) #define GET_BIT(BYTE, BIT) ((BYTE) & (1 << (BIT))) // Bit Zustand in Byte einlesen // Konstanten #define PRESCALER_VAL 30 // Faktor Vorteiler = 90 #define CYCLE10MS_MAX 10 // Faktor Hundertstel = 10 #define CYCLE100MS_MAX 10 // Faktor Zehntel = 10 #define SPEAK_PORT PORTD // Port-Adresse fuer Lautsprecher #define SPEAK_BIT 5 // Port-Bit fuer Lautsprecher #define LED_PORT PORTB // Port-Adresse fuer LED #define LED_BIT 0 // Port-Bit fuer gelbe LED an PB2 #define ASC_NULL 0x30 // Das Zeichen '0' in ASCII #define ASC_COLON 0x3A // Das Zeichen ':' in ASCII #define NO 0 // Deactive Wert #define YES 1 // Active Wert #define PRESSED 0 // Button gedrückt #define UNPRESSED 1 // Button nicht gedrückt #define HOURS_MAX 24 // max Wert der Stunden #define MINUTES_MAX 60 // max Wert der Minuten #define SECONDS_MAX 60 // max Wert der Sekunden #define TENTH_MAX 10 // max Wert der Zentelsekunden #define POS_MAX 13 // max Wert der (x)-Position #define LINE_MAX 5 // max Wert der Zeile // Variable unsigned char softwarePrescaler = PRESCALER_VAL; // Zaehlvariable fuer den Software-Vorteiler unsigned char cycle10msCount = CYCLE10MS_MAX; // Zaehlvariable Hundertstel unsigned char cycle100msCount = CYCLE100MS_MAX; // Zaehlvariable Zehntel unsigned char tenthOfASecond = 0; // Variable Sekunden unsigned char seconds = 56; // Variable Sekunden unsigned char minutes = 34; // Variable Minuten unsigned char hours = 12; // Variable Stunden unsigned char line = 0; // x-Koordinate unsigned char pos = 0; // y-Koordinate unsigned char character ='a'-1; // auszugebendes Zeichen bool timertick; // Bit-Botschaft alle 0,111ms (bei Timer-Interrupt) bool cycle10msActive; // Bit-Botschaft alle 10ms bool cycle100msActive; // Bit-Botschaft alle 100ms bool cycle1sActive; // Bit-Botschaft alle 1s bool button1_new = 1; // Bitspeicher fuer Taste 1 bool button2_new = 1; // Bitspeicher fuer Taste 2 bool button3_new = 1; // Bitspeicher fuer Taste 3 bool button4_new = 1; // Bitspeicher fuer Taste 4 bool button1_old = 1; // alter Wert von Taste 1 bool button2_old = 1; // alter Wert von Taste 2 bool button3_old = 1; // alter Wert von Taste 3 bool button4_old = 1; // alter Wert von Taste 4 bool PcdSendMessage = 0; // Flag fuer sendebereite SPI-Nachricht // Funktionsprototypen void timerInt0(void); // Init Zeitbasis mit Timer 0 void setTime(void); // Stellfunktion void showTime(void); // Anzeigefunktion void refreshTime(void); // Uhrfunktion void initDisplay(void); // Init Anzeige void showTenthOfASecond(void); // Anzeige der Zehntelsenkunde auf separatem Display // Hauptprogramm ============================================================== int main() { // Initialisierung initDisplay(); // Initialisierung LCD-Anzeige pcd_init(); TCCR0A = 0; // Timer 0 auf "Normal Mode" schalten SET_BIT(TCCR0B, CS01); // mit Prescaler /8 betreiben SET_BIT(TIMSK0, TOIE0); // Overflow-Interrupt aktivieren SET_BIT(DDRD, SPEAK_BIT); // Speaker-Bit auf Ausgabe PORTC |= 0b00001111; // Taster Anschluesse auf Pullup R SET_BIT(DDRB, LED_BIT); // LED-Bit auf Ausgabe sei(); // generell Interrupts einschalten // Hauptprogrammschleife while(1) // unendliche Warteschleife mit Aufruf der // Funktionen abhaengig von Taktbotschaften { if (cycle10msActive) // alle 10ms: { cycle10msActive = NO; // Botschaft "10ms" loeschen setTime(); // Tasten abfragen, Stellen, SPI-Komm. } if (cycle100msActive) // alle 100ms: { cycle100msActive = NO; // Botschaft "100ms" loeschen if (PcdSendMessage) // wenn SPI-Nachricht gesendet werden soll: { PcdSendMessage = NO; // Botschaft loeschen TGL_BIT(LED_PORT, LED_BIT); // LED Zustand wechseln showTenthOfASecond(); // Anzeige auf PCD Display } showTime(); // Uhrzeit auf Anzeige ausgeben refreshTime(); // Uhr weiterzaehlen } if (cycle1sActive) // alle Sekunden: { cycle1sActive = NO; // Botschaft "1s" loeschen TGL_BIT(LED_PORT, LED_BIT); // LED Zustand wechseln pcd_init(); } } return 0; } // Interrupt-Routine ========================================================== ISR (TIMER0_OVF_vect) /* In der Interrupt-Routine sind die Softwareteiler realisiert, die die Takt- botschaften (10ms, 100ms, 1s) fuer die gesamte Uhr erzeugen. Die Interrupts werden von Timer 0 ausgeloest (Interrupt Nr. 1) Veraenderte Variable: softwarePrescaler cycle10msCount cycle100msCount Ausgangsvariable: cycle10msActive cycle100msActive cycle1sActive */ { timertick = 1; // Botschaft 0,111ms senden --softwarePrescaler; // Vorteiler dekrementieren if (softwarePrescaler==0) // wenn 0 erreicht: 10ms abgelaufen { softwarePrescaler = PRESCALER_VAL; // Vorteiler auf Startwert cycle10msActive = YES; // Botschaft 10ms senden --cycle10msCount; // Hunderstelzaehler dekrementieren if (cycle10msCount==0) // wenn 0 erreicht: 100ms abgelaufen { cycle10msCount = CYCLE10MS_MAX; // Teiler auf Startwert cycle100msActive = YES; // Botschaft 100ms senden --cycle100msCount; // Zehntelzaehler dekrementieren if (cycle100msCount==0) // wenn 0 erreicht: 1s abgelaufen { cycle100msCount = CYCLE100MS_MAX; // Teiler auf Startwert cycle1sActive = YES; // Botschaft 1s senden } } } } // Stellfunktion ============================================================== void setTime(void) /* Die Stellfunktion der Uhr wird alle 10ms aufgerufen. Dadurch wir eine Entprellung der Tastensignale realisiert. Das Stellen wir bei einer fallenden Flanke des jeweiligen Tastensignals durchgefuehrt. Darum muss fuer einen weiteren Stellschritt die Taste erneut betaetigt werden. Ebenso wird die SPI-Funktion hier aufgerufen. Eine Flanke wird durch (alter Wert == 1) UND (aktueller Wert == 0) erkannt. Mit der Taste S1 wird die Uebergabe der Zeit Master > Slave gestartet Mit der Taste S2 werden die Stunden aufwaerts gestellt. Mit der Taste S3 werden die Minuten aufwaerts gestellt (kein Uebertrag) Solange Taste S3 gedrueckt ist werden die Sekunden auf 00 gehalten Mit der Taste S4 wird die Uebergabe der Zeit Master < Slave gestartet Veraenderte Variable: hours minutes seconds Speicher fuer Bits: button1_old button2_old button3_old button4_old */ { button1_new = GET_BIT(PINC, PC0); // Tasten von Port einlesen button2_new = GET_BIT(PINC, PC1); button3_new = GET_BIT(PINC, PC2); button4_new = GET_BIT(PINC, PC3); if (button1_new==PRESSED) // wenn Taste 1 gedrueckt ist: { PcdSendMessage = YES; // Senden der SPI-Nachricht aktivieren } if ( (button2_new==PRESSED) &(button2_old==UNPRESSED)) // wenn Taste 2 eben gedrueckt wurde: { hours++; // Stunden hochzaehlen, Ueberlauf bei 23 if (hours== HOURS_MAX) hours = 00; } if ( (button3_new==PRESSED) &(button3_old==UNPRESSED)) // wenn Taste 3 eben gedrueckt wurde: { minutes++; // Minuten hochzaehlen, Ueberlauf bei 59 if (minutes== MINUTES_MAX) minutes = 00; } if (button3_new==PRESSED) // solange Taste 3 gedrueckt: seconds = 00; // Sekunden auf 00 setzen if ((button4_new==0)&(button4_old==1)) // wenn Taste 3 eben gedrueckt wurde: { pcd_putLine(rand()%83,rand()%47,rand()%83,rand()%47); pcd_updateDisplay(); } button1_old = button1_new; // aktuelle Tastenwerte speichern button2_old = button2_new; // in Variable fuer alte Werte button3_old = button3_new; button4_old = button4_new; } // Anzeigefunktion Uhr ======================================================== void showTime(void) /* Die Umrechnung der binaeren Zaehlwerte auf BCD ist folgendermaßen geloest: Zehner: einfache Integer-Teilung (/10) Einer: Modulo-Ermittlung (%10), d.h. Rest bei der Teilung durch 10 */ { lcd_gotoxy(0,4); // Cursor auf Start der Zeitausgabe setzen lcd_putc(ASC_NULL + hours/10); // Stunden Zehner als ASCII ausgeben lcd_putc(ASC_NULL + hours%10); // Stunden Einer als ASCII ausgeben lcd_putc(ASC_COLON); // Doppelpunkt ausgeben lcd_putc(ASC_NULL + minutes/10); // Minuten als ASCII ausgeben lcd_putc(ASC_NULL + minutes%10); // lcd_putc(ASC_COLON); // Doppelpunkt ausgeben lcd_putc(ASC_NULL + seconds/10); // Sekunden als ASCII ausgeben lcd_putc(ASC_NULL + seconds%10); // } // Anzeigefunktion fuer PCD Display ======================================================== void showTenthOfASecond(void) /* Anzeigen der Zenhtelsekunden auf dem Display PCD8544 */ { pcd_gotoxy(line, pos); // Setze Position am Display pcd_putc(tenthOfASecond+0x30); // Schreibe Zehntelsekunden pcd_updateDisplay(); // Aktualisiere das Display des PCD8544 if (++pos > POS_MAX) // naechste Position, und wenn diese ausserhalb der Anzeige { pos = 0; // zurueck auf erste Position if (++line > LINE_MAX) // naechste Zeile, und wenn diese ausserhalb der Anzeige { line = 0; // zurueck auf erste Zeile pcd_clearDisplay(); // loesche Anzeige }; } } // Initialisierung Display-Anzeige ============================================ void initDisplay() // Start der Funktion { lcd_init(); // Initialisierungsroutine aus der lcd_lib lcd_gotoxy(0,0); // Cursor auf 1. Zeile, 1. Zeichen lcd_putstr("- Experiment 7a-"); // Ausgabe Festtext: 16 Zeichen lcd_gotoxy(1,0); // Cursor auf 2. Zeile, 1. Zeichen lcd_putstr("Uhr + SPI-Master"); // Ausgabe Festtext: 16 Zeichen _delay_ms(1000); // Wartezeit nach Initialisierung lcd_gotoxy(0,0); // Cursor auf 1. Zeile, 1. Zeichen lcd_putstr("=== 00:00:00 ==="); // Ausgabe Festtext: 16 Zeichen lcd_gotoxy(1,0); // Cursor auf 2. Zeile, 1. Zeichen lcd_putstr("10tl Std Min Lin."); // Ausgabe Festtext: 16 Zeichen } // Ende der Funktion // Zaehlfunktion Uhr ========================================================== void refreshTime (void) // wird jede Sekunde gestartet /* Die Uhr wird im Sekundentakt gezaehlt. Bei jedem Aufruf wird auch ein "Tick" auf dem Lautsprecher ausgegeben. Ueberlaeufe der Sekunden zaehlen die Minuten, die Ueberlaeufe der Minuten die Stunden hoch. Veraenderte Variable: seconds minutes hours */ { TGL_BIT (SPEAK_PORT, SPEAK_BIT); // "Tick" auf Lautsprecher ausgeben // durch Invertierung des Portbits tenthOfASecond++; if (tenthOfASecond== TENTH_MAX) // bei Ueberlauf: { tenthOfASecond = 0; seconds++; // Sekunden hochzaehlen if (seconds== SECONDS_MAX) // bei Ueberlauf: { seconds = 0; // Sekunden auf 00 setzen minutes++; // Minuten hochzaehlen if (minutes== MINUTES_MAX) // bei Ueberlauf: { minutes = 0; // Minuten auf 00 setzen hours++; // Stunden hochzaehlen if (hours== HOURS_MAX) // bei Ueberlauf: hours = 0; // Stunden auf 00 setzen } } } }
/*=============================================================================
Ändern Sie auch hier wieder die Beschreibung am Anfang des C-Files, je nachdem was Sie entwickeln
Deklarationen ===================================
- Hier wird wieder geprüft ob die Frequenz des Quarz bereits eingestellt wurde und - falls nicht - dessen Frequenz eingestellt. Die Frequenz ist diesmal merklich niedriger, da die Ansteuerung des Display keine höheren Raten erlaubt
- Zusätzlich zu den bisherigen Header-Dateien sind nun folgende hinzugekommen:
<stdlib.h>
- Standard-Bibliothek für Typenumwandlung und mehr. Hiervon wird die Erstellung von Zufallswerten genutzt
„pcd8544.h“
- Bibliothek für das einbinden des neuen Displays
- Die Makros entsprechen denen der letzten Programme.
- Die Konstanten entsprechen im Wesentlichen denen der letzten Programme. Der Vorteiler Wert entspricht aber hier der Hälfte des bisherigen Wertes, da die Taktfrequenz ebenso halb so groß ist.
- Für die Zeichen
0
und:
werden für die ASCII-Codes Makros definiert. Dadurch wird das Lesen des am Display ausgegebenen Textes im Code einfacher.
- Für die anschaulichere Beschreibung von Bitwerten wird „YES“, „NO“, sowie „PRESSED“ und „UNPRESSED“ definiert
- Die Grenzen der Zeitgrößen sind hier ebenso definiert.
- Bei den Variablen entsprechen einige denen der letzten Programme.
- Bei den Variablen entsprechen einige denen der letzten Programme.
- Für die Uhr werden Stunden, Minuten, Sekunden und Zehntelsekunden mit Anfangswerten deklariert.
- Für das neue Display werden Variablen für die Textposition und für das auszugebenden Zeichen deklariert.
- Das Flag PcdSendMessage zeigt an, ob Zeichen regelmäßig zu übertragen sind.
- Bei den Funktionsprototypen sind einige bekannte Unterprogramme vorhanden. Details werden weiter unten erklärt.
Hauptprogramm =========================
- Zunächst werden zwei Initialisierungsroutinen aufgerufen (siehe weiter unten)
- Dann werden wieder „Timer/Counter Control Register“ und „Timer Interrupt MaSK“ konfiguriert.
- Die „Data Direction Register“ wurden auch bereits beschrieben. Diese werden hier so konfiguriert, dass zwei Anschlüsse für Lautsprecher und LED als Ausgang definiert sind.
- Auch die Konfiguration der Anschlüsse für die Schalter wurde bereits erklärt. Die an Port C angeschlossenen Taster erhalten dadurch einen Pull-up Widerstand.
- Mit dem Befehl
sei()
wird die Bearbeitung von Interrupts aktiv.
-
- im $10~\rm ms$ Raster (auch $10~\rm ms$ Zyklus genannt) wird die Unterfunktion
setTime()
zum (möglichen) Ändern der Uhrzeit aufgerufen.
- im $100~\rm ms$ Raster werden die Unterfunktionen
showTime()
für die Anzeige undrefreshTime()
zum Weiterzählen aufgerufen. Davor wird, falls das FlagPcdSendMessage
gesetzt ist, wird dieses zurückgesetzt, die LED blinkt und das UnterprogrammshowTenthOfASecond()
wird aufgerufen.
- im $1~\rm s$ Raster blinkt die LED und das Unterprogramm
pcd_init
zum initialisieren des PCD Displays wird aufgerufen.
Interrupt Routine =========================
- Mit dem Befehl
ISR()
wird wieder die Interrupt Service Routine für den OVerFlow Interrupt des TIMER0 angelegt.
- Die Ermittlung von
timertick
,softwarePrescaler
,cycle10msActive
,cycle10msCount
undcycle100msActive
ist hier wieder gleich dem im Up/Down Counter.
- Eine Erweiterung auf
cycle100msCount
undcycle1sActive
wurde hier mit eingefügt.
Funktion Tasten einlesen ==============
- In dieser Funktion werden zunächst die Stellungen aller Taster eingelesen (vgl.
counterCounting(void)
bei Up/down Counter).
- Die Flankenerkennung in den if-Bedingungen wurde auch bereits beim Up/down Counter erklärt.
- Wenn die Taste
S1
gedrückt ist, so wird das FlagPcdSendMessage
gesetzt, welches inmain
zum Aufrufen des UnterprogrammshowTenthOfASecond
in jedem $100~\rm ms$ Raster führt.
- Die Tasten
S2
undS3
führen zum einmaligem Hochzählen der Stunden bzw. Minuten. Wenn der jeweilige Wert über das Maximum hinausläuft, so beginnt dieser wieder beim Minimum.
- Die Taste
S4
zeichnet eine Linie mittelspcd_putLine
und aktualisiert das Displays des PCD8544
Anzeigefunktion Uhr =========================
- Auf dem LCD wird zunächst die Position
(0,4)
als Ausgabeort vorgegeben - Vom Wert
hours
wird zunächst die Zehnerstelle über Division ermittelt und ausgegeben. Die Einerstelle ergibt sich über Modulo (%
). - Danach wird ein Doppelpunkt ausgegeben
- Die Anzeige von Minuten und Sekunden erfolgt analog.
Anzeigefunktion fuer PCD Display =========================
- Auch für die Anzeige auf dem PCD 8544 wird zunächst die Position auf dem Display mittels
pcd_gotoxy
definiert. - Der Wert der Zehntelsekunde wird über
pcd_putc
auf dem Display ausgegeben. - Danach wird die Displayanzeige aktualisiert
- Die Position auf dem PCD Display wird anschließend erhöht. Da nur 13 Zeichen in eine Zeile passen, wird - falls diese Grenze erreicht wurde - die Position zurückgesetzt.
- Falls das Ende einer Zeile erreicht wurde, wird die Zeilenposition erhöht. Wenn die Maximalzahl von 5 Zeilen erreicht wurde, so wird wieder auf die erste Position der ersten Zeile zurückgesprungen und das Display gelöscht.
Initialisierung Display-Anzeige =====
- Hier werden der Anfangs-Screen ausgegeben, etwas gewartet und anschließend die Anzeige für die Uhr angelegt.
Zaehlfunktion Uhr =================
- Hier wird zunächst ein Flankenwechsel für den Lautsprecher ausgegeben. Damit knackt der Lautsprecher etwa im $10~\rm ms$ Takt.
- In den verschachtelten if-Anweisungen werden jeweils die einzelnen Werte (z.B.
tenthOfASecond
) hochgezählt. Sobald das Maximum erreicht wurde, so wird dieser Wert zurückgesetzt und der nächstgrößere Wert hochgezählt. Dies geschieht in der Art, dass auch mehrere Überläufe gleichzeitig stattfinden können: z.B. von 23:59:59:9 auf 0: 0: 0:0
- IV. Ausführung in Simulide
-
- Legen Sie in Microchip Studio ein neues Projekt an.
- Fügen Sie in dieses die *.c und *.h Files aus dem File
pcd8544.zip
hinzu.
Dazu ist zunächst das zip-File zu entpacken und die Files dann alsExisting Item
hinzuzufügen - wie in 2_sound_und_timer beschrieben. - Geben Sie die oben dargestellten Codezeilen in
main.c
ein und kompilieren Sie den Code. - Öffnen Sie Ihre hex-Datei in SimulIDE und testen Sie, ob diese die gleiche Ausgabe erzeugt
Bitte arbeiten Sie folgende Aufgaben durch:
- Aufgaben
-
- Analyse der Zufallsfunktion
rand()
- Wenn Sie die Taste
S4
drücken, erscheint eine Linie mit zufälligen Anfangs- und Endpunkten auf dem Display PCD8544. - Prüfen Sie nach, ob die Anfangs- und Endpunkte tatsächlich zufällig zu sein scheinen.
Wie sieht dies nach dem Neustart des Systems aus?
- Analyse der seriellen Kommunikation
- Wenn Daten vom Mikrocontroller zum PCD8544 übertragen werden, so ist auf dem Oszilloskop die Situation der Signale auf den Leitungen zum Display zu sehen. Im folgenden soll dieses genauer betrachtet werden.
- Dazu starten Sie zunächst die Simulation und zeichnen Sie durch mehrmaliges Drücken von
S4
viele Linien auf das Display und halten SieS1
geschlossen. -
- Das 1. Signal
CLK
(CLocK, gelb) taktet 8 mal und zeigt dann eine kurze Pause - Das 2. Signal
DIN
(Data _IN_, hellblau) zeigt das eigentliche Signal. Bei der SPI-Schnittstelle wird dieses SignalMOSI
(Master Out, Slave In) genannt. Dies kann bei Ihnen auch nur LOW, bis auf einen kurzen HIGH Pegel am Ende der 8 Takte vonCLK
zeigen. Das Signal entspricht jeweils einem 8-bit langen Teil einer Pixel-Zeile. Wenn nur wenig Pixel auf dem Display dunkel sein sollen, so ist dieses Signal häufig LOW. Im Bild oben ist ein etwas wechselhafteres Signal zu sehen. - Das 3. Signal
D/C
(Data/Command, orange) ist fast immer HIGH. Dieses Signal zeit an, ob das Signal auf dem KanalDIN
als Kommando oder Daten interpretiert werden sollen. Wenn Daten auf dem Display ausgegeben werden sollen, so ist dieses Signal HIGH. Diese Signal ist kein Teil der offiziellen SPI Schnittstelle. - Das 4. Signal
CS
(Chip Select, mintgrün) wird nur zwischen den takten vonCLK
HIGH. Das Signal zeigt an, dass der Slave auf das folgende Signal hören soll und wird gelegentlich auchSS
(Slave Select) genannt.
- Das im Bild dargestellte Signal ist
00100111
also0x27
oder dezimal 39.
- Analyse der Dateien in
pcd8544.zip
in Microchip Studio- In der Datei
characterset5x8.c
ist der Zeichensatz für das Display zu finden. Warum ist dieser um 90° gedreht? - In der Datei
pcd8544.c
ist die eigentliche Bibliothek für die Kommunikation zum Display zu finden.- Der Datentransfer über SPI geschieht über das Register
SPDR
(SPI Data Register). In welcher Funktion in der Bibliothek wird dieses Register gefüllt? Lösung - Suchen Sie in dem Datenblatt des 328P nach
SPSR
(SPI Status Register). Für was ist darin das FlagSPIF
zuständig? Wie soll dieses verwendet werden? - Von welchen anderen Funktionen wird die gefundene Funktion aufgerufen?
- Was wird bei den Funktionen
pcd_putPixel()
undpcd_putc()
tatsächlich beschrieben? Wird darin direkt das Display angesprochen?
- Vergleichen Sie die Wirkung der Funktionen
lcd_putc()
für das 2×16 Zeichen Display undpcd_putc()
für das Pixeldisplay. Wie unterscheidet sich die Verwendung? Was muss nach dem Aufruf vonpcd_putc()
noch gemacht werden, dass das Zeichen ausgegeben wird und, dass das nächste Zeichen dahinter ausgegeben wird?
- Erweiterung der Uhr
- Wie kann die Uhr so erweitert werden, dass auch Zehntelsekunden ausgegeben werden?
- Wie kann die Uhr erweitert werden, dass auch Tage, Monate und Jahre hochgezählt werden können?
- Was muss bei der Berechnung der Tage, Monate und Jahre beachtet werden?
- Wie ist es möglich diesen Kalender und den Überlauf von Tage, Monate und Jahre zu testen?
(mehrere Jahre warten wäre eine schlechte Lösung)
weiterführendes
- Diese Falstad-Simulation skizziert die Funktionsweise der SPI Schnittstelle (Achtung: Die Simulation beinhaltet noch einige Bugs)
- Ein einfaches Beispiel für eine Anfrage von Daten beim Slave ist unter weitere Codebeispiele eingefügt