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3. Up-Down Counter
Tasten einlesen
Ziele
Nach dieser Lektion sollten Sie:
- wissen, wie eine Taste eingelesen werden kann
Video
Übung
- I. Vorarbeiten
-
- Laden Sie folgende Datei herunter:
- II. Analyse des fertigen Programms
-
- Initialisieren des Programms
- Laden Sie
3_logic_functions.hex
als firmware auf den 328 Chip
- Betrachtung der neuen Komponenten: In der Simulation sind nun neben dem Microcontroller, der LED und dem Display Hd44780 zwei Schalter als neue Komponenten zu sehen, welche mit S1 und S2 bezeichnet sind. Diese werden in diesen Beispiel zur Eingabe genutzt.
- Betrachtung des Programmablaufs
- Zunächst wird eine Startanzeige mit dem Namen des Programms dargestellt.
- Als nächstes ist ein Displaybild zu sehen, in dem verschiedene logische Formeln mit Ergebnissen abgebildet sind:
- AND-Verknüpfung: $S1\&S2$,
- OR-Verknüpfung: $S1+S2$,
- NOT-Verknüpfung: $/S1$,
- XOR-Verknüpfung: $S1 xor S2$
- Werden die Tasten S1 und S2 gedrückt, so werden die Ergebnisse aktualisiert.
- Das Programm zu diesem Hexfile soll nun erstellt werden
- III. Eingabe in Atmel Studio
-
/*============================================================================= Experiment 3: Logische Basisfunktionen in Software ============= ==================================== Dateiname: Logic_Functions.c Autoren: Peter Blinzinger Prof. G. Gruhler (Hochschule Heilbronn) D. Chilachava (Georgische Technische Universitaet) Version: 1.2 vom 27.04.2020 Hardware: MEXLE2020 Ver. 1.0 oder höher AVR-USB-PROGI Ver. 2.0 Software: Entwicklungsumgebung: AtmelStudio 7.0 C-Compiler: AVR/GNU C Compiler 5.4.0 Funktion: Auf dem Display werden Ergebnisse von logischen Verknuepfungen (UND, ODER, NOT, XOR) dargestellt. Die logischen Eingangssignale werden von den Tasten S1 und S2 eingelesen. Displayanzeige: Start (fuer 2s): Betrieb: +----------------+ +----------------+ |- Experiment 3 -| |S1&S2=0 S1+S2=0| |Logic Functions | |/S1=1 S1xorS2=0| +----------------+ +----------------+ Tastenfunktion: S1 und S2 sind die Logikeingaenge. Betrieb ohne Entprellung Jumperstellung: keine Auswirkung Fuses im uC: CKDIV8: Aus (keine generelle Vorteilung des Takts) Header-Files: lcd_lib_de.h (Library zur Ansteuerung LCD-Display Ver. 1.3) =============================================================================*/ // 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 <util/delay.h> // Definition von Delays (Wartezeiten) #include <stdbool.h> // Bibliothek fuer Bit-Variable #include "lcd_lib_de.h" // Funktionsbibliothek zum LCD-Display // Konstanten #define NULL 0x30 // ASCII-Zeichen '0' #define EINS 0x31 // ASCII-Zeichen '1' // Variable bool sw1 = 0; // Bitspeicher fuer Taste 1 bool sw2 = 0; // Bitspeicher fuer Taste 2 // Makros #define SET_BIT(PORT, BIT) ((PORT) |= (1<<BIT)) // Einzelbit auf Port SET #define CLR_BIT(PORT, BIT) ((PORT) &= ~(1<<BIT)) // Einzelbit auf Port RESET // Funktionsprototypen void initDisplay(void); // Initialisierung Display und Startanzeige void initTaster(void); // Initialisierung der Taster void readButtons(void); // Einlesen der Tastenwerte // Hauptprogramm ============================================================== int main() // Start des Hauptprogramms { initDisplay(); // Initialisierung Display initTaster(); // Initialisierung der Buttons unsigned char temp; // temporaere Variable definieren while(1) // unendliche Schleife { readButtons(); // aktuelle Tastenwerte einlesen if (sw1&&sw2) temp=EINS; // Ergebnis der UND-Verknuepfung else temp=NULL; lcd_gotoxy(0,6); lcd_putc(temp); // auf LCD als Zeichen 0 oder 1 ausgeben if (sw1||sw2) temp=EINS; // Ergebnis der ODER-Verknuepfung else temp=NULL; lcd_gotoxy(0,15); lcd_putc(temp); // auf LCD als Zeichen 0 oder 1 ausgeben if (!sw1) temp=EINS; // Ergebnis der Negation else temp=NULL; lcd_gotoxy(1,4); lcd_putc(temp); // auf LCD als Zeichen 0 oder 1 ausgeben if (sw1^sw2) temp=EINS; // Ergebnis der XOR-Verknuepfung else temp=NULL; lcd_gotoxy(1,15); lcd_putc(temp); // auf LCD als Zeichen 0 oder 1 ausgeben _delay_ms(100); // Wartezeit 100 ms } // Ende der unendlichen Schleife } // Ende des Hauptprogramms // Funktionen ================================================================= // Initialisierung Display-Anzeige void initDisplay(void) { lcd_init(); // Initialisierungsroutine aus der lcd_lib lcd_gotoxy(0,0); // Cursor auf 1. Zeile, 1. Zeichen lcd_putstr("- Experiment 3 -"); // Ausgabe Festtext: 16 Zeichen lcd_gotoxy(1,0); // Cursor auf 2. Zeile, 1. Zeichen lcd_putstr("Logic Functions "); // Ausgabe Festtext: 16 Zeichen _delay_ms(2000); // Wartezeit 2 s lcd_gotoxy(0,0); // Cursor auf 1. Zeile, 1. Zeichen lcd_putstr("S1&S2=0 S1+S2=0"); // Ausgabe Festtext: 16 Zeichen lcd_gotoxy(1,0); // Cursor auf 2. Zeile, 1. Zeichen lcd_putstr("/S1=1 S1xorS2=0"); // Ausgabe Festtext: 16 Zeichen } // Initialisierung der Taster void initTaster(void) // Bitposition im Register: {// __76543210 DDRB = DDRB & 0b11111001; // Port B auf Eingabe schalten PORTB = 0b00000110; // Pullup-Rs eingeschaltet _delay_us(10); // Umschalten der Hardware-Signale abwarten } // Tastenwerte S1 und S2 (ohne Entprellen) einlesen void readButtons(void) { sw1 = !(PINB & (1 << PB1)); // Tasten invertiert in Bitspeicher einlesen sw2 = !(PINB & (1 << PB2)); // somit gedrueckte Taste ="1" }
/*=============================================================================
Ändern Sie auch hier wieder die Beschreibung am Anfang des C-Files, je nachdem was Sie entwickeln
Deklarationen ===================================
- Hier wird wieder nach dem Quarz geprüft und ggf. dessen Frequenz eingestellt
- Bei den Header-Dateien wird nun die
stdbool.h
Datei inkludiert. Über diese können die Funktionen der booleschen Algebra genutzt werden. - Als Konstanten werden
NULL
undEINS
definiert. Dieser hexadezimalen Zahlencode 0x30 und 0x31 entsprechen ausgebbare Zeichen nach dem ASCII Standard. Der ASCII Standard gibt für jedes darstellbare Zeichen einen Code vor. In Abbildung 1 ist die ASCII Tabelle gezeigt. Dort ist horizontal die erste Zahl (z.B. 0x30) und vertikal die zweite Zahl (0x30) aufgetragen. Diese führen zu den darstellbaren Zahlen '0' und '1'. - Die Variablen
sw1
undsw2
sollen im Folgenden den Zustand des Schalters anzeigen. - Die Makros wurden bereits erklärt
- Die Funktionsprototypen zeigen wieder die kommenden Unterprogramme an
Hauptprogramm =========================
- Zunächst werden zwei Initialisierungsroutinen aufgerufen (siehe weiter unten)
- Dann wird eine temporäre Variable deklariert, welche im Folgenden die das ASCII-Zeichen der Ergebnisse enthält
- In der Endlosschleife wird zunächst die Unterfunktion
readButtons()
aufgerufen (siehe weiter unten) - die Zeilen 84…102 scheinen sich sehr zu ähneln:
- Hier steht jeweils zuerst eine
if
-Anweisung. In Abhängigkeit von der jeweiligen booleschen Funktion wird die temporäre Variable gleichNULL
(also das Zeichen '0') oderEINS
('1') gesetzt. - Die Funktion
lcd_gotoxy(0,6)
versetzt wieder die Position am Display undlcd_putc(temp)
gibt die temporäre Variable aus.
- Für die verschiedenen booleschen Funktionen steht jeweils eine
if
-Anweisung bereit. Auch die Position am Display ist abhängig von der booleschen Funktion.
- In Zeile
104
wird dann eine gewisse Zeit gewartet. Dies vermeidet das „Prellen“ des realen Schalters: In Realität wird bei Tastendruck nicht nur einmal der Kontakt geschlossen, sondern häufig mehrmals. Dies kann aber zu fehlerhaften Zuständen führen.
Funktionen =========================
- In
initDisplay
wird wieder zunächst das Display initialisiert und die Startanzeige mit dem Namen des Programms angezeigt. Nach 2 Sekunden werden dann die booleschen Funktionen auf dem Display dargestellt. Dort sind die Ergebnisse für nicht gedrückte Schalter vorgegeben.
- Funktion
initTaster
- Durch die Änderung des Datenrichtungs-Register (DDR) wird die Richtung der Anschlüsse vorgegeben. Diese beiden Anschlüsse sind in der Simulide Umgebung an die Schalter S1 und S2 angeschlossen. Durch die UND-Verknüpfung mit der Maske
0b11111001
werden die Anschlüsse B0 und B3..B7 nicht geändert, sondern nur die Anschlüsse B1 und B2 auf Eingang gesetzt. - Mit der Zuweisung von
PORTB
wurde bisher bei Ausgängen der Ausgabewert vorgegeben. Bei Eingängen wird über diese Zuweisung ein Pullup-Widerstand dazugeschalten. Damit ergibt sich aus dem äußeren Schalter und dem internen Widerstand ein Spannungsteiler. Bei leitfähigem Schalter gibt der Spannungsteiler $0V$ (=logisch $0$) zum Microcontroller aus, bei offenem Schalter $5V$ (=logisch $1$).
- Funktion
readButtons
liest aus dem RegisterPINB
das dem Schalter entsprechende Bit aus. Als Eselsbrücke:PIN
steht für Input,PORT
für Output.
- IV. Ausführung in Simulide
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- Geben Sie die oben dargestellten Codezeilen nacheinander 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
-
- Erweiterung der Schalteranzahl:
- Fügen Sie zwei weitere Tasten mit Verbindung zu Masse und jeweils den Eingängen
B3
undB4
ein - analog zu den vorhandenen Schaltern. - Klicken Sie rechts auf den Schalter und wählen Sie im Kontextmenu
Properties
. links sollten nun die Eigenschaften des Schalters sichtbar sein. geben Sie alsid
S3
bzw.S4
ein und wählen Sie beiShow id
true
. Der Name des Schalters sollte nun sichtbar sein. - Ändern Sie den Code so, dass diese Schalter eingelesen werden können. Dazu sollten die Funktionen
initTaster
,readButton
undmain
angepasst werden. - Als ersten Test sollten die booleschen Funktionen statt den Schaltern
S1
undS2
die SchalterS3
undS4
als Eingangswerte haben. Testen Sie diese Änderung. - Im nächsten Programm sollen alle Schalter
S1
…S4
die Eingangswerte darstellen. Es sollen nun alle alle Eingagen per SchalterS1
…S4
in die verschiedenen booleschen Funktionen eingehen. Also bei z.B. aus $S1\&S2$ wird $S1\&S2\&S3\&S4$. Überlegen Sie sich wie bei XOR vorzugehen ist.