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microcontrollertechnik:3_logische_funktionen [2022/09/19 15:07]
tfischer ============== geändert in atmega88 !! |
microcontrollertechnik:3_logische_funktionen [2024/03/11 00:12] (aktuell)
mexleadmin |
| ====== 3. Logische Funktionen ====== | ====== 3 Logische Funktionen ====== |
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| ===== Tasten einlesen ===== | ===== Tasten einlesen ===== |
| ==== Video ==== | ==== Video ==== |
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| | {{youtube>RsyK5vLYXBI?size=700x400}} |
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| | <WRAP hide> |
| {{youtube>E9GCkonogcQ?size=700x400}} | {{youtube>E9GCkonogcQ?size=700x400}} |
| | </WRAP> |
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| </WRAP> </WRAP> | </WRAP> </WRAP> |
| - Öffnen Sie SimulIDE und öffnen Sie dort mittels {{microcontrollertechnik:simulide_open.jpg?25}} die Datei ''3._logische_funktionen.sim1'' | - Öffnen Sie SimulIDE und öffnen Sie dort mittels {{microcontrollertechnik:simulide_open.jpg?25}} die Datei ''3._logische_funktionen.sim1'' |
| - Laden Sie ''3._logische_funktionen.hex'' als firmware auf den atmega 88 Chip | - Laden Sie ''3._logische_funktionen.hex'' als firmware auf den atmega 88 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 der neuen Komponenten: In der Simulation sind nun neben dem Microcontroller, der LED und dem Display Hd44780 Schalter als neue Komponenten zu sehen, welche mit S1...S2 bezeichnet sind. Diese werden in diesen Beispiel zur Eingabe genutzt. |
| - Betrachtung des Programmablaufs | - Betrachtung des Programmablaufs |
| - Zunächst wird eine Startanzeige mit dem Namen des Programms dargestellt. | - 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: | - Als nächstes ist ein Displaybild zu sehen, in dem verschiedene logische Formeln mit Ergebnissen abgebildet sind: |
| - AND-Verknüpfung: $S1\&S2$, | - AND-Verknüpfung: $\rm S1\&S2$, |
| - OR-Verknüpfung: $S1+S2$, | - OR-Verknüpfung: $\rm S1+S2$, |
| - NOT-Verknüpfung: $/S1$, | - NOT-Verknüpfung: $\rm /S1$, |
| - XOR-Verknüpfung: $S1 xor S2$ | - XOR-Verknüpfung: $\rm S1\; xor\; S2$ |
| - Werden die Tasten S1 und S2 gedrückt, so werden die Ergebnisse aktualisiert. | - Werden die Tasten S1 und S2 gedrückt, so werden die Ergebnisse aktualisiert. |
| - Das Programm zu diesem Hexfile soll nun erstellt werden | - Das Programm zu diesem Hexfile soll nun erstellt werden |
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| --> III. Eingabe in Atmel Studio # | --> III. Eingabe in Microchip Studio # |
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| <panel type="info" title="Achtung"> | <panel type="info" title="Achtung"> |
| Beachten Sie, dass die ''lcd_lib_de.h'' in Atmel Studio wieder importiert werden muss. | Beachten Sie, dass die ''lcd_lib_de.h'' in Microchip Studio wieder importiert werden muss. |
| </panel> | </panel> |
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| // Festlegung der Quarzfrequenz | // Festlegung der Quarzfrequenz |
| #ifndef F_CPU // optional definieren | #ifndef F_CPU // optional definieren |
| #define F_CPU 8000000UL // ATmega 328 mit 8 MHz Quarz | #define F_CPU 18432000UL // ATmega 88 mit 18.432 MHz Quarz |
| #endif | #endif |
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| DDRC = DDRC & 0b11111100; // Port B auf Eingabe schalten | DDRC = DDRC & 0b11111100; // Port B auf Eingabe schalten |
| PORTC = 0b00000011; // Pullup-Rs eingeschaltet | PORTC = 0b00000011; // Pullup-Rs eingeschaltet |
| _delay_us(5); // Umschalten der Hardware-Signale abwarten | _delay_us(1); // Umschalten der Hardware-Signale abwarten |
| sw1 = !(PINC & (1 << PC0)); // Tasten invertiert in Bitspeicher einlesen | sw1 = !(PINC & (1 << PC0)); // Tasten invertiert in Bitspeicher einlesen |
| sw2 = !(PINC & (1 << PC1)); // somit gedrueckte Taste ="1" | sw2 = !(PINC & (1 << PC1)); // somit gedrueckte Taste ="1" |
| - In Zeile ''104'' wird dann eine gewisse Zeit gewartet. Dies vermeidet das "[[https://de.wikipedia.org/wiki/Prellen#Gegenma%C3%9Fnahmen|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. | - In Zeile ''104'' wird dann eine gewisse Zeit gewartet. Dies vermeidet das "[[https://de.wikipedia.org/wiki/Prellen#Gegenma%C3%9Fnahmen|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. |
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| ''Funktionen ========================='' | ''Funktionen ========================='' |
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| - 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. \\ \\ \\ | - 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'' | - Funktion ''readButtons'' liest die Schalterstellung aus. |
| - 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. | - Durch die Änderung des Datenrichtungs-Register (DDR) wird die Richtung der Anschlüsse vorgegeben. Es sollen dabei die Schalter S1 und S2 einlesbar gestellt werden (in Simulide durch die Tasten ''a'' und ''s'' schaltbar). Durch die UND-Verknüpfung mit der Maske ''0b11111100'' werden die Anschlüsse C2..C7 nicht geändert, sondern nur die Anschlüsse C0 und C1 auf Eingang gesetzt. |
| - Mit der Zuweisung von ''PORTB'' wurde bisher bei Ausgängen der Ausgabewert vorgegeben. Bei Eingängen wird über diese Zuweisung ein [[https://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-Tutorial:_IO-Grundlagen#Pullup-Widerstand|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 $1$). \\ \\ \\ \\ | - Die Verzögerung ''_delay_us(1)'' ist im realen Aufbau notwendig, um keine Störungen über die zuvor anliegenden Spannungen zu sehen. Eingangskapazitäten des Displays werden so entladen. |
| - Funktion ''readButtons'' liest aus dem Register ''PINB'' das dem Schalter entsprechende Bit aus. Als Eselsbrücke: ''P__I__N'' steht für Input, ''P__O__RT'' für Output. | - Mit der Zuweisung von ''0b00000011'' an ''PORTC'' wäre bei Ausgängen der Ausgabewert vorgegeben worden. Bei Eingängen wird über diese Zuweisung jeweils [[https://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-Tutorial:_IO-Grundlagen#Pullup-Widerstand|Pullup-Widerstände]] dazu geschalten. Damit ergibt sich aus dem äußeren Schalter und dem internen Widerstand ein Spannungsteiler. Bei leitfähigem Schalter gibt der Spannungsteiler $0~\rm V$ (=logisch $0$) zum Microcontroller aus, bei offenem Schalter $5~\rm V$ (=logisch $1$). |
| | - Im Register ''PINC'' liegen die dem Schalter entsprechende Bits. Als Eselsbrücke: ''P__I__N'' steht für Input, ''P__O__RT'' für Output. |
| | - Zum Schluss müssen die Anschlüsse wieder auf Output geschaltet werden, damit danach die Daten für das Display sinnvoll übertragen werden können. \\ \\ \\ \\ |
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| --> Aufgaben# | --> Aufgaben# |
| - Berechnungen zum ''_delay_us(1)'' in der Funktion ''initTaster''\\ Die Zeitverzögerung von $1\mu s$ dient dazu, eine gewisse Zeit abzuwarten bis der Ausgangspin auf der positiven Spannung liegt. Diese Verzögerung ist wichtig, da der interne Pull-up Widerstand und die parasitäre Kapazität des Pins ein RC-Glied erzeugen. | - Berechnungen zum ''_delay_us(1)'' in der Funktion ''initTaster''\\ Die Zeitverzögerung von $1~\rm \mu s$ dient dazu, eine gewisse Zeit abzuwarten bis der Ausgangspin auf der positiven Spannung liegt. Diese Verzögerung ist wichtig, da der interne Pull-up Widerstand und die parasitäre Kapazität des Pins ein RC-Glied erzeugen. |
| - Suchen Sie den Wert des Pull-up Widerstands an einem I/O-Pin im Datenblatt des atmega 88 unter ''Electrical Characteristics''. | - Suchen Sie den Wert des Pull-up Widerstands an einem I/O-Pin im Datenblatt des atmega 88 unter ''Electrical Characteristics''. |
| - Bestimmen Sie $\tau$ aus der Streukapazität von $C_s\approx 10pF$. | - Bestimmen Sie $\tau$ aus der Streukapazität von $C_{\rm s} \approx 10~\rm pF$. |
| - die meisten Befehle des AVR-Microcontrollers benötigen 2 Takte. Bei $10 MHz$ benötigt ein Befehl etwa $2 \cdot {{1}\over{10 MHz}} = 2 \cdot 10^{-7}s = 0,2 \mu s$. \\ Wie weit ist nach einem Befehl der Streukondensator aufgeladen? | - die meisten Befehle des AVR-Microcontrollers benötigen 2 Takte. Bei $10~\rm MHz$ benötigt ein Befehl etwa $\rm 2 \cdot {{1}\over{10~ MHz}} = 2 \cdot 10^{-7}~ s = 0,2~ \mu s$. \\ Wie weit ist nach einem Befehl der Streukondensator aufgeladen? |
| - Ab wann kann davon ausgegangen werden, dass die parasitäre Kapazität voll aufgeladen ist? | - Ab wann kann davon ausgegangen werden, dass die parasitäre Kapazität voll aufgeladen ist? |
| - Wie viele Takte entsprechen $1\mu s$ bei einer Taktfrequenz von $8 MHz$? | - Wie viele Takte entsprechen $1~\rm \mu s$ bei einer Taktfrequenz von $8~\rm MHz$? |
| - Wann wäre die Kapazität aufgeladen, wenn diese sich durch einen externen IC um ein 10faches erhöht? | - Wann wäre die Kapazität aufgeladen, wenn diese sich durch einen externen IC um ein 10faches erhöht? |
| - Die Situation bei einem Eingangspin ist etwas anders: Hier existiert die parasitäre Kapazität auch. Diese wird aber mit ca. $20mA$ geladen. \\ Nehmen Sie eine High Spannung von $5V$ an. | - Die Situation bei einem Eingangspin ist etwas anders: Hier existiert die parasitäre Kapazität auch. Diese wird aber mit ca. $20~\rm mA$ geladen. \\ Nehmen Sie eine High Spannung von $5~\rm V$ an. |
| - Wie lange dauert es nun bis die parasitäre Kapazität aufgeladen ist? | - Wie lange dauert es nun bis die parasitäre Kapazität aufgeladen ist? |
| - Wie viele Takte entspricht das bei $10 MHz$? | - Wie viele Takte entspricht das bei $10~\rm MHz$? |
| - Generell müssen intern im Microcontroller in jedem Takt die Kapazitäten von MOFETs geladen werden. \\ Wieso werden bei schnelleren Anwendungen (z.B. Mobilgeräten) geringere Versorgungsspannungen (z.B. $1,8V$) verwendet? | - Generell müssen intern im Microcontroller in jedem Takt die Kapazitäten von MOSFETs geladen werden. \\ Wieso werden bei schnelleren Anwendungen (z.B. Mobilgeräten) geringere Versorgungsspannungen (z.B. $1,8~\rm V$) verwendet? |
| | - ASCII Code: Warum können nicht einfach die Zahlen $0...9$ übertragen werden? Stattdessen müssen diese in ein ASCII Format gewandelt werden. \\ Was würde ausgegeben werden, wenn tatsächlich die Zahlen $0...9$ gesendet werden würden? |
| - Erweiterung der Schalteranzahl | - Erweiterung der Schalteranzahl |
| - Fügen Sie zwei weitere Tasten mit Verbindung zu Masse und jeweils den Eingängen ''B3'' und ''B4'' ein - analog zu den vorhandenen Schaltern. | - Fügen Sie zwei weitere Tasten mit Verbindung zu Masse und jeweils den Eingängen ''C2'' und ''C3'' ein - analog zu den vorhandenen Schaltern. Nutzen Sie dazu die auch schon in der Schaltung vorhandenen Komponente ''Bus'' (grüne Verbindung mit schwarzen Stummeln) und korrigieren Sie die das Bit, welches aus dem Bus genutzt wird. |
| - Klicken Sie rechts auf den Schalter und wählen Sie im Kontextmenu ''Properties''. links sollten nun die Eigenschaften des Schalters sichtbar sein. geben Sie als ''id'' ''S3'' bzw. ''S4'' ein und wählen Sie bei ''Show id'' ''true''. Der Name des Schalters sollte nun sichtbar sein. | - Klicken Sie bei den neu eingefügten Schaltern mit Rechtsklick an und wählen Sie im Kontextmenu ''Properties''. Links sollten nun die Eigenschaften des Schalters sichtbar sein. Geben Sie als ''Label'' ''S3'' bzw. ''S4'' ein und wählen Sie rechts neben der Labeleingabe ''Show'' mit einem Punkt aus. Der Name des Schalters sollte nun sichtbar sein. Übernehmen Sie ansonsten die Schaltung wie bei ''S0'' und ''S1''. |
| - Ändern Sie den Code so, dass diese Schalter eingelesen werden können. Dazu sollten die Funktionen ''initTaster'', ''readButton'' und ''main'' angepasst werden. | - Ändern Sie den Code so, dass diese Schalter eingelesen werden können. Dazu sollten die Funktionen ''initTaster'', ''readButton'' und ''main'' angepasst werden. |
| - Als ersten Test sollten die booleschen Funktionen statt den Schaltern ''S1'' und ''S2'' die Schalter ''S3'' und ''S4'' als Eingangswerte haben. Testen Sie diese Änderung. | - Als ersten Test sollten die booleschen Funktionen statt den Schaltern ''S1'' und ''S2'' die Schalter ''S3'' und ''S4'' 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 Schalter ''S1''...''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. | - Im nächsten Programm sollen alle Schalter ''S1''...''S4'' die Eingangswerte darstellen. Es sollen nun alle alle Eingänge per Schalter ''S1''...''S4''in die verschiedenen booleschen Funktionen eingehen. Also bei z.B. aus $\rm S1\&S2$ wird $\rm S1\&S2\&S3\&S4$. Überlegen Sie sich wie bei XOR vorzugehen ist. |
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| | * Diese [[https://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?ctz=CQAgzCAMB0l3BGK0BMBOArAFgwhGUB2SNFBSQkDSKkLCDAUwFo8AoAdyoJBRSxAA2BIN78obAE7cUYgRh4oAHEqh1ikNgGcZ4HgtnLVNJABdJAV0ZsA5rrD6eYQcYlcwSgX3mLxmgA5CInJBog6yECa2oXqywmEuapoAsrreugikvLzQGGwoFCAqIIQIsoTlBXQl+YXkAqWyxRU0AoK1lAjOJWUgZTQt1VgdfVWNfZANVfIjCJ49siKqgwIIIwUDvXNTrRIFnYnj+JW7KLM8R90r4Gypxwt9F92Gubd9h1uHzzl5qRsP-0I3xQrzu8yO4OBoNGm0WYyhvz6Vy2VwRb3qDwxQNELzyABkQMx0KJxkS0CTvjQAGYAQwANlpGLRNPtCcSHswwL1rgAdLRgEZEpSwtnkkrTEB8s4EoUi2UlSkgWkMpkYCQy-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-DMlVoniIRUpiQRVJoAIYgIVRcpSsI1DWR8AtkehFkCuAkjoGgwGgSIkleaQ8FkMq6roe02uoOBol6qhuwGjAsmKtgAGMpsDcaMEmkwWEC6A0C2uNMDAc8sHQBBKE0LgiD6wMPHkQNNDsdL8vSoqJBEPr9CydLxFkAATRhaQsOlTGYOlGE+voWpgSA1mkaL+uhmahFGrhocDXL+pO3hmv6wFejRhDFnmdIcfxj7VIJtg5hoZh7X6giYtcGAkHIeAmeaxnmbRrS+s7DmHnZ-pabZfzUc4AXgsDHUtWg4XlsDf4ha4R0gpFuh-PZ01FfF-neaqamqeutgsEgCBiCumgVHKx7BDAAB9BArcgK2ZyUcgRCtjA7egW3WBt73WARwlVNSimDaoTt2Zk5hihQfLVfdRD7VJrgI9UKPRGYYOU7cXiqnSSmvD8YW7VWMtC5CNHHQQYvPT6Mscd6dJwITrOaBzqvG5p+u6-z8nCXj8R28y+mJjZ+Ah7Z+aBo7wxHoQdbFmgC18Ai8JFw8ANJZ6zvVk+Yq9HgNhavGspVHGsUd+D9rOuK14fPLstD7LEKwvBs4DaNuT0jN8BVqob37cd53BCu3dp7W2oCra+15mlJavQhZ2HGmdCexRZqJ3TsHNOzdo4F2DoHQk2Ca4jEuiEQh-Bdibn3MpQohD+pULLFufcmgABGfRiC8TQFQGgGU2GaDnMIaujw2GlH-FuP6dJmAAFV-B8h5DyAAdjSGRn1pEyM3AASxkXyfcNJ-A0jYEwtUrB6x4DVJbJA3DZKrAoq0eqvABAARpKYGkSiAIqMkIwOapgVEAHsZFHn9BXXiqd8CGPXDYkAyQVFzUkJ4ua3jzCeLpEDSQwtiHE0MPnEGCD0gIIbiAb6v1-psAySTYpaSvC5J+jSP6phoiZJKbwJBEharZPxqpEQO9Wg0GLF1PI7h5gw30HrJpqldTJ2GUNNQ2CwavDsAglaOIA5w00EUvqk1Zky3Kfk6pyz+YIJGdkPJlSCmnQxjLAOes5xkAaOAPgIBzxCJAPeAAbowSQzAAD0SixEKJeUox58SHE2EYFI2Rm4ommDcR47xujrn1mzoUDKxhoXOHwtNf0Sg4gYEiL4rAXReC4uoEgMgohbyqPUVoMhaw5w4oYGQdhSACA3lCaSvkZDNBAA|Falstad Schaltung]] skizziert die Struktur der Register PINn, PORTn, DDRn |
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