| Beide Seiten der vorigen Revision
Vorhergehende Überarbeitung
Nächste Überarbeitung
|
Vorhergehende Überarbeitung
|
microcontrollertechnik:4_up_down_counter [2022/09/19 16:07]
tfischer ============== geändert in atmega88 !! |
microcontrollertechnik:4_up_down_counter [2024/03/11 00:09] (aktuell)
mexleadmin |
| ====== 4. Up-Down Counter ====== | ====== 4 Up-Down Counter ====== |
| |
| ===== Interrupts - was tun bei Unterbrechungen?===== | ===== Interrupts - was tun bei Unterbrechungen?===== |
| </WRAP> <WRAP column 65%> | </WRAP> <WRAP column 65%> |
| ==== Video ==== | ==== Video ==== |
| | |
| | Im Video sind nur die ersten 30 Minuten relevant. |
| | Danach werden verschiedene Sleep-Modes betrachtet - diese sind für uns nicht relevant. |
| | |
| | {{youtube>-PmbowoyZ4c?size=700x400}} |
| | |
| | <WRAP hide> |
| {{youtube>vl5H_Q1slYY?size=700x400}} | {{youtube>vl5H_Q1slYY?size=700x400}} |
| | </WRAP> |
| |
| </WRAP> </WRAP> | </WRAP> </WRAP> |
| - Initialisieren des Programms | - Initialisieren des Programms |
| - Öffnen Sie SimulIDE und öffnen Sie dort mittels {{microcontrollertechnik:simulide_open.jpg?25}} die Datei ''4_up_down_counter.simu'' | - Öffnen Sie SimulIDE und öffnen Sie dort mittels {{microcontrollertechnik:simulide_open.jpg?25}} die Datei ''4_up_down_counter.simu'' |
| - Laden Sie ''4_up-down-counter.hex'' als firmware auf den 328 Chip | - Laden Sie ''4_up-down-counter.hex'' als firmware auf den Atemga 88 Chip |
| - 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 die Wirkung der verschiedenen Schalter in der zweiten Zeile zu sehen ist: | - Als nächstes ist ein Displaybild zu sehen, in dem die Wirkung der verschiedenen Schalter in der zweiten Zeile zu sehen ist: |
| |
| <-- | <-- |
| --> III. Eingabe in Atmel Studio # | --> III. Eingabe in Microchip Studio # |
| <WRAP group><WRAP column 40%><sxh c; first-line: 1> | <WRAP group><WRAP column 40%><sxh c; first-line: 1> |
| /*============================================================================= | /*============================================================================= |
| // 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 |
| | |
| // Konstanten | // Konstanten |
| #define ASC_ZERO 0x30// ASCII-Zeichen '0' | #define ASC_ZERO 0x30// ASCII-Zeichen '0' |
| #define VORTEILER_WERT 39 // Faktor Vorteiler = 39 (Timerticks) | #define VORTEILER_WERT 90 // Faktor Vorteiler = 90 (Timerticks) |
| #define TAKT10MS_WERT 10 // Faktor Taks10ms = 10 (1/100 s) | #define TAKT10MS_WERT 10 // Faktor Taks10ms = 10 (1/100 s) |
| | |
| int counter = 0; // Variable fuer Zaehler | int counter = 0; // Variable fuer Zaehler |
| | |
| bool timertick; // Bit-Botschaft alle 0,256ms (bei Interrupt) | bool timertick; // Bit-Botschaft alle 0,111ms (bei Interrupt) |
| bool takt10ms; // Bit-Botschaft alle 10ms (genauer 9.984ms) | bool takt10ms; // Bit-Botschaft alle 10ms |
| bool takt100ms; // Bit-Botschaft alle 100ms (genauer 99.84ms) | bool takt100ms; // Bit-Botschaft alle 100ms |
| | |
| bool sw1_neu = 1; // Bitspeicher fuer Taste 1 | bool sw1_neu = 1; // Bitspeicher fuer Taste 1 |
| #define CLR_BIT(BYTE, BIT) ((BYTE) &= ~(1 << (BIT))) // Bit Zustand in Byte loeschen | #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 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 |
| | |
| // Funktionsprototypen | // Funktionsprototypen |
| */ | */ |
| { | { |
| timertick = 1; // Botschaft 0,256ms senden | timertick = 1; // Botschaft 0,111ms senden |
| --vorteiler; // Vorteiler dekrementieren | --vorteiler; // Vorteiler dekrementieren |
| if (vorteiler==0) // wenn 0 erreicht: 10ms abgelaufen | if (vorteiler==0) // wenn 0 erreicht: 10ms abgelaufen |
| DDRC = DDRC & 0b11111000; // Zunaechst Port B auf Eingabe schalten | DDRC = DDRC & 0b11111000; // Zunaechst Port B auf Eingabe schalten |
| PORTC = 0b00000111; // Pullup-Rs eingeschaltet | PORTC = 0b00000111; // Pullup-Rs eingeschaltet |
| _delay_us(5); // Umschalten der Hardware-Signale abwarten | _delay_us(1); // Umschalten der Hardware-Signale abwarten |
| |
| // Einlesen der 3 Tastensignale | // Einlesen der 3 Tastensignale |
| sw1_neu = (PINC & (1 << PC0));// aktuelle Werte der Tasten 1-3 lesen | sw1_neu = GET_BIT(PINC, PC0) ;// aktuelle Werte der Tasten 1-3 lesen |
| sw2_neu = (PINC & (1 << PC1)); | sw2_neu = GET_BIT(PINC, PC1) ; |
| sw3_neu = (PINC & (1 << PC2)); | sw3_neu = GET_BIT(PINC, PC2) ; |
| | |
| // Auswertung der 3 Tasten | // Auswertung der 3 Tasten |
| - Wird die Taste S1 gedrückt, so wird ''sw1_neu'' gesetzt. ''sw1_alt'' entspricht dem vorherigen Wert. Gleiches gibt es für die anderen Taster. \\ \\ \\ | - Wird die Taste S1 gedrückt, so wird ''sw1_neu'' gesetzt. ''sw1_alt'' entspricht dem vorherigen Wert. Gleiches gibt es für die anderen Taster. \\ \\ \\ |
| - Die Makros wurden bereits erklärt \\ \\ \\ \\ | - Die Makros wurden bereits erklärt \\ \\ \\ \\ |
| - Die Funktionsprototypen zeigen wieder die kommenden Unterprogramme an \\ \\ | - Die Funktionsprototypen zeigen wieder die kommenden Unterprogramme an \\ \\ \\ \\ \\ |
| |
| |
| - Zunächst werden zwei Initialisierungsroutinen aufgerufen (siehe weiter unten) | - Zunächst werden zwei Initialisierungsroutinen aufgerufen (siehe weiter unten) |
| - Dann werden die "__T__imer/__C__ounter __C__ontrol __R__egister" des Timers __0__ ''TCCR0A'' und ''TCCR0B'' gesetzt. Im verwendeten "Normal Mode" zählt der ein Timer (=Zählerbaustein) im Microprozessor hoch. Die entspricht etwa dem a=a+1 im C Code, nur, dass der Microprozessor dafür keinen Code ausführen muss. Das Register ''TCCR0B'' gibt mit dem Prescaler an, dass das Hochzählen um ein nur alle 8 Prozessortakte erfolgen soll. Der verwendete Timer 0 ist ein 8-Bit Timer. Er zählt also von 0 bis 255, läuft dann über und beginnt wieder bei 0. | - Dann werden die "__T__imer/__C__ounter __C__ontrol __R__egister" des Timers __0__ ''TCCR0A'' und ''TCCR0B'' gesetzt. Im verwendeten "Normal Mode" zählt der ein Timer (=Zählerbaustein) im Microprozessor hoch. Die entspricht etwa dem a=a+1 im C Code, nur, dass der Microprozessor dafür keinen Code ausführen muss. Das Register ''TCCR0B'' gibt mit dem Prescaler an, dass das Hochzählen um ein nur alle 8 Prozessortakte erfolgen soll. Der verwendete Timer 0 ist ein 8-Bit Timer. Er zählt also von 0 bis 255, läuft dann über und beginnt wieder bei 0. |
| - ''TIMSK0'' ist die "__T__imer __I__nterrupt __M__a__SK__" des Timers __0__. Damit kann angegeben werden, ob und wenn ja, welcher Interrupt ausgelöst werden soll. Timer kann damit so konfiguriert werden, dass er keinen Interrupt auslöst, oder einen Interrupt bei einem bestimmten Wert auslöst, oder einen Interrupt beim Überlauf auslöst. \\ Mit dem Bit ''TOIE0'' wird der Interrupt bei Überlauf aktiviert (vgl. [[1https://www-user.tu-chemnitz.de/~heha/viewchm.php/hs/ATmegaX8.chm/15.htm|ATmegaX8 Datenblatt (Kap. 15.9.6)]] oder [[http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-7810-Automotive-Microcontrollers-ATmega328P_Datasheet.pdf#page=88|ATmega328 Datasheet (Kap. 14.9.6)]]). | - ''TIMSK0'' ist die "__T__imer __I__nterrupt __M__a__SK__" des Timers __0__. Damit kann angegeben werden, ob und wenn ja, welcher Interrupt ausgelöst werden soll. Timer kann damit so konfiguriert werden, dass er keinen Interrupt auslöst, oder einen Interrupt bei einem bestimmten Wert auslöst, oder einen Interrupt beim Überlauf auslöst. \\ Mit dem Bit ''TOIE0'' wird der Interrupt bei Überlauf aktiviert (vgl. [[1https://www-user.tu-chemnitz.de/~heha/viewchm.php/hs/ATmegaX8.chm/15.htm|ATmegaX8 Datenblatt (Kap. 15.9.6)]] oder [[https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-9365-Automotive-Microcontrollers-ATmega88-ATmega168_Datasheet.pdf#page=75|ATmega88 Datasheet (Kap. 14.9.6)]]). |
| - erst mit dem Befehl ''sei()'' wird die Bearbeitung von Interrupts aktiv | - erst mit dem Befehl ''sei()'' wird die Bearbeitung von Interrupts aktiv |
| - in der Endlosschleife sind zwei if-Befehle zu finden, welche über Flags prüfen, ob $10 ms$ oder $100 ms$ abgelaufen sind. Wenn ja, wird als erstes das Flag zurückgesetzt und dann die gewünschte Unterfunktion aufgerufen. | - in der Endlosschleife sind zwei if-Befehle zu finden, welche über Flags prüfen, ob $10~\rm ms$ oder $100 ~\rm ms$ abgelaufen sind. Wenn ja, wird als erstes das Flag zurückgesetzt und dann die gewünschte Unterfunktion aufgerufen. |
| - Die Abfrage der Tasten soll entprellt geschehen. Das ist durch das Abtasten / Einlesen des Signals alle $10 ms$ möglich. | - Die Abfrage der Tasten soll entprellt geschehen. Das ist durch das Abtasten / Einlesen des Signals alle $10 ~\rm ms$ möglich. |
| - Für die Textanzeige ist eine keine ruckelfreie Darstellung notwendig. Damit kann für die Darstellung der Wert von $30 Hz$ unterschritten werden, über dem ein Bild als flüssig animiert war genommen wird. Eine Anzeige alle $100 ms$ ist also ausreichend | - Für die Textanzeige ist eine keine ruckelfreie Darstellung notwendig. Damit kann für die Darstellung der Wert von $30 ~\rm Hz$ unterschritten werden, über dem ein Bild als flüssig animiert wahrgenommen wird. Eine Anzeige alle $100 ~\rm ms$ ist also ausreichend \\ \\ |
| ''Interrupt Routine ========================='' | ''Interrupt Routine ========================='' |
| - Mit dem Befehl ''ISR()'' wird eine Interrupt Service Routine angelegt. Das verwendete ''TIMER0_OVF_vect'' spezifiziert den gewünschten Interrupt, hier den __OV__er__F__low Interrupt für __TIMER0__. | - Mit dem Befehl ''ISR()'' wird eine Interrupt Service Routine angelegt. Das verwendete ''TIMER0_OVF_vect'' spezifiziert den gewünschten Interrupt, hier den __OV__er__F__low Interrupt für __TIMER0__. |
| - Der Überlauf-Interrupt durch den Timer0 wird erst bei Überlauf des 8-Bit Wert ausgeführt. Das entspricht einer Periode von $T_{ISR}=\frac{256 \cdot Prescaler}{f_{Quarz}} = \frac{256 \cdot 8}{8'000'000 Hz} = 0,256\bar{6}ms$. | - Der Überlauf-Interrupt durch den Timer0 wird erst bei Überlauf des 8-Bit Wert ausgeführt. Das entspricht einer Periode von $T_{\rm ISR}=\frac{256 \cdot \rm Prescaler}{f_{\rm Quarz}} = \frac{256 \cdot 8}{18'432'000 ~\rm Hz} = 0,1\bar{1}~\rm ms$. |
| - Als erstes wird beim Ausführen die boole-Variable ''Timertick'' gesetzt. Diese gibt an: ISR wurde aufgerufen. | - Als erstes wird beim Ausführen die boole-Variable ''Timertick'' gesetzt. Diese gibt an: ISR wurde aufgerufen. |
| - Die Variable ''vorteiler'' ist auch ein Zähler, welcher mit jedem Aufruf von ISR heruntergezählt wird. Mit ''vorteiler = VORTEILER_WERT'' als Ausgangswert (Zeile 65) zählt ''vorteiler'' von 39 herunter. Da die ISR alle $0,256\bar{6}ms$ aufgerufen wird, wird ''vorteiler'' alle $39\cdot0,256\bar{6}ms=10ms$ gleich 0. | - Die Variable ''vorteiler'' ist auch ein Zähler, welcher mit jedem Aufruf von ISR heruntergezählt wird. Mit ''vorteiler = VORTEILER_WERT'' als Ausgangswert (Zeile 65) zählt ''vorteiler'' von 90 herunter. Da die ISR alle $0,1\bar{1}~\rm ms$ aufgerufen wird, wird ''vorteiler'' alle $90\cdot0,1\bar{1}~\rm ms=10~\rm ms$ gleich 0. |
| - Wenn ''vorteiler'' 0 erreicht wird die Variable wieder auf den Startwert zurückgesetzt und der das Flag für das Erreichen der $10ms$ gesetzt. Um auch $10\cdot10ms$ abzählen zu können, muss nach $10ms$ ''hundertstel'' auch herunter gezählt werden. | - Wenn ''vorteiler'' 0 erreicht wird die Variable wieder auf den Startwert zurückgesetzt und der das Flag für das Erreichen der $10~\rm ms$ gesetzt. Um auch $10\cdot10~\rm ms$ abzählen zu können, muss nach $10~\rm ms$ ''takt10msZaehler'' auch herunter gezählt werden. |
| - Erreicht ''takt10msZaehler'' den Wert 0, so wird auch diese Variable auf 0 und ebenso das Flag für das erreichen von $100ms$ zurückgesetzt | - Erreicht ''takt10msZaehler'' den Wert 0, so wird auch diese Variable auf 0 und ebenso das Flag für das erreichen von $100~\rm ms$ zurückgesetzt |
| - Mit dieser Methode erzeugt der Interrupt nur 3 Flags, die anderweitig ausgelesen werden können, z.B. in ''main()''. Die ISR bleibt also sehr schlank. Wäre in der ISR() viel Code auszuführen, so würde der Prozessor zwischen zwei Interrupts kaum noch Zeit haben, um sich dem unterbrochenen Programm zu widmen. | - Mit dieser Methode erzeugt der Interrupt nur 3 Flags, die anderweitig ausgelesen werden können, z.B. in ''main()''. Die ISR bleibt also sehr schlank. Wäre in der ISR() viel Code auszuführen, so würde der Prozessor zwischen zwei Interrupts kaum noch Zeit haben, um sich dem unterbrochenen Programm zu widmen. |
| ''Taster initialisieren =============='' | \\ \\ \\ \\ |
| - Das Einstellen des Data Direction Registers und der Pullups wurde bereits in vorherigen Programmen erklärt. \\ \\ | |
| ''Zaehlfunktion =============='' | ''Zaehlfunktion =============='' |
| \\ \\ \\ | |
| - Zunächst werden die einzelnen Tastenstellungen mittels verUNDen einer Bitmaske für den jeweiligen Taster aus ''PINC'' in die Variable ausgelesen. \\ \\ \\ | - Zunächst werden die einzelnen Tastenstellungen mittels verUNDen einer Bitmaske für den jeweiligen Taster aus ''PINC'' in die Variable ausgelesen. \\ \\ \\ |
| - Für die Reaktion auf einen Tastendruck gibt es nun zwei Varianten: \\ a. immer wenn erkannt wird, dass die Taste gedrückt ist (der Schalter geschlossen ist), wird reagiert. \\b. nur beim Wechsel von 'Taster nicht gedrückt' zu 'Taster gedrückt' (Flanke von ''0'' auf ''1'') wird reagiert. \\ Das Zurücksetzen auf 0 soll immer ausgelöst werden; entsprechend wird hier Variante a. gewählt. Der Zähler soll nur zu dem Zeitpunkt Herauf-/Herunterzählen, wenn der Schalter gerade geschlossen wurde; entsprechend wird hier Variante b. gewählt. \\ \\ | - Für die Reaktion auf einen Tastendruck gibt es nun zwei Varianten: \\ a. immer wenn erkannt wird, dass die Taste gedrückt ist (der Schalter geschlossen ist), wird reagiert. \\b. nur beim Wechsel von 'Taster nicht gedrückt' zu 'Taster gedrückt' (Flanke von ''0'' auf ''1'') wird reagiert. \\ Das Zurücksetzen auf 0 soll immer ausgelöst werden; entsprechend wird hier Variante a. gewählt. Der Zähler soll nur zu dem Zeitpunkt Herauf-/Herunterzählen, wenn der Schalter gerade geschlossen wurde; entsprechend wird hier Variante b. gewählt. \\ \\ |
| - Im Falle das Heraufzählens, ist ein Überlauf bei 10000 vorhanden. Im Falle des Herunterzählens, gibt es einen Unterlauf für werte kleiner als 0 - dann wird auf 9999 gesprungen. \\ \\ \\ | - Im Falle das Heraufzählens, ist ein Überlauf bei 10000 vorhanden. Im Falle des Herunterzählens, gibt es einen Unterlauf für werte kleiner als 0 - dann wird auf 9999 gesprungen. \\ \\ \\ |
| - Zum Ende dieser Funktion müssen die Schalterstellungen in die Variablen ''sw1_alt'' bis ''sw3_alt'' gespeichert werden. Damit kann beim nächsten Aufruf die Flankendetektion stattfinden. | - Zum Ende dieser Funktion müssen die Schalterstellungen in die Variablen ''sw1_alt'' bis ''sw3_alt'' gespeichert werden. Damit kann beim nächsten Aufruf die Flankendetektion stattfinden. |
| \\ \\ | \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ |
| ''Anzeige Zaehler ========================='' | ''Anzeige Zaehler ========================='' |
| - Zur Ausgabe des Zählerwerts wird eine Hilfsvariable angelegt und auf eine Position unten rechts auf dem Display gesprungen | - Zur Ausgabe des Zählerwerts wird eine Hilfsvariable angelegt und auf eine Position unten rechts auf dem Display gesprungen |
| - Um den Wert ''3456'' auszugeben, wird dieser Schritt für Schritt im Display aufgebaut. Für die Tausenderstelle wird zunächst der Wert $3456/1000$ ohne Nachkommastellen ausgerechnet. Für die Anzeige muss dieser Wert in einen ASCII-Wert umgewandelt werden. Dazu muss ''0x30'' addiert werden. | - Um den Wert ''3456'' auszugeben, wird dieser Schritt für Schritt im Display aufgebaut. Für die Tausenderstelle wird zunächst der Wert $3456/1000$ ohne Nachkommastellen ausgerechnet. Für die Anzeige muss dieser Wert in einen ASCII-Wert umgewandelt werden. Dazu muss ''0x30'' addiert werden. |
| - Für die Hunderterstelle von ''3456'' muss nun vom Tausender-Rest ''456'' wieder die höchste Stelle ausgegeben werden. Der Tausender-Rest kann über die Modulo-Funktion (im Code mittels ''%'') ermittelt werden. Für Zehner- und Einerwert kann aus dem Hunderter-Rest direkt Division durch 10 ohne Rest und gerade dieser Rest verwendet werden | - Für die Hunderterstelle von ''3456'' muss nun vom Tausender-Rest ''456'' wieder die höchste Stelle ausgegeben werden. Der Tausender-Rest kann über die Modulo-Funktion (im Code mittels ''%'') ermittelt werden. Für Zehner- und Einerwert kann aus dem Hunderter-Rest direkt Division durch 10 ohne Rest und gerade dieser Rest verwendet werden |
| | \\ \\ \\ |
| ''Initialisierung Display-Anzeige ========================='' | ''Initialisierung Display-Anzeige ========================='' |
| - Hier wird wieder die Startanzeige mit dem Namen des Programms generiert | - Hier wird wieder die Startanzeige mit dem Namen des Programms generiert |