Unterschiede

Hier werden die Unterschiede zwischen zwei Versionen angezeigt.

--- microcontrollertechnik:skript [2024/10/13 23:53] – [SW2 Hello Display World - fast Counter] mexleadmin
+++ microcontrollertechnik:skript [2024/10/28 05:04] (aktuell) – mexleadmin
@@ Zeile 12: / Zeile 12: @@
   - "Kapitel 2 Sound und Timer bitte nachträglich anschauen"
   - Frage an Studis "Wer weiß nicht was PWM ist?"
 In MC Studio
@@ Zeile 78: / Zeile 77: @@
   - ''%%sprintf(output_str, "i:%03u", i);%%'' ''3'' --> drei Dezimalstellen, ''u'' --> unsigned
   - ''output_str'' deklarieren
+  - ''%%lcd_displayMessageoutput_str, 1,0);%%''
   - kompilieren --> ''#include <stdio.h>'' vergessen
   - Simulation herunterdrehen
@@ Zeile 85: / Zeile 85: @@
   - Blick ins Datenblatt des atmega88
   - Blockbild des atmega
-  - T/C im Inhaltsverzeichnis --> **16 bit Timer/Counter**
+    - Vergleich mit Zahnarztpraxis
-  - wieder Blockbild, diesmal vom Timer / Counter
+    - "Zahnarzt" macht nicht alles, sondern nur komplexere Dinge
+    - viele Helfer (Servants) die der CPU zuarbeiten
+    - PORT's unten kennen wir schon. Sind die Türsteher (doorman) für die Anschlüsse
+    - Aber auch Analog Digital Wandler, nicht flüchtiger Speicher EEPROM (non-volatile memory) und mehr
+    - Wir werden Timer und Counter nutzen
+  - T/C im Inhaltsverzeichnis
+    - gibts mehrere: 8 bit TC0, 16 bit TC1 und 8 bit TC2
+    - wir nehmen 16 bit Timer/Counter und gehen zu diesem Kapitel
+  -  **16 bit Timer/Counter**
+    - wieder Blockbild, diesmal vom Timer / Counter
+    - wieder echt kompliziert auf den ersten Blick
   - wichtig sind immer die Register
-    - ''TCNTn'' --> timer Counter ; für was steht ''n''? in Mathe?
+    - ''TCNTn''
+      - --> timer Counter ; für was steht ''n''? in Mathe? --> Schaubild gilbt für alle 3 Zähler. Hier ist n=1, da TC1!
+      - das ist der eigentliche aufsteigende Zählwert
+      - kann auch beschrieben werden
     - ''OCRnA'' --> Output Compare ("Wert zum gegen-checken")
     - ''TCCRnA'' --> für was steht TC? Timer Counter! Für was R? Register! --> hier neu: C für control
-  - Zeilen mit ''sprintf'' und ''lcd_displayMessage'' kopieren
+  - Zeilen mit ''sprintf'' und ''lcd_displayMessage'' kopieren#
+  - bei Ausgabe Position ändern: ''%%lcd_displayMessageoutput_str, 1,**7**);%%''
   - diesmal: ''%%sprintf(output_str, "TC:%03u"%%, **TCNT1**);'' -->  an zweiter Pos ausgeben. --> wichtig: ''3'' in ''5'' ändern!
     - kompilieren und in Simulide starten
     - TC zählt noch nicht!
     - siehe Blockdiagramm: Control logic --> steht im folgenden in der Register Description
-    - Blick in die Tabellen, was bei Initialisierung des uC mit 0 passiert \\**Speziell die Register description!**
+    - Blick in die Tabellen, was bei Initialisierung des uC mit 0 passiert \\ **Speziell die __Register description__!**
     - bei vielen ergibt ''0'' normal operation
     - aber bei CS (clock select) bedeutet ''000'' = keine Clock. Da kommt nix raus!
-    - also ''CS10'' setzen für schnellsten Zähler
+    - mit CS kann der Vorteiler (prescaler) gesetzt werden, welcher für die CPU Clk zum zählen herunterteilt
-    - ''TCCR1B |= 1%%<<%%CS10'';
+    - gut wäre ''CS10'' setzen --> schnellster Zähler
-  - jetzt zählt der Zähle echt schnell. Schneller als die Anzeige!
+    - Wo ist ''CS10''? im Register ''TCCR1B''
+    - Eingabe von ''TCCR1B |= 1%%<<%%CS10;'' vor der main loop
+    - jetzt zählt der Zähle echt schnell. Schneller als die Anzeige!
+  - Neue Challenge: Blinken ohne ''_delay_ms()''
+    - Mit Zähler möglich! Wie? mal selbst überlegen!
+      - z.B. ''if(TCNT1>x){doBlink();TCNT1=0;};''
+    - geht auch besser! Denn der Knecht kann noch mehr:
+      - Blick ins Datenblatt --> viele Seiten!
+      - Blick auf Block Diagramm des TC:
+      - ''TCNTn'' wird doch verglichen!
+      - wo geht das Vergleichsergebnis hin?
+        - zu "Waveform generation" und ''OC1A (Int.req.)''
+        - leider etwas irreführend, weil 2x ''OC1A'' (OC1A (Int.req.) müsste OCF1A heißen für Flag --> siehe Text)
+      - jetzt erstmal Datenblatt nach ''OC1A'' durchsuchen!
+        - Oh! Kommt als Pin am Chip vor.
+        - Warum wohl?
+      - was könnte das "Waveform generation" machen?
+        - suchen im Datenblatt nach **__Waveform generat__** (ohne **__ion__**!)
+        - (zunächst im 8-Bit Timer gefunden) Output compare unit, block diagram
+        - hier als "Waveform generat**__or__**"
+        - Der Generator wird über die Register bits WGM und COM geändert
+        - (besser im 16-bit TC1 das Block diagramm nachsehen)
+      - wieder Register description ansehen
+        - erste Bits im TCCR1A sind COM..
+        - Blick in die Tabelle: was muss eingestellt werden, um eine Ausgabe für die blinkende LED zu bekommen?
+        - ''11'' z.B. delay für dauerhaftes Leuchten nach ein paar Millisekunden
+        - wir brauchen ''COM1B1=1'' und ''COM1B0=0''
+        - ''TCCR1A |= 1<<COM1B0;'' einfügen
+        - UND: ''DDRB = 255;''
+      - Output-Pin togglt! Yeah :-)
+    - Problem: wir können die Geschwnindigkeit nich richtig einstellen :-(
+  - Also Challenge: zeitlich einstellbares toggeln
+    - Bisher: timer zählt stur von 0 ... 65535, also er verwendet OCR1A gar nicht!
+    - Wäre gut den MaxWert einstellen zu können, also nach erreichen von OCR1A wieder zurück auf 0.
+    - Lösung über "Clear Timer on Compare": CTC im Datenblatt suchen
+    - timing diagramm erklären
+    - Mal alle Wave Generation Modes ansehen:
+      - Normal: 0 ... 65535, und dann wieder Sprung auf 0 --> OC1A ändert sich nur bei max Wert
+      - Fast PWM:
+        - 0 ... max Wert, und dann wieder Sprung auf 0 --> OC1A bei TCNT>= OCR1A gleich 0, sonst 1
+        - Fast PWM kann verschiedene max Werte haben: 255, 511, 1023, ICR1 und sogar OCR1A selbst
+        - Ansteigende Flanke immer bei 0 --> links bündig!
+      - PWM, phase correct
+        - 0 ... max Wert, und dann: max Wert ... 0 --> OC1A bei TCNT>= OCR1A gleich 0, sonst 1
+        - halb so schnell weil doppelte Rampe
+        - mitten zentriert
+    - Für uns wichtig Mode 4: da denn OCR1A der Maxwert, also die Dauer für Ein (und Dauer für Aus) beim PWM
+    - Wir müssen ''WGM12'' setzen, das ist aber in ''TCCR1B''!
+    - ''TCCR1B |= 1<<WGM12;''
+    - Und OCR1A setzen: '' OCR1AH = 0xFF;'', '' OCR1AL = 0xFF;''
+    - Wichtig immer LED an Port bei Simulide! nicht nur auf die Animation vertrauen!
+  - Mit CS Clock select: kann es auch langsamer ausgegeben werden
+  - Ggf. auch Sound Code ansehen.
+--> Ergebnisse:
+  - bitte immer eindeutige und konistente Namen in Ihrer Doku nutzen!
+  - Sonst werden nachfolgende Leser Probleme beim verstehen bekommen..
+===== Einschub - Debugging =====
+Debugging Beispiel: DisplayAndTimer_v02 in ILIAS
+kleine Änderungen:
+  *  Variable ''str'' initialisieren: ''char str[3]="";''
+  *  Umbenennen der Variablen über ''Refactoring'' >> ''Rename'' --> z.B. ''SwCounter'' und ''OutputStr''
+  *  Beispielhaft: statt Deklaration in Funktion nun als globale Variablen und umgekehrter Reihenfolge \\ ''char OutputStr[3]="";'' \\ ''char SwCounter;'' (also keine Initialisierung!)
+  *  Kompilieren und am Bildschirm den Output ansehen
+  *  Problem: Zähler scheint nur zwischen 48 und 57 zu zählen!
+Tipps
+  - **Tipp 1**: Verwenden von nicht genutzten Registern
+    - nach erstem ''lcd_putstr'': ''TWDR=SwCounter;''
+    - nach zweiten''lcd_putstr'': ''SPDR=SwCounter;''
+    - In Simulide: MCU Monitor >> Blick auf die beiden Register
+    - Komisch: OutputStr verändert sich zwischen beiden!
+  - **Tipp 2**: Nur absolut notwendigen Code betrachten
+    - Code soweit auskommentieren wie es nur geht.
+  - **Tipp 3**: Im Fall von Deklarationen: map Datei
+    - Nach ''SwCounter'' suchen
+    - RAM Table über ''MCU Monitor''
+    - auf Byte PC umschalten
+    - Suchen der Speicherzelle
+    - Geschwindigkeit reduzieren
+  - **Tipp 4**: Logic Analyzer
+    - ''PORTB|=1<<PB3;''  nach erstem  ''lcd_putstr''
+    - ''PORTB&=~1<<PB3;'' nach zweitem ''lcd_putstr''
+    - Logic analyzer beschreiben: wichtig Time Pos korrekt einstellen
+    - Trigger in Logic Analyzer
+  - **Tipp 5**: Hyper-V
+    - Windows Eingabe: ''Hyper-V-Schnellerstellung''
+    - siehe: https://learn.microsoft.com/de-de/virtualization/hyper-v-on-windows/quick-start/quick-create-virtual-machine
+    - Installation dauert einige Minuten
+    - Simulide in VM ist stabiler
+  - **Tipp 6**: Scope
+    - Tracks: Aufteilen des Bildschirms
+    - Trigger
+    - Auto
+  - **Tipp 7**: Scripted Modules
+    - Beispiel DAC
+    - im Komponentenexplorer: Scripted >> DAC
+    - im Dateiexplorer: Data >> scripted >> DAC
+    - Alle Dateien anklicken --> nix passiert
+    - rechten Editorbereich in Simulide öffnen ("hereinschieben")
+    -
+  - Known Problems
+    - Ampmeter only for DC! (about 10 Hz)
+    - FETs
+      - use Relays instead \\ Change
+        - Inductance: 1 nH
+        - Resistance to 1 mOhm
+        - IOn 100 mA
+        - IOff 50 mA
+      - Beispiel: Halbbrücke (auch als FET Variante ok)
+      - Alternative mit Relays
+      - Hier besser als Umschalter umzusetzen, da Kurzschluss im Zwischenstadium {{drawio>microcontrollertechnik:RelayBeispiel.svg}}
+===== Interrupts und Zeitslots =====
+Wdh:
+  - Bisher:
+    - Ausgabe auf dem Display in while-Schleife "so schnell wie's geht"
+    - Counter TC1 läuft autonom und unabhängig vom Programmcode (nach Config)
+    - Counter kann unterschiedlich schnell laufen (prescaler)
+    - Counter kann auch Ausgabe antriggern
+  - Nun:
+    - welche Modi gibts? Was kann man noch mit dem Timer/Counter starten?
+    - Anschauen der verschiedenen Modi:
+      - Normal: 0 ... 65535, und dann wieder Sprung auf 0 --> OC1A ändert sich nur bei max Wert
+      - Fast PWM:
+        - 0 ... max Wert, und dann wieder Sprung auf 0 --> OC1A bei TCNT>= OCR1A gleich 0, sonst 1
+        - Fast PWM kann verschiedene max Werte haben: 255, 511, 1023, ICR1 und sogar OCR1A selbst
+        - Ansteigende Flanke immer bei 0 --> links bündig!
+      - PWM, phase correct
+        - 0 ... max Wert, und dann: max Wert ... 0 --> OC1A bei TCNT>= OCR1A gleich 0, sonst 1
+        - halb so schnell weil doppelte Rampe
+        - mitten zentriert
+    - weitere Register des TC anschauen
+      - TCNT1H/TCNT1L: ist der eigentliche Counter Wert
+      - OCR1AH/OCR1AL: ist Vergleichswert für den ersten Vergleich
+      - OCR1BH/OCR1BL: ist Vergleichswert für den zweiten Vergleich
+      - ICR1H/ICR1L: ist "Zwischenspeicher" der mit dem Counter-Wert gesetzt wird, sobald Pin ICP1 sich ändert
+      - erst TIFR1:
+        - zeigt Ereignisse an (über Flags): z.B. Vergleichswert ist erreicht, oder Maximalwert ist erreicht
+        - wenn ein Ereignis eintritt, dann kann ein Interrupt ausgelöst werden
+      - TIMSK1 : Ist eine Maske, die angibt, welcher Interrupt aktiv ist
+  - Mal Overflow Interrupt testen:
+    - bei Initialisierung: ''TIMSK2 |= (1<<TOIE1);''
+    - außerhalb von main:
+      - ''ISR()'' --> suchen nach ISR (Goto implementation) liefert keine praktikable Antwort was das tut (Interrupt Service routine erklären)
+      - wir brauchen zumindest einen "vector" (Zeiger auf die Sprungadresse welche im Interruptfall abgearbeitet werden soll)
+      - woher bekommen?
+        - am besten da nachschauen, wo auch PORTB und PB1 definiert ist
+        - suchen nach vector
+        - ''TIMER1_OVF_vect''!
+      - Eingeben von ''ISR(T'' bietet schon ''TIMER1_OVF_vect'' an
+      - ''ISR(TIMER1_OVF_vect)'' \\ ''{'' \\ ''}''
+      - was machen wir da drin? am besten z.B. Port B3 toggeln
+      - ''PORTB ^= (1 << PB3);'' einfügen
+    - testen --> toggelt!
+    - Wie könnte man nun die Ausgabe nur alle paar Zentelsekunden ausführen lassen?
+      - Alle Zeilen in den Interrupt? --> bloß nicht!
+      - SW_Flag in ISR setzen und in main auswerten
+        - ''uint8_t IntFlag=0;'' als globale Variable
+        - ''IntFlag=1;'' in die Interrupt Routine
+        - ''if(IntFlag==1)'' \\	''{'' \\ ''IntFlag=0;'' \\ ... \\ ''}''
+      - Geschwindigkeit zu langsam?
+        - statt ''TCCR1B |= 1<<CS12;'' besser ''TCCR1B |= 1<<CS11;''
+      - Aber wie kommt man z.b. genau auf eine Millisekunde?
+      - Man nehme:
+        - Takt: 18.432 MHz
+        - 8-Bit Counter: zählt bis 256 (16 Bit geht nicht genau auf...)
+        - --> zählt 72'000x pro Sekunde bis 256 und löst Interrupt aus
+        - Prescaler von 8: zählt 8x so langsam, also nur 9'000 pro Sekunde und löst interrupt aus
+        - Im Interrupt von 9 herunterzählen: bei jeder 0 wäre es eine Millisekunde
+    - up-Down-Counter ansehen