Schaeffler Modul 3A
Z SensorWiki
Obsah
Komunikácia a UART - praktická časť
Softvér a materiály na stiahnutie
- Nordic Semiconductor nRF51 Series Reference Manual (Version 3.0)
- Nástroj na testovanie komunikácie
- Terminal by Bray++, neinštaluje sa, len spustí.
- Terminal -- lokálna kópia
- Nástroj na kreslenie prijatých údajov
- Serial Plotter -- domovská stránka programu
- Lokálna kópia
Odkazy
- Ovládač pre Windows: https://os.mbed.com/handbook/Windows-serial-configuration
- Python programovacie prostredie https://python.microbit.org
1. Bare-metal prístup k programovaniu
Bare metal znamená, že budeme priamo programovať procesor bez využívania akýchkoľvek knižníc, takmer na strojovej úrovni. Vyžaduje si to do hĺbky preštudovať manuál k danému procesoru. Preto túto časť budeme chápať len ako ukážku, nebudeme to skutočne programovať.
Ak chceme v programe použiť funkciu printf na vysielanie znakov, musíme si ju doprogramovať. Jeden prístup predstavuje kompilátor avr-gcc pre procesory AVR. Stačí mať vlastnú implementáciu funkcií putc() a getc() a printf bude fungovať na ľubovoľnom vstupno-výstupnom zariadení.
#define BAUD 9600
#include <avr/io.h>
#include "uart.h"
#include <stdio.h>
...
FILE mystdout = FDEV_SETUP_STREAM(uart_putc, NULL, _FDEV_SETUP_WRITE);
int main(void)
{
uart_init(); // Inicializacia seriovej linky
stdout = &mystdout; // Odteraz funguje printf();
printf("Hello, world!");
return 0;
}
/* ************************************************************************* */
/* FileName : uart.h */
/* ************************************************************************* */
void uart_init( void );
void uart_putc( char c );
char uart_getc( void );
#include <avr/io.h>
#include <util/setbaud.h>
void uart_init( void )
{
UBRR0H = UBRRH_VALUE;
UBRR0L = UBRRL_VALUE;
#if USE_2X
UCSR0A |= _BV(U2X0);
#else
UCSR0A &= ~(_BV(U2X0));
#endif
UCSR0C = _BV(UCSZ01) | _BV(UCSZ00); /* 8-bit data */
UCSR0B = _BV(RXEN0) | _BV(TXEN0); /* Enable RX and TX */
}
void uart_putc(char c)
{
if (c == '\n')
{
uart_putc('\r');
}
loop_until_bit_is_set(UCSR0A, UDRE0); /* Wait until data register empty. */
UDR0 = c;
}
char uart_getc(void) {
loop_until_bit_is_set(UCSR0A, RXC0); /* Wait until data exists. */
return UDR0;
}
Iný prístup je v jazyku C pre procesory ARM, kde je implementácia funkcie printf rozdelená na dve časti: jedna časť je nezávislá od výstupného zariadenia a postará sa o vstupné dáta vrátane ich formátovania, takže máme k dispozícii hotovú postupnosť znakov. Druhá časť, ktorá zabezpečí samotné odostlanie znakov je samozrejme závislá na hardvéri. Akýkoľvek program, ktorý chce funkciu printf využívať, musí zabezpečiť vlastnú implementáciu funkcie print_buf definovanej nasledovne
void print_buf(const char *buf, int n)
Jej vstupom je reťazec (postupnosť) znakov a počet znakov, takže v princípe stačí v jednoduchej slučke poslať znaky na prslušné výstupné zariadenie, v našom prípade na obvod UART. V zložitejšícch aplikáciach na to využijeme služby nejakého operačného systému.
#include "microbian.h"
#include "hardware.h"
#include "serial.h"
#include "lib.h"
#include "accel.h"
static void main(int n)
{
int x, y, z;
timer_delay(1000);
accel_start();
while (1)
{
timer_delay(200);
accel_reading(&x, &y, &z);
printf("%d,%d,%d\n", x, y, z);
}
}
void init(void)
{
serial_init();
timer_init();
i2c_init(I2C_INTERNAL);
start("Main", main, 0, STACK);
}
#include "hardware.h"
void serial_init(void);
void serial_puts(const char *s);
/* Pins to use for serial communication */
#define TX USB_TX
#define RX USB_RX
int txinit; /* UART ready to transmit first char */
/* serial_init -- set up UART connection to host */
void serial_init(void)
{
UART_ENABLE = UART_ENABLE_Disabled;
UART_BAUDRATE = UART_BAUDRATE_9600; /* 9600 baud */
UART_CONFIG = FIELD(UART_CONFIG_PARITY, UART_PARITY_None);
/* format 8N1 */
UART_PSELTXD = TX; /* choose pins */
UART_PSELRXD = RX;
UART_ENABLE = UART_ENABLE_Enabled;
UART_STARTTX = 1;
UART_STARTRX = 1;
UART_RXDRDY = 0;
txinit = 1;
}
/* serial_putc -- send output character */
void serial_putc(char ch)
{
if (! txinit) {
while (! UART_TXDRDY) { }
}
txinit = 0;
UART_TXDRDY = 0;
UART_TXD = ch;
}
/* serial_puts -- send a string character by character */
void serial_puts(const char *s)
{
while (*s != '\0')
serial_putc(*s++);
}
/* Časť súboru hardware.h s definíciami týkajúcimi sa UART rozhrania */
/* UART */
/* Interrupts */
#define UART_INT_RXDRDY 2
#define UART_INT_TXDRDY 7
#define UART_BASE _BASE(0x40002000)
/* Tasks */
#define UART_STARTRX _REG(unsigned, 0x40002000)
#define UART_STARTTX _REG(unsigned, 0x40002008)
/* Events */
#define UART_RXDRDY _REG(unsigned, 0x40002108)
#define UART_TXDRDY _REG(unsigned, 0x4000211c)
/* Registers */
#define UART_INTENSET _REG(unsigned, 0x40002304)
#define UART_INTENCLR _REG(unsigned, 0x40002308)
#define UART_ENABLE _REG(unsigned, 0x40002500)
#define UART_ENABLE_Disabled 0
#define UART_ENABLE_Enabled 4
#define UART_PSELTXD _REG(unsigned, 0x4000250c)
#define UART_PSELRXD _REG(unsigned, 0x40002514)
#define UART_RXD _REG(unsigned, 0x40002518)
#define UART_TXD _REG(unsigned, 0x4000251c)
#define UART_BAUDRATE _REG(unsigned, 0x40002524)
#define UART_BAUDRATE_1200 0x0004f000
#define UART_BAUDRATE_2400 0x0009d000
#define UART_BAUDRATE_4800 0x0013b000
#define UART_BAUDRATE_9600 0x00275000
#define UART_BAUDRATE_14400 0x003af000
#define UART_BAUDRATE_19200 0x004ea000
#define UART_BAUDRATE_28800 0x0075c000
#define UART_BAUDRATE_31250 0x00800000
#define UART_BAUDRATE_38400 0x009d0000
#define UART_BAUDRATE_56000 0x00e50000
#define UART_BAUDRATE_57600 0x00eb0000
#define UART_BAUDRATE_76800 0x013a9000
#define UART_BAUDRATE_115200 0x01d60000
#define UART_BAUDRATE_230400 0x03b00000
#define UART_BAUDRATE_250000 0x04000000
#define UART_BAUDRATE_460800 0x07400000
#define UART_BAUDRATE_921600 0x0f000000
#define UART_BAUDRATE_1M 0x10000000
#define UART_CONFIG _REG(unsigned, 0x4000256c)
#define UART_CONFIG_HWFC __BIT(0)
#define UART_CONFIG_PARITY __FIELD(1, 3)
#define UART_PARITY_None 0
#define UART_PARITY_Even 7
Úlohy:
1. Nájdite v datasheete k procesoru nRF51 adresu registra, ktorým nastavíme prenosovú rýchlosť a zistite akú hodnotu musíme do tohoto registra
zapísať, aby bola rýchlosť 9600 Bd.
2. Nahrajte do micro:bitu už preložený program program01.hex a skúste pomocou programu Terminal zistiť, akou rýchlosťou posiela dáta do počítača.
2. Programovanie vo vyššom programovacom jazyku
Teraz to isté spravíme vo vyššom programovacom jazyku, bude to Python:
from microbit import *
uart.init(baudrate=115200, bits=8, parity=None, stop=1)
while True:
accX = accelerometer.get_x()
uart.write('%d\r\n' % (accX))
sleep(100)
display.set_pixel(1,1,5)
sleep(100)
display.set_pixel(1,1,0)
- Python programovacie prostredie https://python.microbit.org
Úlohy:
1. Zmeňte prenosovú rýchlosť na 9600 Bd, skúste zmeniť aj iné parametre a otestujte ako sa to prejaví na prijímaných dátach.
2. Zobrazte v programe SerialPlot všetky tri osi akcelerometra a predveďte, že meria skutočne aj gravitačné zrýchlenie.
Postup:
- upravte program v Pythone nasledovne:
- program má poslať do PC tri čísla -- zrýchlenie v osi x-, y- a z-. Čísla majú byť oddelené čiarkou a na konci má byť nový riadok ('\r\n').
- program preneste do micro:bitu
- spustite program Terminal, nastavte komunikačné parametre a stlačte Connect - v terminálovom okne by ste mali vidieť prijaté znaky. Ak je formát vyhovujúci, odpojte port (Disconnect) a pokračujte ďalej
- Nastavte parametre pre grafický program SerialPlot. Po spustení programu SerialPlot by ste mali vidieť grafické priebehy.
3. Simulink
No a na záver vyskúšame programovať v prostredí Simulink
Zoznam použitých blokov:
- Instrument Control Toolbox
- Serial Configuration
- Serial Receiver
- Simulink
- ASCII to String
- String to Single
- Scope
Úlohy:
1. Upravte program v pythone tak, aby vysielal len jednu hodnotu avšak ako reťazec konštantnej dĺžky 4 bajty (napr. hodnotu 37 pošle ako 0037) ukončený znakom '\r'.
Blok Serial Receiver totiž nedokáže prijímať rámce s premenlivou dĺžkou.
2. Zostavte simulačnú schému podľa obrázku a predveďte, že dokážete prijímať údaje zo senzora v Simulinku.
3. Doplňte obvod o jednoduchý filter prvého rádu a odfiltrujte zo signálu šum. Porovnajte so simuláciou.
Serial Terminal by Bray
Ukážka práce s Terminalom vrátane správneho nastavenia parametrov
Serial Plotter
