Počítadlá a časovače AVR

Pozn:. Tu si môžete stiahnuť novú verziu LCD knižnice http://senzor.robotika.sk/mmp/src/

16-bitové počítadlo a časovač T1 s prerušením

Máte k dispozícii vývojovú dosku Arduino s procesorom ATmega328P (datasheet).

V tejto úlohe sa predpokladá znalosť funkcie časovača T1 z prednášky (datasheet, str.114 -- 141). Procesor je nakonfigurovaný na prácu s externým kryštálovým oscilátorom 16,000 MHz.

Simulátor počítadla

Počítadlo T1

K vývojovej doske pripojíme tlačítko na vstup PD5 (Arduino D5). Schémy zapojenia tu nebudeme opakovať, použijete tie z minulého cvičenia.

Ukážeme si, ako treba nakonfigurovať počítadlo T1, aby registrovalo počet stlačení tohoto tlačítka. Okrem tlačítka (čo nemá veľký praktický význam) môžeme počítať napr. počet impulzov z nejakého snímača za pevnú periódu a tým zistiť frekvenciu, alebo počítať kroky z inkrementálneho snímača a zistiť tak polohu pohonu, alebo počítať napr. počet výrobkov, ktoré prepadli cez optickú závoru. Zároveň budeme tlačítkom ovládať zabudovanú LED diódu aby ste videli, že vstupy sú skutočne multifunkčné.

Okrem toho si zobrazíme aktuálny stav tlačítka (0/1) a stav počítadla TCNT1 v hexadecimálnom tvare.

Na prvom obrázku je časť vnútornej štruktúry počítadla a časovača T1. Ako vidno, konfigurácia do režimu počítania impulzov z externého vstupu spočíva len v nastavení príslušných bitov v registri TCCR1B. Ostatné bity a konfiguračné registre si zatiaľ nebudeme všímať.

Na druhom obrázku vidno, že nastavenie sa vykoná spodnými troma bitmi registra TCCR1B. Žiadne ďalšie nastavenie v tejto chvíli nie je potrebné. Môžeme však pre istotu vynulovať aj register počítadla TCNT1.

Verzia LCDVerzia UART

#define F_CPU 16000000UL

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include "lcd_ch.h"             // using our LCD library

#define LED1 PB5                // internal LED
#define SW1  PD5                // pushbutton on PD5 (Arduino D5)

int main(void)
{
	  char riadok[]= {"                "};	
	  int value = 0;
	  
	   DDRB |= (1<<LED1);       // PORTB: LED1 na PB5  je output

	   DDRD &= ~(1<<SW1);       // PORTD: SW2 (PD5) input
      PORTD |=  (1<<SW1);       //                  pull-up ON
      TCNT1 = 0x0000;           // initialize (CLEAR) counter 
     TCCR1B = 0b00000111;             // T1 clk = external clock source on pin T1, rising edge
									
    /* initialize LCD display */
    ini_ports();
    lcd_init();
	
	lcd_puts("-Button counter-");        
    
    while(1)
    {
         /* test the switch first */
  	 
	 if ( PIND&(1<<SW1) )
	  { value = 1; 
		PORTB &= !(1<<LED1);  }
	 else 
	  { value = 0;
        PORTB |= (1<<LED1);	  }

	 lcd_command(0xC0 + 0);	// a vrátime kurzor na začiatok 2. riadku (0b1000 0000 + 40 + 0)	 
	 sprintf(riadok,"D5: %d TCNT: %04X",value,TCNT1);    // vytvoríme kombinovaný text
     lcd_puts(riadok);          // zobrazíme ho na displeji
     

    }
	
 return(0);
 
}

#define BAUD 9600

#include <avr/io.h>
#include <stdio.h>
#include "uart.h"

#define LED1 PB5                // internal LED
#define SW1  PD5                // pushbutton on PD5 (Arduino D5)

FILE mystdout = FDEV_SETUP_STREAM(uart_putc, NULL, _FDEV_SETUP_WRITE);

int main(void)
{
  int value = 0;
	  
	   DDRB |= (1<<LED1);       // PORTB: LED1 na PB5  je output

	   DDRD &= ~(1<<SW1);       // PORTD: SW2 (PD5) input
      PORTD |=  (1<<SW1);       //                  pull-up ON
      TCNT1 = 0x0000;           // initialize (CLEAR) counter 
     TCCR1B = 0b00000111;             // T1 clk = external clock source on pin T1, rising edge	

  uart_init();                  // Inicializacia seriovej linky
  stdout = &mystdout;           // Odteraz funguje printf();

  printf("\n-Button counter-\n\n");

    while(1)
    {
         /* test the switch first */
  	 
	 if ( PIND&(1<<SW1) )
	  { value = 1; 
		PORTB &= !(1<<LED1);  }
	 else 
	  { value = 0;
        PORTB |= (1<<LED1);	  }

	 printf("D5: %d TCNT: %04X\r",value,TCNT1);    // vytvoríme kombinovaný text
     
    }
	
 return(0);
}

Úloha: pripočíta počítadlo naozaj vždy len jeden impulz pri stlačení tlačítka? Ak áno, prečo? Ak nie, prečo?

Overflow / pretečenie

Aby sme nemuseli stlačiť tlačidlo 65 535 krát, trocha si to uľahčíme. Nasledovný výsek programu nastaví počítadlo na 5 impulzov pred pretečení, t.j. (0xFFFF - 5) a potom sleduje v hlavnej slučke, kedy nastane pretečenie. Počítadlo stále počíta impulzy, ktoré mu dávame externým signálom na T1, čiže tlačítkom.

Pokúsime sa program zmeniť tak, aby namiesto zobrazenia stavu pinu D5 zobrazoval stav príznaku pretečenia počítadla TOV1 (Timer1 Overflow) v registri TIFR1.

AVR-GCC

    /* tento riadok treba pridať do inicializačnej časti programu */
  
         TCNT1 = 0xFFFA;                // initialize (CLEAR) counter 


    /* a tento kus programu zaradiť do hlavnej slučky while(1) */


        /* test the overflow bit */

        if ( (TIFR1 & 0x01) == 0x01)    // If the overflow flag is set
         { 
           TCNT1 = 0x????;              // Restart T/C1 - reload
           TIFR1 = 0x01;                // Clear the overflow flag
         }
       
     
    /* a napokon vymeniť riadok s výpisom za nasledovný */

        printf("TO: %d TCNT: %04X\r",TIFR1,TCNT1);    // zobrazíme TOF a TCNT

Úloha: Čo sa stane, ak príznak pretečenia nevynulujete? Prečo?

Časovač T1

Zdroj hodín a preddelička je nakreslená na nasledovnom obrázku

Voľba vstupov pre počítadlo.

Ako vidno z obrázku s vnútornou štruktúrou časovača, prechod z režimu počítania do časovania je opäť možný jednoduchou zmenou posledných troch bitov v registri TCCR1B. Skúste zmeniť nasledovný riadok v predošlom programe tak, aby zdrojom hodín časovača bol oscilátor procesora. Ak chceme sledovať zmeny voľným okom, musíme frekvenciu oscilátora 16 MHz znížiť preddeličkou na čo najnižšiu hodnotu.

  TCCR1B = 0b00000101;             // T1 clk = internal clock source, prescaler 1:1024

Overte, že tlačidlo aj naďalej bude fungovať, ale už nemá žiaden vplyv na stav počítadla TCNT1.

Teraz už máme pripravené všetko potrebné na to, aby sme vedeli riadiť frekvenciu blikania LED diódy pomocou časovača T1. V hlavnej programovej slučke budeme testovať príznak pretečenia TOV1 a v prípade, že časovač pretečie, tak zmeníme stav LED diódy. Aby sa to opakovalo a táto situácia nenastala len raz, znova naplníme register TCNT1 inicializačnou hodnotou a vynulujeme príznak pretečenia (ten sa nevynuluje sám od seba, ale robí sa to pomerne neintuitívne tak, že do registra TIFR1 zapíšeme na pozíciu TOV1 log. 1 - čiže ako by sme ten príznak prepísaním jednotkou vymazali).

      if ( (TIFR1 & (1<<TOV1)) == 0x01 )
      {
        PORTB = PORTB ^ (1<<LED1);    // toggle LED1  	   
        TCNT1 = 0x8000;               // initialize counter napr. 8000 hex
        TIFR1 = (1<<TOV1);            // zapisom jednotky vynulujem priznak Timer Overflow		   
      }	   
	  
      /* znova si zobrazime aktualne hodnoty */

      printf("TF: %d TCNT: %04X\r",(TIFR1 & (1<<TOV1)),TCNT1);

Čo sa zmení, ak príznak pretečenia nevynulujete? Ak sa vám nezobrazí správna hodnota príznaku, upravte program tak, aby to fungovalo správne.

Úlohy

1. Vypočítajte správnu hodnotu TCNT1 tak, aby LED blikala s frekvenciou 1 s. Overte!

Cvičenie pokračuje druhou časťou...

Informácie

Literatúra

• AVR130: Setup and Use of AVR Timers Atmel Application Note. 2016
• Newbie's Guide to AVR Timers
• The traps when using interrupts
• Ako používať časovače v AVR C
• Prednáška o prerušeniach (Ing. Chamraz)

Odkazy

• Knižnica pre Arduino: http://www.arduino.cc/playground/Code/Timer1