Generovanie kódu z prostredia Matlaba/Simulink

Záverečný projekt predmetu MIPS / LS2025 - Meno Priezvisko

Zadanie

Na platforme Arduino Uno R3 (ATmega328P) implementovať diskrétny filter prvého rádu so spojitou prenosovou funkciou G(s)=K/(T*s+1), K=1[-], T=0,5 [s], so vzorkovacím časom Ts=0,01. Vstupom je jednorazový skok napätia z 0 V na 2,00 V (potenciometer na A0). Výstup má byť v celočíselnej aritmetike (integer), formátovaný ako text "x.yy\n" a odoslaný cez UART0 (115200 Bd). Grafické zobrazenie prechodovej charakteristiky sa vykoná v SerialPlot.

Vývojová doska ACROB.

Literatúra:

• Dokumentácia k doske Acrob
• Vyskúšajte si zmerať reakciu on-line

Analýza a opis riešenia

V tejto časti popíšeme, prečo a ako sme diskrétny filter navrhli, od spojitého modelu až po finálnu integer implementáciu.

1. Spojitý model

• Prenosová funkcia prvého rádu je G(s)=1/(0,5*s+1), čo znamená, že pri skoku vstupu sa výstup exponenciálne približuje k cieľovej hodnote s časovou konštantou T = 0,5 s.

2. Prečo digitálny filter

• Mikrokontrolér ATmega328P pracuje v diskrétnom čase a vyžaduje digitálne spracovanie signálu.

• ADC prevádza analógový signál na čísla, následný filter sa implementuje v kóde ako rozdielová rovnica.

3. Diskretizácia (ZOH)

• Pri vzorkovacom čase Ts = 0,01 [s]: a = exp(–Ts/T) = exp(–0,01/0,5) ≈ 0,98; b = 1 – a ≈ 0,02.

• Rovnica v diskrétnej podobe: y[n] = 0,98*y[n–1] + 0,02*u[n].

4. Integer aproximácia

• Pre rýchle a efektívne výpočty na AVR používame celočíselný zápis: K1 = 98, K2 = 2, deliteľ = 100.

• Riešenie: y[n] = (98*y[n–1] + 2*u[n]) / 100.

5. Mapovanie ADC signálu

• ADC hodnota 0–1023 zodpovedá 0–5 V.

• Pre zobrazenie v stotinách voltu: volt = (adc_val * 500) / 1023, výsledok 0–500.

6. Model v MATLAB/Simulink

Nižšie je zobrazená schéma, ktorú sme vytvorili v Simulinku na simuláciu diskrétneho filtra (vstup , výstup ):

Simulink zapojenie.

Vo vnútri bloku simulink sa nachádza MATLAB Function s implementáciou v integer aritmetike:

simulink

function y = simulink(u)

%#codegen

  persistent y_prev

  if isempty(y_prev)

    y_prev = int32(0);

  end

  % y[n] = (98*y_prev + 2*u) / 100

  y = (98*y_prev + 2*int32(u)) / 100;

  y_prev = y;

end

Tento model sme generátorom kódu premenili na C-knihovne simulink.c a simulink.h.

Algoritmus a program

1. Inicializácia periférií

• init_uart() (uart.c): Nastaví UART0 na 115200 Bd.

• init_adc() (p_f_1.c): ADC0, AVcc referencia, prescaler 128, povolené ADC prerušenie.

• init_timer2() (p_f_1.c): Timer2 CTC, prescaler 1024, OCR2A=156 → prerušenie každých 10 ms.

• sei() (main.c): povolenie globálnych prerušení.

• simulink_init() (simulink.c): vynulovanie vnútorného stavu filtra (y_prev=0)

2. Obsluha prerušení

• Timer2_COMPA_vect (p_f_1.c)

• ADC_vect (p_f_1.c)

3. Hlavná slučka (main.c)

Hlavná slučka beží v nekonečnej slučke while(1) a čaká na príznak new_sample, ktorý sa nastaví v ADC ISR

AVR C-codefilename.h

#include <avr/io.h>

int main(void)
{
  unsigned int measuredValue;

  while (1)
  {
    /*  relax  */  
  }

  return(0);
}

#include <avr/io.h>

void adc_init(void);                                   // A/D converter initialization

unsigned int adc_read(char a_pin);

Pridajte sem aj zbalený kompletný projekt, napríklad takto (použite jednoznačné pomenovanie, nemôžeme mať na serveri 10x zdrojaky.zip:

Zdrojový kód: zdrojaky.zip

Overenie

Ako ste overili funkciu, napríklad... Na používanie našej aplikácie stačia dve tlačítka a postup používania je opísaný v sekcii popis riešenia. Na konci uvádzame fotku hotového zariadenia.

Aplikácia.

Video:

Kľúčové slová 'Category', ktoré sú na konci stránky nemeňte.