Schaeffler FPGA: Rozdiel medzi revíziami
Zo stránky SensorWiki
Bez shrnutí editace |
Bez shrnutí editace |
||
Riadok 16: | Riadok 16: | ||
== Naštudujte si funkciu H-mostíka a enkodéra DC motora == | == 1. Naštudujte si funkciu H-mostíka a enkodéra DC motora == | ||
Riadok 39: | Riadok 39: | ||
<br><br> | <br><br> | ||
== | == 2. Navrhnite hardvér procesora s perifériami. == | ||
Riadok 62: | Riadok 62: | ||
* Vložte do návrhu časovač AXI Timer, pripojte na vstupy časovača capturetrig0 a capturetrig1 výstupy z enkodéra JA2 a JA3, ktoré vytvoríte pravým kliknutím na vstupný port IP jadra a následne zvolíte Make External. Výstup IP bloku interrupt pripojte na radič prerušení. | * Vložte do návrhu časovač AXI Timer, pripojte na vstupy časovača capturetrig0 a capturetrig1 výstupy z enkodéra JA2 a JA3, ktoré vytvoríte pravým kliknutím na vstupný port IP jadra a následne zvolíte Make External. Výstup IP bloku interrupt pripojte na radič prerušení. | ||
[[Súbor:Vivado9.png]] | <center>[[Súbor:Vivado9.png|center]]</center> | ||
* Vložte do návrhu ďalší časovač, ktorý bude tentokrát slúžiť na generovanie PWM signálu, na výstup pwm0 pripojte RGB1_Green a port JA0. Na port JA1 pripojíme konštantu 0 tak, aby sa motor mohol otáčať len jedným smerom. V tomto prípade interrupt pripájať nie je potrebné. | * Vložte do návrhu ďalší časovač, ktorý bude tentokrát slúžiť na generovanie PWM signálu, na výstup pwm0 pripojte RGB1_Green a port JA0. Na port JA1 pripojíme konštantu 0 tak, aby sa motor mohol otáčať len jedným smerom. V tomto prípade interrupt pripájať nie je potrebné. | ||
Riadok 83: | Riadok 83: | ||
[[Súbor:Vivado14.png]] | [[Súbor:Vivado14.png]] | ||
== 3. Navrhnite a otestujte softvér pre procesor na obsluhu PWM a enkodéra motora == | |||
* V programe vytvorte nový aplikačný projekt na základe šablóny Hello World a otestujte jeho funkčnosť. Súbor helloworld.c premenujte na main.c. | |||
* Importujte do projektu súbory periph.h a periph.c a analyzujte ich obsah | |||
* Pridajte do hlavného súboru main.c, | |||
** knižnice, direktívy a globálne premenné | |||
** Prototypy pre funkcie na obsluhu prerušení | |||
<source lang="c"> | |||
#include <stdio.h> | |||
#include "platform.h" | |||
#include "xil_printf.h" | |||
#include "xtmrctr.h" | |||
#include "xintc.h" | |||
#include "Seven_segment_display_driver.h" | |||
#include "xgpio.h" | |||
#include "periph.h" | |||
#define PWM_PERIOD 500000 // PWM perioda 500 us | |||
#define ENCODER_DEVICE_ID XPAR_TMRCTR_0_DEVICE_ID // ID encoder | |||
#define PWM_DEVICE_ID XPAR_TMRCTR_1_DEVICE_ID // ID pre pwm | |||
#define TIMER_DEVICE_ID XPAR_TMRCTR_2_DEVICE_ID // ID pre timer | |||
#define GPIO_BUTTONS_DEVICE_ID XPAR_AXI_GPIO_0_DEVICE_ID //ID gpio periferie | |||
#define INTC_DEVICE_ID XPAR_INTC_0_DEVICE_ID // ID radica preruseni | |||
#define ENCODER_INTERRUPT_ID XPAR_INTC_0_TMRCTR_0_VEC_ID //ID prerusenia encodera | |||
#define GPIO_INTERRUPT_ID XPAR_INTC_0_GPIO_0_VEC_ID //ID prerisenia gpio | |||
#define TIMER_INTERRUPT_ID XPAR_INTC_0_TMRCTR_2_VEC_ID //ID prerusenia timer | |||
#define COUNTER_INIT_VAL 0 | |||
#define DISP_DRV_BASE_ADDR XPAR_SEVEN_SEGMENT_DISPLA_0_S00_AXI_BASEADDR | |||
#define TIMER_INTERVAL 10000000 // perioda | |||
XTmrCtr TimerEncoder; /* 0 The instance of the Timer for Encoder */ | |||
XTmrCtr TimerPWM; /* 1 The instance of the Timer for PWM */ | |||
XTmrCtr TimerController; /* 2 The instance of the Timer for periodic events */ | |||
XIntc InterruptController; /* The instance of the Interrupt Controller */ | |||
XGpio Buttons; | |||
int DutyCycle; | |||
u32 Period; | |||
u32 HighTime; | |||
u8 Div; | |||
volatile float rpm; // Speed of DC Motor | |||
volatile int time; // time period of last impulse from motor encoder probe A | |||
static u16 GlobalIntrMask; // GPIO channel mask that is needed by the Interrupt Handler | |||
u32 ControllerPeriod; | |||
u32 soft_counter; | |||
static void TimerEncoderHandler(void *CallBackRef, u8 TmrCtrNumber); | |||
static void GpioHandler(void *CallbackRef); | |||
static void TimerControllerHandler(void *CallBackRef, u8 TmrCtrNumber); | |||
</source> | |||
* definície funkcií pre obsluhu prerušení | |||
<tabs> | |||
<tab name="Obsluha pre tlačidlá"> | |||
<source lang="c" style="background: LightYellow;"> | |||
void GpioHandler(void *CallbackRef) { | |||
XGpio *GpioPtr = (XGpio *) CallbackRef; | |||
int val = XGpio_DiscreteRead(&Buttons, 1); | |||
//button is pressed | |||
if (val != 0x0) { | |||
if ((val == 0x1) && (Div < 10)) { | |||
Div++; | |||
} else if ((val == 0x4) && (Div > 0)) { | |||
Div--; | |||
} | |||
float DivF = (float) Div / 10; | |||
HighTime = PWM_PERIOD * DivF; | |||
if (Div > 9) { | |||
HighTime = PWM_PERIOD - 10; | |||
} else if (Div == 0) { | |||
HighTime = PWM_PERIOD; | |||
} | |||
//xil_printf("Duty is %d0 %% \n", Div); | |||
XTmrCtr_PwmDisable(&TimerPWM); | |||
DutyCycle = XTmrCtr_PwmConfigure(&TimerPWM, Period, HighTime); | |||
/* Enable PWM */ | |||
XTmrCtr_PwmEnable(&TimerPWM); | |||
} | |||
/* Clear the Interrupt */ | |||
XGpio_InterruptClear(GpioPtr, GlobalIntrMask); | |||
} | |||
</source></tab> | |||
<tab name="Obsluha pre časovač enkodéra"> | |||
<source lang="c" style="background: LightBlue;"> | |||
void TimerEncoderHandler(void *CallBackRef, u8 TmrCtrNumber) { | |||
XTmrCtr *InstancePtr = (XTmrCtr *) CallBackRef; | |||
time = XTmrCtr_GetCaptureValue(InstancePtr, TmrCtrNumber); | |||
XTmrCtr_SetResetValue(InstancePtr, TmrCtrNumber, RESET_VALUE); | |||
XTmrCtr_Reset(InstancePtr, TmrCtrNumber); | |||
rpm = 105263179 / time; | |||
soft_counter++; | |||
} | |||
</source></tab> | |||
<tab name="Obsluha pre časovač pravidelných udalostí"> | |||
<source lang="c" style="background: LightBlue;"> | |||
void TimerControllerHandler(void *CallBackRef, u8 TmrCtrNumber) { | |||
XTmrCtr *InstancePtr = (XTmrCtr *) CallBackRef; | |||
int irpm = (int) rpm; | |||
float crpm = ((soft_counter * 60 ) / (19 * 3))*(100000000/TIMER_INTERVAL); | |||
int icrpm = (int) crpm; | |||
xil_printf("%d,",Div*10); | |||
xil_printf("%d,",irpm); | |||
xil_printf("%d\n",icrpm); | |||
soft_counter = 0; | |||
SEVEN_SEGMENT_DISPLAY_DRIVER_mWriteReg(DISP_DRV_BASE_ADDR, 0x0, irpm); // | |||
} | |||
</source></tab> | |||
</tabs> | |||
* Vo funkcií main() inicialuzujte periférie pomocou importovanej knižnice periph.h | |||
<source lang="c"> | |||
Period = PWM_PERIOD; | |||
ControllerPeriod = TIMER_INTERVAL; | |||
soft_counter = 0; | |||
timer_pwm_init(&TimerPWM, PWM_DEVICE_ID, Period); | |||
timer_encoder_init(&TimerEncoder, &InterruptController, TimerEncoderHandler, | |||
ENCODER_DEVICE_ID, INTC_DEVICE_ID, ENCODER_INTERRUPT_ID, | |||
COUNTER_INIT_VAL); | |||
timer_contoller_init(&TimerController, &InterruptController, | |||
TimerControllerHandler, | |||
TIMER_DEVICE_ID, INTC_DEVICE_ID, TIMER_INTERRUPT_ID, | |||
COUNTER_INIT_VAL, ControllerPeriod); | |||
init_gpio(&Buttons, GPIO_BUTTONS_DEVICE_ID, 0x1, 0x1); | |||
init_gpio_intr(&Buttons, &InterruptController, | |||
(Xil_ExceptionHandler) GpioHandler, GPIO_BUTTONS_DEVICE_ID, | |||
INTC_DEVICE_ID, GPIO_INTERRUPT_ID, &GlobalIntrMask); | |||
</source> | |||
Riadok 94: | Riadok 246: | ||
* Externé: [https://senzor.robotika.sk/mmp/nRF51_RM_v3.0.pdf nRF51 Series Reference Manual] (Version 3.0) | * Externé: [https://senzor.robotika.sk/mmp/nRF51_RM_v3.0.pdf nRF51 Series Reference Manual] (Version 3.0) | ||
Obrázok vložíš takto: | Obrázok vložíš takto: |
Verzia z 15:13, 27. november 2023
Modelovanie vnoreného systému na čipe FPGA - praktická časť
Cieľom praktického cvičenia je navrhnúť hardvér a softvér pre vnorený mikropočítačový systém, využívajúci soft-core procesor MicroBlaze. Úlohou systému bude ovládať rýchlosť jednosmerného motora pomocou pulznej šírkovej modulácie (PWM) v otvorenej slučke. Procesor bude zaznamenávať signály z enkodéra motora a na základe týchto signálov vyhodnocovať uhlovú rýchlosť motora v jednotkách otáčok za minútu (ot/min).
Úlohy
- Naštudujte si funkciu H-mostíka a enkodéra DC motora
- Navrhnite hardvér procesora s perifériami.
- Navrhnite a otestujte softvér pre procesor na obsluhu PWM a enkodéra motora.
- Overte ovládanie a snímanie uhlovej rýchlosti DC motora pomocou experimentu.
1. Naštudujte si funkciu H-mostíka a enkodéra DC motora
H-mostík
H-mostík je elektronický obvod používaný na riadenie smeru a veľkosti prúdu, ktorý tečie cez záťaž. Pozostáva z štyroch tranzistorov a vytvára tak kruhovú sústavu, ktorá dokáže meniť polaritu prúdu prechádzajúceho cez záťaž. Táto vlastnosť umožňuje použitie H-mostíka v rôznych aplikáciách, ako napríklad pri riadení motora, serva alebo pri riadení intenzity svetla LED. H-mostíky sú kľúčovými súčasťami v mnohých robotických aplikáciách a elektrotechnických projektov, kde umožňujú presné a účinné riadenie výkonu.
Pmod DHB1 je dvojkanálový H-mostík, ktorý dokáže ovládať 2 DC motory, je pripojiteľný pomocou konektoru Pmod. Pin EN1 môže byť realizovaný ako PWM signál, pri plnej striede (Duty) sa motor bude točiť maximálnou rýchlosťou. Pomocou DIR1 sa určí smer otáčania motora. Signály S1A a S1B slúžia ako výstupy z enkodéra, pomocou ktorých bude snímať rýchlosť otáčania motora. Viac informácií o H-mostíku nájdete na stránke výrobcu
Inkrementálny enkodér DC motora
Enkodér motora je senzor, ktorý slúži na zisťovanie otáčok a polohy rotujúceho prvku motora. Enkodéry môžu byť absolútne alebo inkrementálne. Inkrementálne enkodéry merajú zmenu polohy rotujúceho prvku vzhľadom k svojej východiskovej polohy. Absolútne enkodéry dokážu zistiť aktuálnu polohu rotujúceho prvku bez ohľadu na jeho predchádzajúce polohy.
V našej aplikácií budeme využívať magnetický inkrementálny enkodér s dvoma halovými sondami. Zmenu magnetického poľa vytvára kotúč s troma magnetmi. Halova sonda tak zaznamená tri nábežné hrany na otáčku motora. Pri výpočte treba započítať aj prevodový pomer planétovej prevodovky motora, ktorý je 1:19. Hriadeľ motora za prevodovkou otáča 19x pomalšie ako motor.
- V programe Vivado otvorte projekt umiestnený v adresári C:\skolenie\VIVADO\embedded_system_design.
- Vytvorte základnú štruktúru procesora microblaze s prerušeniami, ktorý pripojte na hodinový a reset signál. Použite pomocný nástroj Run Block Automation a nakonfigurujte procesor
![](/sensorwiki/images/thumb/7/76/Vivado4.png/600px-Vivado4.png)
![](/sensorwiki/images/thumb/2/22/Vivado5.png/800px-Vivado5.png)
- Vytvorte hardvér pre UART komunikáciu, pripojte aj prerušenie na vstupný blok radiča prerušení. Výsledné zapojenie porovnajte s referenčným návrhom.
- Vložte do návrhu časovač AXI Timer, pripojte na vstupy časovača capturetrig0 a capturetrig1 výstupy z enkodéra JA2 a JA3, ktoré vytvoríte pravým kliknutím na vstupný port IP jadra a následne zvolíte Make External. Výstup IP bloku interrupt pripojte na radič prerušení.
![](/sensorwiki/images/e/e7/Vivado9.png)
- Vložte do návrhu ďalší časovač, ktorý bude tentokrát slúžiť na generovanie PWM signálu, na výstup pwm0 pripojte RGB1_Green a port JA0. Na port JA1 pripojíme konštantu 0 tak, aby sa motor mohol otáčať len jedným smerom. V tomto prípade interrupt pripájať nie je potrebné.
- Otvorte IP Catalog pridajte nový repozitár vlastných IP blokov, ktorý sa nachádza v priečinku školských počítačov C:\vmsm\ip_repo. Importujte do návrhu IP blok s názvom Seven_segment_display_driver. Vytvorte externé porty an a seg a pripojte ich k IP bloku. Následne pripojte IP blok na AXI zbernicu.
- Importujte do hardvérového návrhu obsluhu tlačidiel použitím AXI GPIO bloku
- Importujte do hardvérového návrhu timer, pomocou ktorého budeme vyvolávať pravidelne sa opakujúce udalosti, napr. diskrétny PID regulátor
- Overte si celkový dizajn s obrázkom alebo pdf. Vygenerujte HDL wrapper a bitstream, ktorý následne vyexportujte pre softvér Xilinx SDK.
- V programe vytvorte nový aplikačný projekt na základe šablóny Hello World a otestujte jeho funkčnosť. Súbor helloworld.c premenujte na main.c.
- Importujte do projektu súbory periph.h a periph.c a analyzujte ich obsah
- Pridajte do hlavného súboru main.c,
- knižnice, direktívy a globálne premenné
- Prototypy pre funkcie na obsluhu prerušení
#include <stdio.h>
#include "platform.h"
#include "xil_printf.h"
#include "xtmrctr.h"
#include "xintc.h"
#include "Seven_segment_display_driver.h"
#include "xgpio.h"
#include "periph.h"
#define PWM_PERIOD 500000 // PWM perioda 500 us
#define ENCODER_DEVICE_ID XPAR_TMRCTR_0_DEVICE_ID // ID encoder
#define PWM_DEVICE_ID XPAR_TMRCTR_1_DEVICE_ID // ID pre pwm
#define TIMER_DEVICE_ID XPAR_TMRCTR_2_DEVICE_ID // ID pre timer
#define GPIO_BUTTONS_DEVICE_ID XPAR_AXI_GPIO_0_DEVICE_ID //ID gpio periferie
#define INTC_DEVICE_ID XPAR_INTC_0_DEVICE_ID // ID radica preruseni
#define ENCODER_INTERRUPT_ID XPAR_INTC_0_TMRCTR_0_VEC_ID //ID prerusenia encodera
#define GPIO_INTERRUPT_ID XPAR_INTC_0_GPIO_0_VEC_ID //ID prerisenia gpio
#define TIMER_INTERRUPT_ID XPAR_INTC_0_TMRCTR_2_VEC_ID //ID prerusenia timer
#define COUNTER_INIT_VAL 0
#define DISP_DRV_BASE_ADDR XPAR_SEVEN_SEGMENT_DISPLA_0_S00_AXI_BASEADDR
#define TIMER_INTERVAL 10000000 // perioda
XTmrCtr TimerEncoder; /* 0 The instance of the Timer for Encoder */
XTmrCtr TimerPWM; /* 1 The instance of the Timer for PWM */
XTmrCtr TimerController; /* 2 The instance of the Timer for periodic events */
XIntc InterruptController; /* The instance of the Interrupt Controller */
XGpio Buttons;
int DutyCycle;
u32 Period;
u32 HighTime;
u8 Div;
volatile float rpm; // Speed of DC Motor
volatile int time; // time period of last impulse from motor encoder probe A
static u16 GlobalIntrMask; // GPIO channel mask that is needed by the Interrupt Handler
u32 ControllerPeriod;
u32 soft_counter;
static void TimerEncoderHandler(void *CallBackRef, u8 TmrCtrNumber);
static void GpioHandler(void *CallbackRef);
static void TimerControllerHandler(void *CallBackRef, u8 TmrCtrNumber);
- definície funkcií pre obsluhu prerušení
void GpioHandler(void *CallbackRef) {
XGpio *GpioPtr = (XGpio *) CallbackRef;
int val = XGpio_DiscreteRead(&Buttons, 1);
//button is pressed
if (val != 0x0) {
if ((val == 0x1) && (Div < 10)) {
Div++;
} else if ((val == 0x4) && (Div > 0)) {
Div--;
}
float DivF = (float) Div / 10;
HighTime = PWM_PERIOD * DivF;
if (Div > 9) {
HighTime = PWM_PERIOD - 10;
} else if (Div == 0) {
HighTime = PWM_PERIOD;
}
//xil_printf("Duty is %d0 %% \n", Div);
XTmrCtr_PwmDisable(&TimerPWM);
DutyCycle = XTmrCtr_PwmConfigure(&TimerPWM, Period, HighTime);
/* Enable PWM */
XTmrCtr_PwmEnable(&TimerPWM);
}
/* Clear the Interrupt */
XGpio_InterruptClear(GpioPtr, GlobalIntrMask);
}
void TimerEncoderHandler(void *CallBackRef, u8 TmrCtrNumber) {
XTmrCtr *InstancePtr = (XTmrCtr *) CallBackRef;
time = XTmrCtr_GetCaptureValue(InstancePtr, TmrCtrNumber);
XTmrCtr_SetResetValue(InstancePtr, TmrCtrNumber, RESET_VALUE);
XTmrCtr_Reset(InstancePtr, TmrCtrNumber);
rpm = 105263179 / time;
soft_counter++;
}
void TimerControllerHandler(void *CallBackRef, u8 TmrCtrNumber) {
XTmrCtr *InstancePtr = (XTmrCtr *) CallBackRef;
int irpm = (int) rpm;
float crpm = ((soft_counter * 60 ) / (19 * 3))*(100000000/TIMER_INTERVAL);
int icrpm = (int) crpm;
xil_printf("%d,",Div*10);
xil_printf("%d,",irpm);
xil_printf("%d\n",icrpm);
soft_counter = 0;
SEVEN_SEGMENT_DISPLAY_DRIVER_mWriteReg(DISP_DRV_BASE_ADDR, 0x0, irpm); //
}
- Vo funkcií main() inicialuzujte periférie pomocou importovanej knižnice periph.h
Period = PWM_PERIOD;
ControllerPeriod = TIMER_INTERVAL;
soft_counter = 0;
timer_pwm_init(&TimerPWM, PWM_DEVICE_ID, Period);
timer_encoder_init(&TimerEncoder, &InterruptController, TimerEncoderHandler,
ENCODER_DEVICE_ID, INTC_DEVICE_ID, ENCODER_INTERRUPT_ID,
COUNTER_INIT_VAL);
timer_contoller_init(&TimerController, &InterruptController,
TimerControllerHandler,
TIMER_DEVICE_ID, INTC_DEVICE_ID, TIMER_INTERRUPT_ID,
COUNTER_INIT_VAL, ControllerPeriod);
init_gpio(&Buttons, GPIO_BUTTONS_DEVICE_ID, 0x1, 0x1);
init_gpio_intr(&Buttons, &InterruptController,
(Xil_ExceptionHandler) GpioHandler, GPIO_BUTTONS_DEVICE_ID,
INTC_DEVICE_ID, GPIO_INTERRUPT_ID, &GlobalIntrMask);
Takto sa sem píše obyčajný text.
Takto tučný, takto kurzíva.
Linky:
- Interné: Schaeffler Modul 3A
- Externé: nRF51 Series Reference Manual (Version 3.0)
Obrázok vložíš takto:
všimni si, že je nektívny a treba ho potom nahrať kliknutím na odkaz.
Takto sa vkladajú jednoduché zdrojáky:
Q <= tmp;
QBAR <= not tmp;
Alebo aj takto cez záložky ak to má viac súborov:
library ieee;
use ieee. std_logic_1164.all;
use ieee. std_logic_arith.all;
use ieee. std_logic_unsigned.all;
entity SR_FF is
PORT( S,R,CLOCK: in std_logic;
Q, QBAR: out std_logic);
end SR_FF;
Architecture behavioral of SR_FF is
begin
PROCESS(CLOCK)
variable tmp: std_logic;
begin
if(CLOCK='1' and CLOCK'EVENT) then
if(S='0' and R='0')then
tmp:=tmp;
elsif(S='1' and R='1')then
tmp:='Z';
elsif(S='0' and R='1')then
tmp:='0';
else
tmp:='1';
end if;
end if;
Q <= tmp;
QBAR <= not tmp;
end PROCESS;
end behavioral;
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)
A takto kľučové slová