Zobrazenie zdroja stránky Senzor farieb TCS230

Záverečný projekt predmetu MIPS / LS2023 - '''Tomáš Bečvarov'''


== Zadanie ==

[https://techfun.sk/produkt/senzor-farby-tcs230/ Senzor farieb] - naprogramujte senzor na rozpoznávanie jednotlivých farieb, zobrazenie na LCD displej.

Chceme dosiahnúť toho, aby sme vedeli rozoznávať rôzne farby za pomocy senzora TCS230. 


'''Literatúra:''' 
* [http://ap.urpi.fei.stuba.sk/sensorwiki/index.php/Acrob_technical_description Dokumentácia k doske Acrob]
* [https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/96470/ETC/TCS230.html Dokumentácia k senzoru TCS230]


__TOC__

== Analýza  a opis riešenia ==

Senzor pracuje na takom princípe, že keď ho zapojíme do vývojovej dosky, tak bude naspäť posielať obdĺžnikový signál, ktorého frekvencia je priamo úmerná intenzite svetla. Senzor má 64 fotodiód, z čoho 16 má červený filter, 16 má zelený filter, 16 ma modrý filter a 16 má čistích, teda bez filtru. Tieto filtre dokážeme nastavovať pomocou pinov S2 a S3 (S2 -> log.0 a S3 -> log.0 = červený filter, atď). Takže nám stačí nastaviť filter na určitú frabu a potom stačí zmerať frekvenciu zo senzora. Na meranie frekvencii sme použili počítadlo 1 (TIMER1), čo je 16 bitové počítadlo, ktorým sme merali čas od dobežnej hrany po nábežnú a keď sme tým podelili polovicu frekvencie kryštálu (polovicu preto, lebo sme merali iba pól periódu, pretože ten signál ma 50% duty), tak dostaneme výslednú frekvenciu pri danom filtri. Potom to už len zobrazíme na LCD displaj.

[[Súbor:TCS230.jpg|400px|thumb|center|TCS230 senzor farieb.]]

Schéma zapojenia LCD displeja.

[[Súbor:MIPS lcdDemoSchema01.png|400px|thumb|center|Schéma zapojenia LCD displeja.]]

Schéma zapojenia senzora TCS230.

[[Súbor:SchemazapojeniasenzoraTCS230.png|400px|thumb|center| Schéma zapojenia senzora TCS230.]]

=== Algoritmus a program ===

Algoritmus programu je....


<tabs>
<tab name="AVR C-code"><source lang="c++" style="background: LightYellow;">
#include <avr/io.h>

#include <avr/io.h>
#include <stdio.h>
#define F_CPU 16000000UL
#include <util/delay.h>
#include "lcd_ch.h"

#define LCD_CLR 0      // DB0: Vyčistenie displeja
#define LCD_CTRL_PORT DDRD
#define LCD_DATA_PORT DDRB

#define LCD_RS_pin 2	// Zadefinovanie pinov LCD displaja
#define LCD_RW_pin 3
#define LCD_EN_pin 4

#define LCD_D4_pin 1
#define LCD_D5_pin 2
#define LCD_D6_pin 3
#define LCD_D7_pin 4

#define S0_PIN  PD5		// Zadefinovanie pinov snímača
#define S1_PIN  PD6
#define S2_PIN  PD7
#define S3_PIN  PB0
#define OUT_PIN  PB5

void setup() 
{
    //LCD:
	DDRD |= (1<<LCD_EN_pin);	// Pin D4 (Enable)  PORTD  výstup  
	DDRD |= (1<<LCD_RW_pin);	// Pin D3 (RW)      PORTD  výstup  
	DDRD |= (1<<LCD_RS_pin);	// Pin D2 (RS)      PORTD  výstup  
	
	LCD_DATA_PORT |= (1<<LCD_D4_pin)|(1<<LCD_D5_pin)|(1<<LCD_D6_pin)|(1<<LCD_D7_pin);	// Piny 1,2,3,4, PORTB ako výstupy (Dáta pre display)
	
	//Snimac:
	DDRD |= (1 << S0_PIN) | (1 << S1_PIN) | (1 << S2_PIN);   // Nastavenie pinov S0, S1 a S2 ako výstupy
	DDRB |= (1 << S3_PIN);		// Nastavenie S3 ako výstup
    DDRB &= ~(1 << OUT_PIN);	// Nastavenie pinu OUT ako vstup

    // Nastavenie frekvenčnej škály na 2%
    PORTD &= ~(1 << S0_PIN);   // S0: 0
    PORTD |= (1 << S1_PIN);    // S1: 1
}

uint16_t TCSMeasure()
{
   if(!(PINB & (1 << OUT_PIN)))		// 
   {
      while(!(PINB & (1 << OUT_PIN)));   //Čakanie na nábežnú hranu  
   }

   while(PINB & (1 << OUT_PIN));   //Čakanie na dobežnú hranu

   TCNT1=0x0000;	//Resetovanie počítadla

   TCCR1B=(1<<CS10);	//Nastavenie predeličky = F_CPU/1 (začiatok počítania)

   while(!(PINB & (1 << OUT_PIN)));   //Čakanie na nábežnú hranu

   TCCR1B=0x00;		//Zastavenie počítadla

   return ((float)8000000UL/TCNT1);     //Vrátenie nameranej frekvenice

}

long map(long x, long in_min, long in_max, long out_min, long out_max)		//Funkcia map na kalibráciu snímača
{
  return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min;		//(premenná, najmenšia daná hodnota, najväčšia daná hodnota, najmenšia požadovaná hodnota, najväčšia požadovaná hodnota)
}


int main(void) 
{  
	setup();	// iniciácia nastavenia vstupov
	
	lcd_init();  // iniciácia LCD

	void lcd_puts(const char *s)	// funkcia na použivanie puts
	{
		register unsigned char c;
		while((c = *s++))
			lcd_data(c);
	}	

	char vysledokR[  ]={  };	// nastavenie premenných na zapisovanie hodnôt
	char vysledokG[  ]={  };
	char vysledokB[  ]={  };
		
    while(1)
	{
		lcd_command(1 <<  LCD_CLR);		// vyčistenie displaja
		lcd_command(0b00001100);	//odstranenie kurzora
		lcd_command(0x80);		// nastavenie na prvý riadok
		lcd_puts("Namerana farba:");	//Napiseme do prveho riadku
		
		PORTD &= ~(1 << S2_PIN);	//Nastavenie červeného filtra
		PORTB &= ~(1 << S3_PIN);

		unsigned int hodnotaR = TCSMeasure();	//Uloženie nameranej hodnoty pre červený filter
		hodnotaR = map(hodnotaR,433,2195,0,255);	//upravenie na požadované hodnoty
		
		lcd_command(0xC0);		// nastavenie na druhý riadok
		lcd_puts("R=");
        sprintf(vysledokR,"%d",hodnotaR);	// prepísanie čísla ako charakter
		lcd_puts(vysledokR);		//Vypisanie na LCD displaj
		_delay_ms(10);
		
		PORTD |= (1 << S2_PIN);		//Nastavenie zeleného filtra
		PORTB |= (1 << S3_PIN);
		
		unsigned int hodnotaG = TCSMeasure();	//Uloženie nameranej hodnoty pre zelený filter
		hodnotaG = map(hodnotaG,384,1300,0,255);	//Upravenie na požadované hodnoty
		
		lcd_command(0xC0+5);	// nastavenie na 6tu pozíciu na druhom riadku
		lcd_puts("G=");
		sprintf(vysledokG,"%d",hodnotaG);	// prepísanie čísla ako charakter
		lcd_puts(vysledokG);		//Vypisanie na LCD displaji
		_delay_ms(10);
		
		PORTD &= ~(1 << S2_PIN);	//Nastavenie modrého filtra
		PORTB |= (1 << S3_PIN);
		
		unsigned int hodnotaB = TCSMeasure();	//Uloženie nameranej hodnoty pre modrý filter
		hodnotaB = map(hodnotaB,487,2100,0,255);	//Upravenie na požadované hodtoty
		
		lcd_command(0xC0+10);	// Nastavenie na 11tu poziciu na druhom riadku
		lcd_puts("B=");
		sprintf(vysledokB,"%d",hodnotaB);	// prepísanie čísla ako charakter
		lcd_puts(vysledokB);	//Vypisanie na LCD dispaji
		_delay_ms(200);

	}     
   
}

</source></tab>
<tab name="lcd_ch.h"><source lang="c++" style="background: LightYellow;">
/*
 * lcd_ch.h
 *
 * Created: 3/10/2021 7:05:39 PM
 *  Author: Admin
 */ 
#ifndef F_CPU
 #define F_CPU 16000000UL	/* Define CPU frequency here 16MHz */
#endif

#ifndef LCD_CH_H_
 #define LCD_CH_H_

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

/* Nasledovne define rozhodne ktora cast programu sa prelozi: 
   LCD Shiled (WR ma pripojene na GND) a
   priradenie pinov je dane napr.:
   "zamrzne"
   -    https://www.14core.com/wiring-the-lcd-16x2-keypad-shield-on-arduino/
   -	https://wiki.dfrobot.com/LCD_KeyPad_Shield_For_Arduino_SKU__DFR0009
   resp. 
   LCD, zapojenie vid. stranka MIPS
   "zamrzne"
   - http://senzor.robotika.sk/sensorwiki/index.php/LCD_displej_s_radi%C4%8Dom_HD44780
   , ktore ma pripojene aj pin WR
   t.j. moze sa testovat aj pin BF
*/

 /* !!!!!!! 
    #define _Shield_LCD
    !!!!!!! */
extern unsigned char kon_vyp;

#ifdef _Shield_LCD
	#define LCD_CTRL_DDR DDRB
	#define LCD_CTRL_PORT PORTB

	#define LCD_DATA_DDR DDRD
	#define LCD_DATA_PORT PORTD

	// Riadiaca zbernica display-a
	#define LCD_RS_pin 0
	//#define LCD_RW_pin = 0
	#define LCD_EN_pin 1
	// Datova zbernica
	#define LCD_D4_pin 4
	#define LCD_D5_pin 5
	#define LCD_D6_pin 6
	#define LCD_D7_pin 7

#else
	// LCD  klasik yapojenie vid. MIPS
	#define LCD_CTRL_DDR DDRD
	#define LCD_CTRL_PORT PORTD

	#define LCD_DATA_DDR DDRB
	#define LCD_DATA_PORT PORTB
	#define LCD_DATA_PIN PINB

	#define LCD_RS_pin 2
	#define LCD_RW_pin 3
	#define LCD_EN_pin 4

	#define LCD_D4_pin 1
	#define LCD_D5_pin 2
	#define LCD_D6_pin 3
	#define LCD_D7_pin 4

#endif
 



// Oneskorenie 6 SC
#define NOP() asm("nop")	
#define LCD_DELAY	NOP();NOP();NOP();NOP();NOP();NOP();

#ifdef _Shield_LCD
// formatovanie dat
#define PORT_DATA_WR_H(x) LCD_DATA_PORT &=0b00001111; LCD_DATA_PORT |= (x & 0xF0 )
#define PORT_DATA_WR_L(x) LCD_DATA_PORT &=0b00001111; LCD_DATA_PORT |= (x & 0x0F )<<4
#else

#define PORT_DATA_WR_H(x) LCD_DATA_PORT &=0b11100001; LCD_DATA_PORT |= (x & 0xF0 )>>3
#define PORT_DATA_WR_L(x) LCD_DATA_PORT &=0b11100001; LCD_DATA_PORT |= (x & 0x0F )<<1

#define PORT_DATA_RD_H ((LCD_DATA_PIN & ((1<<LCD_D4_pin)|(1<<LCD_D5_pin)|(1<<LCD_D6_pin)|(1<<LCD_D7_pin)))<<3)
#define PORT_DATA_RD_L ((LCD_DATA_PIN & ((1<<LCD_D4_pin)|(1<<LCD_D5_pin)|(1<<LCD_D6_pin)|(1<<LCD_D7_pin)))>>1)


#endif

/* Public functions for your use */
#ifndef _Shield_LCD
int8_t lcd_read_AC(void);   
void def_spec_znaky_AC(void);
#endif
	
void lcd_init(void);
void lcd_data(unsigned char );
void lcd_command(unsigned char );
// void lcd_puts(const char *s);  /* deklaracia funkcie  */



void ini_ports(void);
void En_imp(void);

void wr_data (unsigned char );
unsigned char busy_flag(void);

void zob_text(char *);
void def_Clear_spec_znaky(void);


void def_znak(unsigned char *,unsigned char );
void def_spec_znaky(void);

#endif /* LCD_CH_H_ */

</source></tab>
<tab name="lcd_ch.c"><source lang="c++" style="background: LightYellow;">
#include "lcd_ch.h"

unsigned char Znak_OO[8]= {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x15,0};// Prazdny znak	dole su tri bodky

unsigned char Znak_SC[8]= {0x1A,0x1D,0x04,0x04,0x04,0x05,0x02,0};// st.C	
unsigned char Znak_SM[8]= {0x0A,0x04,0x0E,0x10,0x0E,0x01,0x1E,0};//  s + mekcen	
unsigned char Znak_CM[8]= {0x0A,0x04,0x0E,0x10,0x10,0x11,0x0C,0};//  c + mekcen

// Vynulovanie CGRAM
void def_Clear_spec_znaky(void){
	// zapis specialneho znaku do CGRAM  na poziciu 0, a 7
	for(char i = 0; i < 8; i++) def_znak( Znak_OO,i);
	lcd_command(0x80);
} 


 
void def_spec_znaky(void){
// zapis vlastnych znakkov do CGRAM  na poziciu 4, a 0 (8) 


 def_znak( Znak_SC,4);// stupen Celzia
 def_znak( Znak_SM,0);// s + makcen
 // obnovenie obsahu AC. AC nastvime na 1. riadok, 1. znak
 lcd_command(0x80);
}		

#ifndef _Shield_LCD
void def_spec_znaky_AC(void){
// zapis specialneho znaku do CGRAM  na poziciu 7

unsigned char obsah_AC = 0;
 obsah_AC = lcd_read_AC(); //     
 // kon_vyp = obsah_AC;

 // sem dame nove vlastne znaky
 def_znak( Znak_CM,7);// c + makcen
 // obnovenie obsahu AC. AC 

lcd_command(0x80|obsah_AC);

}		
#endif
	 
void ini_ports(void){	 	
	
/* inicializacia portov - vstupy / vystupy 
oba typy displaja */
// nasledovna # riadky su spolocne pre oba typy LCD
LCD_CTRL_DDR |= (1<<LCD_EN_pin);	//  (Enable)    output  
LCD_CTRL_DDR |= (1<<LCD_RS_pin);	//  (RS)        output  	
LCD_DATA_DDR |= (1<<LCD_D4_pin)|(1<<LCD_D5_pin)|(1<<LCD_D6_pin)|(1<<LCD_D7_pin);	// Datove piny ako Output (Data pre display)
#ifndef _Shield_LCD
// klasicky LCD vyuziva aj RW pin
LCD_CTRL_DDR |= (1<<LCD_RW_pin);	//	(RW)        output  
	
#endif
}	


void En_imp(void) {
	LCD_CTRL_PORT |= (1<<LCD_EN_pin);	// -> "log.1"
	LCD_DELAY;							// cca 400 ns
	LCD_CTRL_PORT &= ~(1<<LCD_EN_pin);	// -> "log.0"  spolu cca 500 ns
}

void lcd_init(void)
{   // 4 bitove pripojenie display-a
	ini_ports(); // inicializacia porov
	 _delay_ms(15);
	// 1. -------------------
	LCD_CTRL_PORT &= ~(1 << LCD_RS_pin);		// set RS  = to "log. 0"  Instruction Register (IR)
#ifndef _Shield_LCD
	LCD_CTRL_PORT &= ~(1 << LCD_RW_pin)	;		// set R/W = to "log. 0" - Write
#endif
	// RS R/W   DB7 DB6 DB5 DB4   DB3 DB2 DB1 DB0
	// 0  0     0   0   1   1     x   x   x   x     = 0x30
	PORT_DATA_WR_H(0x30);	// 8-bitove pripojenie
	En_imp();
	// 2. -------------------
    // zopakujem  8-bitove pripojenie
	_delay_ms(5); En_imp();
	// 3. -------------------
	// zopakujem  8-bitove pripojenie
    _delay_ms(1); En_imp(); // -  stacilo by delay 0.1ms, momentalne najkratsie nastavitelne je 1ms
	// 4. -------------------
	// zmenim na 4-bitove pripojenie
	// RS R/W    DB7 DB6 DB5 DB4    DB3 DB2 DB1 DB0
	// 0  0      0   0   1   0      x   x   x   x    = 0x20
	PORT_DATA_WR_H(0x20);	// 4-bitove pripojenie
	_delay_ms(1); En_imp(); // -  stacilo by delay 0.04ms
	// -------------------		
	// LCD function set      mod: DL = 0 - 4-bitove data, N = 1 - 2 riadky, F = 0 - 5x7 dots 
	// RS R/W    DB7 DB6 DB5 DB4    DB3 DB2 DB1 DB0
	// 0  0      0   0   1   DL     N   F   x   x     = 0x28
	// Mozeme nasledujuci prikaz pre LCD vynechat?
	_delay_ms(2);
	lcd_command(0x28);
	// RS R/W    DB7 DB6 DB5 DB4    DB3 DB2 DB1 DB0
	// 0  0      0   0   0   0	    0   0   0   1     = 0x01 , Display clear
	// Mozeme nasledujuci prikaz pre LCD vynechat?
	_delay_ms(2);
	lcd_command(0x01);
	// RS R/W    DB7 DB6 DB5 DB4    DB3 DB2 DB1 DB0
	// 0  0      0   0   0   0	    0   1   I/D S      = 0x06, I/D = 1 - inkrement
	// Mozeme nasledujuci prikaz pre LCD vynechat?
	_delay_ms(2);
	lcd_command(0x02);
	// RS R/W    DB7 DB6 DB5 DB4    DB3 DB2 DB1 DB0
	// 0  0      0   0   0   0	    1   D   C   B      = 0x0E, D = C = 1 - Display a kurzor zapnute
	// Mozeme nasledujuci prikaz pre LCD vynechat?
	_delay_ms(2);
	lcd_command(0x0E);								// B = 0 - blikanie vypnute
}


//zapis data do Data Register
void lcd_data(unsigned char data){	
	while(busy_flag() & 0x80);
	//while(rd_BF()); // test BF sa da realizovat pre klasicky LCD, nie Shield
	LCD_CTRL_PORT |= (1<<LCD_RS_pin);		//    (RS = High)  
#ifndef _Shield_LCD
	LCD_CTRL_PORT &= ~(1<<LCD_RW_pin);		//    (RW = Low, write) 
#endif
	wr_data (data);	
}

// zapis commandu do Instruction Register
void lcd_command(unsigned char command){ 
	while(busy_flag() & 0x80);
	//while(rd_BF()); // test BF sa da realizovat pre klasicky LCD, nie Shield
	LCD_CTRL_PORT &= ~(1<<LCD_RS_pin);		//   (RS = Low)  
#ifndef _Shield_LCD
	LCD_CTRL_PORT &= ~(1<<LCD_RW_pin);		//   (RW = Low, write) 
#endif
	wr_data (command);	
}

void wr_data(unsigned char data) { 
	PORT_DATA_WR_H(data);		// data High nibble
	En_imp();
			
	PORT_DATA_WR_L(data);		// data Low nibble
	En_imp();
}

#ifdef _Shield_LCD
// namiesto testu BF "pockam". 
// LCD typu Shield ma WR pripojene na GND		
unsigned char busy_flag(void){
	_delay_ms(2);	
	return(0);
}	
#else
// namiesto testu BF "pockam". Vacsine prikazov tento cas vyhovuje		
/*int busy_flag(void){
	_delay_ms(2);	
	return(0);
}
*/
// klasicke pripojenie LCD umozni aj test BF
unsigned char busy_flag(void){ //  rd_BF   
	unsigned char pom = 0;
	LCD_CTRL_PORT &= ~(1<<LCD_RS_pin);	//   (RS = Low)  
	LCD_CTRL_PORT |= (1<<LCD_RW_pin);	//    (RW = High, read) 
    // port B, datove bity budu teraz input
	LCD_DATA_DDR &= ~((1<<LCD_D4_pin)|(1<<LCD_D5_pin)|(1<<LCD_D6_pin)|(1<<LCD_D7_pin));	//  Datove piny nastavime  na input, (Data pre disp)
	
	// Spravne by sa malo vycitavaj pred dobeznou hranou EN impulzu. Je tam urcity presah. Mozeme vycitat aj po dobeznej hrane.
	En_imp();
	pom = PORT_DATA_RD_H; // vycitam High nibble AC
	En_imp();
	pom |= PORT_DATA_RD_L; // vycitam Low nibble AC
	// datove bity zase output
	LCD_DATA_DDR |= (1<<LCD_D4_pin)|(1<<LCD_D5_pin)|(1<<LCD_D6_pin)|(1<<LCD_D7_pin);	// Datove piny nastavime na output (Data pre disp) 
	//if(pom & 0x80) return 1;	// display je busy
	//else 
	return pom;					// display je not busy
}

#endif
	

void zob_text(char *s){
	register unsigned char c;
	while((c = *s++))	lcd_data(c); // retazec konci "nulou"
}

void def_znak(unsigned char *ZnakArray,unsigned char kam) {	
	lcd_command(0x40|(kam << 3)); //nastavenie adresy znaku v CGRAM
	for(unsigned char i = 0; i < 8; i++) lcd_data( *(ZnakArray + i));		
}


/* ********************************************************	*/
/* vypis retazca na poziciu, resp. podla nasledovnych 		*/
/* formatovacich prikazov                                       */
/*   : \r - prechod na novy riadok                              */
/*   : \f - prechod na zaciatok displeja                        */
/* ********************************************************     */
 void lcd_puts(  const char *s)   /* definicia funkcie		*/
{
  // sem pride vas vlastny kod...  
}

#ifndef _Shield_LCD
int8_t lcd_read_AC(void){ //  rd_BF   
	char pom_AC ;
	
	while((pom_AC = busy_flag( )) & 0x80);
	// kedze po BF = 0 este cca 4us sa nezmenil obsah AC
	// treba vycitat este raz  
	pom_AC = busy_flag( );
	return pom_AC;					// display not busy
	
}
#endif

</source></tab>
</tabs>

Kompletný projekt:

Zdrojový kód: [[Médiá:TCS230_kód.zip|TCS230_kód.zip]]

=== Overenie ===

Na používanie našej aplikácie stačí TCS230 senzor a LCD displej na ktorý budeme vypisovať hodnoty zo senzora. Na konci je tu fotka reálneho zapojenia. 

[[Súbor:TCS230_foto.jpg|400px|thumb|center|Zapojenie v realite.]]

'''Video:'''
<center><youtube>b1qcSQIM-3A</youtube></center>

[[Category:AVR]] [[Category:MIPS]]