Aplikace vestavných systémů A4M38AVS Před. 3 (4)

Aplikace vestavných systémů A4M38AVS Před. 3 (4)

2014, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha J. Fischer

A4M38AVS, 2014, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha, kat. měření

1

Náplň Enkodér, funkce, použití Čítače, struktura, použití LCD zobrazovač, princip funkce, uspořádání Grafický zobrazovač LCD Řadič grafického zobrazovače LCD Rozhraní pro spolupráci s řadičem


2

Enkodér Enkodér – snímač polohy – rotační, příp. lineární Primárně použití – optoelektronické inkrementální snímače polohy impulsní signál ve dvou stopách – dva kanály A, B kvadraturní signál „quadrature signal“ Směr – podle sledu fází, posun – podle počtu hran, v 1 periodě - 4 hrany počítání hran Optoel. snímač s 1000 impulsy na otáčku má rozlišení 4000 poloh B=1 (1,1)

(0,1) A B

A= 0 1 2 3 4 5

hrany

(0,0)

A= 1 B=0

(1,0)

stavy - kvadraturní signál Odolné proti „odskokům“ při změně signálu v jedné stopě (posuv do dalšího stavu a nazpět -způsobí pouze přičtení a následné odečtení jednoho impulsu) A4M38AVS, 2014, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha, kat. měření

3

.Enkodér Enkodér - určení směru pohybu Sled fází signálů ve stopě A a B – určení směru otáčení, využití v reverzibilním čítači (čítání nahoru – dolu), podle směru otáčení A

A

B

B

inkrementovat č.

dekrementovat č.

A B

běh +, klid, běh běh, klid, běh v opačném směru


4

Enkodér - realizace Enkodéry- realizace jako oproelektronické snímače – Rotační, lineární, Rotační – rastry jsou naneseny v kruhu Lineární – rastr je nanesen v lineárním úseku ( viz též - snímač polohy v inkoustové tiskárně) Výstupy ve dvou stopách (zde stopy A, B), u snímačů pro obráběcí stroje, též nulový impuls – pro nastavení „nulové polohy“. Výstupy s rozhraním RS 422, (frekvence impulsů i několik set kHz) Použití u číslicově řízených polohovacích mechanismů, obráběcích strojů lineární snímače . Rozlišení až 1 um i 0,1 um s interpolací (Princip enkodéru viz též PC- myš s kuličkou) Použití též jako rotační ovládač ve spotřební elektronice, jednoduchá realizace pomocí dvou spínacích kontaktů ( viz ovládání hlasitosti rot. ovladačem v zvukové domácí sestavě)


5

Zpracování signálu enkodéru Zpracování signálu enkodéru – procesor bez podpory vstupu kvadraturního signálu, možno programově (pozor- problém volby dostatečné frekvence vzorkování signálů programem), programově s podporou HW – signalizace, že došlo ke změně signálu ve stopě A nebo B čítačem s podporou vstupu kvadraturního signálu Pozor. problém. použití čítače se vstupem. kvadraturního signálu U některých mikrořadičů - omezení délky čítače 16 bitů, možné řetězení čítače, ale pouze čítání přetečení, problém kaskádního řazení pro správné čítání kvadraturního signálu při změně směru Odměřování polohy- např. po 1 um, na délku 500 mm, - 500 000 impulsů, nepostačuje 16 bitů. (potřeba podpory SW pro přepínání směru čítání „čítače horních“ 16 bitů“ Vhodnější typy s 32 bitovými čítači pro podporu kvadraturního signálu


6

Připojení enkodéru na SC kitu Enkodér na SC kitu Enkodér – vnitřní realizace pomocí dvou spínacích kontaktů, mechanická aretace mezipoloh připojen na PD12, PD13 vstupy TIM 4 CH1 a TIM 4 CH2

Možno realizovat i prosté funkce čítání impulsů , hradlování čítače, funkce input capture,.. signálem enkodéru A4M38AVS, 2014, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha, kat. měření

7

Struktura STM32F207 Struktura STM32F207 viz str. 17, datasheet


8

Čítače Tim 2 až 7 v STM32F207 .


9

.Čítač Tim 4 v STM32F207, použití pro ekodér Podpora zpracování signálu enkodéru, 16 bitový čítač


10

Blok čítačů 2 až 5, 12 až 14 .


11

. Blok „ advanced“ čítačů 1 a 8 .


12

Čítače – obecný přehled funkcí čítače v STM32F207 Čítač, časovač (Counter, Timer) čítač – counter míní se , že čítá vnější impulsy, časovač – timer míní se , že čítá vnitřní – synchronně přicházející – impulsy základem čítač, obvykle binární, 16-b, 24-b, 32-b, (podle impl. danéhovýrobce) volba CLK signálu, hradlování, signalizace přetečení, možné vázat na další čítače, nebo generovat přerušení CPU – přednastavení obsahu čítačem ( nulování, hodnota) čtení stavu programově řízené hradlování, HW řízené hradlování někdy řízení směru – čítání nahoru (up), dolu (down) (v jednoduchých micro. často jeden směr čítání – nahoru )

CLK

přetečení hradlo ext. , int.


čítač CPU - čtení, zápis hodnoty

13

Záchytný režim čítače „input capture“ Přepis obsahu čítače v okamžiku události do registru „ capture“ signalizace příznak, přerušení CPU (analogie – stopky – mezičas – zachytí se čas 1. běž.ale stopky běží dále) Volba - input capture na náběžnou, spádovou nebo jakoukoliv hranu použití pro měření okamžiků, měření parametrů impulsů, určení střídy Přečtení hodnoty (zachyceného stavu čítače) • programově • pomocí DMA (DMA –Direct memory Access přímý přístup do pamětiviz další před.)

přetečení

CLK čítač

přerušení, příznak

událost hradlo

CPU - čtení hodnoty

registr

t1

t2

capture chan. 1

t3

t4

capture chan. 1

capture chan. 2


14

Čítač v režimu „output compare“ Porovnání (compare) hodnoty čítače a registru, shoda - příznak, přerušení, případně i změna výstupního stavu nastavit 1 (set), nastavit 0 ( reset) ,nebo překlopit (toggle) změnit – negovat minulý stav. Analogie – budík,

a) probuď mne a já půjdu zapnout

(přerušení,….aktivace procesoru, v přerušení – obsluha činnosti, ale je zpoždění programové obsluhy b) probuď se a sám zapni („práci strojům“) analogie časový spínač světla a topení,. zapínání nahrávání televize,

jednotka sama neprodleně (a bez zpoždění) změní stav výstupu použití – řízení jednotek tyristorů IGBT v střídačích a měničích pro motory programování – viz budík s jedním přetečení CLK čítač časem buzení, vždy nastavit další čas- aktivace (výklad) událost OC1,.. Možnost plnění další – příští hodnotou – výst. komparátor času do registru CPU přerušení, • programově registr příznak • pomocí DMA CPU - zápis hodnoty


15

Zobrazovač LCD Zobrazovač LCD, kapalné krystaly buzení střídavým napětím (nulová stejnosměrná složka napětí, (pod 100 mV) jinak dochází k elektrolytické degradaci LCD ? jak dosáhnout střídavého napětí v obvodu s napájením 0 a + 5 V (+ 3,3 V)? Napětí na LCD segmentu – jako rozdíl dvou napětí

ULCD

+U

U1

t

U1

t

U2

t

UL

t

ULCD

+U

U2

X1

1 X1

1 U1


U2

X2

16

Zobrazovač LCD Segmentový LCD vývody segmenty a BP back plain – „zadní“ společná elektroda jednotlivé segmenty (někdy v lit. označené „ front plain“) vůči společné elektrodě – jako jednotlivé kapacitory LCD s jedním BP, potřeba tolik pinů, kolik je celkový počet segmentů („hodně“) současné buzení všech segmentů tzv. statické buzeni, na segmentu je buď střídavé napětí (segment je opticky aktivní), nebo nulové napětí (seg. opt. neaktivní) Podobné buzení LCD lze realizovat i pomocí pinů mikrořadiče, který sám nemá budiče LCD.


17

Zobrazovač LCD Segmentový LCD, více segmentů, pro alfanumerické znaky, Potřeba zvýšení počtu segmentů LCD, které je možno budit, multiplexování analogie – jako segmentové LED, společná anoda a multiplexování, v LCD, více společných elektrod backplain, označované jako COM (Common) Com 1, Com 2, (příp. Com 3, Com 4) viz. tabulka (část) přiřazení segmentu k Com x


18

Zobrazovač LCD Příklad segmentový LCD, 3 backplain, - COM 1, Com2, Com3 viz tabulka přiřazení,


19

Zobrazovač LCD .Náhradní schéma LCD segmentu s jedním „backplain“ Com jednoduché řízení


20

Zobrazovač LCD Náhradní schéma LCD s dvěma „backplain“ Com 1, Com2 složitější řízení, více napěťových úrovní, není možno docílit zcela nulového napětí pro neaktivní segment. Buzení – nutno zohlednit vazbu kapacit elektrod díky propojení více Com. LCD - úroveň „optické aktivity“ závisí na efektivní hodnotě napětí na segmentu LCD (střední hodnota je stále nulová)


21

Řízení LCD se dvěma Com elektrodami Com1, Com2 Rozlišení – aktivní neaktivní element, podle efektivní hodnoty napětí malá hodnota – opt. (téměř) neaktivní, velká ef. hodnota napětí. opt. aktivní (pozn. řízení „stupně šedi“ LCD)

Příklad řízení (jsou i jiné způsoby) frekvence budicích impulsů cca stovky Hz periody celého cyklu buzení jednotky, desítky ms. A4M38AVS, 2014, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha, kat. měření

22

Segmentový LCD se čtyřmi Com

Vícefázové řízení, víceúrovňové řízení čím více BP, tím komplexnější řízení, 1 COM, úrovně 0, UCC 2 COM

0, ½ UCC, UCC

3 COM

0, 1/3 Ucc, 2/3 Ucc Ucc

4 COM

0, 1/4 Ucc, ½ Ucc/, 3/4 Ucc, Ucc


23

Specializované řadiče LCD Budič segmentových LCD – často jako součást mikrořadiče – viz. STM32Lxx, a další „Obraz požadovaného stavu“ LCD – v paměti SRAM, řadič zajistí řízení LCD bez účasti vlastního jádra procesoru Grafický zobrazovač LCD („černo“ – „bílý“) budič sloupců – obsahuje „bitový obraz“ obnovení informace po řádcích ( HD61202 a HD61203 příklad, často používané i po jiným označením, KSx. připojení řadičů – paralelní, případně prostřednictvím SPI Řadič ST7565P Sitronix, použit v zobrazovači LCD typu RX12864D2 na SC kitu


budič řádků HD61203

64

64

LCD MATICE

PANEL 128x64

budič sloupců HD61202

64

budič sloupců HD61202

DB7 - DB0 R/W E D/I CS2 CS1

24

Semigrafický zobrazovač LCD Mozaikový semigrafický zobrazovač LCD 20 znaků x 2 řádky, 8 znaků 1 řádek řadič HD44780 (výrobce – původně firma Hitachi) paralelní rozhraní (označované někdy také jako tzv. „Motorola 6800“ rozhraní) DB7 až DB0 obousměrné datové signály R / W „Read/ Write“ 1 čtení, 0 zápis E „Enable“, určuje platnost dat na sběrnici RS „Register Select“ RS = 1 data - , RS = 0 instrukce možné zjednodušení na potřebu pouze 6 vodičů na 4– bitová data, zápis 8 bitů po dvou 4-bitových datech Vypuštění čtení stavu - zápis a vložení dostatečně dlouhé doby čekání, za kterou se povel pro řadič LCD zaručeně vykoná, pro zjednodušení - vstup R/W připojit napevno na úroveň L. Detaily ovládání – viz popis HD44780


25

HD44780 – kódy znaků (LCD tabulka znaků generovaných HD44780 kódy pro číslice a písmena odpovídají kódům ASCII znaků

Použití semigrafického zobr. LCD s řadičem HD4470možnost definovat několik vlastních znaků s využitím generátoru znaků uložených v paměti RAM ¨v HD4470


26

Zápis do HD44780

PWEH = min. 450 ns, tcyc = min. 1000 ns, tAS = min. 140 ns tAH = min. 10 ns, tDSW = min. 195 ns, tH = min. 10 ns pozor na časování, SW


27

Čtení z HD44780

PWEH = min. 450 ns, tcyc = min. 1000 ns, tAS = min. 140 ns tAH = min. 10 ns, tDDR = max. 320 ns (data delay) , tDHR = min. 20 ns pozor na časování, SW


28

Čtení z HD44780 – jiný obr. -


29

Zápis do HD44780 – jiný obr. -


30

Vývody semigrafického zobrazovače LCD -


31

Oživení LCD Připojení DB7 – DB0 a řídicích signálů RS, R/W, E, napájení možné použít i jen DB7 – DB5 – čtyřbitový mód, méně HW, více SW pomalejší komunikace pozor na kolize při použití různých zdrojů napájení s postupným zapínáním, ochranné odpory do série se signály, pozor UINmax !!! (Čekat alespoň 15 ms po zapnutí napájení LCD)


32

Připojení grafického řadiče LCD ST7565P na SC kitu .


33

Piny připojené k řadiči LCD .


34

. LCd zobrazovač RX12864D2 organizace 128x 64 bodů, monochomatický Zabudovaný řadič LCD typu ST7565P 65 x 132 Dot Matrix LCD Controller/Driver SEG 0 až SEG 131 COM 0 až Com 63 řadič – pouzdro 290 pinů


35

Reprezentace informace v paměti řadiče LCD Zápis byte , do RAM řadiče, programová tvorba tvorba grafiky, textová forma – zde pouze funkcí SW v uP řádek (z hlediska funkce v demo příkladu , jako stránka- skupina 8 horizontálních linek ( Linka 0 až Linka 7) na LCD )

Linka0

D_0

řádek 0 řádek 1

Linka 7 D_7 řádek 7

Dynamické řízení 128 SEG- mentů – připojených na sloupce 64 COM připojených na řádky


36

Způsob buzení LCD řadičem ST7565 .


37

Pamět v řadiči .


38

. .


39

. .Reprezentace znaku v grafice- v paměti


40

Volba rozhraní grafického řadiče LCD ST7565P .


41

Volba typu paralel. rozhraní graf. řadiče LCD ST7565P .Paralelní rozhraní 6800 dle procesoru Motorola MC 6800 Paralelní rozhraní 8080 dle procesoru Intel 8080 (Tyto procesory jsou „ historické“, ale definovaly standard rozhraní- sběrnice pro spolupráci s pamětí a externími vstup. úvýst. obvody.)


42

Volba varanty paralelního rozhraní řadiče LCD .


43

Paralelní rozhraní vhodné pro spolupráci s řadičem Par. rozhraní. komp. s 8080 tWC ADR tCW CS tAS

tWP

WE

tDW

tDH

vstupní data platná data ( OE = H )


Z

44

Cyklus zápisu do SRAM (STM32F207) Signály spolupráce se sběrnicí pro komunikaci s SRAM .A (25,0) adresa NWE write enable – aktivní v L D(15, 0) data využitelné pro spolupr. s LCD řadičem v režimu „8080“ Podstatné výstup adresy D výstup dat D signál zápisu NWE další - NEx - enable souč. (jako chip selesct) NOE – povolení výstupu ( při zápisu, je výstup dat ze součástky zakázán) A4M38AVS, 2014, J.Fischer, ČVUT - FEL Praha, kat. měření

45

Řízení podsvícení LCD vest. systému Posvícení LCD Vhodné mít možnost nastavit úroveň podsvícení LCD Ruční – pevné nastavení uživatelem, nastavení podle okolního osvětlení Vhodnější – automatické řízení úrovně podsvícení podle okolního osvětlení viz panel v autě- den , noc Použití - fototranzistoru, ADC, výklad. přednášce Podsvícení v SCkitu - spínací tranzistor ovládaný ( úroveň H) PC7. PWM . změna jasu Možná realizace- fototranzistor v obvodu, připojení na ADC1, podle signálu – řídit PWM. Diskuse – jak podsvícením LCD neovlivňovat měření osvětlení, multiplex.


46

Aplikace vestavných systémů A4M38AVS Před. 3 (4)

Recommend Documents