Mikrovezérlők Alkalmazástechnikája

Gingl Zoltán, 2013, Szeged

Mikrovezérlők Alkalmazástechnikája

2015.12.06. 11:18

Digitális perifériák és használatuk

1

2015.12.06. 11:18


2

Tulajdonságok Írási lehetőség

Olvasás (konstansok) Scratchpad memory, flash program memory Endurance – hányszor írható (≈10k-100k)

Data retention – az adatokat meddig őrzi

(≈20-100 év) Biztonsági bitek: titkosítás lehetséges a flash olvasása tiltható (törölhetőség) 2015.12.06. 11:18


3

Debug adaterrel (JTAG vagy C2) A debug adapter előre programozott chipen is

elérhető MOVX utasítással is írható (bitek 0-ra állítása) Törlés: az összes bit 1-re állítása A tápfeszültség-monitort kötelező bekapcsolni és RESET forrásként konfigurálni!

2015.12.06. 11:18


4

Engedélyező bitek PSWE (program store write enable)

PSEE (program store erase enable)

Írás: PSWE=1 Törlés: PSWE=1 és PSEE=1 Az íráshoz/törléshez még kulcs is kell: FLKEY=0xA5; FLKEY=0xF1;

512-byte blokkok, lapok törölhetők 512-byte blokkba lehet írni egy engedélyezéssel 2015.12.06. 11:18


5

void FLASH_PageErase (unsigned int addr) { bit ea_save = EA; // Preserve EA char xdata * data pwrite; // FLASH write pointer

}

EA = 0; // Disable interrupts VDM0CN = 0xA0; // Enable VDD monitor RSTSRC = 0x02; // VDD mon reset source pwrite = (char xdata *) addr; // set pointer FLKEY = 0xA5; // Key Sequence 1 FLKEY = 0xF1; // Key Sequence 2 PSCTL |= 0x03; // PSWE = 1; PSEE = 1 VDM0CN = 0xA0; // enable VDD monitor RSTSRC = 0x02; // VDD mon resetsource *pwrite = 0; // Initiate page erase PSCTL &= ~0x03; // PSWE = 0; PSEE = 0 EA = ea_save; // Restore interrupts

2015.12.06. 11:18


6

void FLASH_ByteWrite (unsigned int addr, char byte) { bit ea_save = EA; // Preserve EA char xdata * data pwrite; // FLASH write pointer EA = 0; // Disable interrupts VDM0CN = 0xA0; // Enable VDD monitor RSTSRC = 0x02; // VDD monitor reset pwrite = (char xdata *) addr; // set pointer FLKEY = 0xA5; // Key Sequence 1 FLKEY = 0xF1; // Key Sequence 2 PSCTL |= 0x01; // PSWE=1, enable write VDM0CN = 0xA0; // Enable VDD monitor RSTSRC = 0x02; // VDD monitor reset *pwrite = byte; // Write the byte PSCTL &= ~0x01; // PSWE=0,disable write EA = ea_save; // Restore interrupts } 2015.12.06. 11:18


7

 lock byte: 0x7DFF (F410, 32k) flash címen  n = lock byte értéke negálva: ennyi blokk zárolva (első n-1 blokk és a 0x7DFF blokk)  Az alábbi példa: 0xFC negálva: 0x03

Page 1

Page 2

Page 63 RESERVED

Page 62 0xFC

Page 0

0x0000

0x0200

0x0400

0x7C00

0x7E00 0x7DFF (lock byte)

2015.12.06. 11:18


8

VDD monitort RESET után azonnal engedélyezni

kell RESET forrásként Írás előtt a lapot törölni kell Íráskor, törléskor belső órajelre célszerű kapcsolni Írás: 50 us Blokk törlés: 20 ms Olvasás: 40ns! Max: 25MHz

2015.12.06. 11:18


9

2015.12.06. 11:18


10

A processzorok adatbuszán csak rövid ideig

érvényes az adat Számos periféria azonos buszt használ Kétirányú busz A busz szélessége adott, korlátozott

Megoldás: portok létrehozása Programozható ki és bemenetre Bármikor olvasható A beírt adat a következő írásig azonos marad, a

kimeneten logikai jel formájában megjelenik 2015.12.06. 11:18


11

SET

DATA BUS

D WRITE

Q PORT OUT

C

CLEAR

DIGITAL PERIPHERAL

PORT DRIVER PORT IN

READ READ-MODIFY-WRITE

pl: ANL P0,#32 ANALOG PERIPHERAL 2015.12.06. 11:18


ANALOG I/O

12

 Ha a portra írunk, a D-tárolót írjuk  minden bithez külön tároló tartozik  A bit beállítható és törölhető is, RESET után értéke 1  A port olvasásakor a 3-állapotú drivert engedélyezi a

READ jel  A READ, WRITE, SET, CLR jeleket a processzor generálja

2015.12.06. 11:18


13

Logikai jellel vezérelhető eszközökhöz: Áramkörök logikai bemeneteinek meghajtása

LED Külső meghajtó-fokozattal: relé (jelfogó), mágnesszelep, motorok, stb.

Logikai jeleket adó eszközökhöz, olvasásra: Kapcsoló, nyomógomb, billentyűzet Áramkörök logikai kimeneteinek figyelése Külső elektronikával: fénykapuk, Hall-detektorok, stb. 2015.12.06. 11:18


14

PORT DRIVER WEAK PULL-UP

OR

ANALOG MODE

Vdd

AND

Rp

PUSH-PULL MODE

Vdd

Vdd

PORT OUT OUT ENABLE

OR

PORT IN ANALOG IN 2015.12.06. 11:18


15

Alapmód: open-drain

Rp

Vdd

0: erős kötés GND-re

1: 100k Vdd-re 1: input mód is

PORT OUT

2015.12.06. 11:18


16

Vdd

Push-pull mód 0: erős kötés GND-re 1: erős kötés Vdd-re

PORT OUT

2015.12.06. 11:18


17

OPEN-DRAIN MÓD 

Logikai 1 kimenet esetén  bementként is funkcionálhat  kevés perifériát lehet jól

meghajtani  kicsi áramot tud adni a kimenet  Ha a kimeneten kapacitás van, lassú a felfutás (≈RC)  Ha a kimeneten ellenállás van, könnyen elhúzhatja 

Logikai 0 kimenet esetén

PUSH-PULL MÓD

Erős meghajtás mindkét állapot esetére  Mindig érdemes használni, kivéve amikor open-drain szükséges (pl. wired-OR)  Kimondottan fontos, ha 

 gyors jeleket kell előállítani  nagyobb áramot kell adni

 erős meghajtás  nagy áramot tud húzni 2015.12.06. 11:18


18

Rp

Vdd

Digitális mód

Vdd

Schmitt-trigger input

100k gyenge felhúzóellenállás

Vdd

Analóg mód IL

Kikapcsolja a felhúzóellenállást Kikapcsolja a port inputot Nagyimpedanciás bemenet

2015.12.06. 11:18


19

parameter

min

typ

max

units

Voltage on any Port 0 Pin

-0.3V

-

5.5

V

Voltage on any Port I/O Pin (except Port 0 pins)

-0.3V

-

Vio+0.3

V

Maximum output current sunk by any Port pin

-

100

mA

Maximum output current sourced by any Port pin

-

100

mA

500

mA

Maximum Total current through Vdd, Vio,... and GND

2015.12.06. 11:18


conditions

20

parameter

conditions

min

typ

max

units

-

V

Output High Voltage (Port I/O push-pull )

IOH = –3 mA IOH = –70 μA

Vio – 0.5 Vio – 50mV

-

Output Low Voltage

Vio = 2.0 V: IOL = 70 μA IOL = 8.5 mA Vio = 4.0 V: IOL = 70 μA IOL = 8.5 mA

-

50 800 mV 40 400

Input High Voltage

Vio x 0.7

-

-

Input Low Voltage

-

-

Vio x 0.3

-

<0.1

1

μA

-

120

-

k

Input Leakage Current

Weak Pullup Off

Weak Pullup Impedance

2015.12.06. 11:18


21

 Mindig tartsuk be a feltételeket!  Ha megsértjük az ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS

feltételeket az áramkör károsodhat az áramkört azonnal selejtezni kell! nem szabad egy próbateszttel „megmenteni”

 Ha megsértjük az ELECTRICAL CHARACTERISTICS

feltételeket az áramkör helyes működése nem garantált más részfunkciók is hibásan működhetnek! maradéktalanul meg kell szüntetni az okokat 2015.12.06. 11:18


22

BEMENŐ FESZÜLTSÉG

>Vdd: áram a táp felé 
 érték választása



külső áramkörös védelem

A PORT TÚLTERHELÉSE

Nem megfelelő logikai szint jöhet létre  Hibás működés  A portok összárama a Vdd/GND áramához járul  A Vdd/GND kivezetések árama korlátos!  Károsodás történhet  soros ellenállás védhet 

 érték választása

2015.12.06. 11:18


23

Idd csökkentés: külső meghajtók pl. 74AHCT541, 74AHCT125, 74AHCT138

Melyik logikai család megfelelő? HC, HCT, AHC, AHCT, LVC?

5V vagy 3,3V? Még nagyobb áram szükséges? tranzisztor tranzisztortömb (pl. ULN2803)

2015.12.06. 11:18


24

1 OE

541

Vcc 20

138

Vcc 16

2

OE 19

1

A0

3

18

2

A1

Y0 15

4

17

3

A2

Y1 14

5

16

4

E1

Y2 13

6

15

5

E2

Y3 12

7

14

6

E3

Y4 11

8

13

7

Y7

Y5 10

9

12

8

GND

Y6

10 GND

11

2015.12.06. 11:18


9

25

1 OE

574

Vcc 20

74x574

2

D0

Q0 19

D

3

D1

Q1 18

CP

4

D2

Q2 17

5

D3

Q3 16

6

D4

Q4 15

7

D5

Q5 14

8

D6

Q6 13

9

D7

Q7 12

10 GND

2015.12.06. 11:18

CP

C

Q

74x574

D

Q

CP

11


26

Vcc 16

DS: soros adat bemenet

Q2

Q0 15

SHC: soros clock

3

Q3

DS

4

Q4

OE 13

5

Q5

STC 12

6

Q6

SHC 11

7

Q7

MR 10

MR: reset (törlés)

8

GND

Q7S 9

OE: kimenet engedélyezés

1

Q1

2

2015.12.06. 11:18

595

14

STC: kimenetre tárolás Q0..Q7: kimenetek Q7S: soros kimenet


27

74AHCT595 DS

B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0

SHC STC Q

2015.12.06. 11:18

Előző érték


B7..B0

28

Q1 Q2

Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 GND

Q1 Q2 Q3 Q4

Q5 Q6 Q7

GND

1

2 3 4 5 6 7 8

1

2015.12.06. 11:18

2 3 4 5 6

7 8

595

595 14


14

Q7S 9

MR 10

SHC 11

STC 12

OE 13

DS

Q0 15

Vcc 16

Q7S 9

MR 10

SHC 11

STC 12

OE 13

DS

Q0 15

Vcc 16

LOAD CLOCK DATA

29

V+

V+ BC817 500mA

10k

R

MCU

MCU R

BC817 500mA


V+ 10k

V+

2015.12.06. 11:18

IRLML2502 4A

IRLML2502 4A

30

ULN2803

COM

IN

OUT

2k7

7k2

3k GND

2015.12.06. 11:18


1

18

2

17

3

16

4

15

5

14

6

13

7

12

8

11

9

GND COM 10

31

A mikrovezérlőt tartalmazó eszközt gyakran a

felhasználó beállíthatja, a működést ellenőrizheti Szükség van adatok bevitelére megjelenítésére

Általában digitális adatokról van szó, ezek

lebonthatók kétállapotú elemekre

2015.12.06. 11:18


32

A portokon csak digitális jel olvasható A nyomógomb és kapcsoló rövidzár vagy

szakadás Ebből kell logikai 0 és 1 értéknek megfelelő feszültséget előállítani Egyszerű mód: tápfeszültség (logikai 1) kötünk egy ellenállást és vele

sorba a nyomógombot, amit a GND pontra (logikai 0) kötünk benyomott állapot: 0, kiengedett: 1 2015.12.06. 11:18


33

R

C

2015.12.06. 11:18


Vdd

Vdd

R

Vdd

R

Vdd

R

 Mekkora legyen az ellenállás?  A portokon eleve van felhúzó ellenállás  Zavarérzékenyebb  Kondenzátor segít

34

 Mekkora legyen az ellenállás?  A portokon eleve van felhúzó ellenállás  Zavarérzékenyebb  Kondenzátor segít

C8051Fxxx Vdd

Vdd

Rp

Rp

Vdd

C8051Fxxx Vdd

C

2015.12.06. 11:18


35

A kapcsolás

Rövid ideig csak prell,

pillanatában zavarjelek Sok parazita kapcsolgatás Hogyan javítsuk?

hosszabbra valódi kapcsolás! A kondenzátor segít További javítás szoftveres hardveres

2015.12.06. 11:18


36

#define BUTTON_ON (!P0.3) void main(void) { while (1) { if (BUTTON_ON) { while (BUTTON_ON); DoShortProcess(); } } }

 Milyen hátrányok vannak? Hogy lehet javítani? 2015.12.06. 11:18


37

#define BUTTON_ON (!P0.3) #define BUTTON_ON_TICK 10

volatile bit ButtonPressed; void TMRHandler __interreupt TMRVECTOR // 10ms period { static bit buttonstate=0, detected=0; static unsigned char counter=0; if (ButtonPressed) return; // not yet handled // nothing to do

2015.12.06. 11:18


38

if (BUTTON_ON) // it is pressed { if (buttonstate) // it was on { counter++; if (counter == BUTTON_ON_TICK) detected=1; } buttonstate=1; // save state }

2015.12.06. 11:18


39

else { buttonstate=0; counter=0; if (detected) { ButtonPressed=1; detected=0; } }

// it is released // save state // reset counter // notify main program // reset, end of detection

} … if (ButtonPressed) { DoSomething(); ButtonPressed=0; } 2015.12.06. 11:18


40



Ne várja meg a felengedést

1. Egyforma hosszú detektálási idők

2. Az első detektálási idő hosszabb legyen 3. Gyorsuló detektálás

2015.12.06. 11:18


41

 Sok nyomógomb beolvasása telefonbillenytűzet point-of-sale (POS) terminál automated teller machine (ATM)

 A szükséges jelek redukálására

mátrix  A beolvasáshoz minden lehetőséget meg kell nézni  Megállhatunk, ha megtaláltunk egyet  Több is lenyomva? 2015.12.06. 11:18


42

2015.12.06. 11:18


43

Pn.0

 Pn.0-Pn.2 kimenetek  Pn.3-Pn.6 bemenetek  1. oszlop tesztje:

Pn.1

Pn.2=0, Pn.1=1, Pn.0=1

MCU

Pn.2 Pn.3 Pn.4 Pn.5 Pn.6 2015.12.06. 11:18

1

2

3

4

5

6

Pn.3-Pn.6 beolvasása

 2. oszlop tesztje: Pn.2=1, Pn.1=0, Pn.0=1 Pn.3-Pn.6 beolvasása

7

8

9

 3. oszlop tesztje: Pn.2=1, Pn.1=1, Pn.0=0

*

0


#

Pn.3-Pn.6 beolvasása 44

Negatív logika Vdd

R

Rp

C8051Fxxx

Vdd

PORT OUT

2015.12.06. 11:18


45

Negatív logika

Vdd

R

C8051Fxxx

Vdd

PORT OUT

2015.12.06. 11:18


46

Pozitív logika is: a kimenet push-pull legyen

PORT OUT

2015.12.06. 11:18


Vdd

R

C8051Fxxx

47

G

F Vdd A

B Vdd

A

A

D

E

F

G

DP

R

R

R

R

R

R

E

R

B G

Pn.0

Pn.1

Pn.2

Pn.3

Pn.4

Pn.5

Pn.6

Pn.7

C D

E

C

R

F

B

D Vdd C

2015.12.06. 11:18

DP

DP


48

Negatív logika: PORT=~ledbits; // bytewise BCD

G

F

E

D

C

B

A

ledbits

0

0

1

1

1

1

1

1

3Fh

1

0

0

0

0

1

1

0

06h

2

1

0

1

1

0

1

1

5Bh

3

1

0

0

1

1

1

1

4Fh

4

1

1

0

0

1

1

0

66h

5

1

1

0

1

1

0

1

6Eh

6

1

1

1

1

1

0

1

7Eh

7

0

0

0

0

1

1

1

07h

8

1

1

1

1

1

1

1

7Fh

9

1

1

0

1

1

1

1

6Fh

2015.12.06. 11:18


49

Fényesség – nagyobb áram meghajtó lehet szükséges

tranzisztorok vagy tranzisztortömb (pl. ULN2803A)

Több kijlező? külső latch (pl. 74HCT574) időosztásos kapcsolás (a fényerő csökken)

2015.12.06. 11:18


50

GND VDD Vo RS R/W E DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 BLA/C BLC/A 1



Táp (bemenet)  GND  Vdd (5V vgy kisebb)

16 

Vo (bemenet)

 kontraszt, Vdd-hez közeli



Vezérlőjelek (bemenet)  RS: cím vagy adat  RW: olvasás, írás  E: engedélyezés

 



 DB0-DB7  DB4-DB7 négybites

Legelterjedtebb kiépítések:    

módban

2x16 karakter 2x20 karakter 4x16 karakter 4x20 karakter



háttérvilágító LED (BL)  Anód és katód, nem

Opcionális háttérvilágítás

2015.12.06. 11:18

Adatbusz (kétirányú)


standard  50mA-300mA

51

READ TIMING

WRITE TIMING RS R/W

RS Tas >40ns

Tah >10ns

R/W

Tpw >230ns

E

Tddr >160ns

Th >10ns

VALID TcycE >500ns

 E lefutó éle ír be  Érvényes a lefutó élnél 2015.12.06. 11:18

Tpw >230ns

Tah >10ns

E Tdsw >40ns

DATA IN

Tas >40ns


DATA OUT

Th >5ns

VALID TcycE >500ns

 E felfutó éle indít olvasást  Érvényes a lefutó élnél 52

UTASÍTÁSREGISZTER ELÉRÉSE

RS=0  Inicializálás  Üzemmód beállítása  Kijelző törlése  Kurzorpozíció beállítása  Villogó kurzor  Automatikus kurzorléptetés … 

2015.12.06. 11:18


ADATREGISZTER ELÉRÉSE     

RS=1 karakterek írása a kijelzőre aktuális kurzorpozícióra Karakter kódjának írásával Egysoros kijelzők kurzorcímei  0x00+i



Kétsoros kijelzők kurzorcímei  1. sor: 0x00+i  2. sor: 0x40+i



Négysoros kijelzők kurzorcímei  1. sor: i  2. sor: 0x40+i  3. sor: sorhossz+i  4. sor: 0x40+ sorhossz+i 53

Utasítás

adatbitek

megjegyzés

B7

B6

B5

B4

B3

B2

B1

B0

Clear display

0

0

0

0

0

0

0

1

A teljes kijelző törlése

Return home

0

0

0

0

0

0

1

-

A kurzor és beviteli mód alaphelyzetbe hozása

Entry mode set

0

0

0

0

0

1

ID

S

Beviteli mód: ID=1:kurzor jobbra S=1:teljes kijelző eltolás

Display on/off

0

0

0

0

1

D

C

B

Kijelző: D=1 bekapcsolás, C=1 kurzor be, B=1 kurzor villog

Cursor or display shift

0

0

0

1

SC

RL

-

-

SC=1:kijelző, 0:kurzor RL=1:jobbra, 0: balra mozgatás

Function set

0

0

1

DL

N

F

-

-

DL=1:8-bites, 0:4-bites mód N=1:2 sor, 0:1 sor F=1:5x10, 0:5x8 képpont egy betű

2015.12.06. 11:18


54

Utasítás

adatbitek

megjegyzés

B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 Set CGRAM address

0

1

A5 A4 A3 A2 A1 A0 karaktertáblába írás címe saját karakterek definiálására

Set DDRAM address

1

A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 a kijelzőre írás címe, azaz a kurzor pozicionálása

 RS=0 és R/W=0 kell az utasítások küldéséhez  Az utasítások valamennyi ideig futhatnak (~40us)  Ez alatt nem szabad a kijelzőbe írni!  Megoldás: megfelelő szoftveres késleltetés az utasítás kiadása után az állapotbit beolvasása (B7), R/W=1 állításával 2015.12.06. 11:18


55

#define #define #define #define

LCD_RS LCD_RW LCD_E LCD_PORT

P0.5 P0.6 P0.7 P1

unsigned char line_address[4]; void LCD_Init(unsigned char rows, unsigned char cols) { unsigned char i; line_address[0]=0; line_address[1]=0x40; line_address[2]=cols; line_address[3]=0x40+cols;

2015.12.06. 11:18


56

LCD_RW=0; LCD_E=0; LCD_RS=0; Delay_ms(50); LCD_DATA=0x30; LCD_PulseE(); Delay_ms(5); LCD_PulseE(); Delay_ms(1); LCD_PulseE(); LCD_Write(0x38); LCD_Write(0x08); LCD_Write(0x01); LCD_Write(0x06); LCD_Write(0x0C);

// Special initialization sequence // 8-bit mode

// 8-bit mode // // // // // //

8-bit mode 8-bit mode, 2 lines display off display clear entry mode: increment cursor display on, no cursor, no blink

} 2015.12.06. 11:18


57

void LCD_PulseE(void) { unsigned char i; for(i=0;i<100;i++); LCD_E=1; for(i=0;i<100;i++); LCD_E=0; } void LCD_Write(unsigned char a) { LCD_DATA=a; LCD_PulseE(); Delay_ms(2); // or check busy flag }

2015.12.06. 11:18


58

void LCD_Clear(void) { LCD_RS=0; LCD_Write(1); LCD_RS=1; } void LCD_MoveTo(unsigned char line, unsigned char pos) { LCD_RS=0; LCD_Write(0x80 | (line_address[line]+pos)); LCD_RS=1; }

2015.12.06. 11:18


59

Két részletben lehet írni a regisztereket A felső négy bitet először

Az alsó négy bitet ezután

A D7..D4 adatbiteket kell használni

2015.12.06. 11:18


60

 stdio átirányítás? printf? void putchar(char c) { LCD_Write(c); } … LCD_MoveTo(0,10); // first line, 10th position printf("x=%d",x); // write …

 A /r és /n kezelése nincs megoldva nem nagyon van rá igény, inkább LCD_MoveTo  A további LCD függvények szükségesek clear, move, blink on/off, etc. 2015.12.06. 11:18


61

A crossbar engedélyezése nélkül nem aktív RESET-kor a port I/O még nem aktív A külső elektronika ezt figyelembe kell vegye! motorvezérlés külső áramkörök fals jeleket kaphatnak megfelelő inicializálás a többi áramkörnek

2015.12.06. 11:18


62

2015.12.06. 11:18


63

PERIPHERAL #1

CROSSBAR

PERIPHERAL #2

PORT CELL

P0.0 P0.7

PERIPHERAL #3 PORT CELL

P0

P1.0 P1.7

P1

2015.12.06. 11:18


64

Peripheral #1

Selected peripherals

Peripheral #2

inactive peripheral

Peripheral #3 Port latches #1

Port input #1

Port latches #2

Port input #2

Port latches #3

Port input #3

Pin skip Selected #1

Pins #1 Pins #2 Pins #3

Selected #2

2015.12.06. 11:18


65

TX

P0.4

UART

P0.4 LATCH P0.4 INPUT

RX

P0.5 P0.5 LATCH P0.5 INPUT

C8051F410 2015.12.06. 11:18


66

A perifériák prioritási sorrendben kapcsolódnak a

kivezetésekre (a portcella bitek sorrendjében) A bekapcsolt perifériák foglalnak kivezetést átveszik a kivezetés kezelését a processzortól a társított kivezetés olvasható a processzor számára

A maradék kivezetések normál portbitek a processzor közvetlenül írhatja, olvashatja Lehetséges kivezetések kihagyása is (pin skip) ekkor a crossbar a következő szabad kivezetést köti be 2015.12.06. 11:18


67

2015.12.06. 11:18


68

Ha a crossbar nincs engedélyezve, az I/O sem Ha a program futása közben változtatni kell a

kiosztást: a crossbar kikapcsolása új kiosztás definiálása a crossbar bekapcsolása a külső jeleket ez befolyásolhatja!

2015.12.06. 11:18


69

2015.12.06. 11:18


70

Időzítési feladatok felhasználói felület kezelése mechatronikai rendszerek periodikus megszakítások adatátvitel, kommunikáció ütemezése időtartamtok mérése timeout generálás Számlálás események számlálása frekvenciamérés 2015.12.06. 11:18


71

overflow pulse (H7: 10)

Timer mode

EXTERNAL SIGNAL

1

D L0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 H0 H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7

OSCILLATOR

SET

Counter mode

low byte

high byte

Q

FLAG

C CLEAR to peripherals UART, PCA,…

16-bit counter

clock signal counter value

max value-1

max value

initial value

initial value+1

overflow 2015.12.06. 11:18


72

Bemenet: periodikus vagy külső jel Túlcsordulás pulzust generál beállít egy flaget

A flag törlésig 1 marad A pulzus meghajthat más perifériákat

(független

a flagtől)

2015.12.06. 11:18


73

Klasszikus 8051 periféria

Sokféle üzemmód Silicon Laboraories továbbfejlesztés teljes sebesség is (SYSCLK)

rugalmasabb megszakításkezelés

2015.12.06. 11:18


74

SYSCLK/12 SYSCLK/4 SYSCLK/48

CLK0

EXT OSC/8 SYSCLK T0 /INT0 IN0PL GATE0      

AND TR0

XOR OR

TCLK0

AND

CLOCK0 az órajelforrásokból áll elő TR0 engedélyezi a számlálást GATE0 engedélyezi a külső jellel való kapuzást IN0PL invertálja a külső kapuzó jelet TCLK0 = (TIMER ? CLK0 :T0) & TR0 & (!GATE0 | (INT0 ^ IN0PL)) Timer1 számára hasonló, de független beállítás

2015.12.06. 11:18


75

MODE 0

TCLK0

TL0, 5 LSBs

TH0

TF0

MODE 1

TCLK0

TL0

TH0

TF0

 13-bites számláló  Minden TCLK0 lefutóél egyet növel a számláló értékén  A számláló két 8-bites részből áll  TH0: a nagyobb helyi értékű byte  TL0: a kisebb helyi értékű byte  TL0-nak csak az alsó 5 bitje aktív, a felső három határozatlan  TF0 1-re vált, ha a számláló túlcsordul  TF0 megszakítást válthat ki, ha engedélyezve van, ekkor

automatikusan törlődik, egyébként szoftveresen kell törölni  Mode 1 azonos, de mind a 16 bit aktív 2015.12.06. 11:18


76

Késleltetés generálás Megszakítás generálás hardveres (fix időzítés) szoftveresen felülírható

Frekvencia (rezonáns szenzorok, VFC, R vagy C) Periódus Időtartam (gate használata)

2015.12.06. 11:18


77

 A függvényhívás és műveletek ideje is hozzáadódik  steps lépés idejéig várakozik

void Delay(unsigned short steps) { TMOD=(TMOD & 0xF0) | 0x01; // 16-bit timer CKCON=CKCON | 0x04; // timer0 clk=sysclk TH0=-steps >> 8; // 65536-steps TL0=-steps; TF0=0; TR0=1; while (!TF0); TR0=0; } 2015.12.06. 11:18


78

 RESET érték: timer0 és 1 órajel=sysclk/12  steps timer lépésenként megszakítás (túlcsordulás)  Megszakítási késleltetés befolyásolja, kicsit szoftverfüggő

TMOD=(TMOD & 0xF0) | 0x01; // 16-bit timer TR0=1; // run timer IE=0x82; // enable global & timer0 interrupts void Timer0Handler(void) __interrupt 1 { TR0=0; // stop timer TH0=-steps >> 8; // 65536-steps TL0=-steps; TR0=1; // start timer … } 2015.12.06. 11:18


79

Frekvencia, szenzorok, VFC, R vagy C mérése Adott ideig számláljuk a lefutó éleket Tartomány 0-fmax vagy fmin-fmax Felbontás? Két timer az egyik számlálja az eseményeket a másik az időtartamot (pontosság?)

T0 TH0,TL0 TR0 2015.12.06. 11:18

0

1

2

3

4

5

6

Counting Digitális perifériák és használatuk

80

TCON=0; // stop timers TMOD=0x15; // T0:16-bit counter T1:timer TH0=0; // initialise counter TL0=0; // initialise counter TH1=-steps >> 8; // 65536-steps TL1=-steps; // TR0=1 for steps*timer period TF1=0; // clear timer 1 flag TCON=0x50; // run both timers while (!TF1); // assembly? TCON=0; // stop both timers    

Az eredmény TH0/TL0 regiszterekben van Esetleges megszakítások ronthatják az eredményt! A timerek másra ezalatt nem használhatók Összességében: kicsit szoftverfüggő, nem teljesen hardveres megoldás

2015.12.06. 11:18


81

N periódust megszámlálunk Megmérjük, mennyi T ideig tart T  Kt t = timer lépésidő

Periódus = T/N  Kt/N Két timer használata számlálás N esemény bekövetkeztéig a szükséges időtartam megmérése, azaz K mérése

2015.12.06. 11:18


82

N periods (L=65536-N) T0 TH0,TL0

L

L

L+1

65534 65535

0

2

K-3 K-2 K-1

K

TF0 T1 CLK TH1,TL1

0

0

1

Kt

TR0,TR1 2015.12.06. 11:18

Counting Digitális perifériák és használatuk

83

TCON=0; TMOD=0x15; TH1=0; TL1=0; TH0=-N >> 8; TL0=-N; TF0=0; TCON=0x50; while (!TF0); TCON=0;    

// // // // // // // // // //

stop timers T0:16-bit counter T1:timer clear T1 timer value clear T1 timer value 65536-N N events to overflow (TF0=1) clear timer 0 flag run both timers wait for N events (assembly?) stop both timers

Az eredmény a TH1/TL1 regiszterekben van (K) Esetleges megszakítások ronthatják az eredményt! A timerek másra ezalatt nem használhatók Összességében: kicsit szoftverfüggő, nem teljesen hardveres megoldás

2015.12.06. 11:38


84

Digitalizálás timer periódusok számlálásával A timerek GATE bemenete használható

Megoldás: A számláló adott órajellel megy A külső jel aktív idejéig engedjük a számlálást Elég egy timer INT0 engedélyezése a crossbaron szükséges

2015.12.06. 11:18


85

T0 CLK TH0,TL0

0

0

1

K-2 K-1

K

Kt /INT0 TR0 Counting waiting while high 2015.12.06. 11:18


waiting for falling edge 86

TR0=0; TH0=TL0=0 TMOD=0x09; IT0=0; IE0=0; while (!IE0); IT0=1; IE0=0; TR0=1; while (!IE0); TR0=0;     

// // // // // // // // // // //

stop timer clear timer T0:16-bit gated timer mode level triggered /INT0 clear INT0 flag wait for input going down edge triggered /INT0 clear INT0 flag enable timer wait for end of pulse stop timer

Az eredmény a TH0/TL0 regiszterekben van A pulzusnak TR0=1 után kell indulnia! Erre várakozás a kódban INT0-t a crossbaron engedélyezni kell, megszakításban is kezelhető Esetleges megszakítások ronthatják az eredményt! Kicsit szoftverfüggő, nem teljesen hardveres megoldás

2015.12.06. 11:18


87

t

TL0 0 1

TF0 0 0

 8-bites számláló 4t  TH0 tartalmazza a kezdőértéket  Ez TL0 túlcsordulásakor beíródik  innen folytatódik a számlálás  Példa: TL0=0; TH0=252; TF0=0; 4t  Periódus: (256-TH0)t  TF0:  szoftver vagy megszakítás törli

255 252 253 254 255 252 253 254 255 252 253

0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1

TCLK0

TL0

TF0

TH0

2015.12.06. 11:18


CLR TF0

88

Soros bitátviteli ráta: baud rate (UART) Periodikus megszakítások generálása

Kiszolgáló a PCA-hoz (Timer0, lásd később) 8-bit: korlátozott felbontás és pontosság Nagyobb periódus – nagyobb pontosság

Mindig ellenőrizzük, mennyi lett a periódus

2015.12.06. 11:18


89

Period  256  TH 0   t  256  TH 0 / f clk 1 / Period  f desired  f actual  f clk / 256  TH 0 TH 0  256  f clk / f desired  0.5 f actual  f clk / 256  256  f clk / f desired  0.5 2015.12.06. 11:18


90

1

Actual frequency/fclk

0,8 0,6 0,4 0,2 0

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Desired frequency/fclk 2015.12.06. 11:18


91

50

Error [%]

25

0

-25

-50

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Desired frequency/fclk 2015.12.06. 11:18


92

Baud rate = Timer1 overflow rate / 2 F410 SYSCLK: 191406Hz

9600 bit/s = 191406/(256-TH1) / 2 TH1=256-SYSCLK/BAUDRATE/2246=0xF6 BAUDRATE=9570 bit/s, jó ez? SYSCLK: 2%! TMOD=(TMOD & 0x0F) | 0x20; // mode 2 CKCON=CKCON | 0x08; // timer1clk=sysclk TH1=0xF6; TR1=1;

2015.12.06. 11:18


93

Interrupt rate = Timer0 overflow rate F410 SYSCLK: 191406Hz

TH0=256-SYSCLK/IRQRATE Elvi tartomány: 748Hz-191406Hz

(TH0=0-255) A periódus > IRQ végrehajtási idő legyen TMOD=(TMOD & 0xF0) | 0x02; // mode 2 CKCON=CKCON | 0x04; // timer0clk=sysclk TH0=65; // 1000Hz TR0=1; IE=0x82; // enable interrupt 2015.12.06. 11:18


94

SYSCLK/12 SYSCLK/4 SYSCLK/48

CLK0

EXT OSC/8

TH0

TF1

TL0

TF0

SYSCLK T0 /INT0 IN0PL GATE0

AND TR0

XOR OR

AND

TCLK0

 Két független 8-bites számláló (Timer 1 inaktív ekkor)  TL0-t a szokásos komplex órajel hajtja  TH0-t a skálázott órajel vagy SYSCLK 2015.12.06. 11:18


95

Periodikus megszakítások generálása TL0 számlálásra, megszakítások generálására

Órajel a perifériák számára

2015.12.06. 11:18


96

Az MCS-51 mikrovezérlőben: Timer 0 és 1 8052: Timer 2 hozzáadása

Silicon Labs további timerek hozzáadása kétféle megoldás (pl. F120 és F410) 16-bit auto reload – nagyobb tartomány, pontosság

2015.12.06. 11:18


97

SYSCLK SYSCLK/12 AND

EXT OSC/8

TCLKn

TMRnL

TMRnH

TMRnRLL

TMRnRLH

TFnH

TRn

C8051F410

2015.12.06. 11:18


98

SYSCLK/12 SYSCLK/4

SYSCLK

0xFF

0xFF

TMRnL

TMRnH

EXT OSC/8

Tn

AND

TFn

TRn TnEX

EXENn

D Q AND

OR

TMRnRLL

TMRnRLH

C Q

Tn EXFn

C8051F120 2015.12.06. 11:18


99

TMR2 =TMR2H*256 +TMR2L TMR2RL =TMR2RLH*256 +TMR2RLL

TMR2 TMR2RL TMR2RL+1 Nt 65534 65535 TMR2RL TMR2RL+1

Nt TMR2RL

2015.12.06. 11:18

TF2H ( interrupt) 0 t 0

65534 65535 TMR2RL TMR2RL+1


0 0 Hardware sets TF2H 1 generates interrupt 1 Software clears TF2H 0 0 1 1

100

/************************** steps = period/dt dt=1/timer clock steps = timer clock*period reload value = 65536-steps ***************************/ unsigned long period; unsigned long tmrclk; unsigned short tmrrl;

// in us // timer clock in Hz // reload value

tmrrl = -tmrclk*period/1000000L;

2015.12.06. 11:18

A C8051Fxxx mikrovezérlők felépítése és programozása

101

SYSCLK SYSCLK/12 AND

EXT OSC/8

TMRnH

TFnH

TRn

TMRnRLH TMRnL

SYSCLK

TFnL

TMRnRLL

2015.12.06. 11:18


102

 Flag felhasználásával (megszakítás engedélyezés): Periodikus megszakítások generálása  A túlcsordulási pulzussal (timer megszakítás nincs!): Baud rate generátor (UART) SMBus bit rate, timeout A/D konverzió indítása, mintavételezéses mérés D/A konverzió indítása, időfüggő jel generálása F120 processzoron kimeneti négyszögjel  Code profiling SYSCLK legyen a számláló órajele a kódrészlet elején a számláló nullázása és indítása a kódrészlet végén a számláló állása a futási időt adja 2015.12.06. 11:18


103

$include (C8051F410.INC) LED

EQU

P0.2

CSEG at 0000h jmp Main

; reset, jump to the main

ORG 002Bh anl TMR2CN,#07Fh cpl LED reti

2015.12.06. 11:18

; ; ; ;

Timer 2 IRQ vector clear interrupt flag complement LED return from interrupt


104

Main: anl mov mov mov mov mov mov mov mov jmp

PCA0MD, PCA0MD, XBR1, TMR2RLL, TMR2RLH, TMR2L, TMR2H, TMR2CN, IE, $

#0BFh #000h #040h #0B2h #0C1h #0B2h #0C1h #004h #0A0h

; watchdog off ; crossbar on ; Timer 2 reload register ; ; Timer 2 counter initial value ; Start Timer 2 ; enable interrupts ; repeat forever

END

fclk=1/t=191406/12 Hz  15950 Hz (RESET utáni alapérték) 1 sec = 15950t  TMR2RL = 65536-15950 = 49586 = 0xC1B2 2015.12.06. 11:18


105

Kevés a 16-bit? Szoftveres kiterjesztés: Túlcsorduláskor egy változó értékét növeljük Megszakítási rutinban void TimerIRQ(void) __interrupt TIMER_VECTOR { static unsigned char counter=0;

counter = (counter+1) % countermax; if (!counter) Process(); // overflow } 2015.12.06. 11:18


106

2015.12.06. 11:18

TMR (HW)

TF

COUNTER (SW)

65534 65535 0 1

0 0 1 1

0

65534 65535 0 1

0 0 1 1


INT+SW DELAY

1

107

2015.12.06. 11:18


108

Adott órajellel fut egy 16-bites számláló Mellette van több 16-bites regiszter

Lehetőségek A számláló értéke átmásolódik a regiszterbe A számláló értékének összehasonlítása a regiszterével A kétféle esemény detektálható (megszakítás) Külső jel állítható elő (hardware output) Külső jel használható (hardware input)

2015.12.06. 11:18


109

SFR BUS

SYSCLK/12 SYSCLK/4

SNAPSHOT REGISTER

TIMER0 EXT CLK IN

PCA0L READ

EXT OSC/8

PCA0L

PCA0H

CF

PCA0CPL0 PCA0CPL1 PCA0CPL2 PCA0CPL3 PCA0CPL4 PCA0CPL5

PCA0CPH0 PCA0CPH1 PCA0CPH2 PCA0CPH3 PCA0CPH4 PCA0CPH5

CCF0

RTC OSC/8

TO PORT I/O

CEX0 CEX1 CEX2 CEX3 CEX4 CEX5 2015.12.06. 11:18


CCF1 CCF2 CCF3 CCF4 CCF5

TO INTERRUPT HANDLER

SYSCLK

110

SYSCLK/12

SFR BUS

SYSCLK/4 TIMER0 EXT CLK IN SYSCLK EXT OSC/8

PCA0L

SNAPSHOT REGISTER

PCA0L READ

PCA0H

CF

RTC OSC/8

 Sokféle órajelforrás  Akár Timer0 8-bit auto-reload túlcsordulás Timer 0 16-bittel való kiterjesztése Lassabb, programozható órajel  16-bites biztonságos olvasás (PCA0L először) 2015.12.06. 11:18


111

PCA0CPLn PCA0CPHn CEXn

CCFn

PCA clock

PCA0L

PCA0H

 Külső jel felfutó, lefutó vagy mindkét átmeneténél  A PCA0 számláló a PCACPn regiszterekbe kerül  A CCFn flag 1-re vált, megszakítás is létrejöhet  Események, jelváltások időpillanatainak detektálására  Frekvencia, periódusidő, pulzusszélesség, kitöltési

tényező mérésére alkalmas 2015.12.06. 11:18


112

Pulzusszélesség mérése Felfutó él engedélyezése

Megszakítás engedélyezése A megszakításban: capture regiszter elmentése lefutó él engedélyezése következő megszakításban capture regiszter aktuális és előző értékének különbsége

Feladat: a kód megírása

2015.12.06. 11:18


113

CAPTURE REGISTER=K

CAPTURE REGISTER=L

PCA CLK PCA0

0

1

2

K-1

K

K+1

L-1

L

L+1

CEXn (L-K)t INTERRUPT

2015.12.06. 11:18


INTERRUPT

114

RESET Write to PCA0CPLn

OR

PCA0CPLn PCA0CPHn 0

Write to PCA0CPHn

1

16-bit COMPARATOR PCA0L

PCA clock

CCFn

PCA0H

 FONTOS! Írási sorrend: PCA0CPLn, PCA0CPHn  A CCFn 1-re vált, ha a PCA0 és PCA0CPn regiszter azonos  Detektálás után CCFn törlése, új PCA0CPn érték beírása  Változatos szoftveres időzítésekhez 2015.12.06. 11:18


115

Software updates compare register COMPARE REGISTER=K

COMPARE REGISTER=L

PCA CLK PCA0

0

1

2

K-1

K

K+1

L-1

L

L+1

CCFn software clears CCFn 2015.12.06. 11:18


116

Programozható késleltetés Adott idő múlva bekövetkező megszakítás

Növekvő/csökkenő időnként bekövetkező

megszakítás Forráskódok?

2015.12.06. 11:18


117

RESET

Write to PCA0CPLn

OR

PCA0CPLn PCA0CPHn 0

Write to PCA0CPHn PCA clock

1

D Q C Q

16-bit COMPARATOR PCA0L

CEXn CCFn

PCA0H

 FONTOS! Írási sorrend: PCA0CPLn, PCA0CPHn  Azonos a software timer móddal, de kimenő jelet is ad  Általános váltási idejű logikai jelek előállítására 2015.12.06. 11:18


118

Software updates compare register COMPARE REGISTER=K

COMPARE REGISTER=L

PCA CLK PCA0

0

1

2

K-1

K

K+1

L-1

L

L+1

CEXn (L-K)t

2015.12.06. 11:18


119

Periodikus négyszögjel Növekvő/csökkenő időnként változó jel

Változó szélességű impulzusok (PWM) Változó időközönkénti impulzusok Egymáshoz képest precízen időzített jelváltások több modul használatával több jel

A jelváltásokkor megszakítás ez állíthatja be a következő jelváltási időt részben szoftveres, befolyásolja a minimális időt! 2015.12.06. 11:18


120

PCA0CPLn

Enable

8-bit comparator

PCA clock

PCA0L

8-bit adder

PCA0CPHn D Q C Q

CEXn

 8-bit felbontású teljesen hardveres négyszögjel-forrás  50% kitöltési tényező  f=fPCA/PCA0CPHn/2 2015.12.06. 11:18


121

PCA0CPHn=3 PCACLK PCA0L PCA0CPLn

255

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0

3

3

3

6

6

6

9

9

9

12

12

CEXn

2015.12.06. 11:18


122

PCA0CPHn PCA0CPLn

Enable

PCA clock

8-bit comparator

S Q

PCA0L

OVERFLOW

CEXn

R

 8-bites PWM, programozható kitöltési tényező  fPCA/256 frekvencia  FONTOS! Írási sorrend: PCA0CPLn, PCA0CPHn 2015.12.06. 11:18


123

PCA CLK PCA0L

255

0

1

K-1

K

K+1

254 255

0

1

CEXn Kt

(256-K)t 256t

2015.12.06. 11:18


124

PCA0CPLn

Enable

PCA0CPHn

16-bit comparator

S Q

CEXn

R PCA clock

PCA0L

PCA0H

OVERFLOW

 16-bites PWM, programozható kitöltési tényező  fpca/65536 frekvencia  FONTOS! Írási sorrend: PCA0CPLn, PCA0CPHn

2015.12.06. 11:18


125

1

0

65535

65534

K+1

K

K-1

1

0

PCA0

65535

PCA CLK

CEXn Kt

(65536-K)t 65536t

2015.12.06. 11:18


126

Lassú rendszerek vezérlése LED/lámpa fényerő

Motor fordulatszám Fűtőszál Peltier elem

Hangszóró

2015.12.06. 11:18


127

 Analóg jel?  A frekvencia elég nagy a rendszer sebességéhez

képest?  Szűrés szükséges?  Mekkora a hullámossága szűrés után?  A logikai jel amplitúdója mekkora és milyen stabil?  Ha mérjük a hatást, javítható a pontosság CEXn

VREF R

R C

C CEXn

2015.12.06. 11:18


128

Vref R C

V

Vref

CEXn

Közelítés A legnagyobb

ingadozás: 50% kitöltés T/2 ideig I=(Vref/2)/R Töltés:IT/2 2015.12.06. 11:18


T VREF I Q T 2 2 V    C C RC 2 V T  VREF 4 RC 129

T V REF RC  4 U Ha RC nő, a feltétel egyre jobban teljesül 8-bit PWM példa SYSCLK=191406 Hz

T=256/191406s1,34ms legyen U/VREF<1/256 RC>641,34ms pl.: 10k, 10uF 2015.12.06. 11:18


130

Általánosabban, a rendszer időállandójából a rendszer időállandója:  A vezérlőjel 0 állapotához tartozó érték: xmin A vezérlőjel 1 állapotához tartozó érték: xmax Megengedett ingadozás: x A PWM jel periódusideje: T

x T  4  xmax  xmin 2015.12.06. 11:18

Termikus példa: =50s A gerjesztés 80⁰C-ot emel 0,5⁰C ingadozáshoz: T<450s0,5/80=1,25s


131

PCA0CPH5 Enable

8-bit comparator

match AND

RESET

PCA0L overflow PCA clock

PCA0L

PCA0H

Write to PCA0CPH5 enables adder

8-bit adder

PCA0CPL5

 Bizonyos C8051Fxxx processzorokon  Elfoglal egy PCA csatornát, ha aktív  Ha engedélyezve van, zárolva van a PCA clock  Ez alkalmazásokat korlátozhat 2015.12.06. 11:18


132

PCA0CPLn=4 PCA0L overflow PCA0H PCA0CPH5

PCA CLK/256

255

0

1

2

3

4

5

6

7

8

x

x

3

3

3

6

6

8

8

8

8

8

x

x

Write to PCA0CPH5

/RESET

2015.12.06. 11:18


133

2015.12.06. 11:18


134

Valós idő mérésére, óra Elemről önállóan megy, ha a táp ki van kapcsolva

Ébresztő funkció, felkelti a processzort Alacsony fogyasztás

RTC

2015.12.06. 11:18


8051 CORE

135

ALARM5

ALARM4

ALARM3

ALARM2

ALARM1

ALARM0

ALARM IRQ

47-bit  COMPARATOR

44444444333333333322222222221111111111000000000X 76543210987654321098765432109876543210987654321 RTC5

RTC4

RTC3

RTC2

RTC1

RTC0

CAPTURE5

CAPTURE4

CAPTURE3

CAPTURE2

CAPTURE1

CAPTURE0

2015.12.06. 11:18


32768Hz OSC

136

 Processzor órajelét adhatja alacsony fogyasztás pontos  PCA órajelét adhatja RTC clock/8, (4096Hz, 65536 lépés: 16s)  Óra, naptár másodpercek (5 byte : RTC5..RTC1) másodperc konvertálása dátummá (1970-től)  Alarm megszakítás hosszú idejű altatások (nagyon alacsony fogyasztás) 2015.12.06. 11:18


137

Mikrovezérlők Alkalmazástechnikája

Recommend Documents