Čítače Přednáška 10 (11)

Čítače Přednáška 10 (11)

2015, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha J. Fischer

A4B38NVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha

1

Náplň přednášky Čítače v MCU forma, principy činnosti použití čítačů


2

Čítače v mikrokontrolérech V STM32103 podle typu 3x16 bitů až 6x 16 bitů čítače všechny MCU mají jeden nebo více čítačů Čítače – důležitá součást MCU Některé MCU i samostatný procesor pro správu čítačů (Freescale- TPU Timing Processor Unit) se samostatným programováním Čítače- významné při řízení motorů A4B38NVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha

3

Čítače čítače v STM32 ?? co to vše je ?? vysvětlení po částech


4

Čítače 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 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

5

Čítače Čítače - mimo čítání nahoru, dolu, je možný i režim –střídavě nahoru a dolu význam pro PWM


6

Kvadraturní signál Heslo – quadrature signal, incremental quadrature encoder (viz výklad na tabuli přednáška 9 -10) optoelektrický inkrementální snímač polohy Směr – podle sledu fází, posun – podle počtu hran, v 1 periodě - 4 hrany A

A

B

B

klid, běh, klid

inkrementovat č.

běh +, klid, běh -

dekrementovat č.

A B

V STM32 – možnost řízení čítače kvadraturním signálem, podle směru pohybu je řízení směru čítání (nahoru nebo dolu), určení polohy číslicově řízené systémy, odměřování polohy strojů A4B38NVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha

7

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.) otázka: popište měření střídy PWM signálu s využitím čítače v STM32 A4B38NVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha

přetečení

CLK čítač

přerušení, příznak

událost hradlo

CPU - čtení hodnoty

registr

t1

t2

capture chan. 1

t3

t4

capture chan. 1

capture chan. 2

8

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 A4B38NVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha

9

Čítače v STM32 Kanály „Capture“, „compare“ registrů - navázány na společný čítač možná spolupráce registrů s DMA (přenos dat mezi reg. a pamětí - výklad)


10

Čítače - PWM Čítače režim pulsní šířkové modulace PWM „Pulse - Width Modulation“ Parametry PWM – perioda a střída, nastavení registrů podle stavu čítače pro překlopení) Řízení výkonu, režim „zapnuto“ – „vypnuto“ řízení svitu žárovek, proudu stejnosměrného motoru, ... Společné spínání vícekanálové PWM – zarovnání na kraj - větší rušení, impulsní zátěž, Rozdělené spínání – zarovnání na střed


11

PWM - použití Použití PWM – pro prosté generování impulsů daných parametrů, PWM jako generátor impulsů s nastavitelnou frekvencí a střídou (předdělička frek. PWM) Některé senzory – výstup informace o snímané hodnotě ve formě PWMměronosná veličina je střída Řízení výkonu, střední hodnoty napětí na obvodu, střední hodnoty proudu (viz cvičení – řízení jasu LED) „bezztrátové“ řízení, režim „ON“, „OFF“, Řízení proudu vinutím motorku,.. (příkl. – staré řízení proudu motoru tramvaje „kontrolér“,, el. lok. – a moder. řízení) Jiné řízení – lineární – nutný regulační prvek, na němž by se také ztrácel výkon. Uobv = Unap – Ureg (Preg = Ureg x I) Příklad – lineární regulátor napětí (stabilizátor) na desce STM32 Discovery) Řízení svitu žárovky – buď sériový lineární regulační prvek – rezistror, tranzistor, nastavení dané velikosti proudu I, Bezztrátové řízení - nebo nastavení stejné střední velikosti proudu Istr režimem proud „teče“, „neteče“ (příklad „blinkry“ s žárovkami, náběh proudu, stmívače,. „dimm.“)

(forma PWM – řízení el. topení, sporák, mikrovl. trouba – „ON“, „OFF“) A4B38NVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha

12

PWM - popis Pozor někdy různé způsoby popisu střídy poměr délky impulsu ku periodě T+ /T poměr délky T+ ku délce T- ( vyjádřeno pomocí symbolu „ : “ jako ( často používáno hovorově „střída jedna ku jedné“ , míní se , že T+ = T- nebo také, že T+ = T- ) T-

T+

t1

T+ : T- )

t2

T

t3

t4

např. pro případ T+ = 0,5 x /T někde určeno - střída 1:1 nebo také střída 0,5 střída


13

PWM – popis 2 Je možno se setkat s vyjádřením střídy čísla určené poměrem (T+ - T- ) / (T+ + T- ), může nabývat hodnoty od +1 do -1 T

je - ovlivněno tím, co se pomocí PWM řídí obvykle – výstupní signál unipolární („nezáporný“, „nula“ a kladné napětí) střední hodnota impulsního napětí dána Ustr = T+ / (T+ + T- ) Um+ = (T+ / T) Um+

u

T-

T+ Um+

t

T u

pro bipolární výstupní signál (T+ - T- )/ (T+ + T- ) pokud Um+ v abs. hodnotě rovno Umpak Ustr = (T+ - T- )/ (T+ + T- ) Um střední hodnota může nabývat obou polarit


Um+

T

+

Tt

Um-

14

Čítače STM32 .“Advanced“ timery s STM32


15

Čítače STM32 “Advanced“ timery- použití při řízení motorů výstup PWM CH1 a komplementární CH1N , nastavení „dead time“ prodleva mezi sepnutím horního a dolního tranz. v H- můstku (3x- řízení tří fází motoru) Připojení Hallových sond- pro řízení BLDC mitorů TD


16

STM32F100 – čítač „systick“ v jádru ARM Cortex- M3 Systémový čítač Systick 24 bitový – je již součástí ARM – CortexM3 obsahuje jej ve stejné formě každý procesor s jádrem ARM Cortex –M3 Využití pro RTOS, operační systémy reálného času, časování činnosti systému Ostatní čítače – závisí na konkrétním řešení daného výrobce čítače 16 – bitové, 32 – bitové,.. např. STM32F051 jeden čítač 32- bitový, STM32F100 - jen 16 – bitové čítače STM32F407 32- i 16-bitové čítače


17

STM32F100 – čítač „systick“ v jádru ARM Cortex- M3

JTAG/SW JTAG/SWDebug Debug Nested Nestedvect vectIT ITCtrl Ctrl

11xxSystick SystickTimer Timer

Čítače v STM32F100

11xxDMA DMA 77Channels Channels

FlashI/F I/F Flash

Cortex-M3 Cortex-M3 CPU CPU 24 24 MHz MHz ARMLite LiteHi-Speed Hi-SpeedBus Bus ARM Matrix / Arbiter (max 24MHz) Matrix / Arbiter (max 24MHz)

Čítač systick jádro ARM Cortex M3

16-128kB 16-128kB Flash FlashMemory Memory

XTAL XTALoscillators oscillators 32KHz 32KHz++3~25MHz 3~25MHz 4kB-8kB 4kB-8kBSRAM SRAM

20B 20BBackup BackupRegs Regs

Clock ClockControl Control

Bridge Bridge Bridge Bridge

1x 1xSPI SPI 1x 1xUSART/LIN USART/LIN Smartcard/IrDa Smartcard/IrDa Modem-Ctrl Modem-Ctrl


(max 24MHz)

Up Upto to80 80I/Os I/Os

ARM Peripheral Bus

Synchronized SynchronizedAC ACTimer Timer

Up Upto to16 16Ext. Ext.ITs ITs

Int. Int.RC RCoscillators oscillators 40KHz 40KHz++8MHz 8MHz PLL PLL

RTC RTC//AWU AWU 2x 2xWatchdog Watchdog

CRC CRC

1x6x 1x6x16-bit 16-bitPWM PWM

Power PowerSupply Supply Reg Reg1.8V 1.8V POR/PDR/PVD POR/PDR/PVD

ARM Peripheral Bus (max 24MHz)

(independent (independent&&window) window)

33xx16-bit 16-bitTimer Timer

1x16-bit 1x16-bittimer timerwith with22 IC/OC/PWM IC/OC/PWM

HDMI HDMICEC CEC

2x16-bit 2x16-bittimer timereach each with 1 IC/OC/PWM with 1 IC/OC/PWM

2x 2xSPI SPI

22xx12bit 12bitDAC DAC 1x 1x12-bit 12-bitADC ADC 16 channels 16 channels// 850ksps 850ksps Temp TempSensor Sensor

2x 2xUSART/LIN USART/LIN Smartcard Smartcard//IrDa IrDa Modem ModemControl Control 2x 2xI2C I2C

18

Čítače Přednáška 10 (11)

Recommend Documents