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DST – EINFÜHRUNG IN MRT

Projektaufbau

13.10.2016 1DST - MRT - Einführung

V1 (90 min)

Projekt Versuch 1.1:

Gegeben ist ein Atmel uC.

An PortA sind 8 Taster angeschlossen.

An PortC sind 8 LEDs.

Geben Sie die Taster - Information an den LEDs aus.

(Wenn Taster betätigt, entspr. LED an)


Projektaufbau als uC - Programmierer


V1 (90 min)

Projektannalyse:

Möglicher Ablauf des Projektes (direkt im C - Code)

int main (void)

{

// --- Initialisierungen ----------------------------------------------

// --- Endlosschleife im Hauptprogramm --------------------------------

while(1) { // Endlosschleife

// Controller haben nie ein Programm-Ende)

}

// --- Programm Ende --------------------------------------------------

return 0; // wird nie erreicht!

}




V1 (90 min)

// --- Function Deklarationen -----------------------------------------

void Taster_init(void); // PortA (8-Bit-Taster-Port) als Input

void LEDs_init(void); // PortC (8-Bit-LED-Port) als Output

void Algorithm(void); // gibt den Zustand von PORTA nach PORTC

Taster_init(); // PortA (8-Bit-Taster-Port) als Input

LEDs_init(); // PortC (8-Bit-LED-Port) als Output

Algorithm(); // gibt den Zustand von PORTA nach PORTC

Der Programmierer schreibt: main.c, Taster.c, LEDs.c und Algo.c und erstellt, die oben

verwendeten leeren Routinen, so dass das Projekt von Anfang an lauffähig ist, aber nichts macht!




V1 (90 min)

Projektannalyse:


Analyse und Recherche der Hardware-Komponenten

Wie kann ich die Tasten anschließen ?

ANSCHLÜSSE DES AT-MEGA32


Port Platine Robi

PA0 i -Taste 1

PA1 i -Taste 2

PA2 i -Taste 3

PA3 i -Taste 4

PA4 i -Joystick

PA5 i -Joystick

PA6 i -Joystick

PA7 i -Joystick

PB0 LCD RS

PB1 LCD R/W

PB2 i U2 RxD

PB3 o U2 TxD

PB4 SD XSS

PB5 SD XMOSI

PB6 SD XMISO

PB7 SD XSCK

PC0 o -LED 0

PC1 o -LED 1

PC2 o -LED 2

PC3 o -LED 3

PC4 o -LED 4

PC5 o -LED 5

PC6 o -LED 6

PC7 o -LED 7

PD0 i U1 RxD

PD1 o U1 TxD

PD2 LCD E

PD3

PD4 b LCD DB4

PD5 b LCD DB5

PD6 b LCD DB6

PD7 b LCD DB7

DIGITALER INPUT ÜBER MECH. KONTAKT


DIGITALER INPUT „PULL DOWN“


DIGITALER INPUT „INTERNER PULL UP“


Falls der Controller keinen

schaltbaren Pullup Wider-

stand besitzt, muss natürlich

ein externer Widerstand

eingesetzt werden!

Das ist in der Regel, die meist-

benutzte Schaltungsrealisierung.

Sie ist in „negativer Logik“ und

damit Versorgungsspannungs-

unabhängig!

PORT - BLOCKSCHALTBILD



Projektaufbau


V1 (90 min)

Projektannalyse:


Analyse und Recherche der Hardware-Komponenten

Analyse und Recherche der Software-Komponenten




V1 (90 min)

#include <avr/io.h> => <portpins.h> => <iom32.h>

/* Port A */

#define PINA _SFR_IO8(0x19)

#define DDRA _SFR_IO8(0x1A)

#define PORTA _SFR_IO8(0x1B)




V1 (90 min)

PortA0 .. PortA7 = Input

PortA0 .. PortA7 Pull-Up-Widerstände

PortC0 .. PortC7 = Output

DDRA = 0b00000000;

PORTA = 0b11111111;

DDRC = 0b11111111;

Test-Software :

Sinnvoll ist es immer mit einer Ausgabe zu beginnen:

Jetzt Live


Steuerungs- und Regelungssysteme


V1 (90 min)


Heizungs - Regelung


HEIZUNGS – REGELUNG


5

5

4

1

1 => 16 x Temp.

5 x Durchflußmenge



Uhrzeit & Datum für Algo.

Anzeige und Tasten für Specs.



-20 °C <= T < 100 °C



5

5

4

1

1 => 16 x Temp.

5 x Durchflußmenge

NTC 0,10 € -80 .. +150 °C

Pt100 2,00 € -100 .. +200 °C

Durchfluss-

Sensor 2,00 €

Platine &

Bauteile 1,50 €

Gehäuse 0,80 €

Lohn & . . . 1,90 €

Software kompl. 0,25 € 250.000,00 €

Summe 16,05 € (150 €)

Gewinn 130 Mio €


Steuerungs- und Regelungssysteme


Mikroprozessoren

Signalprozessoren

Programmierbare Bausteine

SYSTEMAUFBAU


BUS SYSTEM


BUS TIMING

Schreiben eines Datenbytes zum Speicher 12345H (0x12345)


PERIPHERIE

Digitale Ports (I/O)Parallel

Seriell

Analoge Ports (I/O)AC

DC


TASTER - AUFAGBE

Taster oder Kontakt: soll ein Ereignis auslösen (event) ?Wie muss der Taster betätigt sein ?Zeitbestimmung der Betätigung ?Darf der Taster auch mal nicht erkannt werden ?


Lösung:Tastenzähler soll um 1 erhöht werden!10 Betätigungen sollen pro Sekunde erkannt werden!Prellzeit < 20ms (alle kleineren Taster) => fTast Max < 25Hz!Jede Betätigung > 10ms soll erkannt werden!

TASTER - LÖSUNG

++TAST_WERTfTastenabfrage ~ 100HztPrell = 20 ms


Lösung per Softwareschleife:

nur möglich, wenn die Schleife alle 10 msdurchlaufen wird!

Lösung per Interrupteingang:

nur möglich, wenn nicht so viele Kontakte (Taster) im

System vorkommen!

Lösung per Timerinterrupt:

universellste Lösung!

TASTER – LÖSUNG (MIT TIMERINT.)

++TAST_WERTfTastenabfrage ~ 100HztPrell = 20 ms


FCPU = 16MHz => 1 Assemblerbefehl ~ 2Zyklen=> 80.000 Befehle pro Interrupt (100Hz -> 10ms)=> 8.000 einfache C-Anweisungen pro Interrupt!

TASTER – STATEMACHINE (1)


unsigned int T0_Wert = 0; // globaler Speicher

// Zählt die Tastenbetätigungen

void T0_State_Machine(void) { // 100 Hz also alle 10 ms

static int State = 0; // permanente State Nummer

switch(State) {

case 0: { // 0 warte auf keine Taste

if ((PINA & 0b001) == 0) {State = 100;}

break;

}

case 100: { // 100 warte auf Taste

if ((PINA & 0b001) != 0) {++T0_Wert; State = 0;}

break;

}

default: {

break;

} } }

TASTER – STATEMACHINE (MIT ENTPR.)



// Zählt die Tastenbetätigungen



static int Cnt = 0; // permanente Counter

switch(State) {


if ((PINA & 0b001) == 0) {Cnt = 2; State = 50;}

break;

}

case 50: { // 20 ms entprellen

--Cnt; if (Cnt == 0) {State = 100;}

break;

}


if ((PINA & 0b001) != 0) {Cnt = 2; ++T0_Wert; State=150;}

break;

}


--Cnt; if (Cnt == 0) {State = 0;}

break;

} } }

TASTER – STATEMACHINE (200MS BETÄT.)

ENTPR.)





static int Cnt = 0; // permanente Counter für div. Aufgaben

switch(State) {


if ((PINA & 0b001) == 0) {Cnt = 2; State = 50;}

break;

}


--Cnt; if (Cnt == 0) {State = 100;}

break;

}


if ((PINA & 0b001) != 0) {Cnt = 2; State = 150;}

break;

}


--Cnt; if (Cnt == 0) {Cnt = 20; State = 200;}

break;

}

case 200: { // Taste muss 200 ms gedrückt sein

--Cnt; if (Cnt == 0) {++T0_Wert; State = 0;}

if ((PINA & 0b001) == 0) {State = 0;}

break;

} } }

TIMER / COUNTER ALS INTERRUPTGEBER


Interruptfrequenz soll 10 kHz betragen




// Prescaler 101=1024 | 100=256 | 011=64 | 010=8 | 001=1

// f=16MHz/8/200 = 10.000,0 Hz => 0,100 ms

TCCR0 = (0<<CS02) | (1<<CS01) | (0<<CS00); // :8




// Prescaler 101=1024 | 100=256 | 011=64 | 010=8 | 001=1

// f=16MHz/8/200 = 10.000,0 Hz => T = 0,100 ms

TCCR0 = (0<<CS02) | (1<<CS01) | (0<<CS00); // :8

TCCR0 |= (1<<WGM01); // Enable CTC Mode

CTC = Clear Timer On Compare Match




// Prescaler 101=1024 | 100=256 | 011=64 | 010=8 | 001=1

// f=16MHz/8/200 = 10.000,0 Hz => 0,100 ms

TCCR0 = (0<<CS02) | (1<<CS01) | (0<<CS00); // :8

TCCR0 |= (1<<WGM01); // Enable CTC Mode

OCR0 = 200-1; // Output Compare Register = Teiler-1

TCNT0 = 0; // Startwert · Hauptsache <= 199

TIMSK |= (1<<OCIE0); // Timer Interrupt Ausgang Enable

TIFR = (1<<OCF0); // Timer Interrupt Flagregister

// wenn Output Compare == 0

TIMER ALS ZEITBASIS


Interruptfrequenz soll 10 kHz betragen !

Es sollen die Funktionen des H.P. (main.c) aufgerufen werden:

volatile uint16_t tim0_iz; // volatile: akt Wert

volatile unsigned char uhr_sek_um = 0; // steht immer im

// Speicher

ISR(TIMER0_COMP_vect) {

++tim0_iz;

if (tim0_iz >= 10000) { tim0_iz = 0; uhr_sek_um++; }

sei();

int10kHz(); // 10 kHz Interrupt

if((tim0_iz % 10) == 5) int1kHz(); // 1 kHz Interrupt

if((tim0_iz % 100) == 88) int100Hz(); // 100 Hz Interrupt

if((tim0_iz % 1000) == 627) int10Hz(); // 10 Hz Interrupt

if((tim0_iz ) == 1243) int1Hz(); // 1 Hz Interrupt

}

int10kHz();

int1kHz();

int100Hz();

int10Hz();

int1Hz();

PRAKTIKUMSBOARD MIT AT-MEGA32


PRAKTIKUMSBOARD MIT AT-MEGA32


Tastenzähler +Flanke max Wechsel -Flanke

+Flanke Wechsel -FlankePort-Bits

Software-

Realisierte

Entprellung

Prellzeit

GRUNDBOARD MIT AT-MEGA32


ANSCHLÜSSE DES AT-MEGA32


Port Platine Robi

PA0 i -Taste 1

PA1 i -Taste 2

PA2 i -Taste 3

PA3 i -Taste 4

PA4 i -Joystick

PA5 i -Joystick

PA6 i -Joystick

PA7 i -Joystick

PB0 LCD RS

PB1 LCD R/W

PB2 i U2 RxD

PB3 o U2 TxD

PB4 SD XSS

PB5 SD XMOSI

PB6 SD XMISO

PB7 SD XSCK

PC0 o -LED 0

PC1 o -LED 1

PC2 o -LED 2

PC3 o -LED 3

PC4 o -LED 4

PC5 o -LED 5

PC6 o -LED 6

PC7 o -LED 7

PD0 i U1 RxD

PD1 o U1 TxD

PD2 LCD E

PD3

PD4 b LCD DB4

PD5 b LCD DB5

PD6 b LCD DB6

PD7 b LCD DB7

PORT - BLOCKSCHALTBILD


PORT - PROGRAMMIEREN


// PortA alle 8-Bits als Input

DDRA = 0b00000000;

// PortC alle 8-Bits als Output

DDRC = 0b11111111;

// PortB Bit 0-3 als Input

// und Bit 4-7 als Output

DDRB = 0b11110000; // n.u.

// Daten von PortA lesen

// und an PortC wieder ausgeben

PORTA = 0b11111111; // Pull-up-Wid.

while(1) {

PORTC = PINA;

}

ANWENDUNG


Aktive Raddrehzahlfühler mit eigener Auswerteelektronik

auch: AMR-Sensor (Anisotroper Magnetoresistiver Effekt)

Der Rad-Drehzahlsensor

(Abk.: DF = Drehzahlfühler) wurde zuerst für den Einsatz im Antiblockiersystem (ABS)

entwickelt. Anfänglich handelte es sich um einen passiven induktiven Sensor

(Induktivgeber). Mittlerweile hat aber der aktive Sensor mit eigener Auswerteelektronik

immer mehr an Bedeutung gewonnen.

Positiver Nebeneffekt: Die Rad-Drehzahlinformationen können auch von via CAN-Bus

von Getriebe-, Motor-, Navigations- und Fahrwerksregelsystemen genutzt werden.

Funktionsweise und Messprinzip

Dieser Sensor arbeitet nach dem Hall-Prinzip und hat die Besonderheit, dass er Vorwärts

- und Rückwärtsbewegungen erkennt.

Aktive Raddrehzahlfühler

ANWENDUNG



1 Geberring,

2 Sensor IC mit Hallsensor,

3 Sensorgehäuse

ANWENDUNG


Die Drehrichtungserkennung ist durch den internen Signalversatz von drei

entsprechend angeordneten Hallelementen im Sensor möglich. Bei einem

solchen Raddrehzahlsensor übernehmen Magnete die Funktion der Zähne des

Inkrementenrades. Die Magnete sind in Nordpol und Südpol unterschieden und

sind wechselweise auf einen Polring (Geberring) angeordnet.

Anders als beim passiven Raddrehzahlsensor wird der aktive Raddrehzahlsensor

mit einer definierten Spannung versorgt und liefert schon ein im

Raddrehzahlsensor erzeugtes Rechtecksignal in Form eines Datenprotokolls zum

Steuergerät. Dieses Datenprotokoll wird als Stromsignal im

Pulsweitenmodulationsverfahren (PWM) übertragen.


ANWENDUNG



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