Золотовский Д.В. Учебный курс для новичков по микроконтроллерам AVR. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

Нас пока интересуют только первые три бита этого регистра:

CSx2.. CSx0, вместо х подставляется номер таймера.

Они отвечают за установку предделителя и источник тактового сигнала.

У разных таймеров немного по разному, поэтому опишу биты CS02..CS00

только для таймера 0

•

000 - таймер остановлен

•

001 - предделитель равен 1, то есть выключен. таймер считает тактовые

импульсы

•

010 - предделитель равен 8, тактовая частота делится на 8

•

011 - предделитель равен 64, тактовая частота делится на 64

•

100 - предделитель равен 256, тактовая частота делится на 256

•

101 - предделитель равен 1024, тактовая частота делится на 1024

•

110 - тактовые импульсы идут от ножки Т0 на переходе с 1 на 0

•

111 - тактовые импульсы идут от ножки Т0 на переходе с 0 на 1

Прерывания

У каждого аппаратного события есть прерывание, вот и таймер не

исключение. Как только происходит переполнение или еще какое

любопытное событие, так сразу же вылазит прерывание.

За прерывания от таймеров отвечают регистры TIMSК, TIFR. А у более

крутых AVR, таких как ATMega128, есть еще ETIFR и ETIMSK - своего рода

продолжение, так как таймеров там поболее будет.

TIMSK это регистр масок. То есть биты, находящиеся в нем, локально

разрешают прерывания. Если бит установлен, значит конкретное прерывание

разрешено. Если бит в нуле, значит данное прерывание накрывается тазиком.

По дефолту все биты в нуле.

На данный момент нас тут интересуют только прерывания по переполнению.

За них отвечают биты

•

TOIE0 - разрешение на прерывание по переполнению таймера 0

•

TOIE1 - разрешение на прерывание по переполнению таймера 1

•

TOIE2 - разрешение на прерывание по переполнению таймера 2

О остальных фичах и прерываниях таймера мы поговорим попозжа, когда

будем разбирать ШИМ.

Регистр TIFR это непосредственно флаговый регистр. Когда какое то

прерывание срабатывает, то выскакивает там флаг, что у нас есть

прерывание. Этот флаг сбрасывается аппаратно когда программа уходит по

вектору. Если прерывания запрещены, то флаг так и будет стоять до тех пор

пока прерывания не разрешат и программа не уйдет на прерывание.

Чтобы этого не произошло флаг можно сбросить вручную. Для этого в

регистре TIFR в него нужно записать 1!

А теперь похимичим

Ну перекроим программу на работу с таймером. Введем программный

таймер. Шарманка так и останется, пускай тикает. А мы добавим вторую

переменную, тоже на четыре байта:

; RAM

========================================================

.DSEG

CCNT: .byte 4

TCNT: .byte 4

Теперь у нас счетчик будет тикать не каждую итерацию главного цикла, а

строго по переполнению таймера. При этом он станет аж пятибайтным. Т.к.

младшим теперь будет счетный регистр таймера. В каждой итерации

прерывания от таймера он будет увеличиваться на 1 от загруженного

значения.

В это время, главная программа будет сравнивать этот счетчик с предельным

значением.

Делаем RJMP на обработчик с вектора.

ORG

$010

RETI ; (TIMER1 OVF) Timer/Counter1 Overflow

.ORG $012

RJMP Timer0_OV ; (TIMER0 OVF) Timer/Counter0 Overflow

.ORG $014

RETI ; (SPI,STC) Serial Transfer Complete

Добавим обработчик прерывания по переполнению таймера 0, в секцию

Interrupt. Так как наш тикающий макрос активно работает с регистрами и

портит флаги, то надо это дело все сохранить в стеке сначала:

Кстати, давайте создадим еще один макрос, пихающий в стек флаговый

регистр SREG и второй — достающий его оттуда.

MACRO

PUSHF

PUSH R16

IN R16,SREG

PUSH R16

.ENDM

.MACRO POPF

POP R16

OUT SREG,R16

POP R16

.ENDM

Как побочный эффект он еще сохраняет и R16, помним об этом :)

Timer0_OV: PUSHF

PUSH R17

PUSH R18

PUSH R19

INCM TCNT

POP R19

POP R18

POP R17

POPF

RETI

Теперь инициализация таймера. Добавь ее в секцию инита локальной

периферии (Internal Hardware Init).

; Internal Hardware Init ======================================

SETB DDRD,4,R16 ; DDRD.4 = 1

SETB DDRD,5,R16 ; DDRD.5 = 1

SETB DDRD,7,R16 ; DDRD.7 = 1

SETB PORTD,6,R16 ; Вывод PD6 на вход с подтягом

CLRB DDRD,6,R16 ; Чтобы считать кнопку

SETB TIMSK,TOIE0,R16 ; Разрешаем прерывание таймера

OUTI TCCR0,1<<CS00 ; Запускаем таймер. Предделитель=1

; Т.е. тикаем с тактовой частотой.

SEI ; Разрешаем глобальные прерывания

; End Internal Hardware Init ===================================

Осталось переписать наш блок сравнения и пересчитать число. Теперь все

просто, один тик один такт. Без всяких заморочек с разной длиной кода. Для

одной секунды на 8Мгц должно быть сделано 8 миллионов тиков. В хексах

это 7A 12 00 с учетом, что младший байт у нас TCNT0, то на наш счетчик

остается 7А 12 ну и еще старшие два байта 00 00, их можно не проверять.

Маскировать не нужно, таймер мы потом переустановим все равно.

Одна только проблема — младший байт, тот что в таймере. Он тикает

каждый такт и проверить его на соответствие будет почти невозможно. Т.к.

малейшее несовпадение и условие сравнение выпадет в NoMatch, а подгадать

так, чтобы проверка его значения совпала именно с этим тактом… Проще

иголку из стога сена вытащить с первой попытки наугад.

Так что точность и в этом случае ограничена — надо успеть проверить

значение до того как оно уйдет из диапазона. В данном случае диапазон

будет, для простоты, 255 — величина младшего байта, того, что в таймере.

Тогда наша секунда обеспечивается с точностью 8000 000 плюс минус 256

тактов. Не велика погрешность, всего 0,003%.

; Main

=======================================================

Main: SBIS PIND,6 ; Если кнопка нажата - переход

RJMP BT_Push

SETB PORTD,5 ; Зажгем LED2

CLRB PORTD,4 ; Погасим LED1

Next: LDS R16,TCNT ; Грузим числа в регистры

LDS R17,TCNT+1

CPI R16,0x12 ; Сравниванем побайтно. Первый байт

BRCS NoMatch ; Если меньше -- значит не натикало.

CPI R17,0x7A ; Второй байт

BRCS NoMatch ; Если меньше -- значит не натикало.

; Если совпало то делаем экшн

Match: INVB PORTD,7,R16,R17 ; Инвертировали LED3

; Теперь надо обнулить счетчик, иначе за эту же итерацию главного цикла

; мы сюда попадем еще не один раз -- таймер то не успеет натикать 255 значений,

; чтобы число в первых двух байтах счетчика изменилось и условие сработает.

; Конечно, можно обойти это доп флажком, но проще сбросить счетчик :)

CLR R16 ; Нам нужен ноль

CLI ; Доступ к многобайтной

переменной

; одновременно из прерывания и

фона

; нужен атомарный доступ.

Запрет прерываний

OUTU TCNT0,R16 ; Ноль в счетный регистр

таймера

STS TCNT,R16 ; Ноль в первый байт счетчика в

RAM

STS TCNT+1,R16 ; Ноль в второй байт счетчика в

RAM

STS TCNT+2,R16 ; Ноль в третий байт счетчика в

RAM

STS TCNT+3,R16 ; Ноль в первый байт счетчика в

RAM

SEI ; Разрешаем прерывания снова.

; Не совпало - не делаем :)

NoMatch:

NOP

INCM CCNT ; Счетчик циклов по тикает

; Пускай, хоть и не используется.

JMP Main

BT_Push: SETB PORTD,4 ; Зажгем LED1

CLRB PORTD,5 ; Погасим LED2

RJMP Next

; End Main

=====================================================

Скачать проект с этим примером

Вот как это выглядит в работе (смотри видео):

Для стабилизации длительности выдержки ввели таймер

А если надо будет помигать вторым диодиком с другим периодом, то мы

смело можем влепить в программу еще одну переменную, а в обработчике

прерывания таймера инкрементировать сразу две пееременных. Проверяя их

по очереди в главном цикле программы.

Можно еще немного оптимизировать процесс проверки. Сделать его более

быстрым.

Надо только сделать счет не на повышение, а на понижение. Т.е. загружаем в

переменную число и начинаем его декрементировать в прерывании. И там

же, в обработчике, проверяем его на ноль. Если ноль, то выставляем в памяти

флажок. А наша фоновая программа этот флажок ловит и запускает экшн,

попутно переустанавливая выдержку.

А что если надо точней? Ну тут вариант только один — заюзать обработку

события прям в обработчике прерывания, а значение в TCNT:TCNT0 каждый

раз подстраивать так, чтобы прерывание происходило точно в нужное время.

AVR. Учебный курс. Использование ШИМ

Вот уже несколько раз я ругался странным словом ШИМ. Пора бы внести

ясность и разьяснить что же это такое. Вообще, я уже расписывал этот режим

работы, но все же повторюсь в рамках своего курса.

Вкратце, Широтно Импульсная Модуляция (в буржуйской нотации этот

режим зовется PWM - Pulse Width Modulation) это способ задания

аналогового сигнала цифровым методом, то есть из цифрового выхода,

дающего только нули и единицы получить какие то плавно меняющиеся

величины. Звучит как бред, но тем не менее работает. А суть в чем:

Представь себе тяжеленный маховик который ты можешь вращать

двигателем. Причем двигатель ты можешь либо включить, либо выключить.

Если включить его постоянно, то маховик раскрутится до максимального

значения и так и будет крутиться. Если выключить, то остановится за счет

сил трения.

А вот если двигатель включать на десять секунд каждую минуту, то маховик

раскрутится, но далеко не на полную скорость - большая инерция сгладит

рывки от включающегося двигателя, а сопротивление от трения не даст ему

крутится бесконечно долго.

Чем больше продолжительность включения двигателя в минуту, тем

быстрей будет крутится маховик.

При ШИМ мы гоним на выход сигнал состоящий из высоких и низких

уровней (применимо к нашей аналогии — включаем и выключаем

двигатель), то есть нулей и единицы. А затем это все пропускается через

интегрирующую цепочку (в аналогии — маховик). В результате

интегрирования на выходе будет величина напряжения, равная площади под

импульсами.

Меня скважность (отношение длительности периода к длительности

импульса) можно плавно менять эту площадь, а значит и напряжение на

выходе. Таким образом если на выходе сплошные 1, то на выходе будет

напряжение высокого уровня, в случае моего робота, на выходе из моста

L293 это 12 вольт, если нули, то ноль. А если 50% времени будет высокий

уровень, а 50% низкий то 6 вольт. Интегрирующей цепочкой тут будет

служить масса якоря двигателя, обладающего довольно большой инерцией.

А что будет если взять и гнать ШИМ сигнал не от нуля до максимума, а от

минуса до плюса. Скажем от +12 до -12. А можно задавать переменный

сигнал! Когда на входе ноль, то на выходе -12В, когда один, то +12В. Если

скважность 50% то на выходе 0В. Если скважность менять по

синусоидальному закону от максимума к минимуму, то получим…

правильно! Переменное напряжение. А если взять три таких ШИМ

генератора и гнать через них синусоиды сдвинутые на 120 градусов между

собой, то получим самое обычное трехфазное напряжение, а значит привет

бесколлекторные асинхронные и синхронные двигатели - фетиш всех

авиамоделистов. На этом принципе построены все современные

промышленные привода переменного тока. Всякие Unidrive и Omron Jxx

В качестве сглаживающей интегрирующей цепи в ШИМ может быть

применена обычная RC цепочка:

Так, принцип понятен, приступаем к реализации.

ШИМ сигнал можно сварганить и на операционных усилителях и на

микроконтроллере. Причем последние умеют это делать просто мастерски,

благо все у них для этого уже есть.

Аппаратный ШИМ

В случае ATMega16 проще всего сделать на его ШИМ генераторе, который

встроен в таймеры. Причем в первом таймере у нас целых два канала. Так что