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

Подождите немного. Документ загружается.

; Мы сюда попадем еще не один раз -- таймер то не успеет натикать 255

значений

; чтобы число в первых двух байтах счетчика изменилось.

CLR R16 ; Нам нужен ноль

CLI ; Таймер меняется и в прерывании. Нужен

; атомарный доступ. Запрещаем прерывания

OUT 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.

; Не совпало - не делаем :)

NoMatch: NOP

INCM CCNT ; Шарманка вращается дальше, вхолостую

JMP Main

ШИМ Первый запуск

А теперь давайте включим режим с точной фазой (WGM = 0001) и

посмотрим на то как будет меняться скважность.

OUTI

TCCR1A,2<<COM1A0|2<<COM1B0|0<<WGM11|1<<WGM10

OUTI TCCR1B,0<<WGM13|0<<WGM12|1<<CS10

Шим часть 2

ШИМ на прерываниях.

Но вот засада — плата уже разведена, захотелось ШИМ, а выводы OCxx уже

задействованы под другие цели.

Ничего страшного, малой кровью можно это исправить. Также запускаем

ШИМ, только:

•

Отключаем выводы OCxx от регистра сравнения.

•

Добавляем два обработчика прерывания на сравнение и на

переполнение. В прерывании по сравнению сбрасываем нужный бит, в

прерывании по переполнению счетчика устанавливаем.

Все просто!

Пример:

;FastPWM Init на прерываниях

; ШИМ будет на выводах 3 и 6 порта D

SETB DDRD,3,R16 ; DDRD.3 = 1 Порты на выход

SETB DDRD,6,R16 ; DDRD.6 = 1

; Выставляем для обоих каналов ШИМ режим вывода ОС** выключеным.

; COM1A = 00 и COM1B = 00

; Также ставим режим FAST PWM 8bit (таймер 16ти разрядный и допускает

; большую разрядность ШИМ сигнала. Вплоть до 10 бит. WGM = 0101

; Осталось только запустить таймер на частоте МК CS = 001

OUTI TCCR1A,0<<COM1A0|0<<COM1B0|0<<WGM11|1<<WGM10

OUTI TCCR1B,0<<WGM13|1<<WGM12|1<<CS10

SETB TIMSK,OCIE1A,R16 ; Включаем прерывание по сравнению А

SETB TIMSK,OCIE1B,R16 ; Включаем прерывание по сравнению Б

SETB TIMSK,TOIE1,R16 ; Включаем прерывание по переполнению Т1

; Причем в режиме WGM=1010

переполнение

; будет на FF т.е. таймер работает

как

; 8ми разрядный.

Осталось только прописать обработчики и вектора:

.CSEG

.ORG $000 ; (RESET)

RJMP Reset

.ORG $002

RETI ; (INT0) External Interrupt Request 0

.ORG $004

RETI ; (INT1) External Interrupt Request 1

.ORG $006

RETI ; (TIMER2 COMP) Timer/Counter2 Compare Match

.ORG $008

RETI ; (TIMER2 OVF) Timer/Counter2 Overflow

.ORG $00A

RETI ; (TIMER1 CAPT) Timer/Counter1 Capture Event

.ORG $00C

RJMP Timer1_OCA ; (TIMER1 COMPA) Timer/Counter1

Compare Match A

.ORG $00E

RJMP Timer1_OCB ; (TIMER1 COMPB) Timer/Counter1

Compare Match B

.ORG $010

RJMP Timer1_OVF ; (TIMER1 OVF) Timer/Counter1

Overflow

.ORG $012

RJMP Timer0_OV ; (TIMER0 OVF) Timer/Counter0 Overflow

.ORG $014

RETI ; (SPI,STC) Serial Transfer Complete

.ORG $016

RETI ; (USART,RXC) USART, Rx Complete

.ORG $018

RETI ; (USART,UDRE) USART Data Register Empty

.ORG $01A

RETI ; (USART,TXC) USART, Tx Complete

.ORG $01C

RETI ; (ADC) ADC Conversion Complete

.ORG $01E

RETI ; (EE_RDY) EEPROM Ready

.ORG $020

RETI ; (ANA_COMP) Analog Comparator

.ORG $022

RETI ; (TWI) 2-wire Serial Interface

.ORG $024

RETI ; (INT2) External Interrupt Request 2

.ORG $026

RETI ; (TIMER0 COMP) Timer/Counter0 Compare Match

.ORG $028

RETI ; (SPM_RDY) Store Program Memory Ready

.ORG INT_VECTORS_SIZE ; Конец таблицы прерываний

; Interrupts ==============================================

Timer0_OV: PUSHF

PUSH R17

PUSH R18

PUSH R19

INCM TCNT

POP R19

POP R18

POP R17

POPF

RETI

; Вот наши обработчики на ШИМ

Timer1_OCA: SBI PORTD,3

RETI

Timer1_OCB: SBI PORTD,6

RETI

Timer1_OVF: CBI PORTD,3

CBI PORTD,6

RETI

; End Interrupts ==========================================

Почему я в этих обработчиках не сохраняю регистры и SREG? А незачем!

Команды SBI меняют только конкретные биты (а больше нам и не надо), не

влияя на флаги и другие регистры.

Запустили…

ШИМ часть 3

И получили полную ерунду. Т.е. ШИМ как бы есть, но почему-то адово

мерцает. А на осциллографе в этот момент полный треш. Кто виноват?

Видимо конфликт прерываний. Осталось только выяснить где именно.

Сейчас я вам дам практический пример реалтаймовой отладки. Итак, что мы

имеем:

ШИМ, как таковой, работает. Скважность меняется. Значит наш алгоритм

верен.

Но длительности скачут. Почему? Видимо потому, что что-то мешает им

встать вовремя. Когда у нас возникают фронты? Правильно - по

прерываниям. А прерывания по таймерам. Т.е. врать не должны. Однако так

получается. Давайте узнаем каком месте у нас конфликт.

Первым делом надо добавить в код обработчика отладочную инфу. Будем в

обработчике прерываний инвертировать бит. Пусть это будет PD7 - зашли в

обработчик, инверснули. Зашли — инверснули. В результате, у нас на выходе

этого бита будет прямоугольный сигнал, где каждый фронт — сработка

прерываний. Послужит нам как линейка, отмеряющая время.

; Interrupts ==============================================

Timer0_OV: PUSHF

PUSH R17

PUSH R18

PUSH R19

INCM TCNT

POP R19

POP R18

POP R17

POPF

RETI

; Установка бита ШИМ канала А

Timer1_OCA: SBI PORTD,3

RETI

; Установка бита ШИМ канала Б

Timer1_OCB: SBI PORTD,6

RETI

;Сброс бита ШИМ канала А и Б

Timer1_OVF: CBI PORTD,3

CBI PORTD,6

;DEBUG PIN BEGIN ---------------

PUSHF

INVBM PORTD,7

POPF

;DEBUG PIN END -----------------

RETI

Инверсия бита невозможна без логических операций, поэтому надо

сохранять флаги.

ШИМ часть 4(видео)

Из картинки стало понятно, что у нас накрывается прерывание по сравнению.

Давайте попробуем посмотреть с какими прерыванием происходит конфликт.

Особых вариантов у нас нет — прерываний у нас тут четрые. А наиболее

очевиден конфликт Timer0_OV vs Timer1_OCA vs Timer1_OCB.

OCA и OCB конфликтуют только тогда, когда счетные регистры у них

сравниваются — вызов происходит почти одновременно, но сами

обработчики короткие — всего несколько тактов, поэтому дребезг не столь

сильный.

А вот Timer0_OV делает довольно мощный прогруз стека и еще вычитает

четырехбайтную переменную. Т.е. тактов на 20 может задержать обработчик

установки бита Timer1_OC* от того и вылазят такие зверские дребезги.

Давайте проверим эту идею. Разрешим прерывания в обработчике Timer0_0V

; Interrupts ==============================================

Timer0_OV: SEI

PUSHF

PUSH R17

PUSH R18

PUSH R19

INCM TCNT

POP R19

POP R18

POP R17

POPF

RETI

; Установка бита ШИМ канала А

Timer1_OCA: SBI PORTD,3

RETI

; Установка бита ШИМ канала Б

Timer1_OCB: SBI PORTD,6

RETI

;Сброс бита ШИМ канала А и Б

Timer1_OVF: CBI PORTD,3

CBI PORTD,6

RETI

Картина сразу исправилась. Теперь более важное (для нас важное)

прерывание задвигает обработчик от Таймера 0. Но тут надо просекать

возможные риски:

•

Более глубокий прогруз стека

•

Нарушается атомарный доступ к четырехбайтной переменной TCNT,

поэтому если бы у нас было еще какое-то прерывание, меняющее

TCNT то его надо было бы запрещать локально. Иначе бы мы получили

такой трешняк, что проще заново прогу переписать, чем это отладить.

ШИМ на таймерах.

Когда совсем все плохо, то можно сделать на любом таймере. В обработчик

прерывания по переполнению таймера заносим конечный автомат, который

сначала загрузит в таймер длительность низкого уровня, а при следующем

заходе — длительность высокого. Ну и, само собой, ноги процессора

подергает как надо. Таким образом, на один таймер можно повесить дофига

ШИМ каналов, но задолбаешься все с кодовой реализацией всего этого. И

процессорное время жрать будет некисло. Не говоря уже про дребезги, о

которых только что было сказано. Это для эстетов извращенцев :)))))

Исходник к статье

AVR. Учебный курс. Передача данных через UART

Почти каждый микроконтроллер имеет на борту универсальный

последовательный интерфейс - UART. AVR тут не исключение и

поддерживает этот протокол в полном обьеме полностью аппаратно. По

структуре это обычный асинхронный последовательный протокол, то есть

передающая сторона по очереди выдает в линию 0 и 1, а принимающая

отслеживает их и запоминает. Синхронизация идет по времени — приемник

и передатчик заранее договариваются о том на какой частоте будет идти

обмен. Это очень важный момент! Если скорость передатчика и приемника

не будут совпадать, то передачи может не быть вообще, либо будут считаны

не те данные.

Протокол

Вначале передатчик бросает линию в низкий уровень - это старт бит.

Почуяв что линия просела, приемник выжидает интервал Т1 и считывает

первый бит, потом через интервалы Т2 выковыриваются остальные биты.

Последний бит это стоп бит. Говорящий о том, что передача этого байта

завершена. Это в самом простом случае.

В конце байта, перед стоп битом, может быть и бит четности. Который

получается если поксорить между собой все биты, для контроля качества

передачи. Также может быть два стопа, опять же для надежности. Битов

может быть не 8, а 9. О всех этих параметрах договариваются на берегу, до

начала передачи. Самым же популярным является 8 бит, один старт один

стоп, без четности.

Причем с самим протоколом можно не заморачиваться — все реализовано

аппаратно. Разве что захочется завести второй UART, тогда придется делать

его программно.

По такому же протоколу работает COM порт компьютера, разница лишь в

разнице напряжений, поэтому именно этот протокол я буду использовать для

связи микроконтроллера с компом. Для преобразования напряжений можно

использовать RS232-TTL конвертер. Мы же применим встроенный в Pinboard

мост USB-UART который образовывает в системе виртуальный COM PORT

Аппаратная часть.

Ну, тут все просто, соединяем крест-накрест приемник с передатчиком и

готово.

Внутри же вначале находится накопительный сдвиговый регистр, в котором

происходит сборка байта из битов и регистры данных UDR, куда этот бит

передается. Такая структура исключает возможность считать не до конца

полученный байт.

Буфер приема состоит из двух байт, что позволяет ему держать два в уме и

один еще засасывать в сдвиговый регистр.

Использование UART’a

У AVR есть регистр UDR это UART Data Register (в некоторых контроллерах

он может зваться UDR0 или еще как нибудь похоже). На самом деле это два

разных регистра, но имеют один адрес. Просто на запись попадает в один

(регистр передатчика), а на чтение берет из другого (регистр приемника).

Таким образом достаточно просто пихать данные в этот регистр и они улетят

приемнику, и, наоборот, считывать их оттуда по приходу.

О том, что байт пришел в регистр UDR нам скажет прерывание по

завершению приема, которое вызывается сразу же, как приемник засосет в

себя все биты (обычно 8, но может быть и 9, в зависимости от настройки).

Поскольку передача идет довольно медленно, то бездумно пихать данные в

регистр UDR нельзя — нужно дождаться окончания передачи предыдущего

байта. О том, что UDR пуст и готов к приему нового байта сигнализирует бит

UDRE, он же вызовет аппаратное прерывание по опустошению буфера.

Так что постоянно следить за UART вручную не нужно, все обслуживание

можно повесить на прерывания и он сам будет все делать. Можно в памяти

организовать буфер и туда тупо пихать данные, а на прерывании по

опустошению UDR следить за тем есть ли что в буфере и если есть -

отправлять.

А по приему, не тупить, а также, по прерыванию, пихать данные в ОЗУ, но

уже в буфер приема, откуда их считает уже программа.

Настройка UART

Все настройки приемопередатчика хранятся в регистра конфигурации. Это

UCSRA, UCSRB и UCSRС. А скорость задается в паре UBBRH:UBBRL.

Досконально все расписывать не буду — на это есть даташит. Напишу лишь

то, что жизненно необходимо.

Регистр UCSRA

Тут нам интересны только биты RXC и TXC это флаги завершения приема и

передачи, соответственно. RXC встанет когда непрочитанный байт вылезет в

регистр UDR, а TXC встает когда последний стоп-бит прошел, а новое

значение в UDR не поступило. Т.е. после прохода всех байтов.

Также одновременно с этими флагами вызывается прерывание (если оно

было разрешено). Сбрасываются они аппаратно — принимающий после

чтения из регистра UDR, передающий при переходе на прерывание, либо

программно (чтобы сбросить флаг программно в него надо записать 1)

Биты UDRE сигнализирует о том, что регистр UDR приемника пуст и в него

можно пихать новый байт. Сбрасывается он аппаратно после засылки в UDR

какого либо байта. Также генерируется прерывание “Регистр пуст”