Programowanie mikrokontrolerów AVR z rodziny ATmega. Materiały pomocnicze Jakub Malewicz jakub.malewicz@pwr.wroc.pl Wszelkie prawa zastrzeżone. Kopiowanie w całości lub w częściach bez zgody i wiedzy autora surowo zabronione. Strona1
Enkodery Enkoder czujnik mierzący położenie liniowe lub kątowe. W celu określenia położenia najczęściej stosuje się metodę optyczną lub magnetyczną. o Podział enkoderów Enkoder inkrementalny (przyrostowy, względny) wskazuje zmianę położenia o określoną wartość (kątową lub liniową w zależności od typu) w postaci impulsu. Układ pomiarowy, zliczając impulsy, jest w stanie określić wielkość przesunięcia / obrotu. Enkoder absolutny (bezwzględny) wskazuje konkretne położenie obiektu, jest ono zawsze znane. Układ pomiarowy jest nieczuły na wyłączenie zasilania, gdyż po jego przywróceniu położenie można odczytać z enkodera. Kolejne pozycje / stany najczęściej są zapisywane w kodzie Gray a ze względu na jego własności. Na rysunku 1 przedstawiono przykładową tarczę, która umożliwia rozróżnienie 16 pozycji. Rys 1. Tarcza enkodera absolutnego (źródło: http://asimo.pl) o Rozdzielczość Jest to najważniejszy parametr enkodera, na podstawie którego możemy określić najmniejszą zmianę położenia liniowego lub kątowego, jaką jest w stanie rozróżnić enkoder. Im większa rozdzielczość tym enkoder precyzyjniejszy. Obecnie najczęściej stosuje się czujniki o rozdzielczości od 6 do 12 bitów. rozdzielczość: 10 bitów typ: obrotowy Powyższe parametry oznaczają, że enkoder mierzy położenie kątowe i jest w stanie rozróżnić 2 10 różnych położeń na każde 360. Wynika z tego, że układ pomiarowy jest w stanie określić położenie z dokładnością do około 0,3. Strona2
o Typy sygnałów wyjściowych w enkoderach słowo bitowe pozycja przedstawiona na n-bitach, gdzie n to rozdzielczość czujnika impulsowe przesunięciu/obrotowi o określoną jednostkę towarzyszy impuls (rysunek 2) Rys 2. Enkoder impulsowy kwadraturowe dwa przebiegi prostokątne, przesunięte w fazie o 90, dla podniesienia precyzji stosuje się trzeci sygnał, tzw. indeksujący, na którym raz na odcinek / obrót pojawia się impuls, co pozwala układowi pomiarowemu uzyskać dodatkowy punkt odniesienia i umożliwia korektę; na rysunku 3 przedstawiono przykładowy przebieg sygnału Rys 3. Przykładowy przebieg czujnika z wyjściem kwadraturowym PWM szerokość impulsu jest proporcjonalna to przesunięcia / obrotu SPI szeregowa magistrala danych inne o AS5040 Jest to enkoder inkrementalny i absolutny zarazem. Posiada wyjścia kwadraturowe wraz z indeksującym, PWM oraz magistralę SPI. Można go również skonfigurować do pracy z silnikami bezszczotkowymi (BLDC). Pomiar przy pomocy czujnika opiera się o badanie zmian pola Strona3
magnetycznego, dzięki czemu pomiar jest bezkontaktowy. Na rysunku 4 przedstawiono ideę działania AS5040. Rys. 4 Idea działania czujnika magnetycznego (źródło: dokumentacja techniczna AS5040) Przerwania o System przerwań Mechanizm obsługi specjalnych zdarzeń, które z punktu widzenia mikrokontrolera występują w sposób asynchroniczny, a w niektórych przypadkach wręcz losowy. Mikrokontroler może obsłużyć wiele zdarzeń specjalnych, które w większości związane są z jego układami peryferyjnymi. W przypadku wystąpienia takiego zdarzenia mikrokontroler przerywa główną pętlę programu i przechodzi do wykonania procedury obsługującej dane zdarzenie, po czym wraca do miejsca, w którym przerwał. Źródłami przerwań mogą być: - sygnał reset - zmiana stanu na wybranych wyprowadzeniach mikrokontrolera - zdarzenia związane ze stanami liczników / timerów - magistrala SPI - magistrala USART - przetwornik analogowo-cyfrowy - pamięć wewnętrzna - komparator - magistrala TWI - wewnętrzny mechanizm zapisu do pamięci Strona4
o Elementy programu niezbędne do korzystania z przerwań Aby móc korzystać z systemu przerwań należy dołączyć bibliotekę interrupt.h: #include <avr/interrupt.h> Powyższa biblioteka pozwala korzystać z funkcji obsługujących przerwania: ISR(wektor) gdzie wektor to informacja dla kompilatora, o tym jakie przerwanie będzie obsługiwane (co będzie źródłem przerwania). ISR(USART_RXC_vect) UDR; UART_SEND_string("To ja, Twoj kontroler :)\n\r"); Wektor może być podany jako liczba lub w postaci tekstowej, co jest bardziej wygodne, gdyż od razu widać, co będzie wywoływało przerwania. Nazwy wektorów są jasno określone i można je odnaleźć w dokumentacji kompilatora oraz w dokumentacji technicznej ATmegi (tabela Reset and Interrupt Vectors). W tym drugim przypadku należy tekst z kolumny Source (źródło) odpowiednio zmodyfikować, zamieniając wszystkie znaki białe oraz interpunkcyjne na pojedyncze znaki podkreślenia _ i dodając na końcu _vect. TIMER0 COMP -> TIMER0_COMP_vect USART, RXC -> USART_RXC_vect Aby włączyć system przerwań należy w funkcji main() przed pętlą główną wywołać jedną z poniższych instrukcji: sei(); SREG = (1<<SREG_I); Ponadto należy odpowiednio skonfigurować układ peryferyjny, który ma być źródłem przerwania poprzez ustawienie odpowiednich bitów w jego rejestrach. Jeżeli natomiast chcemy z jakiegoś względu wyłączyć system przerwań należy wywołać jedną z poniższych linii: cli(); SREG &=(~ (1<<SREG_I)); Strona5
o Przerwania zewnętrzne Przerwanie mogą wywołać również zmiany stanu na niektórych pinach mikrokontrolera oznaczonych jako INTx, gdzie x jest cyfrą. Aby skorzystać z tych źródeł należy odpowiednio ustawić bity w rejestrach: GICR włączenie odpowiedniego źródła MCUCR konfiguracja warunku wystąpienia przerwania (stan niski, zmiana stanu na pinie, zbocze opadające, zbocze narastające) #define F_CPU 1000000ul #define UART_CONST (F_CPU/(16ul*UART_BAUD)-1) #include <avr/io.h> #include <avr/interrupt.h> #include <util/delay.h> void delay_ms(int ms) volatile long unsigned int i; for(i=0;i<ms;i++) _delay_ms(1); ISR(INT0_vect) PORTA=0x00; delay_ms(1000); int main(void) //konfiguracja i inicjalizacja portów DDRD = 0x00; PORTD = 0xff; DDRA = 0xff; PORTA = 0xff; //INT0 MCUCR = (0<<ISC01) (0<<ISC00); GICR = ((1<<INT1) (1<<INT0)); //wlaczenie przerwan SREG=(1<<SREG_I); while(1) PORTA = 0xff; return 0; Strona6