» Mikrokontrolery PIC w zastosowaniach badawczych. Część 1. Podstawy
|
|
PAWEŁ BORKOWSKI 
Przedstawiam cykl artykułów, który ma pomóc badaczom
w konstruowaniu własnej aparatury badawczej, opartej na
mikrokontrolerach PIC. Potrzebna wiedza zostanie podana
od podstaw. Tematem przewodnim jest budowa systemów
służących do analizy sygnałów. Przedstawiona zostanie obsługa
portów wejścia/wyjścia, obsługa alfanumerycznego
wyświetlacza LCD, przerwań, obsługa timera, programowanie
w asemblerze, obsługa modułów CCP oraz obsługa
wyświetlacza graficznego z telefonu Siemens S65. W ostatniej
części cyklu artykułów zostanie przedstawiony moduł
USART i komunikacja z komputerem PC w standardzie
RS232.
Mikrokontrolery są to układy scalone, najczęściej niewielkich
rozmiarów, składające się z jednostki centralnej, pamięci
i peryferiów, o konstrukcji umożliwiającej podjęcie pracy zaraz
po podłączeniu zasilania, niemal bez żadnego dodatkowego
interfejsu. Powodem, dla którego mikrokontrolery mogą zainteresować
nas - badaczy, jest możliwość programowania
ich pamięci. Proces programowania pozwala projektować
urządzenia jak najlepiej odpowiadające potrzebom przeprowadzanego
doświadczenia. Zaprogramowany mikrokontroler
zastępuje skomplikowane układy elektroniczne, których skonstruowanie
dla nieelektronika byłoby zadaniem nieosiągalnym.
Do rozpoczęcia przygody z mikrokontrolerami potrzebne
nam będą jedynie:
1. Mikrokontroler - w cyklu artykułów zagadnienie programowania
mikrokontrolerów poznamy na przykładach układów
PIC firmy Microchip Technology.
2. Kompilator - aby[...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/1
|
|
|
|
|
|
» Mikrokontrolery PIC w zastosowaniach badawczych Część 3: Obsługa alfanumerycznego wyświetlacza LCD. Przerwania. Przerwanie zewnętrzne INT/RB0. Timer0. Częstotliwościomierz
|
|
PAWEŁ BORKOWSKI
Najbliższe 2 części kursu posłużą nam do skonstruowania
urządzenia zliczającego liczbę wystąpienia zjawiska
w danym czasie. Oczywiście chodzi o zjawiska, których
czas trwania liczony jest w mili- i mikrosekundach, co uniemożliwia
bezpośrednią obserwację. Zakładając że zjawisko
występuje w sposób okresowy, będziemy dążyć do budowy
częstotliwościomierza. Czym będą różniły się nasze projekty
od wielu podobnych funkcjonujących w literaturze? Nasz
częstotliwościomierz zostanie zbudowany bez konieczności
użycia dodatkowego oprzyrządowania, a wszystkie jego
funkcje zostaną zaimplementowane w sposób programowy.
Przy tym, jak się okaże, jego dokładność będzie zaskakująco
duża. Wyniki będą wyświetlane na alfanumerycznym wyświetlaczu
LCD. Z powyższego wynika, że w pierwszej kolejności
musimy nauczyć się obsługiwać wyświetlacz LCD.
Schemat prezentujący najprostsze podłączenie alfanumerycznego
wyświetlacza LCD do mikrokontrolera PIC16F84A
przedstawia rys. 1.
Linia V0 służy do nastawy kontrastu. Jej bezpośrednie
podłączenie do masy wymusza wyświetlanie znaków maksymalnie
nasyconych czernią. Natomiast linia RW służy do
konfigurowania kierunku przepływu danych. Wysoki stan logiczny
na linii RW umożliwia odczytanie danych z pamięci
wyświetlacza LCD, zaś wyzerowanie linii pozwala tę pamięć
zapisywać. Ponieważ tylko ten drugi rodzaj obsługi pamięci
wyświetlacza LCD będzie nas interesował, linię RW podłączyliśmy
do masy.
Kompilator mikroC PRO for PIC został wyposażony
w bibliotekę obsługi alfanumerycznych wyświetlaczy LCD, co
znacznie ułatwia proces programowania. Aby móc skorzystać
z funkcji biblioteki, musimy przede wszystkim zdefiniować połączenie
wyświetlacza z mikrokontrolerem.
//połączenia LCD z mikrokontrolerem
sbit LCD_RS at RB4_bit;
sbit LCD_EN at RB5_bit;
sbit LCD_D4 at RB0_bit;
sbit LCD_D5 at RB1_bit;
sbit LCD_D6 at RB2_bit;
sbit LCD_D7 at RB3_bit;
//konfiguracja portu obsługującego LCD
sbit LCD_RS_Direction at TRISB4_bit;
s[...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/3
|
|
|
» Mikrokontrolery PIC w zastosowaniach badawczych. Część 4. Programowanie w asemblerze. Środowisko MPLAB IDE. Częstotliwościomierz
|
|
PAWEŁ BORKOWSKI
Poprzednią część kursu skończyliśmy zapowiedzią, że nauczymy
się programować w asemblerze. W przypadku programowania
mikrokontrolerów jest to wciąż bardzo popularny
język programowania, czemu sprzyja fakt dostarczania przez
producentów mikrokontrolerów darmowych kompilatorów programowania
niskopoziomowego. W przypadku firmy Microchip
takim oprogramowaniem jest środowisko MPLAB, które
można bezpładnie pobrać ze strony producenta (http://www.
microchip.com).
Mikrokontrolery z rodziny Mid-Range, do której należą
PIC16F84A oraz PIC16F877A, posiadają tylko 35 rozkazów.
Ich zestawienie przedstawia tabela 1.
Tab. 1. Zestawienie instrukcji układów rodziny Mid-Range
Tabl. 1. Midrange instruction set
Mnemonik,
argumenty Opis Cykle
Zmiany
bitów rejestru
STATUS
Uwagi Przykład
Operacje bajtowe na rejestrach
ADDWF f,d Suma arytmetyczna W i f, wynik w d 1 C, DC, Z 1, 2 addwf R0,1
ANDWF f,d Iloczyn bitowy W i f, wynik w d 1 Z 1, 2 andwf R0,1
CLRF f Zeruj rejestr f. 1 Z 2 clrf PORTB
CLRW Zeruj W. 1 Z clrw
COMF f,d Negacja f, wynik w d 1 Z 1, 2 comf R0,0
DECF f,d Dekrementacja f, wynik w d 1 Z 1, 2 decf R0,1
DECFSZ f,d Dekrementacja f, następna instrukcja będzie pominięta,
jeśli wynikiem w d było 0
1 (2) 1, 2, 3 decfsz R0,1
INCF f,d Inkrementacja f, wynik w d 1 Z 1, 2 incf R0,1
INCFSZ f,d Inkrementacja f, następna instrukcja będzie pominięta,
jeśli wynikiem w d było 0
1 (2) 1, 2, 3 incfsz R0,1
IORWF f,d Suma bitowa W i f, wynik w d 1 Z 1, 2 iorwf R0,0
MOVF f,d Zawartość rejestru f umieść w d 1 Z 1, 2 movf R0,0
MOVWF f Zawartość rejestru W umieść w rejestrze f 1 movwf R0
NOP Nic nie rób 1 nop
RLF f,d Rotacja w lewo bitów rejestru f, wynik w d 1 C 1, 2, 4 rlf R0, 1
RRF f,d Rotacja w prawo bitów rejestru f, wynik w d 1 C 1, 2, 4 rrf R0, 1
SUBWF f,d Odejmij od zawartości rejestru f zawartość rejestru W,
wynik umieść w d
1 C, DC, Z 1, 2 subwf R0,0
SWAPF f,d Zamień miejscami bity [0..3] z bitami [4..7] rejestru f,
wynik w d
1 1, 2 swap[...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/4
|
|
|
» Mikrokontrolery PIC w zastosowaniach badawczych. Część 5: Moduły CCP (PWM). Miernik długości impulsu
|
|
PAWEŁ BORKOWSKI
Modu.y CCP (Capture/Compare/PWM) nale.. do najcz..ciej
u.ywanych uk.adow mikrokontrolera. Mo.na za ich pomoc.
generowa. impulsy o ro.nej d.ugo.ci i okre.lonym
wype.nieniu (tryb PWM), wywo.ywa. zdarzenie w wyniku
stwierdzenia rowno.ci rejestrow CCPR1 i TMR1, a tak.e
przechwytywa. do rejestru CCPR1 zawarto.. rejestru
TMR1 w wyniku zaj.cia zdarzenia na wyprowadzeniu RC2/
CCP1 (tryb Capture). W pierwszej kolejno.ci zajmiemy si.
omowieniem modu.ow CCP w trybach PWM i Compare, aby
nast.pnie przy u.yciu trybu Capture zbudowa. miernik d.ugo.ci
impulsu.
Konfiguruj.c PWM definiujemy okres, czyli d.ugo.. trwania
impulsu oraz jego wype.nienie (rys. 1).
D.ugo.. okresu oraz cz.stotliwo.. PWM mo.na obliczy.
z nast.puj.cych wzorow:
D.ugo.. okresu PWM = [(PR2) + 1] * 4 * TOSC * (Preskaler
uk.adu Timer2),
Cz.stotliwo.. PWM = 1/(D.ugo.. okresu PWM).
Skrot TOSC oznacza wielko.. 1/FOSC, gdzie FOSC jest cz.stotliwo.ci.
pod..czonego oscylatora. Z tego wynika, .e maksymalna
d.ugo.. okresu wynosi 256*16 = 4096 cykli maszynowych,
co daje cz.stotliwo.. oko.o 1221 Hz dla uk.adu taktowanego
oscylatorem 20 MHz. Poniewa. oba modu.y CCP1 oraz CCP2
korzystaj. z uk.adu Timer2, korzystanie z dwoch modu.ow w trybie
PWM jest mo.liwe tylko dla jednej cz.stotliwo.ci.
Wielko.. wype.nienia .adujemy do rejestru CCPR1L (8
najstarszych bitow) i CCP1CON<5:4> (2 najm.odsze bity).
W przypadku modu.u CCP2 s. to rejestry odpowiednio CCPR2L
i CCP2CON. Poniewa. wype.nienie definiujemy liczb.
10-bitow., mikrokontrolery PIC klasy Mid-Range posiadaj. 10-
bitowy PWM. Wielko.. wype.nienia otrzymujemy ze wzoru:
Wype.nienie PWM = (CCPR1L:CCP1CON<5:4>) * TOSC *
(Preskaler uk.adu Timer2).
Liniami wyj.ciowymi modu.ow CCP s. RC2/CCP1 oraz RC1/
CCP2. Aby na linii mog. by. generowany sygna. PWM, linia
musi by. skonfigurowana w trybie wyj.ciowym.
W celu uproszczenia programowania PWM, kompilator mikroC
PRO for PIC oferuje bibliotek. sk.adaj.c. si. z 4 funkcji:
. PWM1_Init(const long[...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/5
|
|
|
» Mikrokontrolery PIC w zastosowaniach badawczych. Część 6. Obsługa wyświetlacza graficznego z telefonu Siemens S65. Interfejs SPI. Graficzny analizator impulsów
|
|
PAWEŁ BORKOWSKI
W tej części kursu zbudujemy układ, dzięki któremu możliwa
będzie graficzna analiza impulsów. Użyjemy do tego wyświetlacza
z telefonu Siemens S65. Ponieważ komunikacja ze sterownikiem
S65 wymaga szybszego interfejsu komunikacji od
tych, w jakie został zaopatrzony mikrokontroler PIC16F877A,
dlatego podstawą układu będzie mikrokontroler PIC18F4455.
Do komunikacji ze sterownikiem wyświetlacza S65 użyty zostanie
interfejs SPI.
Mikrokontroler PIC18F4455 posiada aż 10 trybów taktowania
zegara, w tym 3 korzystające z rezonatora wewnętrznego.
Jednymi z najczęściej używanych są tryby z aktywną
pętlą PLL, które pozwalają np. przy podłączonym oscylatorze
8 MHz osiągnąć pracę układu z częstotliwością 48 MHz (należy
przy tym pamiętać, że - podobnie jak to miało miejsce
w przypadku rodziny PIC16 - jeden cykl maszynowy trwa 4
cykle zegarowe).
Schemat układu, który posłuży do graficznej analizy przebiegu
impulsów, przedstawia rys. 1.
Na liniach łączących mikrokontroler z wyświetlaczem
umieszczone zostały rezystory R4…R15. Ich zadaniem jest
obniżenie napięcia do wymaganych około 2,9 V. Natomiast
znaczenie poszczególnych linii jest następujące:
- BL - linia służąca włączaniu (1) i wyłączaniu (0) podświetlenia
wyświetlacza,
- RST - linia RESET,
- CS - linia sygnalizująca początek (0) i koniec (1) transferu
danych,
- RS - linia sygnalizująca nadejście rozkazu (1) i zwykłych
danych (0),
- CLK - linia zegarowa. Wysłanie każdego bitu na linii DAT
potwierdzane jest narastającym zboczem CLK,
- DAT - linia przesyłu danych.
Sterownik wyświetlacza S65 wymaga, by dane były wysyłane
w paczkach po 8 bitów, w których pierwszy wysyłany bit
jest bit najstarszy. Wysyłanie ważnych danych powinno być
potwierdzane niskim stanem linii CS - rys. 2.
Rys. 2. Schemat obsługi linii CS, CLK i DAT przy wysyłaniu do sterownika wyświetlacza S65 bajtu danych
Fig. 2. Example S65 module timing waveforms
Rys. 1. Schemat układu z modułem wyświetlacza
graficznego S[...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/6
|
|
|
» Mikrokontrolery PIC w zastosowaniach badawczych. Część 7. Moduł USART. Komunikacja z komputerem PC w standardzie RS232. Wizualizacja sygnału w przestrzeni 3D
|
|
PAWEŁ BORKOWSKI
Budując coraz bardziej skomplikowane urządzenia badawcze,
prędzej czy później okazuje się, że pełną wizualizację zebranych
danych można osiągnąć tylko przy pomocy komputera. W tej
części kursu zaprezentowany zostanie najprostszy sposób podłączenia
mikrokontrolera do komputera w standardzie RS232.
Większość współczesnych mikrokontrolerów jest zaopatrzona
w moduł USART obsługujący szeregową transmisję
danych. W mikrokontrolerze PIC18F4455 moduł USART
może pracować w trzech trybach:
- Tryb asynchroniczny, w którym nie jest potrzebna dodatkowa
linia taktująca (w takim przypadku moduł jest często
nazywany UART). Transmisję realizują dwie linie: TX - linia
nadawcza oraz RX - linia odbiorcza,
- Tryb synchroniczny master - transmisja jednokierunkowa,
- Tryb synchroniczny slave - transmisja jednokierunkowa.
Do połączenia mikrokontrolera z komputerem wykorzystany
zostanie moduł USART w trybie asynchronicznym. Kompilator
mikroC PRO for PIC został wyposażony w bibliotekę
obsługi UART, składającą się z ośmiu funkcji:
- void UARTx_Init(const unsigned long baud_
rate); - inicjująca moduł UART. Jedynym argumentem
funkcji jest szybkość transmisji. Standardowe wielkości to
300, 1200, 2400, 9600, 19200, 57600, 115200.
- char UARTx_Tx_Idle(); - zwraca wartość 1, jeśli bufor
nadajnika USART jest pusty, 0 w przeciwnym przypadku.
- char UARTx_Data_Ready(); - zwraca wartość 1, jeśli
w buforze znajdują się odebrane dane, 0 w przeciwnym
przypadku.
- char UARTx_Read(); - odczytuje bajt z bufora odbiorczego.
- void UARTx_Read_Text(char *Output, char *Delimiter,
char Attempts); - odczytuje ciąg bajtów aż
do odczytania znaku końca tekstu zdefiniowanego parametrem
Delimiter. Odczytany ciąg znaków jest umieszczany
pod adresem Output. Parametr Attempts powinien
zawierać maksymalną liczbę znaków do odczytania.
- void UARTx_Write(char _data); - wysyłająca bajt
danych.
- void UARTx_Write_Text(char * UART_text);
- wysyłająca ciąg bajtów traktowanych jako [...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/7
|
|
|
|
Strona 1
|
Twój Profil
Twój koszyk
