7. Организация измерений и управления в м/п системах

(Пример для практического занятия)

Если посадить программиста за компьютер, оснастить компьютер системой разработки программ (редактор текста программ, кросс-компилятор, средства отладки программ и т.д.), то первым вопросом п. будет: а как устроена аппаратная часть контроллера?

Рассмотрим конкретную задачу - спроектировать устройство умножения частоты некоторого сигнала, т.е. исходным будет сигнал произвольно меняющейся частоты, а выходной сигнал должен иметь частоту, скажем в 3 раза большую...

Для решения применим микроконтроллер фирмы ATMEL АТ90S2313.

Основные характеристики этого устройства таковы: имеет 20 выводов, 15 из которых могут быть индивидуально запрограммированы на дискретный ввод или вывод – организованы в 2 порта PB & PD, память программ 2 Кбайта (перепрогр. 1000 раз), оперативная память – 128 байтов, Flash память данных – 128 байта (перепрогр. 100 тыс. раз), 8-разрядный таймер Т0, 16-разрядный таймер Т1, аналоговый компаратор, последовательный порт, система захвата содержимого Т1 при переключении входа ICP или компаратора - (Capture T1), система цифрового сравнения содержимого Т1 и специального регистраOC.

M/к позволяет обслуживать до 10 источников прерываний (INT0, INT1, Capture T1, Compare T1, переполнение таймера T1, переполнение таймера T0, принят байт в послед. порт, регистр передатчика посл. порта пуст, передача посл. порта завершена, аналоговый компаратор сработал).

Номер контакта	Обозначение	Комментарий
1	-RESET
2	PD0(RxD)
3	PD1(TxD)
4	XTAL2
5	XTAL1
6	PD2(INT0)
7	PD3(INT1)
8, 9	PD4, PD5
10	GND
11	PD6(ICP)
12	PB0(AIN-)
13	PB1(AIN+)
14	PB2
15	PB3/OC1
16-19	PB4-PB7
20	VCC

Нарисовать временные диаграммы - входной сигнал (PD2), выходной сигнал (PB7)...

Алгоритм. За некоторое время (70 мс) считаем число периодов входного сигнала, определяем длительность входного периода, определяем длительность половины периода выходного сигнала.

// Главная программа (вариант без прерываний)

Init (); // Инициализация – задать, что PB7 – выход (после сброса все PD,PB– входы)

REPEAT:

// анализ входного сигнала, определение частоты ...

если ( PD2 != старому )

{ если ( перепад положительный )

{ счетчик числа периодов вх.сигн. ++;

если ( кончился измерительный интервал )

{ … // расчеты длит. вх. периода,

// выходного (3 16-р. деления) tick_out

}

}

}

/* управление выходом – PB7 - меандр с длительностью полки - tick_out */

// определение счетчика c_tick_out, чтение таймера ....

if ( c_tick_out >= tick_out ) // время вышло!

{

if (PB7 == 1) PB7 = 0; // переключаем выход

elsePB7 = 1;

}

goto REPEAT;

Прохождение всего цикла вычислений и управления составляет весьма непостоянную величину (зависит от выполнения ряда условий) и отличается в 100 раз и более (блок расчетов имеет 3 16-битных деления и на время выполнения не анализируется ни вход и не управляется выход). Напрашивается вывод, что максимальная частота входного и выходного сигнала должна быть ограничена максимальным временем прохождения всей петли расчетов, т.е. мощность м/п расходуется весьма нерационально.

При передаче анализа входного сигнала и управления выходом процедурам прерываний длительные расчеты в главной программе не будут останавливать работу по обслуживанию входа/выхода.

Так вход PD2 будем использовать как INT0, т.е. при возникновении перепада (например, положительного) на нем будет возникать запрос прерывания, а программист должен написать кусочек программы, который эту ситуацию будет обрабатывать:

INT0 ( ) // Обработка входного сигнала – положительный перепад

{

счетчик вх. периодов ++

если ( превышен интервал измерения)

{ читаем таймер, устанавливаем флажок главной программе

о необходимости провести расчеты

}

}

Теперь входной сигнал будет обрабатываться независимо от выполнения главной программы.

А как управлять выходом по прерыванию? Какой из запросов или к какому из запросов прерываний прицепиться?

Принципиальное отличие от первого варианта построения системы: следует загружать в таймер такое число, чтобы длительность впадины и вершины равнялась бы времени счета до переполнения (прерывания). (В первом варианте таймер мог непрерывно считать без перезагрузки от 0 до 255).

Таким образом, при обработке прерывания по переполнению таймера нужно: 1. перезагрузить таймер некоторым числом и 2. переключить выходной порт PB7 из 0 в 1 или наоборот.

В главной программе останутся длительные расчеты с делением, умножением..., разрешенные по флажку. Внутри этого блока вычислений флажок нужно сбросить, чтобы он не повторялся.