POLITECHNIKA POZNAŃSKA WBMiZ Zakład Urządzeń Mechatronicznych STEROWNIKI URZĄDZEŃ MECHATRONICZNYCH LAB CMBiN p.209.

Prezentacja na temat: "POLITECHNIKA POZNAŃSKA WBMiZ Zakład Urządzeń Mechatronicznych STEROWNIKI URZĄDZEŃ MECHATRONICZNYCH LAB CMBiN p.209."— Zapis prezentacji:

1 POLITECHNIKA POZNAŃSKA WBMiZ Zakład Urządzeń Mechatronicznych STEROWNIKI URZĄDZEŃ MECHATRONICZNYCH LAB GRZEGORZ.PITTNER@PUT.POZNAN.PL CMBiN p.209

2 Urządzenia mechatroniczne Mechanika  Elektronika ??

3 Co nimi steruje?

4 Co to jest mikrokontroler?

5 Co to jest mikroprocesor? 0101 0101 ? ?

6 Mikroprocesor przetwarza sygnały wejścia na sygnały wyjścia według wcześniej zdefiniowanego programu Sam mikroprocesor jest zdolny jedynie do cyfrowych operacji logicznych, nie jest on zdolny do sterowania maszynami mechanicznymi ani nie cyfrowymi układami elektronicznymi Aby mikroprocesor mógł sterować maszyną należy doposażyć go w tzw. peryferia Mikroprocesor + peryferia = mikrokontroler

7 Standardowe peryferia wewnętrzne mikrokontrerów Zegar wewnętrzny (generator RC) GPIO TIMER/COUNTER INT (zwane także EXTI) ADC PWM Pamięć RAM Pamięć Flash Pamięć EEPROM Interface’y komunikacyjne (SPI, UART, USART, I 2 C, CAN) Watchdog DAC I inne…

8 Harmonogram Laboratorium 0) Zajęcia organizacyjne 1)GPIO 2)INT (EXTI) 3)TIM/CNT 4)PWM(sprawozdanie z ćw. 1-3) 5)ADC 6)Kolokwium/odróbki/poprawki (sprawozdanie z ćw. 4-5) Instrukcje: www.zum.put.poznan.pl

9 Ocena Wejściówki: – mogą pojawić się na każdym ćwiczeniu w formie ustnej bądź pisemnej – Osoba, która z uwagi na nieobecność nie pisała wejściówki jest zobligowana do napisania jej w terminie późniejszym – Osoba, która odrobiła zajęcia z inną grupą u innego prowadzącego zobligowana jest do napisania wejściówki u swojego oryginalnie prowadzącego zajęcia wykładowcy. Sprawozdania: – Są składane indywidualnie – Są składane na zajęciach: nr 4 z ćwiczenia 1,2 i 3 nr 6 z ćwiczenia 5 i 6 – Sprawozdanie jest przyjmowane, na „+”, na „-” bądź na „0”. Plusy – za aktywność oraz za samodzielność podczas ćwiczeń – Za wykonanie ostatniego ćwiczenia lab. na każdych zajęciach – Dodatkowy bonus dla pierwszej osoby która wykona ostatnie ćwiczenie lab. na danych zajęciach Ocena końcowa wystawiana na podstawie średniej oceny z wejściówek zmodyfikowana o +/- zdobyte na zajęciach Kolokwium końcowe dla chętnych z całości materiału poznanego na lab. celem poprawienia proponowanej wcześniej oceny końcowej

10 Ocena c.d. Nie możliwe jest ocenienie działania software’u bez wiedzy o działaniu hardware’u. Dlatego też prawidłowa odpowiedź na wejściówce bądź kolokwium musi zawierać pełne informacje o obu sferach aplikacji. Na zajęciach obowiązuje podstawowa znajomość języka C (a ściślej ANSI C), która zostanie sprawdzona. Na zajęciach programujemy w języku GCC.

11 Na zajęciach student zobowiązany jest posiadać: Nośnik pamięci (penddrive) zawierający: Instrukcję.pdf do aktualnego ćwiczenia Pliki przykładowych programów dołączonych do instrukcji aktualnego ćwiczenia Notę katalogową do MPU AtMega128 (.pdf) Opis zestawu dydaktycznego (.pdf) Swoje poprzednie programy Instrukcję LAB0-wprowadzenie.pdf Instrukcję SUM - opis zestawu dydaktycznego.pdf

12 Literatura: Wydawnictwo BTC: „Mikrokontrolery AVR ATmega w praktyce” „Mikrokontrolery AVR w praktyce” „Mikrokontrolery AVR - niezbędnik programisty” „Mikrokontrolery dla początkujących” „Sztuka programowania mikrokontrolerów AVR – podstawy” „Sztuka programowania mikrokontrolerów AVR – przykłady”

13 MCU na zajęciach 8 bit Producent MCU: ATMEL Rodzina MCU: AVR Podrodzina MCU: ATmega Model MCU: ATmega128 Środowisko IDE: – AVR studio (freeware) – WinAVR : AVR-GCC for Windows (freeware) Nota katalogowa – google:„ATmega128.pdf” – pobrać:„doc2467.pdf” (ENG, 386str.)

14 Pytania odnośnie zaliczenia bądź formy prowadzenia zajęć?

15 GPIO General Purpose Input / Output GPIO w mikrokontrolerze podzielone są na grupy logiczne zwane PORT Pojedynczą nóżkę GPIO nazywamy PIN Porty znakowane są literami np.: PORTA, PORTB, itd… Piny są numerowane od 0 do 7 (dla MCU 8 bit) Aby zaadresować GPIO podaje się port i pin np.: PORTA, pin1 lub prościej PA1 (czyli druga nóżka portu A) GPIO może przyjąć jedynie 2 stany logiczne 0 lub 1 Dla stanu 0 potencjał na danej nóżce wynosi 0[V], a dla stanu 1 potencjał wynosi 5[V] (wg. standardu TTL)

16 GPIO Aby sterować GPIO ustawia się tzw. rejestry konfiguracyjne Rejestry konfiguracyjne dla 8 bitowych MCU są 8 bitowymi zmiennymi (unsigned char) W języku GCC zapis rejestru wygląda następująco: – Binarnie: REJESTR=0b00000010; – Decymalnie: REJESTR=10; – Heksadecymalnie: REJESTR=0x10;

17 DDRx: Rejestr kierunkowy 0 na danej pozycji rejestru oznacza, że odpowiadający pin jest traktowany jako WEJŚCIE 1 na danej pozycji rejestru oznacza, że odpowiadający pin jest traktowany jako WYJŚCIE DDRC=0b00011000; software:

18 PORTx – rejestr WYJŚCIA 0 na danej pozycji rejestru oznacza, że odpowiadający pin ustawiony w stan logicznego 0 (potencjał 0[V]) 1 na danej pozycji rejestru oznacza, że odpowiadający pin ustawiony w stan logicznego 1 (potencjał 5[V]) software:

19 PINx – rejestr WEJŚCIA Uwaga! Nazwa rejestru PINx może być mylona ze słowem „pin” opisującego potocznie „nóżkę” układu scalonego w j. ang. Jest to rejestr tylko do odczytu. 0 na danej pozycji rejestru oznacza, że przez odpowiadający pin nie płynie prąd. 1 na danej pozycji rejestru oznacza, że przez odpowiadający pin płynie prąd. software:

20 Podłączenie WYJŚCIA Maksymalna obciążalność prądowa GPIO dla ATmega128 wynosi 40mA Suma wszystkich prądów mikrokontrolera ATmaga128 nie może przekroczyć 200mA hardware: PA1 PA2 GND +5V R R PORTA=0b00000010; PORTA=0b00000100; PORTA=0b00000000; PORTA=0b00000110; D1 D2

21 Maksymalna obciążalność prądowa GPIO dla ATmega128 wynosi 40mA Pin należy podłączyć tak aby prąd przepływał bądź aby był uziemiony Istnieje kilka możliwych rozwiązań – Pull-up zewnętrzny – Pull-up wewnętrzny – Pull-down zewnętrzny – Pull-down wewnętrzny – Floating Na potrzeby zajęć będziemy używać jedynie podłączenia „pull-up zewnętrzny” hardware: Podłączenie WEJŚCIA PA3 R +5V GND

22 PA3 R +5V GND PA3 R +5V GND R wew. R≈0

23 Przykład: przycisk + LED Hardware: PA2 GND R D1 PB3 R +5V GND Software: void main(void) { DDRA=0b00000100; DDRB=0; PORTA=0b00000000; PORTB=0b00000000; while(1) { if(PINB!=0) PORTA=0b00000100; else PORTA=0b00000000; } SW1

24 Maski bitowe &iloczyn bitowy |suma bitowa ~negacja ^XOR >>przesuwanie bitowe w prawo <<przesuwanie bitowe w lewo

25 & (iloczyn) Bitowo: X & Y = Z X00010010 Y00001010 Z00000010 18dec 10dec 2dec Bitowo: 18 & 10 = 2 Logicznie: 18 && 10 = 1 (prawda i prawda = prawda)

26 | (suma) Bitowo: X | Y = Z X00010001 Y00001001 Z00011001 17dec 9dec 25dec Bitowo: 17 | 9 = 25 Logicznie: 17 || 9 = 1 (prawda lub prawda = prawda)

27 ~ (negacja) Bitowo: ~X X00010001 ~X11101110 17dec 238dec Bitowo: ~17=238 Logicznie: !17 =0 (nie prawda = fałsz)

28 ^ (XOR) Bitowo: X ^ Y = Z X00010001 Y00001001 Z00011000 17dec 9dec 12dec Bitowo: 17 ^ 9 = 12 Logicznie: brak odpowiednika w języku ANSI C

29 > Bitowo: X<<Y = Z X10010001 Y00000010 Z01000100 145dec 2dec 68dec Bitowo: 145<<2=145*4=580=68 (przepełnienie unsigned char)

30 Dostęp bitowy PORTA=0b00001000;//ustawia cały port PORTA=(1<<3);//ustawia cały port PORTA=PORTA|(1<<3);//ustawia jeden pin PORTA|=(1<<3);//prościej PORTA&=(1<<3); PORTA&=~(1<<3);dobrze//kasuje pin PORTA^=0xFF;//neguje cały port PORTA^=0b00001111;//neguje 4 piny źle//nie kasuje pinu

31 Przykład 2 Hardware: PA1 GND R D1 PA0 R +5V GND Software: void main(void) { DDRA=0b00000110; //we/wy PORTA=0b00000000; //stan pocz. while(1) { //pętla główna if(PINA&0b00000001==1) //warunek we. { //jeśli prawda PORTA|=(1<<1); //ustaw 1 na poz. 1 PORTA&=~(1<<2); //ustaw 0 na poz 2 } else { //jeśli fałsz PORTA&=~(1<<1); //ustaw 0 na poz. 1 PORTA|=(1<<2); //ustaw 1 na poz. 2 } SW1 PA2 GND R D2

32 ułatwienie Zapis „PINA&0b00000001” można zastąpić w języku GCC komendą: bit_is_set(REJESTR,POZYCJA) Np.. If(bit_is_set(PINA,0)) {…} Dostępna jest też komenda bit_is_clear(REJESTR,POZYCJA) Komendy te znajdują się w bibliotece #include

33 Przykład 2 Hardware: PA1 GND R D1 PA0 R +5V GND Software: #include void main(void) { DDRA=0b00000110; //we/wy PORTA=0b00000000; //stan pocz. while(1) { //pętla główna if(bit_is_set(PINA,0)) //warunek we. { //jeśli prawda PORTA|=(1<<1); //ustaw 1 na poz. 1 PORTA&=~(1<<2); //ustaw 0 na poz 2 } else { //jeśli fałsz PORTA&=~(1<<1); //ustaw 0 na poz. 1 PORTA|=(1<<2); //ustaw 1 na poz. 2 } SW1 PA2 GND R D2

34 programowanie Program *.c biblioteki *.h Kod maszynowy *.hex kompilacja PC USB Programator JTAG lub ISP MCU Interface JTAG lub ISP PCB Pamięć FLASH

35 Pytania? www.zum.put.poznan.pl

36 dziękuję Proszę o sporządzenie listy osób wg poniższego przykładu w formacie.txt Nazwisko proszę podawać jako pierwsze (przed imieniem) Przedmiot:SUM – lab Grupa:MCHxx Dzień, Godzina:Piątek, 21:30 TydzieńParzysty (nad kreską) Mail do starosty bądź osoby kontaktowejktoś@mail.pl NAZWISKOIMIĘ KowalskiJan Itd…