93_96.PDF

K U R S

O†sposobie, w†jaki przerwania s¹ obs³ugiwane

w†jÍzyku C,†pisa³em juø przy okazji omawiania podstaw

programowania. Dziú wykorzystamy programowanie przerwaÒ do budowy

prostego licznika. Wykorzystamy w†nim przerwanie generowane przez

Timer 1†do obs³ugi wyúwietlacza LED oraz przerwanie generowane przez

opadaj¹ce zbocze sygna³u na wejúciu INT0 do zliczania impulsÛw

zegarowych. W†programie wykorzystamy teø wskaüniki i†ich arytmetykÍ -

bÍdzie okazja co nieco siÍ nauczyÊ.

część 4

Budujemy licznik, czyli jêzyk C i przerwania

Licznik prezentowany w†artykule

jako przyk³ad zbudowa³em, korzysta-

j¹c z†p³ytki AVR Starter Kit oraz ka-

wa³ka p³ytki uniwersalnej. Oczywiú-

cie, jeúli uøywasz innego zestawu

eksperymentalnego - nie jest to øad-

n¹ przeszkod¹. Prawdopodobnie bÍ-

dziesz tylko musia³ zbudowaÊ sobie

wyúwietlacz LED.

wiÍc efektu migotania cyfr w†czasie

wpisywania danych do rejestrÛw. Po-

³¹czy³em szeregowo dwa uk³ady

74HCT595, tworz¹c w†ten sposÛb re-

jestr 16-bitowy. Jako pierwszy w†sze-

regu znajduje siÍ rejestr segmentÛw

cyfr, jako drugi rejestr za³¹czaj¹cy

poszczegÛlne cyfry. Wejúcie szerego-

we danych taktowane jest sygna³em

o†czÍstotliwoúci 4,8 kHz, natomiast

cyfry prze³¹czane s¹ z†czÍstotliwoúci¹

oko³o 300 Hz.

Uøy³em wyúwietlaczy LED ze

wspÛln¹ anod¹. Zasilanie anod za³¹-

czane jest przez tranzystory MOS

z†kana³em typu P (BS250). Ich sto-

sowanie jest bardzo wygodne, ponie-

waø nie wymagaj¹ øadnych dodatko-

wych elementÛw, takich jak na przy-

k³ad rezystory. Wartoúci rezystorÛw

pod³¹czonych do poszczegÛlnych seg-

mentÛw wyúwietlacza musisz dobraÊ

sobie do posiadanych cyfr. Numery

wyprowadzeÒ wyúwietlacza LED po-

traktuj jako orientacyjne. Istotne s¹

literowe oznaczenia segmentÛw. Na

wejúciach rejestrÛw szeregowych

znajduj¹ siÍ rezystory pull-up , tak

aby moøna by³o wyúwietlacz pod³¹-

czyÊ do dowolnego z†portÛw mikro-

kontrolera.

Wyúwietlacz do sterowania wyma-

ga trzech linii - jednej danych

i†dwÛch zegarowych. Ja wykorzysta-

³em P1.1, P1.2 i†P1.3 Oczywiúcie,

zmieniaj¹c program, moøesz uøyÊ do-

wolnych innych. RÛwnieø wykonuj¹c

drobne modyfikacje w†programie,

moøna pod³¹czyÊ do 8†wyúwietlaczy

LED o†wspÛlnej anodzie. W†skrÛcie

funkcjonowanie wyúwietlacza wygl¹-

da nastÍpuj¹co: dane za pomoc¹

opadaj¹cego zbocza sygna³u zegaro-

wego podawanego na wyprowadzenie

11 (SRCLK) wpisywane s¹ z†wejúcia

szeregowego na wyprowadzeniu 14

(SER) do wewnÍtrznego rejestru.

Mikrokontroler przesy³a pe³ne s³owo

16-bitowe tak, aby dzia³a³y oba uk³a-

dy rejestrÛw. NastÍpnie, po wpisa-

niu 16 bitÛw, na wyprowadzenie 12

(RCLK) podawany jest impuls zega-

rowy, ktÛrego opadaj¹ce zbocze po-

woduje przepisanie danych z†we-

wnÍtrznego szeregowo-rÛwnoleg³ego

rejestru do wyjúciowego rejestru ty-

pu zatrzask.

Program napisany zosta³ tak, øe

w†danym momencie úwieci tylko jed-

na cyfra. Jeúli prze³¹czanie cyfr bÍ-

dzie wystarczaj¹co szybkie, ludzkie

oko tego nie zauwaøy. Jest to typ

wyúwietlania zwany multipleksowa-

nym (wyúwietlanie dynamiczne).

Charakteryzuje siÍ on ma³ym pobo-

rem pr¹du - w†danym momencie za-

silana jest tylko jedna cyfra. Tyle na

temat zasady dzia³ania, zajmijmy siÍ

teraz programem.

P³ytka wyúwietlacza LED

Schemat po³¹czeÒ wyúwietlacza

LED pokazano na rys. 1 . Niestety -

jeøeli chcesz eksperymentowaÊ z†tym

przyk³adem programowania, musisz

sobie taki uk³ad zbudowaÊ. Moim

zdaniem przyda on ci siÍ nie tylko

do eksperymentÛw, ale rÛwnieø moø-

na go uøyÊ w†dowolnym innym

uk³adzie wykorzystuj¹cym wyúwietla-

cze LED. Trzeba jednak uwaøaÊ -

obs³uga wyúwietlacza oparta jest

o†przerwanie generowane przez Ti-

mer 1, dlatego teø nie polecam ta-

kiego uk³adu na przyk³ad do czÍs-

toúciomierza. Chyba øe zgodzisz siÍ

na wy³¹czenie wyúwietlania w†czasie

pomiaru czÍstotliwoúci. Zaowocuje to

migotaniem przy pomiarze przebie-

gÛw o†niskiej czÍstotliwoúci. Jednak

tam, gdzie mikrokontroler nie jest

zbyt mocno obci¹øony i†gdzie nie

ma úcis³ych zaleønoúci czasowych -

úmia³o moøesz tego uk³adu uøyÊ.

Z†powodzeniem na przyk³ad stosujÍ

go w†uk³adzie termometru cyfrowego,

mimo rÛønic pogl¹dÛw na temat za-

wieszania transmisji z†DS1820 na

czas obs³ugi przerwaÒ - nie mam

z†tym k³opotu w†mojej aplikacji.

Do konstrukcji wyúwietlacza uøy-

³em rejestrÛw przesuwaj¹cych

74HCT595. Zrobi³em tak z†dwÛch po-

wodÛw. Po pierwsze, cena tych

uk³adÛw jest bardzo niska, a†obci¹-

øalnoúÊ ich wyjúÊ w†stanie niskim

jest wystarczaj¹ca do zasilania typo-

wego wyúwietlacza LED. Po drugie

zaú, uk³ad nie wyprowadza informa-

cji na wyjúcia do momentu pojawie-

nia siÍ osobnego impulsu zegarowe-

go, ktÛry j¹ tam przepisze. Nie ma

Mikrokontroler jako licznik

Program pokazano na list. 1 .

Licznik wykorzystuje dwa przerwa-

nia. Pierwsze, zewnÍtrzne, powodo-

wane przez opadaj¹ce zbocze napiÍ-

cia na wejúciu INT0, uøywane jest

do zwiÍkszania wartoúci licznika.

Drugie - wewnÍtrzne, generowane

cyklicznie - pochodz¹ce od Timera

1, przepisuje stan bufora display do

rejestrÛw wyúwietlacza.

Program rozpoczyna siÍ od dekla-

racji. Linia danych wyúwietlacza za-

deklarowana zostaje jako P1^0, linia

zegara szeregowego jako P1^1, linia

zegara wyjúciowego rejestru latch ja-

ko P1^2. OprÛcz tego inicjujemy

zmienn¹ typu unsigned int zawiera-

j¹c¹ zliczane impulsy oraz sta³¹ ty-

pu char z†zawartoúci¹ inicjuj¹c¹ re-

jestr TH1 Timera 1. Sta³a ta to po-

úrednio czÍstotliwoúÊ, z†jak¹ wywo-

³ywane jest przerwanie obs³uguj¹ce

wyúwietlacz LED. Dalej znajduje siÍ

uporz¹dkowana w†kolejnoúci rosn¹cej

(od 0†do 9) tablica okreúlaj¹ca wy-

gl¹d wyúwietlanego znaku ( patterns ),

tablica z†kodami kolejnoúci za³¹cza-

nia cyfr ( digits ) oraz tablica - bufor

Elektronika Praktyczna 9/2002

K U R S

Rys. 1

wyúwietlacza w†RAM ( display ). Jak

³atwo zauwaøyÊ, dwie pierwsze

umieszczone s¹ w†obszarze pamiÍci

ROM mikrokontrolera (s³owo kluczo-

we code ) i†maj¹ przypisane wartoúci.

Trzecia znajduje siÍ w†obszarze

RAM. Jest ona odwzorowaniem sta-

nu wyúwietlacza, abstrahuj¹c od nu-

meru wyúwietlanej aktualnie cyfry.

Kaøda z†tablic ma przypisany w³aú-

ciwy jej wskaünik, czyli zmienn¹,

ktÛra bÍdzie wskazywaÊ na element

tablicy. W†momencie zadeklarowania,

kaødy wskaünik ustawiany jest na

pierwszy element tablicy. Wyraøenie

Wskaünik = &Tablica powoduje przy-

pisanie zmiennej Wskaünik adresu,

pod ktÛrym umieszczona jest Tabli-

ca . Wskaüniki to fantastyczne narzÍ-

dzie jÍzyka C!

Funkcja Translate zamienia argu-

ment x , ktÛrym jest dwubajtowa

liczba ca³kowita bez znaku, na od-

powiadaj¹c¹ tej liczbie zawartoúÊ bu-

fora display . Jednym s³owem, zamie-

nia liczbÍ na odpowiadaj¹cy jej wy-

gl¹d wyúwietlacza LED. Metoda jest

bardzo prosta, chociaø zapis pocz¹t-

kowo moøe siÍ wydaÊ niezrozumia-

³y. Po wywo³aniu funkcji wy³¹czane

s¹ przerwania Timera 1. Zosta³o to

zrobione w†celu unikniÍcia migotania

wyúwietlacza. PÛüniej, wskaünikowi

TDisplay przypisywane jest wskaza-

nie na ostatni element bufora wy-

úwietlacza. Od niego to rozpocznie

siÍ translacja na kody LED. Przebie-

ga ona wed³ug nastÍpuj¹cego sche-

matu: do wartoúci wskaünika TPat-

terns dodaj resztÍ z†dzielenia argu-

mentu przez 10, a†nastÍpnie skopiuj

wskazywan¹ w†wyniku dzia³ania sta-

³¹ typu char z†tablicy patterns pod

adres wskazywany przez TDisplay .

Podziel liczbÍ przez 10, przesuÒ

wskazanie na nastÍpn¹ pozycjÍ w†bu-

forze wyúwietlacza i†powtÛrz opera-

cjÍ dla nastÍpnej cyfry. I†tak 6†razy

- dla kaødej z†cyfr LED.

Jako swego rodzaju rozszerzenie

funkcjonalnoúci, umieszczono wyga-

szanie zer nieznacz¹cych na pocz¹t-

ku cyfry. PÍtla - rozpoczynaj¹c od

pocz¹tku bufora - sprawdza znak

znajduj¹cy siÍ pod wskazanym przez

wskaünik bufora wyúwietlacza adre-

sem ( TDisplay) i†porÛwnuje go ze

znakiem na pocz¹tku tablicy digits ,

to znaczy wzorcem ì0î. Jeúli s¹ to

te same znaki, kod ì0î w†buforze

wyúwietlacza zostaje zamieniony na

0xFF, co odpowiada ca³kowitemu

wygaszeniu cyfry. Tak dzieje siÍ aø

do momentu napotkania wzorca rÛø-

nego od wzorca ì0î. WÛwczas to in-

strukcja break (spotkaliúmy j¹ w†kon-

strukcjach warunku switch ) przerywa

dzia³anie pÍtli for . Po zakoÒczeniu

pÍtli za³¹czane jest wyúwietlanie -

odpowiada mu zezwolenie na przyj-

mowanie przerwaÒ Timera 1.

Dalej napotkamy procedury ob-

s³ugi przerwaÒ. WyrÛønia je s³owo

kluczowe interrupt umieszczone

w†nag³Ûwku funkcji. Funkcja Incre-

mentCounter obs³uguje przerwanie

zewnÍtrzne INT0. W†zasadzie nie ro-

bi nic za wyj¹tkiem zwiÍkszenia

stanu zmiennej counter i†wywo³ania

funkcji Translate . Druga z†nich to

procedura obs³ugi przerwania Time-

ra 1 - DisplaySend , zajmuj¹ca siÍ

konstrukcj¹ i†przes³aniem s³owa do

wyúwietlacza LED. Przyjrzyjmy siÍ

dok³adniej stosowanym w†niej meto-

dom.

Timer 1†pracuje w†trybie 16-bito-

wym. Przerwanie zg³aszane jest przez

timer w†momencie przepe³nienia, to

znaczy zmiany stanu z†0xFFFF na

0x0000. WÛwczas to wywo³ywana

jest procedura obs³ugi przerwania.

Cykl odliczania rozpoczyna siÍ na

Elektronika Praktyczna 9/2002

K U R S

nowo od wartoúci 0†do 0xFFFF. Jeú-

li nie zdecydujemy inaczej, to od te-

go momentu do nastÍpnego przerwa-

nia up³ynie czas 65536 cykli maszy-

nowych (to jest 1/12 czÍstotliwoúci

oscylatora). W†przypadku mojego mo-

delu by³by to czas oko³o 100 mili-

sekund - z†ca³¹ pewnoúci¹ by³by on

powodem migotania cyfr, poniewaø

jest zbyt d³ugi. Moøna czas do wy-

wo³ania przerwania skrÛciÊ, ustawia-

j¹c na poø¹dan¹ wartoúÊ najpierw

m³odszy a†pÛüniej starszy bajt time-

ra. Poniewaø nie zaleøy mi na bar-

dzo dok³adnym odmierzaniu czasu,

zdecydowa³em siÍ na ustawienie (od-

úwieøenie) tylko starszego bajtu.

Dalej zwiÍkszane s¹ wartoúci

wskaünikÛw TDisplay (wskazanie na

cyfrÍ w†buforze wyúwietlacza) oraz

TDigits , to znaczy wskaünik do tab-

licy z†kodami za³¹czenia cyfr. Oba te

wskaüniki zmieniane s¹ synchronicz-

nie co oznacza, øe przesuniÍcie siÍ

na nastÍpn¹ cyfrÍ musi powodowaÊ

rÛwnieø zmianÍ kodu za³¹czenia wy-

úwietlacza.

Warunek if (TDisplay == 0) s³u-

øy do zbadania, czy napotkano znak

koÒca bufora w†RAM. Jeúli tak, to

wskaüniki s¹ ustawiane ponownie na

pocz¹tek wskazywanych tablic.

Jako øe kod za³¹czenia musimy

wys³aÊ jako pierwszy, na pocz¹tek

zmiennej x† przypisywana jest war-

toúÊ kodu za³¹czenia cyfry. PÛüniej

przesuwana jest ona w†lewo o†8†po-

zycji, a†nastÍpnie sumowany jest

z†ni¹ wzorzec znaku do wyúwietle-

nia z†bufora display . To s¹ wszyst-

kie operacje, ktÛre musz¹ byÊ wyko-

nane w†celu poprawnej budowy s³o-

wa do sterowania wyúwietlaczem.

Teraz docieramy do pÍtli for , ktÛra

ma za zadanie wys³anie wszystkich

16 bitÛw s³owa do wyúwietlacza.

Znajduj¹ca siÍ wewn¹trz pÍtli

operacja przesuwania w†lewo zmien-

nej x ma na celu przeniesienie po-

jedynczego bitu s³owa do flagi C,

ktÛra to w†nastÍpnym poleceniu ( da-

taline = CY) wp³ywa na stan bitu

portu - wyjúcia danych. Impuls ze-

garowy, zmiana stanu shiftline z†wy-

sokiego na niski, koÒczy proces wy-

s³ania bitu. PÍtla for powtarza ope-

racjÍ 16 razy, dla wszystkich bitÛw

zmiennej. TransmisjÍ koÒczy przepi-

sanie danych z†wewnÍtrznego rejest-

ru do rejestru wyjúciowego poprzez

zmianÍ stanu linii latchline . I†to jest

koniec obs³ugi przerwania Timera 1.

Program g³Ûwny main() zawiera

tylko proste ustawienia mikrokontro-

lera oraz, na samym pocz¹tku, zapi-

sanie znaku koÒca bufora wyúwietla-

cza. Ustawiane s¹:

List. 1.

//===============================================

// (C) Easy Soft 01/2002

// Raisonance RC-51, version 6.4.16

//===============================================

// rezonator 7,3728MHz

#include <reg52.h>

//definicje linii sterujących wyświetaniem

sbit dataline = P1^0;

sbit shiftline = P1^1;

sbit latchline = P1^2;

//licznik impulsów

int counter = 0;

//wartość rejestru timera TH1, TL1 nie jest modyfikowane liczy zawsze od 0

const char interval = 0xF8;

/* tutaj wzorce cyfr

======

d1 | | d6

| d0 |

======

d7 | | d4

| |

======

char code patterns[10] = { 0x09,0xAF,0x1A,0x8A,0xAC,0xC8,0x48,0x8F,0x08,0x88 };

//przecinek = d3, wyłączenie cyfry = 0xFF

char *TPatterns = &patterns;

//tutaj kolejność załączania

char code digits[6] = { 0xFE,0xFD,0xFB,0xF7,0xEF,0xDF };

char *TDigits = &digits;

//bufor wyświetlacza w RAM

char data display[7];

char data *TDisplay = &display;

//zamiana zmiennej x na zawartość bufora do wyświetlenia

void Translate(unsigned int x)

{

char temp;

ET1 = 0; //wyłączenie na czas translacji wyświetlania

//(migotanie LED)

TDisplay = &display + 5; //zaczynamy translację od najmłodszej cyfry

for (temp=0; temp<6; temp++)

{

*TDisplay = *(TPatterns + x % 10); //adres wzorca + (reszta z dzielenia

//przez 10)

TDisplay-;

x /= 10;

}

TDisplay += 1; //po poprzedniej pętli TDisplay jest o 1 za małe

for (temp=0; temp<5; temp++) //wygaszenie zer nieznaczących od pozycji 1..5

{

if (*TDisplay == *TPatterns) *TDisplay = 0xFF; else break;

//jeśli napotkamy znak różny od 0,to koniec

TDisplay++;

}

ET1 = 1;

//załączenie wyświetlania

}

//procedura obsługi przerwania INT0

//zwiększanie licznika impulsów

void IncrementCounter(void) interrupt 0

{

counter++;

//zwiększenie licznika impulsów

Translate(counter);

//zamiana counter na liczby do wyświetlenia

}

Elektronika Praktyczna 9/2002

K U R S

List. 1. (ciąg dalszy)

//procedura obsługi przerwania od timer’a 1

//wysłanie zmiennej 2-bajtowej do wyświetlacza - 1 znak z bufora display

void DisplaySend(void) interrupt 3

{

char temp;

unsigned int x;

TH1 = interval;

//odświeżenie zawartości timera 1

TDisplay++;

//następna pozycja do wyświetlenia

TDigits++;

if (*TDisplay == 0)

//jeśli osiągnięto koniec bufora,

{

//to wróć do początku

TDisplay = &display;

TDigits = &digits;

}

x = *TDigits;

//x przyjmuje wartość liczby do wysłania

x <<= 8;

//składa się ona z bajtu wzorca cyfry

//i bajtu kolejności załączenia

x |= *TDisplay;

for (temp = 0; temp<16; temp++) //wysłanie cyfry poprzez przypisanie flagi C

//do wyjścia danych

{

x <<= 1;

dataline = CY;

shiftline = 1;

//impuls na wyjściu zegara przesuwającego

shiftline = 0;

}

latchline = 1;

//przepisanie danych do wyjść rejestrów

latchline = 0;

}

//program główny

void main(void)

{

*(TDisplay + 6) = 0x00;

//tutaj kod końca danych

Translate(counter);

//wyświetlenia 0.

TMOD = 0x11;

//oba timery jako 16 bitowe, kontrolowane

//wewnętrznie

TH1 = interval;

//przerwanie wywoływane z częstotliw.około 75Hz

ET1 = 1;

//zezwolenie na przerwanie od timer’a 1

TR1 = 1;

//uruchomienie timer’a 1

IT0 = 1;

//opadające zbocze na INT0 wyzwala przerwanie

EX0 = 1;

//załączenie przerwania INT0

EA = 1;

//zezwolenie na przyjmowanie przerwań

while (1);

//oczekiwanie na przerwania

}

- rejestr TMOD na wartoúÊ 0x11, to

znaczy oba Timery jako 16-bitowe,

a†impulsy pobierane s¹ z†wewnÍt-

rznego zegara,

- ustawiany jest starszy bajt licznika

Timera 1,

- w³¹czane s¹ przerwania.

Program g³Ûwny koÒczy pÍtla

while(1) , w†ktÛrej mikrokontroler

oczekuje na impulsy przychodz¹ce

na INT0 oraz zajmuje siÍ obs³ug¹

wyúwietlania.

Pewnym zaskoczeniem by³ dla

mnie drobny fakt napotkany podczas

testowania programu. Jego pierwowzo-

rem by³ identycznie funkcjonuj¹cy

program w†jÍzyku asembler. Faktycz-

nie nie przejmowa³em siÍ mocno je-

go optymalizacj¹, ale gdy napisa³em

program w†C, mina mi zrzed³a. Pro-

gramy - mniej wiÍcej rÛwnowaøne

w†funkcjach - ten napisany w†asemb-

lerze zajmowa³ 169 bajtÛw, a†ten na-

pisany w†C - 119 bajtÛw. Sta³o siÍ

tak chyba z†jednego powodu. Po pier-

wsze, w†asemblerze dosyÊ trudno pi-

sze siÍ programy operuj¹ce na adre-

sach. Takie programy s¹ po prostu

ma³o czytelne. W†C†nie ma z†tym

wiÍkszego problemu. Moøna uøywaÊ

pewnych drÛg na skrÛty. I†co na to

wszyscy twierdz¹cy, øe programy na-

pisane w†jÍzykach wysokiego poziomu

zajmuj¹ duøo pamiÍci? Oczywiúcie,

moøesz teø powiedzieÊ, øe jestem

kiepskim programist¹...

Na koniec mam jeszcze ma³¹ su-

gestiÍ. A†moøe by tak do³oøyÊ prost¹

procedurÍ komunikacji, chociaøby przez

port RS232, i†nawet bez translacji po-

ziomÛw napiÍÊ zbudowaÊ alternatywÍ

dla uk³adÛw sterownikÛw wyúwietlaczy

LED, ktÛrych cena detaliczna jest - le-

kko mÛwi¹c - przeraøaj¹ca? Moøna by

by³o wykorzystaÊ tani mikrokontroler,

na przyk³ad AT89C2051. A†moøe AVR?

WÛwczas nie potrzeba rezonatora

kwarcowego. MyúlÍ, øe wraz z†cyfra-

mi bÍdzie on taÒszy niø jeden uk³ad

sterownika LED.

Jacek Bogusz, AVT

jacek.bogusz@ep.com.pl

Dodatkowe informacje

Ewaluacyjn¹ wersjê pakietu firmy Raisonance

prezentowanego w artykule zamieœciliœmy na

CD-EP8/2002B.

Elektronika Praktyczna 9/2002

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: