Politechnika Krakowska im. T. Kościuszki
INSTYTUT INFORMATYKI STOSOWANEJ
Podstawy pracy z układami peryferyjnymi i pamięcią mikrokontrolera ATMEGA88
Linca Rafał
Mikrokontrolery i SPRAWOZDANIE Lab. nr 4
13K1
przetwarzanie sygnałów
1. Cel ćwiczenia
Celem dwiczenia jest zapoznanie siÄ™ z podstawami programowania i pracy
z mikrokontrolerami ATMEGA88, z wykorzystaniem jego układów peryferyjnych.
2. Wstęp
Na poczÄ…tek przypomnijmy podstawowe parametry mikrokontrolera:
·ð Architektura RISC z prawie wszystkimi instrukcjami wykonywanymi w jednym cyklu
maszynowym.
·ð PamiÄ™ci: 8 kB nieulotnej pamiÄ™ci Flash, 512kB pamiÄ™ci EEPROM, 1 kB pamiÄ™ci SRAM
·ð UkÅ‚ady peryferyjne: dwa 8-bitowe liczniki, jeden 16-bitowy licznik, zegar czasu rzeczywistego,
trzy kanały PWM, 6-kanałowy przetwornik A/C, szeregowy interfejs IŻC, programowany
USART do transmisji RS232, programowalny timer Watchdog z oddzielnym oscylatorem,
wbudowany komparator analogowy
·ð Specjalne wyposażenie: wewnÄ™trzny kalibrowany oscyiator RC, wewnÄ™trzne oraz zewnÄ™trzne
z
ródła sygnałów przerwao oraz pięd typów trybów uśpienia: Idle, ADC Noice reduction,
Power-sa ve, Power-down i Standby.
W pierwszej części laboratorium zapoznamy się z możliwością sygnalizacji dz
więkowej
zdarzeo.
W dalszej części laboratorium zapoznamy się z zastosowaniem przetworników do
generowania sygnału PWM (Pulse Width Modulation). Za pomocą zmiany współczynnika wypełnienia
sygnału tworzony jest sygnał analogowy do sterowania odbiornikami prądu stałego takimi jak
żarówki i silniki prądu stałego. Przetworniki A/C mogą byd stosowane do pomiaru i analizy wielu
wielkości fizycznych takich jak natężenie oświetlenia i napięcie elektryczne.
W trakcie laboratorium zajmiemy się również problemem zachowywania danych w pamięci
nieulotnej dla zapamiętywania wartości początkowych programu po restarcie mikrokontrolera.
Kolejnym rozpatrywanym problemem będzie problem restartu układu po wystąpieniu stanu
awaryjnego realizowany przez watchdoga nadzorujÄ…cego pracÄ™ aplikacji.
Dodatkowym temat laboratorium to czasomierze i zwiÄ…zana z nimi kwestia przerwao po
przepełnieniu ich licznika.
Na zakooczenie rozpatrzymy kwestie sterowania układami serwomechanizmów oraz
tworzeniem sekwencji sterowania nimi.
3. Przykłady zastosowania ATMEGA88
Eksperymenty w laboratorium 2 mikrokontrolerów zostały podzielone na kategorie:
·ð Przetworniki A/C i C/A
·ð Operacje na pamiÄ™ci
·ð Watchdogi i czasomierze
·ð Sterowanie silnikami
Syrena z wykorzystaniem komendy sound
Lista elementów potrzebnych w dwiczeniu:
·ð 1x GÅ‚oÅ›nik RS267-6968 lub inny
·ð 1x Kondensator = 100uF
·ð 1x Rezystor 120E
·ð 7x Przewody
Komenda SOUND daje możliwośd generowania przez głośnik różnych tonów. Jest to przydatne, jeśli
w aplikacji chcemy zasygnalizowad użytkownikowi specyficzne sytuacje (naciśnięcie przycisku, alarm
itp.) Komenda SOUND nie jest przeznaczona do generacji dokładnych częstotliwości, chod można to
zrobid używając timer'a.
Zbudowaliśmy poniżej pokazany układ:
Po zaprogramowaniu mikrokontrolera słyszalny był sygnał syreny.
Generator PWM
Sygnał PWM ma przebieg prostokątny o zmiennym wypełnieniu. Wypełnienie może byd zmieniane od
0 do 100%. Przy wypełnieniu 50% utrzymuje się symetryczny przebieg prostokątny. Na rysunku
poniżej przedstawione są przebiegi sygnałów PWM o różnych wypełnieniach. Sygnał PWM można
zastosowad do sterowania jasnością świecenia żarówek, wyświetlacza LCD lub do regulacji prędkości
obrotowej silnika prądu stałego.
Lista elementów potrzebnych w dwiczeniu:
·ð 1x MOSFET IRF520 lub odpowiednik
·ð 1x Å»arówka 6 V
·ð 6x Przewody
Jasnośd świecenia żarówki zmieniała się, a wartośd sygnału PWM widoczna była w oknie terminala.
Przetwornik A/C z fotorezystorem (LDR)
Lista elementów potrzebnych w dwiczeniu:
·ð 1x Fotorezystor NSL19-MS51 RS596-141 lub odpowiednik
·ð 1x Komputer z portem COM
·ð 2x Rezystor 2,2kQ
·ð 4x Przewody
Fotorezystor NSL19-MS51 przy świetle dziennym (bez jasnego słooca) posiada rezystancje 5kQ.
O zmroku posiada rezystancje 1,2MQ, a w ciemności rezystancja jest > 35MQ. W związku ze
skojarzeniem przetwornika AC z portem C należy dołączyd fotorezystor do portu C, pin 1.
W oknie terminala widoczne były wartości, które zmieniały się przy różnym oświetleniu
fotorezystora. Do oświetlenia fotorezystora użyliśmy latarki.
Prosty woltomierz
W poprzednim eksperymencie wartości z przetwornika A/C w terminalu przy napięciu 0 V
wartośd z przetwornika A/C wynosiła 0, a przy napięciu 5 V wynosiła 1024 (10 bitów). Właściwie
wartośd 1024 z przetwornika jest już osiągana przy napięciu 1,1 V.
Teraz zbudujemy woltomierz z zakresem mierzonych napięd od 0 do około 5,0 V
z rozdzielczością 0,1 V. Aby mierzyd napięcia do 1,1 V, ale potrzebne jest kilka rezystorów do budowy
dzielnika napięcia. Tą metodą uzyskamy, że zmierzone napięcie 1 V odpowiadad będzie wejściowemu
napięciu 5 V.
Rysunek obok pokazuje jakie wartości
rezystorów są potrzebne do uzyskania
potrzebnego dzielnika. Wniosek jest taki, że
musimy podzielid wartośd 1024 przez 11
(1024/11), co daje 93,09. Preferowana jest praca z
wartościami całkowitymi, gdyż mikrokontrolery
nie potrafiÄ… dobrze dzielid. (Mikrokontrolery mogÄ…
dzielid z reszta 1Ü24Í11 = 93 reszta 1). Tak wiÄ™c
zaokrąglimy wartośd 93,09 do 93. Kiedy teraz
będziemy obliczad wartośd z A/C, dla każdego
wolta możemy znalez
d wartośd z przetwornika w
tablicy konwersji po prawej stronie.
Powiedzmy, że dołączamy napięcie do
portu C.1 i odczytujemy z A/C wartośd 190.
Wartośd 190 nie znajduje się w tablicy, więc
możemy ją zaokrąglid. Powiedzmy, że wszystkie
wartości poniżej 93 są 0,0V.
Wartości od 93 do 185 są 0,1V,
Wartości od 186 do 278 są 0,2V, itd.
Lista elementów potrzebnych w dwiczeniu:
·ð 1x Komputer z portem COM
·ð 1x Rezystory 1,2kO, 3,9kO
·ð 1x Potencjometr 10kO
·ð 1x Woltomierz
·ð 5x Przewody
Zachowywanie wartości w pamięci EEPROM
Mikrokontroler ATMega88 posiada 3 różne pamięci:
·ð FLASH -> Bootloader FLASH
Aplikacja FLASH
·ð RAM
·ð EEPROM
Pamięd FLASH (8 kB) może byd programowana tylko za pomocą zewnętrznego programatora
STK200/300 lub USB ISP Prog I.
Jednakże jest jeden wyjątek, którym jest Bootloader. Kiedy używamy bootloadera, pamięd FLASH
dzielona jest na 2 obszary. Bootloader znajduje siÄ™ w obszarze Bootloader FLASH i jest
programowany programatorem STK lub USB. Wtedy obszar pamięci FLASH dla aplikacji może byd
programowany za pomocą łącza szeregowego. W pamięci FLASH zapisywany jest
program/oprogramowanie, które ma byd wykonywane. Jesli nie jest używany bootloader, cala
pamięd FLASH jest dostępna dla programu
sterujÄ…cego.
Pamięd RAM (Random Access Memory) jest pamięcią tymczasowa. Po wykonaniu niektórych
operacji potrzebujesz zapisad lub usunąd dane. Pamięd RAM jest ulotna, to znaczy ze jej zawartośd
jest tracona po wyłączeniu napięcia zasilania mikrokontrolera.
Specjalną formą pamięci jest pamięd EEPROM (Electrically Erasable/Programmable Read
Only Memory). Stare pamięci EPROM mogły byd tylko czytane i służyły jako pamięd ROM
mikrokontrolera. NIGDY nie mogły byd kasowane przez mikrokontroler. Można je było tylko
programowad za pomocą specjalnego programatora i kasowad światłem ultrafioletowym UV.
Obecnie, mikrokontrolery mogą elektrycznie kasowad i programowad EEPROM, dając użytkownikowi
możliwośd gromadzenia w nich danych, których się nie straci po wyłączeniu zasilania. Są to pamięci
nie ulotne. EEPROM jest polecany, kiedy aplikacja musi zapamiętad ustawienia.
Sterowanie serwomechanizmem
W Bascomie jest możliwe bardzo łatwe sterowanie serwomechanizmami. Serwomechanizm
jest silnikiem z przekładnią, który może obracad się o zadany kąt. Dzięki przekładni Serwa mają duży
moment obrotowy.
Sterowanie serwomechanizmem odbywa się za pomocą sygnału o przebiegu impulsowym
zwykle o częstotliwości 50 Hz (okres 20ms) i zmiennym współczynniku wypełnienia. Przez zmianę
współczynnika wypełnienia można zmieniad w pewnym zakresie kąt obrotu wirnika. Aby
zaprezentowad sposób sterowania serwami przygotowano program, który umożliwia sterowaniem
serwa za pomocą dwóch przycisków. Pierwszy zmienia położenie wałka Serwa w prawo a drugi w
lewo.
Lista elementów potrzebnych w dwiczeniu:
·ð 1x Serwomechanizm Tower Pro SG-50
·ð 6x Przewody
Połączenie na uniwersalnej płytce dla tego eksperymentu:
Po zwarciu masy z pinem.0 serwo obróciło się o maksymalny kąt w prawo, a po zwarciu masy z
pinem.1 o maksymalny kÄ…t w lewo.
4. Wnioski
Po wykonaniu pierwszego dwiczenia zaobserwowaliśmy, że po zaprogramowaniu
mikrokontrolera słyszalny był sygnał syreny. W trakcie drugiego dwiczenia jasnośd świecenia żarówki
zmieniała się, a wartośd sygnału PWM widoczna była w oknie terminala. Podczas kolejnego zadania,
w oknie terminala widoczne były wartości, które zmieniały się przy różnym oświetleniu fotorezystora.
Do oświetlenia fotorezystora użyliśmy latarki. Natomiast w ostatnim dwiczeniu po zwarciu masy
z pinem.0 serwo obróciło się o maksymalny kąt w prawo, a po zwarciu masy z pinem.1 o maksymalny
kÄ…t w lewo.