Стивен Барретт - Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С
4.27. Заключение по главе 4
В данной главе мы достаточно подробно рассмотрели структуру, принцип действия и регистры управления периферийных модулей в составе МК семейства 68HC12/HCS12.
Мы изучили резидентную память МК, систему тактирования, порты ввода/вывода, подсистемы таймера, аналого-цифрового преобразования, контроллеры последовательных интерфейсов, модуль ШИМ. Мы также рассказали Вам об особенностях обслуживания прерываний и о состоянии сброса в МК семейства 68HC12/HCS12.
Вы научились измерять временные интервалы и генерировать импульсные последовательности с использованием режимов входного захвата и выходного сравнения таймера. Вы также освоили проведение измерений аналоговых сигналов с использованием встроенного в МК модуля аналого-цифрового преобразования. Вы познакомились с принципами организации обмена между интеллектуальными электронными устройствами в последовательном коде и со способом широтно-импульсной модуляции, который позволяет регулировать напряжение, прикладываемое к обмоткам исполнительного двигателя.
Для каждого из периферийных модулей мы рассмотрели эталонный учебный пример программного кода на Си, который далее может быть использован Вами при разработке учебных и реальных прикладных программ.
4.28. Что еще почитать?
1. Motorola. 68HC12 M68EVB912B32 Evaluation Board User's Manuаl (68ЕVВ912В32-UМ/D). Motorola Inc., 1997.
2. Motorola. HC12 M68HC12B Family Advance Information, (М68НСI2В/D), Motorola Inc., 2000.
3. ImageCraft. ImageCraft С Compiler and Development Environment for Motorola HC12, Version 6. Раlo Alto, СА: ImageCraft, Inc.
4. Pack, Daniel, and Steven Barrett. 68HC12 Microcontroller: Theory and Application, Upper Saddle River, NJ: Prentice Наll 2002.
5. Wakerly, John. Digital Design principles and Practices, Upper Saddle River, NJ: Prentice Наll, 2001.
4.29. Вопросы и задания
Основные1. Объясните назначение каждого функционального модуля МК 68HC12B32.
2. Семейство 68HC12 включает несколько моделей МК. Каковы различия между отдельными моделями?
3. Сколько ячеек памяти занимает блок регистров специальных функций в МК семейства 68HC12? В какой области памяти, и по каким адресам этот блок располагается?
4. Опишите все функции линий порта PORT AD.
5. Каков объем встроенной памяти типа EEPROM в микроконтроллере семейства 68HC12?
6. Какое состояние МК называют прерыванием? Кратко опишите последовательность действий МК по обслуживанию прерывания.
7. Каковы различия между маскируемыми и немаскируемыми прерываниями. Какие из этих прерываний имеют более высокий приоритет?
8. Какова разрешающая способность встроенного АЦП для МК семейства 68HC12? Может ли она изменяться и при каких условиях?
9. Каково назначение регистра направления передачи порта ввода/вывода?
10. Число разрядов счетчика временной базы равно 16. Чему равен его коэффициент счета?
11. Счетчик временной базы тактируется частотой 0,5 МГц. Чему равен период переполнения счетчика?
Исследовательские1. При изучении подсистемы входного захвата мы рассмотрели пример измерения длительности импульса с высоким логическим уровнем, которая по условию задачи не должна была превышать периода переполнения счетчика временной базы таймера. Разработайте блок схему алгоритма для этого примера.
2. Напишите программу на Си для реализации задачи предыдущего вопроса. Программа должна включать все операции по инициализации модуля таймера. Считайте, что таймер тактируется частотой 2 МГц, исследуемый импульсный сигнал подается на вход канала 2 модуля таймера.
3. При изучении подсистемы выходного сравнения мы рассмотрели пример генерации на одном из выходов МК единичного импульса с низким логическим уровнем. По условию задачи длительность этого импульса не превышала периода переполнения счетчика временной базы таймера. Разработайте блок-схему алгоритма для этого примера.
4. Напишите программу на Си для реализации задачи вопроса № 3. Программа должна включать все операции по инициализации модуля таймера. Считайте, что таймер тактируется частотой 2 МГц, импульсный сигнал генерируется на на выходе канала 2 модуля таймера.
5. Напишите программу на Си, которая изменяет код на выходе порта A в порядке инкрементирующего двоичного счетчика. Временной интервал между двумя соседними изменениями кодов должен составлять 30 мс.
6. Напишите программу на Си, которая изменяет код на выходе порта A сначала в порядке инкрементирующего двоичного счетчика от 0x00 до 0xFF, а затем в обратном порядке 0xFF…0x00. Временной интервал между двумя соседними изменениями кодов должен составлять 30 мс.
7. В рассмотренном при изучении подсистемы таймера примере измерения периода некоторого импульсного сигнала мы предположили, что этот период будет меньше, чем период переполнения счетчика временной базы. Измените предложенный ранее алгоритм таким образом, чтобы измерения проводились для сигналов с периодом, превышающим период переполнения счетчика временной базы.
8. Укажите ограничения по минимальному и максимальному значению периода сигнала для предложенного Вами алгоритма в задании № 7.
9. В параграфе 4.14.5, посвященном счетчику внешних событий в составе модуля таймера, мы обсудили способ измерения скорости движения велосипеда с использованием датчика Холла. Разработайте блок схему алгоритма, напишите текст программы на Си для реализации такого измерителя скорости.
10. В примере использования модуля меток реального времени (раздел 4.15) мы программно отсчитывали 122 периода модуля RTI по 8,196 мс для формирования интервала в 1 с. Сколько отсчетов необходимо было бы сделать для отсчета 24 часов? Сколько 8-разрядных ячеек памяти понадобилось бы задействовать для этой задачи?
11. В разделе 4.18 мы рассмотрели программный фрагмент для инициализации контроллера SCI и передачи с его помощью ASCII кодов некоторых символов. Предположите, что Вам требуется организовать связь по последовательному асинхронному интерфейсу двух МК семейства 68HC12. Нарисуйте функциональную схему соединения микроконтроллеров. Разработайте две блок-схемы алгоритмов для передающего и принимающего контроллеров. Напишите программы для обоих МК на Си.
12. В параграфе 4.24 мы обсудили способ управления исполнительным двигателем рулевого управления радиоуправляемой модели автомобиля с использованием ШИМ. Частота импульсного напряжения, прикладываемого к двигателю, составляет 50 Гц. Диапазон изменения коэффициента заполнения при полном ходе механизма рулевого управления составляет 4,5…10,0%. Разработайте блок-схему алгоритма, напишите текст программы на Си для управления рулевым механизмом. Для решения задачи предположите, что код задания угла поворота рулевого механизма в 8-разрядном формате поступает на входы порта A.
Рис. 4.120. Электрический двигатель с оптическим датчиком скорости
13. Разработайте блок схему алгоритма и напишите текст программы на Си для расчета скорости вращения двигателя (об/мин) по сигналам оптического датчика скорости. Принцип действия датчика поясняет рис. 4.120. Прозрачный пластмассовый диск закреплен на валу двигателя. Диск поделен светонепроницаемой краской на секторы. Диск помещен между излучающим светодиодом и фотоприемником. Если напротив светодиода находится черная полоса диска, то на выходе электронной схемы фотоприемника формируется логический 0. Если напротив светодиода располагается прозрачная полоса диска, то выход электронной схемы фотоприемника устанавливается в 1. В результате, когда двигатель вращается, на выходе электронной схемы формируется импульсная последовательность, частота которой прямопропорциональна скорости вращения двигателя. Для решения задачи предположите, что оптический датчик скорости формирует 200 импульсов на один оборот двигателя.
Глава 5
ОСНОВЫ СОПРЯЖЕНИЯ МК С УСТРОЙСТВАМИ ВВОДА/ВЫВОДА
ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ГЛАВЫ ВЫ СМОЖЕТЕ:
• Описать электрические характеристики портов ввода/вывода МК 68НС12.
• Определить требования к электрическим характеристикам периферийных компонентов для подключения их к портам ввода/вывода МК;
• Разработать схему подключения и программу для ввода в МК информации о состоянии переключателей и матричных клавиатур;
• Грамотно применить методы программной и аппаратной защиты от механического дребезга контактов;
• Выполнить подключение к МК 68HC12 устройств индикации, таких как светодиоды, светодиодные семисегментные индикаторы, жидкокристаллические цифро-буквенные и графические индикаторы. Написать программы для вывода информации на перечисленные устройства индикации;
• Разработать схему подключения и алгоритм программного обслуживания датчиков различных физических величин.
Какие устройства Вы можете подключить к выводам микроконтроллера 68HC12 напрямую, без дополнительных цепей согласования? Есть ли у Вас уверенность, что входные и выходные буферы внутри МК при этом останутся работоспособными? Ваша интуиция подсказывает, что, наверное, без дополнительных цепей согласования могут быть подключены логические ИС, выполненные по той же технологии, что и МК семейства HC12. Например, можно без опаски подключить элемент 74HC00, выполняющий функцию 2И-НЕ. А что Вы скажете о возможном числе этих элементов? Можно ли одновременно подключить 20, 30 или 50 таких элементов? А как насчет элементов другой серии? Например, можно ли подключить к выходу МК 68HC12 всего один элемент И-НЕ модели 74LS00? Основываясь на примерах предыдущей главы, Вы также должны предположить, что управление электрическим двигателем вряд ли возможно непосредственно с выходов МК. Для этого потребуются дополнительные цепи согласования и дополнительный источник электрической энергии, которая будет преобразована двигателем механическую энергию. Как определить технические требования к подобным цепям, а затем разработать их?
