Функции формирования временных задержек в языке С18

рассмотрим, как на Си получить временную задержку, которая позволит формировать управляющие сигналы с различными временными параметрами.

Допустим, что в схеме МКУ надо получить мигающий режим работы VD1. Чтобы мигание светодиода было хорошо видно, примем частоту смены данных на RC0 около 1 Гц. Задержку организуем с помощью программного цикла for, который будет выполняться определенное число раз. Время выполнения этого цикла и будет определять задержку. Программа может иметь следующий вид.

void delay(void) // функция временной задержки

{

unsigned int i; // переменная цикла – двухбайтное целое беззнаковое число

for(i = 0; i < 50000; i++)

;

}

void main(void)

{

PORTC = 0;

TRISC = 0;

while( 1 )

{

PORTCbits.RC0 = 1;

delay( );

PORTCbits.RC0 = 0;

delay( );

}

}

Определить величину временной задержки, реализуемой функцией delay можно лишь приблизительно следующим образом. Время выполнения команды в PIC18 занимает 1 машинный (командный) цикл T_CY , который определяется частотой тактового генератора МК следующим образом:

T_CY = 4/F_OSC .

При частоте F_OSC, равной 4 Мгц длительность машинного цикла будет T_CY = 1 мкс.

При реализации цикла for выполняется 50000 раз инкремент переменной i и столько же раз ее проверка на равенство числу 50000. Так что примерное время задержки составит 100000 мкс или 0,1 с.

В компиляторе C18 имеются библиотечные функции задержки, которые позволяют реализовать временные задержки с большой точностью. Для нашего случая можно выбрать функцию Delay10KTCYx(n), которая позволяет получить задержку, кратную 10000 машинных циклов T_CY.

Если надо получить задержку на 0,5 с, т.е. 500000 мкс, то при частоте 4 Мгц и T_CY = 1 мкс надо в функцию записать число n, равное 500000 / 10000 = 50. Таким образом, окончательно функция задержки будет иметь вид:

Delay10KTCYx(50).

Так как функции задержки находятся в библиотеках С18, то необходимо их подключить с помощью заголовочного файла delays.h. Текст программы управления светодиодом с частотой мигания 1 Гц может иметь вид:

void main(void)

{

PORTC = 0;

TRISC = 0;

while ( 1 )

{

PORTCbits.RC0 = 1; // включить VD1

Delay10KTCYx(50); // задержка на 0,5 с

PORTCbits.RC0 = 0; // выключить VD1

Delay10KTCYx(50); // задержка на 0,с

}

}

15. Программирование на языке С18 типовых функций управления и контроля: вывод информации в порт, управление отдельными разрядами портов, опрос переключателя.

Для рассмотрения примеров программирования типовых функций управления будем использовать микроконтроллер PIC18F242, который имеет три порта ввода/вывода (PORTA, PORTB, PORTC). Принципиальная схема МКУ приведена на рисунке.

Рассмотрим пример программы, которая после включения питания выводит высокие уровни (логические 1) на линии RC0-RC3 и низкие уровни (логические 0) на линии RC4-RC7 порта С.

Вывод информации в порт

void main(void)

{

PORTC = 0; // очистить регистр данных порта С

TRISC = 0; // настроить все линии порта С на вывод

PORTC = 0b11110000; // вывести число 11110000 в порт С

while(1 ) // зацикливание программы

;

}

Компилятор С18 позволяет управлять отдельными битами регистров специальных функций. Имена регистров и отдельных их разрядов определены в заголовочном файле p18f242.h.

Можно задать значение любого разряда порта МК, используя формат PORTxbits.Rxy,

где x обозначает порт (A, B, C); y – номер разряда этого порта.

Например:

PORTAbits.RA0 = 1; // установить разряд порта RA0 = 1

PORTBbits.RB1 = 0; // сбросить разряд порта RB1 = 0

Управление отдельными разрядами

void main(void)

{

PORTC = 0;

TRISC = 0;

while( 1 )

{

PORTCbits.RC0 = 1; // включить VD1

PORTCbits.RC0 = 0; // выключить VD1

}

}

Опрос переключателя

void main(void)

{

PORTB = 0; // очистить регистр данных порта В

PORTC = 0; // очистить регистр данных порта С

TRISB = 0b10000001; // настроить разряды RB0 и RB7 на ввод, остальные на вывод

TRISC = 0; // настроить все линии порта С на вывод

while( 1 )

{

if(PORTBbits.RB0 == 0)

PORTCbits.RC0 = 1;

else

PORTCbits.RC0 = 0;

}

}

16. Подключение ЖК-дисплея к PIC-микроконтроллеру: структура ЖК-дисплея, функции управления дисплеем.

Существует несколько различных стандартных форматов ЖК-дисплеев (количество символов × число строк): 8×2, 16×1, 16×2, 16×4, 20×1, 20×2, 20×4, 40×2, 40×4. Конструктивно дисплей представляет собой печатную плату с установленными на ней контроллером HD44780 и ЖК-индикатором. Плата содержит 14-контактное поле, расположенное в нижней части, а также 2 контакта (выводы питания подсветки) в правой части. Назначение выводов поясняет табл. 1.

Назначение выводов ЖК-дисплея

№ вывода	Обозначение	Функция
	VDD	Напряжение питания ( + 5 В )
	VSS	Общий (земля)
	VEE	Управление контрастом
	RS	Сигнал выбора регистра
	R/W	Сигнал чтение/запись
	E	Сигнал разрешение
7-14	D0-D7	Биты данных

Основными чертами интерфейса контроллера HD44780 являются такие характеристики.

Данные передаются по 4- или 8-разрядной шине данных, что определяется пользователем. Эти данные могут быть либо командами, либо символьной информацией. Использование 4-разрядного режима позволяет ограничить весь интерфейс 7-ю линиями, однако процесс передачи данных будет немного более медленным, чем при 8-разрядном режиме.

Управление выполняется с использованием трех линий:

-линия RS (выбор регистра), которая определяет, будет передаваться команда или символьные данные;

-линия R/W (чтение / запись), которая определяет направление перемещения данных (R/W = 1 – чтение, R/W = 0 – запись);

-линия Е (разрешение), которая выполняет функцию тактирования с целью синхронизации процесса передачи данных.

Контроллер имеет простой набор команд, который позволяет управлять работой дисплея. В его состав входят команды инициализации и сброса дисплея, управления положением и характеристиками курсора и т.д.

В контроллере HD44780 можно выделить основные элементы, с которыми приходится взаимодействовать при программном управлении: регистр данных (DR), регистр команд (IR), видеопамять (DDRAM), ОЗУ знакогенератора (CGRAM), счетчик адреса памяти (AC), флаг занятости контроллера (BF). Основными объектами взаимодействия являются регистры DR и IR. Выбор адресуемого регистра производится линией RS: если RS = 0 – адресуется регистр команд (IR), если RS = 1 – регистр данных (DR).

Данные через регистр DR в зависимости от текущего режима могут помещаться (или считываться) в видеопамять (DDRAM) или ОЗУ знакогенератора (CGRAM) по текущему адресу, указываемому счетчиком адреса (AC). Информация, попадающая в регистр IR, интерпретируется устройством выполнения команд как управляющая, т.е. команда. Прочтение регистра IR возвращает в 7-ми младших разрядах текущее значение счетчика AC, а в старшем разряде флаг занятости (BF).

Видеопамять, имеющая общий объем 80 байтов, предназначена для хранения кодов символов, отображаемых на ЖКИ. Видеопамять организована в виде двух строк по 40 символов в каждой. Эта привязка является жесткой и не подлежит изменению. Другими словами, независимо от того, сколько реальных строк будет иметь конкретный ЖКД, скажем, 80×1 или 20×4, адресация видеопамяти всегда производится как к двум строкам по 40 символов.

Программная модель ЖК-дисплея, используемого в лабораторной работе, показана в табл.2. Первой (верхней строке) дисплея соответствуют адреса видеопамяти 00H…0FH, а второй - адреса памяти 40H…4FH.

Флаг занятости BF имеет значение 1, когда контроллер занят, и 0 – когда свободен. Необходимо учитывать, что большинство операций, выполняемых контроллером ЖКД, занимают значительное время, которое может доходить до нескольких единиц миллисекунд, поэтому цикл ожидания установки флага BF должен обязательно присутствовать в программах управления ЖК-дисплеем и предшествовать совершению любой операции.

2.2. Библиотека функций управления ЖК-дисплеем

Для облегчения разработки программ управления ЖК-дисплеем с контроллером Hitachi HD44780 в библиотеке пакета MCC18 имеются несколько функций, которые используют выводы портов микроконтроллеров семейства PIC18. Описания этих функций даны в заголовочном файле с именем xlcd.h. По умолчанию для управления контроллером используются выводы только порта В. Имеется возможность использования и других портов, но для этого надо произвести изменения некоторых констант, указанных в файле xlcd.h.

В данной лабораторной работе используется 4-разрядный формат передачи данных, и для управления дисплеем достаточно только 7 линий. В табл.3 указаны выводы ЖКД и соответствующие им выводы МК.

Таблица 3

Соответствие выводов ЖКД и МК

Наименования выводов ЖКД	Наименование выводов порта В МК
RS	RB5
R/W	RB6
E	RB4
D4	RB0
D5	RB1
D6	RB2
D7	RB3

В данной лабораторной работе будут использованы следующие функции:

Функция	Описание
BusyXLCD	Контроллер ЖКД занят?
OpenXLCD	Конфигурирует линии портов, используемых для ЖКД и инициализирует его
putsXLCD	Записывает строку в видеопамять контроллера ЖКД
SetDDRamAddr	Устанавливает адрес в видеопамяти контроллера ЖКД
WriteCmdXLCD	Записывает команду в контроллер ЖКД

Для выполнения библиотечных функций управления ЖКД требуется также три функции временной задержки, которые должен организовать пользователь. Эти функции следующие:

Функция	Описание
DelayFor18TCY	Задержка на 18 командных циклов
DelayPORXLCD	Задержка на 15 мс
DelayXLCD	Задержка на 5 мс

Рассмотрим вкратце библиотечные функции.

BusyXLCD( ) - контроллер ЖКД занят? Эта функция возвращает значение флага занятости BF контроллера Hitachi HD44780. Если BF = 1, то контроллер занят, если BF = 0, то свободен. Обычно эта функция используется для ожидания готовности контроллера ЖКД с помощью оператора:

while(BusyXLCD( ));

OpenXLCD(unsigned char lcdtype) – функция конфигурации и инициализации ЖКД. Здесь ledtype – это маска из битов конфигурации ЖКД, значения которых определены в файле xlcd.h. Пример записи этой функции, который будет использоваться в лабораторной работе:

OpenXLCD(FOUR_BIT & LINES_5X7);

Здесь FOUR_BIT – режим 4-разрядных данных, LINES_5X7 - многострочный дисплей с символами 5×7 точек.

WriteCmdXLCD(unsigned char cmd) – запись команды в контроллер, cmd – маска из битов, определенных в файле xlcd.h. В лабораторной работе эта функция используется в виде:

WriteCmdXLCD(CURSOR_OFF & BLINK_OFF);

Здесь CURSOR_OFF – отключить отображение курсора, BLINK_OFF – отключить мерцание курсора.

SetDDRamAddr(unsigned char addr) – установка адреса в ОЗУ данных (видеопамяти) дисплея. Эта функция устанавливает адрес в ОЗУ данных контроллера Hitachi HD44780. Контроллер не должен быть занят во время выполнения этой операции – это можно проверить с помощью функции BusyXLCD( ). Пример использования этой функции в лабораторной работе:

while(BusyXLCD( )); // ожидание готовности контроллера ЖКД

SetDDRamAddr(0x40); // установка адреса видеопамяти равным 0x40 –

// установка курсора на начало второй строки дисплея

17. Аналого-цифровое преобразование в PIC-микроконтроллерах: структура внутреннего АЦП, функции управления АЦП на языке С18.

Все микроконтроллеры семейства PIC18 имеют встроенные многоканальные аналого-цифровые преобразователи (АЦП), используемые для преобразования аналогового входного напряжения в диапазоне от 0 до U_DD (напряжение питания МК) в цифровой код. АЦП выдают 10-разрядный код, а число аналоговых каналов зависит от конкретного типа МК. Так, например, PIC18F242 имеет 6 аналоговых каналов. Для ввода аналоговых сигналов обычно используются линии порта А, которые требуется настроить на ввод. Реальная величина погрешности преобразования, характер использования выводов портов и скорость выполнения операций зависит от конкретного типа МК, а также тактовой частоты его работы.

После запуска АЦП требуется определенное время, называемое временем преобразования, необходимое для преобразования аналогового входного напряжения в цифровой код. Изменение входного напряжения во время процесса преобразования вносит нежелательную погрешность в генерируемый выходной код. Для уменьшения этой погрешности на входе АЦП включают устройство выборки-хранения (УВХ), состоящее из аналогового ключа и запоминающего конденсатора. Ключ замыкается при выборе канала АЦП, а конденсатор, после заряда, сохраняет значение входного напряжения канала на постоянном уровне, пока АЦП выполняет преобразование. Длительность временного интервала, который требуется для заряда запоминающего конденсатора, определяется параметрами входной цепи, а также температурой окружающей среды. В большинстве случаев можно принять, что максимальное время заряда запоминающего конденсатора не превышает 20 мкс.

Модуль АЦП имеет внутренний делитель частоты, обеспечивающий деление тактовой частоты МК в 2, 4, 8, 16, 32 и 64 раза. Встроенный RC-генератор с частотой 250 кГц обычно используется для АЦ-преобразования в тех случаях, когда сам МК переводится в энергосберегающий режим SLEEP.

Минимальное время преобразования АЦП определяется суммарным временем, которое требуется для установки времени на запоминающем конденсаторе и для полного завершения самого АЦ-преобразования.

Результат АЦ-преобразования запоминается в двух регистрах МК: старший байт в ADRESH и младший байт в ADRESL. Этот результат может размещаться в двух различных форматах, которые называются:

- с правым выравниванием; - с левым выравниванием.

В формате «с правым выравниванием» в шесть старших разрядах регистра ADRESH записываются нули, а в два младших разряда - соответственно два старших бита полученного результата.

В формате «с левым выравниванием» восемь старших бит результата записываются в регистр ADRESH, а младшие биты результата запоминаются в регистре ADRESL.