I MICROCONTROLLORI BASICX BX24. Prof. Giuseppe Porcaro Prof.ssa Maria Teresa Tattoli

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1 1 I MICROCONTROLLORI BASICX BX24 Prof. Giuseppe Porcaro Prof.ssa Maria Teresa Tattoli

2 2 Sommario SommarioI MICROCONTROLLORI...2 I MICROCONTROLLORI...3 BasicX BX24: MICROCONTROLLORE PROGRAMMABILE IN BASIC...3 Librerie di sistema...5 BXDS - BasicX Development Station...7 Programmazione del microcontrollore BasicX BX24:...9 l ambiente di sviluppo BasicX Express (ver. 2.1)...9 Tipi di ile...11 Basic Express Language (ver. 2.1)...13 I/O digitali...13 unzione Timer...17 Metodo Debug.Print...19 Sistemi sequenziali...20 Input analogici...26

3 3 I MICROCONTROLLORI Il termine Microcontrollore o MCU (Microcontroller unit) identifica un particolare circuito integrato che dispone nel suo interno di almeno cinque blocchi funzionali: - un interfaccia d'ingresso, composta da uno o più ingressi attraverso i quali acquisire dati e informazioni dal mondo esterno; agli ingressi possono venire applicati segnali digitali (livelli logici) o analogici (tensioni, frequenze). - un interfaccia di uscita, composta da una o più uscite, in grado di controllare attuatori di ogni genere, display, monitor, dispositivi di potenza, che trasformano la tensione in forza meccanica (motori). - una memoria EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory, è una memoria di sola lettura cancellabile e riscrivibile elettricamente), solitamente chiamata "memoria programma", nella quale viene caricato il programma da eseguire, che rimane registrato anche quando vien tolta l alimentazione. - una CPU, definita come l'unità principale di calcolo, con relativo clock, in grado di interpretare ed eseguire scrupolosamente il programma contenuto nella memoria; in base a questo programma, la CPU elabora i segnali d ingresso e controlla le uscite. - una memoria RAM, chiamata "memoria dati", nella quale la CPU scrive e legge le variabili, ovvero i dati presenti sugli ingressi e sulle uscite, i risultati delle operazioni ed altre informazioni; i dati presenti nella RAM vengono persi quando viene a mancare l'alimentazione. Da quanto detto risulta evidente quale sia la differenza tra un microprocessore e un microcontrollore: - il processore contiene esclusivamente l'unità centrale di calcolo (CPU) e quindi, per poter funzionare, necessita, al suo esterno, di memorie ROM e RAM e di alcuni integrati per l'interfacciamento; - nel caso del microcontrollore, tutto ciò è contenuto all'interno di un singolo chip. Il principio di funzionamento di un microcontrollore coincide con quello di un computer e può essere riassunto in solo tre operazioni eseguite dalla CPU: leggere l'istruzione contenuta nella memoria programma, interpretarla ed eseguirla. La programmazione dei microcontrollori può avvenire - in linguaggio macchina - in linguaggio assembler - in linguaggio ad alto livello (per le ultime generazioni di microcontrollori). BasicX BX24: MICROCONTROLLORE PROGRAMMABILE IN BASIC Il BX24 è un microcontrollore di dimensioni molto contenute (solo 34x17mm), con cui è possibile sviluppare in modo semplice e veloce le proprie applicazioni a microprocessore senza dover studiare linguaggi di programmazione troppo complessi, come i linguaggi assemblativi. Si presenta in un package dual in line adatto per essere inserito su uno zoccolo per circuiti integrati a 24 pin. Al suo interno alloggia: un microprocessore Atmel AT90S8535; una memoria programma da 32KByte su EEPROM, corrispondenti a 8000 linee BasicX; può contenere anche variabili permanenti; un quarzo (clock); una memoria dati da 400 Bytes di memoria RAM; un chip per la regolazione della tensione di alimentazione; 16 linee di I/O standard (pin da 5 a 12 e da 13 a 20), che possono essere tutte usate per l I/O digitale, mentre solo 8 (pin da 13 a 20) possono essere configurate come ingressi analogici a 10 bit, con velocità di campionamento di 6000 campioni al secondo.

4 4 Il microprocessore è programmato per eseguire il codice operativo memorizzato nella EEPROM. Il codice operativo viene generato attraverso l'ambiente di sviluppo BasicX e trasferito nella EEPROM del modulo tramite un connettore seriale RS232. Le figure riportate di seguito illustrano come collegare il modulo BX24 ad un connettore di programmazione; il montaggio può essere realizzato su una normale breadboard per esperimenti. Tra i pin 24 (in) e 23 (Gnd) deve essere fornita una tensione continua compresa tra 5.5 e 15 volt. Ai pin 1,2,3 e 4 deve essere connesso un connettore Canon DB9 femmina, in modo da poter collegare il BX24 alla porta seriale del PC per effettuarne la programmazione. L'ambiente di sviluppo BASICX Express Il BX24 può essere programmato dal suo ambiente di sviluppo per Windows BasicX, prodotto da NetMedia. Questo software, fornito in dotazione su CD con i kit di sviluppo NetMedia, è scaricabile gratuitamente dal sito web Il BasicX è un linguaggio molto simile, nella sua sintassi, al isual Basic di casa Microsoft; è però un linguaggio procedurale e non visuale, orientato agli oggetti e basato sugli eventi, come il isual Basic, per cui non si dispone di un interfaccia grafica, del resto non necessaria, dal momento che il programma sarà eseguito dal microcontrollore, caratterizzato da un sistema di interfacciamento rivolto semplicemente ad interagire con i dispositivi collegati ai suoi pin di I/O.

5 5 L'ambiente di sviluppo BasicX si occupa anche del trasferimento dell'opcode all'interno della EEPROM del BX24, tramite la porta seriale RS232. L'opcode è il vero e proprio programma che il BX24 interpreta e che viene prodotto dall'ambiente Basicx al termine della compilazione del codice sorgente scritto dall'utente. Librerie di sistema Uno degli aspetti più interessanti del modulo BX24 e dell'ambiente di programmazione BasicX è la notevole disponibilità di librerie di sistema già pronte per effettuare operazioni anche a bassissimo livello. Segue l'elenco delle procedure e delle funzioni disponibili sul BX24, divise per categorie: unzioni matematiche Abs alore assoluto ACos Arcoseno ASin Arcseno Atn Arctangente Cos Coseno Exp Eleva e ad un esponente specificato Exp10 Elevamento 10 ad un esponente specificato ix Tronca un valore floating point Log Logaritmo naturale Log10 Logaritmo in base 10 Pow Eleva un operando a un dato esponente Randomize Imposta il seme per il generatore di numeri random Rnd Genera un numero random Sin Seno Sqr Radice quadrata Tan Tangente Gestione delle stringhe Asc Restituisce il codice ASCII di un carattere Chr Converte un valore numerico a un carattere LCase Converte una stringa in lettere minuscole Len Restituisce la lunghezza di una stringa Mid Estrae una sottostringa Trim Rimuove gli spazi da entrambe le estremità della stringa UCase Converte una stringa in lettere maiuscole Gestione della memoria BlockMove Copia un blocco di dati da una locazione di RAM ad un altra lipbits Genera l immagine speculare di un bit pattern GetBit Legge un singolo bit da una variabile GetEEPROM Legge dati dalla EEPROM MemAddress Restituisce l indirizzo di una variabile o di un array MemAddressU Restituisce l indirizzo di una variabile o di un array PersistentPeek Legge un byte dalla EEPROM PersistentPoke Scrive un byte nella EEPROM PutBit Scrive un singolo bit in una variabile PutEEPROM Scrive dati nella EEPROM RAMPeek Legge un byte dalla RAM RAMPoke Scrive un byte nella RAM SerialNumber Restituisce il numero di versione di un chip BasicX Gestione delle code GetQueue Legge dati da una coda OpenQueue Definisce un array come una coda PeekQueue Mostra i dati della coda senza rimuovere qualsiasi dato PutQueue Scrive dati in una coda PutQueueStr Scrive una stringa in una coda StatusQueue Determina se una coda ha dati disponibili per la lettura.

6 6 Gestione dei task CallTask CPUSleep Delay DelayUntilClockTick irsttime LockTask OpenWatchdog ResetProcessor Semaphore Sleep TaskIsLocked UnlockTask WaitorInterrupt Watchdog Avvia un task Pone il processore in modalità low-power Mette in pausa un task e permette ad altri di essere eseguiti Mette in pausa un task fino al prossimo battito del clock Determina se il programma è stato eseguito a partire dal download Blocca il task e scoraggia altri tasks dall esecuzione Avvia il watchdog timer Resetta e riavvia il processore Coordina la condivisione di dati tra tasks Mette in pausa un task e permette ad altri tasks di essere eseguiti Determina se un task è bloccato Sblocca un task Permette ad un task di rispondere a un hardware interrupt Resetta il watchdog timer Conversioni tra tipi di dati CBool Converte da Byte a Boolean CByte Converte a Byte CInt Converte a Integer CLng Converte a Long CSng Converte a floating point (single) CStr Converte a string CuInt Converte a UnsignedInteger CuLng Converte a UnsignedLong ixb Tronca un valore floating point e lo converte a Byte ixi Tronca un valore floating point e lo converte a Integer ixl Tronca un valore floating point e lo converte a Long ixui Tronca un valore floating point e lo converte a UnsignedInteger ixul Tronca un valore floating point e lo converte a UnsignedLong alues Converte da stringa a float (single) Gestione del clock di sistema GetDate Restituisce la data GetDayOfWeek Restituisce il giorno della settimana GetTime Restituisce l ora GetTimestamp Restituisce la data e l ora PutDate Imposta la data PutTime Imposta l ora PutTimestamp Imposta la data, il giorno della settimana e l ora Timer Restituisce il numero di secondi dalla mezzanotte Controllo delle linee di I/O ADCToCom1 Trasferisce dati da ADC a serial port Com1ToDAC Trasferisce dati da serial port a DAC CountTransitions Conta le transizioni logiche su un pin di input DACPin Genera una tensione pseudo-analogica su un pin di output reqout Genera un segnale sinusoidale duale su un pin di output GetADC Restituisce una tensione analogica GetPin Restituisce il livello logico di un pin di input InputCapture Registra un treno di impulsi sull input capture pin OutputCapture Invia un treno di impulsi all output capture pin PlaySound Riproduce un suono da dati campionati memorizzati nella EEPROM PulseIn Misura l ampiezza di un impulso su un pin di input PulseOut Invia un impulso ad un pin di output PutDAC Genera una tensione pseudo-analogica su un pin di output PutPin Configura un pin a 1 di 4 stati di input o output RCTime Misura il ritardo di tempo fino al verificarsi di una transizione di pin ShiftIn Shift dei bits da un pin di I/O in una variabile byte

7 7 ShiftOut Shift dei bits fuori da una variabile byte a un pin di I/O Gestione delle comunicazioni Debug.Print Invia una stringa alla serial port Com1 DefineCom3 Definisce i parametri per I/O seriale su un pin arbitrario Get1Wire Riceve bit di dati usando il Dallas 1-Wire protocol OpenCom Apre una serial port RS-232 OpenSPI Apre le comunicazioni SPI Put1Wire Trasmette bit di dati usando il Dallas 1-Wire protocol SPICmd Comunicazioni SPI X10Cmd Trasmette dati X-10 BXDS - BasicX Development Station BXDS (BasicX Development Station) è il nome di una scheda dotata di una serie di circuiti accessori con cui poter testare le applicazioni realizzate per il BX24, simulando ingressi e uscite sia di tipo digitale che di tipo analogico. Sono disponibili su di essa: un sensore di temperatura (input analogico) un sensore di luminosità (input analogico) un potenziometro (input analogico) una linea RS232, per collegare il BXDS al PC, al fine di programmare il microcontrollore una porta parallela 8 led, D0 D7 (output digitale) 4 pulsanti, SW0 SW3 (input digitale) un uscita DAC (Digital to Analog Converter) audio un'area forata per il montaggio di altri componenti (prototype area) Sono inoltre presenti sulla scheda due zoccoli a 40 pin dual in line, per ospitare le versioni di micro BX01 e BX35. Speaker Reset 8 Led Ingresso 12 dc Potenziometro Porta seriale (RS232) Trasduttore di temperatura Trasduttore di luminosità Prototype area Porta parallela DAC 4 pulsanti Per connettere il microcontrollore ai dispositivi del BXDS da utilizzare per l I/O digitale e analogico, si possono usare i pettini che affiancano lo zoccolo in cui è inserito il microcontrollore. Si tratta di due file di pin, che fanno capo ai piedini dell integrato e possono essere collegate, attraverso appositi

8 8 cavetti, ad un altro pettine, i cui pin corrispondono questa volta ai dispositivi del BXDS collegabili al microcontrollore. D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Pot. Temp Light SW 0 SW 1 SW 2 SW 3 Speaker Esempio: collegamento degli switch SW0 e SW1 ai pin 5 e 6 e del led D4 al pin 12 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Pot. Temp Light SW 0 SW 1 SW 2 SW 3 Speaker

9 9 Programmazione del microcontrollore BasicX BX24: l ambiente di sviluppo BasicX Express (ver. 2.1) Quando viene avviato il BasicX Express, appare la finestra principale, la inestra del Downloader; è qui che si avvia l editor, si effettua il download dei programmi dal PC al microcontrollore e se ne controlla l esecuzione. Per scrivere un programma, si deve creare un progetto. Un progetto BasicX è un file con estensione BXP e si compone di uno o più moduli, che sono file con estensione BAS. Un modulo contiene uno o più sottoprogrammi. Tra questi è obbligatoria la presenza del sottoprogramma MAIN, che è il sottoprogramma di avvio dell applicazione. Per creare un nuovo progetto, il primo passo è l apertura della finestra di editor, che avviene selezionando ile - Open Editor dalla finestra del Downloader:

10 10 default è Module1, che conviene cambiare. Si seleziona poi L opzione New Project dal menu ile della finestra dell editor. Appare la seguente finestra: Devono essere specificati: il tipo di progetto. General Pur pose, che è l impostazione predefinita, crea un nuovo progetto con un singolo modulo; il nome del progetto, di massimo 8 caratteri e senza spazi, essendo BasicX Express basato sulle vecchie versioni di Windows. Il nome di default è Project1, che conviene cambiare. la directory (cartella) in cui salvare il progetto, che deve essere già stata creata in ambiente Windows; il suo nome non può contenere spazi e più di 8 caratteri. È bene memorizzare ogni progetto in una diversa cartella, in quanto esso si compone di diversi file, alcuni creati in fase di esecuzione. Il default è C:\Programmi\BasicX; il nome del modulo (sempre di massimo 8 caratteri e senza spazi). Il nome di Cliccando su OK, si apre la finestra del codice, in cui è possibile scrivere le istruzioni del programma. La barra del titolo della finestra dell editor mostra il nome del progetto attualmente aperto, mentre la finestra del codice mostra, sulla barra del titolo, il nome del modulo. L opzione Option Explicit obbliga il programmatore a dichiarare le variabili. Tra Public Sub Main() e End Sub verranno scritte le istruzioni del sottoprogramma Main del progetto. Di seguito è possibile scrivere altri sottoprogrammi richiamati dal Main. Terminata la scrittura del codice, si può compilare il programma, selezionando Compile dal menu Compile: viene creato un file eseguibile (l estensione è BXB). Eventuali errori di compilazione saranno segnalati da appositi messaggi. Se si seleziona invece l opzione Compile and Run, sempre dal menu Compile, o si clicca sul pulsante, oltre a creare il file BXB, lo si scarica nel microcontrollore e si avvia l esecuzione del programma. A questo punto, nella finestra del Downloader appaiono i dettagli sia sul trasferimento del programma nel microcontrollore, sia sulla sua esecuzione. Il Downloader dispone di alcuni pulsanti utili per gestire le attività del microcontrollore:

11 11 Stop Processor: ferma il processore, interrompendo l esecuzione del programma. Execute: inizializza il microcontrollore ed avvia l esecuzione del programma in esso contenuto. Reset Processor: resetta il processore; ha lo stesso effetto della pressione fisica del pulsante di Reset sul BXDS, su cui ha comunque precedenza. Altri pulsanti utili sono: Open Download ile: carica un file BXB nel Downloader, al fine di consentirne poi l invio al microcontrollore. Download Program: invia un file BXB (precedentemente caricato nel Downloader) al microcontrollore. Open Editor: apre il BasicX Editor. Clear Serial Window: cancella il contenuto della finestra del Downloader. Tutte queste funzionalità sono attivabili anche attraverso le opzioni della barra dei menu. Tipi di ile Quando si crea un nuovo progetto, nella cartella del progetto vengono creati tre tipi di file: I file con estensione BAS (Basic) contengono i moduli. Ogni modulo deve essere in un file separato, con uno e un solo modulo per file. Se il progetto ha un solo modulo, vi sarà un solo file con estensione BAS. Il file con estensione BXP (BasicX Project) è il file del progetto, che contiene una lista dei nomi di tutti i moduli nel programma.

12 12 Il file con estensione PR (Preference) è il file delle preferenze, che contiene informazioni richieste dal BasicX system, tra cui lo stato iniziale dei pin di I/O e la configurazione della memoria. In seguito alla compilazione e all esecuzione del programma da parte del microcontrollore, vengono creati nella cartella altri file: Il file con estensione BXB contiene, come già detto, il codice eseguibile che viene eseguito dal chip del microcontrollore. Questo file è paragonabile al file EXE su PC. Il file con estensione MPP è il Map file dell intero programma, che contiene tutte le informazioni sull allocazione del codice e delle variabili in memoria; è leggibile dall utente con qualsiasi editor di testo (come il blocco note). Il file con estensione BXM è il Map file delle variabili, in formato leggibile dalla macchina. Il file con estensione MPX è il Map file delle variabili, in codice sorgente per la rete. Eventuali file con estensione ERR saranno generati solo in caso di errori. Contengono rapporti su di essi e sono in formato leggibile dall utente con qualsiasi editor di testo. Ad eccezione del modulo (che nell esempio si chiama MdAccLed), tutti gli altri file hanno lo stesso nome del progetto (nell esempio, PrAccLed).

13 13 Basic Express Language (ver. 2.1) È il linguaggio di programmazione per il microcontrollore BasicX. Come già detto, ha molto in comune con il linguaggio Microsoft isual Basic, con cui condivide quasi completamente le strutture (selezione, cicli), i tipi di dati, gli operatori. Per il resto, gran parte delle attività sono gestite dalle funzioni e dalle procedure di libreria. Un programma è generalmente articolato in un ciclo incondizionato (privo di condizione) del tipo Do Loop perché le istruzioni contenute nel ciclo dovranno essere ripetutamente eseguite dal microcontrollore, fino al suo spegnimento. Tali istruzioni dovranno essenzialmente: acquisire i segnali in ingresso impostare i segnali in uscita, in base al funzionamento che il sistema controllato deve assumere. Come ultima istruzione del ciclo è buona norma inserire un ritardo di qualche decimo di secondo, al fine di creare un lieve rallentamento nell esecuzione del programma, onde evitare che le differenti velocità dei componenti del sistema possano creare problemi. Il rischio è che il sistema vada in overrun, in quanto il programma potrebbe essere più veloce nell impostare le uscite di quanto le uscite stesse impiegherebbero ad impostarsi fisicamente sui valori ricevuti, per cui potrebbe succedere che arrivi già, dal codice, l impostazione successiva, prima che si sia realizzata la precedente. A tale scopo si usa la procedura Delay, che sospende l esecuzione del task (lavoro) corrente per almeno l intervallo di tempo specificato. Al termine dell intervallo, l esecuzione riprende, sempre che il sistema non sia impegnato nell esecuzione di altri task. Sintassi Call Delay(Intervallo) Argomenti Intervallo, di tipo Single, è il periodo di ritardo. Il range è da 0.0 a secondi. La risoluzione è di circa 1.95 ms. Un ritardo di 0.0 s è utile per interrompere un task al fine di permettere ad altri task di essere eseguiti, consentendo un immediata ripresa se non ci sono altri task da eseguire. Esempi: Call PutPin(16, bxoutputhigh) ' Invia 1 al pin 16 Call Delay(0.5) Interrompe l esecuzione per almeno mezzo secondo, poi la riprende Call PutPin(16, bxoutputlow) ' Invia 0 al pin 16 I/O digitali Per impostare segnali digitali in uscita o acquisirli in ingresso, attraverso i pin di I/O (da 5 a 20), si utlizzano, rispettivamente, la procedura PutPin la funzione GetPin PutPin imposta, in output, lo stato di un pin di I/O al valore Low (0) o High (1) o lo configura per l input. Sintassi Call PutPin(Pin, Stato) Argomenti Pin, di tipo Byte, è il numero del pin. Stato, di tipo Byte, è lo stato del pin. PutPin dà il controllo totale dello stato di un pin. Per default, un pin di I/O è impostato per l output; con i valori 0 e 1 dell argomento Stato si imposta in uscita uno di questi due valori.

14 14 Per impostare il pin per l input si deve invece usare il valore 2 o il valore 3; 2 è usato per le comunicazioni con un bus bidirezionale, 3 è usato per leggere dati da un unità passiva come uno switch. Ai valori numerici 0, 1, 2, 3 si possono sostituire rispettivamente i nomi simbolici bxoutputlow, bxoutputhigh, bxinputtristate, bxinputpullup. Esempio: Call PutPin(17, bxoutputhigh) ' Imposta il pin 17 al valore 1 Si può anche scrivere: Call PutPin(17,1) La funzione GetPin legge invece lo stato di un pin di I/O. Sintassi = GetPin(Pin) Argomenti Pin, di tipo Byte, è il numero del pin da cui leggere., di tipo Byte, è una variabile a cui assegnare il livello logico del pin (0 o 1). Getpin è tipicamente usata in congiunzione con la procedura PutPin, che configura il pin per l input. Se si chiama GetPin senza aver configurato il pin come input, i risultati sono indefiniti. Esempi: Dim SW0 As Byte Call PutPin(16, bxinputpullup) ' Definisce il pin 16 come input. SW0 = GetPin(16) ' Legge il valore del pin 16. Esercizio 1: Controllare un sistema composto da uno switch e otto led. Premendo lo switch, si accendono solo i quattro led di posto pari, rilasciando lo switch si accendono solo i led di posto dispari. Input: uno switch, collegato al pin 20. Output: otto led, collegati ai pin 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12. Ai pin 5, 7, 9, 11 sono collegati i led di posto dispari, agli altri quattro sono collegati i led di posto pari. Diagramma di flusso Inizio SW In SW=1 Spegni i led di posto dispari Out Spegni i led di posto pari Out Out Accendi i led di posto dispari Out Ritardo di 0.1 sec ine

15 15 Codice Option Explicit Public Sub Main() Dim SW As Byte Call PutPin(20, bxinputpullup) ' configura il pin 20 per l'input digitale' Do SW = GetPin(20) ' legge lo stato del pin collegato allo switch ' imposta i led di posto dispari in funzione dell'input SW1 If SW = 1 Then spegne i led di posto dispari Call PutPin(5, 0) Call PutPin(7, 0) Call PutPin(9, 0) Call PutPin(11, 0) accende i led di posto pari Call PutPin(6, 1) Call PutPin(8, 1) Call PutPin(10, 1) Call PutPin(12, 1) Else spegne i led di posto pari Call PutPin(6, 0) Call PutPin(8, 0) Call PutPin(10, 0) Call PutPin(12, 0) accende i led di posto dispari Call PutPin(5, 1) Call PutPin(7, 1) Call PutPin(9, 1) Call PutPin(11, 1) End If Call Delay(0.1) ' mette in pausa il task per 1/10 di secondo Loop End Sub Si osservi che per l input è necessario utilizzare una variabile per leggere il valore dal pin, mentre per l output non occorrono variabili. Pertanto l unica variabile dichiarata nel programma è SW. Esercizio 2: Si consideri un sistema composto da due switch e tre led, il cui funzionamento è descritto dalla seguente tabella di verità SW0 SW1 L0 L1 L Input: due switch, SWO collegato al pin 5 e SW1 collegato al pin 6. Output: tre led, L0 collegato al pin 7, L1 collegato al pin 8 e L2 collegato al pin 9.

16 16 Diagramma di flusso Inizio SW0, SW1 In SW0=1 SW1=1 SW1=1 Spegni L0, L1, L2 Out Accendi L0, L1 e spegni L2 Out Out Accendi L0, L1, L2 Spegni L0 e accendi L1, L2 Out Ritardo di 0.1 sec ine Codice Option Explicit Public Sub Main() Dim SW0 As Byte, SW1 As Byte Call PutPin(5, bxinputpullup) ' configura il pin 5 per l'input digitale Call PutPin(6, bxinputpullup) ' configura il pin 6 per l'input digitale Do SW0 = GetPin(5) ' legge lo stato del pin collegato allo switch SW0 SW1 = GetPin(6) ' legge lo stato del pin collegato allo switch SW1 If SW0 = 1 Then If SW1 = 1 Then Else End If spegne i led L0, L1, L2 Call PutPin(7, 0) Call PutPin(8, 0) Call PutPin(9, 0) accende i led L0 e L1 e spegne L2 Call PutPin(7, 1) Call PutPin(8, 1) Call PutPin(9, 0) Else If SW1 = 1 Then accende i led L0, L1, L2 Call PutPin(7, 1) Call PutPin(8, 1) Call PutPin(9, 1) Else spegne L0 e accende L1 e L2 Call PutPin(7, 0) Call PutPin(8, 1) Call PutPin(9, 1) End If End If Call Delay(0.1) 'mette in pausa il task per 1/10 di secondo Loop End Sub

17 17 unzione Timer La funzione Timer restituisce il tempo, in secondi, trascorso dal momento dell accensione del microcontrollore. Sintassi T = Timer( ) Argomenti T, di tipo Single, è il numero di secondi trascorsi dall accensione. Il range è secondi. Esempio Dim T1 As Single, T2 As Single, DT As Single T1 = Timer ' ora d inizio T2 = Timer ' ora di fine DT = T2 - T1 ' calcola il tempo trascorso tra le due letture del timer Esercizio: Controllare un sistema composto da un pulsante e 3 led. Premendo il pulsante, i led si accendono a intervalli di 2 secondi l uno dall altro. Rilasciando il pulsante, le luci si spengono. Input: P, pulsante collegato al pin 5. Output: L0, L1, L2, led collegati ai pin 13, 14 e 15. Diagramma di flusso Inizio P In T = Timer P=1 T = Timer TA = T - T Spegni i led L0, L1 e L2 Out TA > 2 Accendi L0 Out TA > 4 Accendi L1 Out TA > 6 Accendi L2 Out Ritardo di 0.01 ine

18 18 Quando il pulsante non è premuto, i led sono spenti e si assegna a T il valore del timer, in modo che T possa segnalare, nel momento in cui il pulsante verrà premuto, l istante in cui questo avverrà. Quando il pulsante viene premuto e per tutto il tempo in cui rimane in questa condizione, si calcola, nella variabile TA, la differenza tra l ora attuale (in secondi) e l ora (sempre in secondi) rilevata l ultima volta che il pulsante è risultato non premuto. Se TA è superiore a 2, si accende il primo led. Se TA è superiore a 4, si accende anche il secondo led. Se TA è superiore a 6, si accende anche il terzo led. Quando P viene rilasciato, si spengono i led e si aggiorna T con l ora attuale, per cui, la prossima volta che il pulsante sarà premuto, il conteggio del tempo per l accensione dei led ripartirà da zero. Codice Public Sub Main() Dim P As Byte, T As Single, TA as Single Call PutPin(5, bxinputpullup) ' configura il pin 5 per l'input digitale' Do P = GetPin(5) legge lo stato del pin collegato al pulsante T = Timer si aggiorna T con il valore del timer ' imposta i led in funzione dell'input P e del tempo trascorso If P = 1 Then pulsante premuto calcola il tempo trascorso dalla pressione del pulsante TA = T - T se sono trascorsi almeno 2 secondi, accende il led L0 If TA > 2.0 Then Call PutPin(13, 1) End If se sono trascorsi almeno 4 secondi, accende il led L1 If TA > 4.0 Then Call PutPin(14, 1) End If se sono trascorsi almeno 6 secondi, accende il led L2 If TA > 6.0 Then Call PutPin(15, 1) End If Loop End Sub Else pulsante non premuto si aggiorna T con il valore del timer T = Timer si spengono i led Call PutPin(13, 0) Call PutPin(14, 0) Call PutPin(15, 0) End If Call Delay(0.01) ' mette in pausa il task per 1/100 di secondo

19 19 Metodo Debug.Print Debug.Print invia una o più stringhe alla porta seriale. Più stringhe devono essere separate da punto e virgola. In assenza di argomenti, Debug.Print genera una riga vuota. Sintassi Debug.Print Stringa1; Stringa2 ;... Argomenti Stringa1, Stringa2,..., di tipo stringa, sono le stringhe da visualizzare. Esempio Debug.Print "elocità = "; CStr(135); " m/s" isualizza la stringa elocità = 135 m/s Si osservi che i numeri vanno convertiti in stringhe, tramite la funzione CStr.

20 20 Sistemi sequenziali I sistemi si classificano essenzialmente in due categorie: - sistemi combinatori - sistemi sequenziali Nei sistemi combinatori le uscite dipendono, istante per istante, esclusivamente dagli ingressi. Sistema combinatorio Nei sistemi sequenziali le uscite dipendono, istante per istante, dagli ingressi e dallo stato in cui si trova il sistema, determinato, in genere, dalle uscite all istante precedente. L insieme delle uscite, riportate indietro con ritardo, determina lo stato. Sistema sequenziale Stato precedente Ritardo Lo studio di un sistema sequenziale richiede che si determinino: - gli stati in cui esso può trovarsi, - le modalità di transizione di stato, vale a dire in corrispondenza di quali eventi il sistema cambia stato. Un esempio di macchina sequenziale è un semaforo (passa attraverso stati successivi, determinati dalle lampade accese), ma anche un robot (per afferrare un oggetto, ad esempio, la sequenza di movimenti dipende dalla posizione da cui parte il braccio) La descrizione degli stati può essere effettuata attraverso una tabella del tipo seguente: Stati Uscite U 1 U 2... U n S 0 S 1... S m

21 21 Ogni stato è definito da una n-pla di valori delle uscite. La transizione da uno stato all altro è invece descritta dal Diagramma degli stati e delle transizioni, in cui ogni stato è rappresentato da un cerchio e le transizioni sono rappresentate da archi orientati che uniscono lo stato di partenza e lo stato di arrivo; in corrispondenza dell arco è riportata la condizione che determina la transizione, ad esempio un valore di ingresso o un intervallo di tempo che deve trascorrere perché avvenga la transizione. Cond1 Cond6 S 1 S 0 Cond3 Cond2 Cond4 Cond5 S 4 Cond8 S 3 Cond7 S 2 Esempio: Realizzare un programma che controlli un cancello elettrico secondo le seguenti specifiche: - un pulsante di apertura comanda l apertura del cancello; - il cancello, arrivato a finecorsa di apertura, si ferma e dopo 30 secondi si chiude fino a finecorsa di chiusura; - se durante la chiusura si rileva (tramite una fotocellula) la presenza di qualcuno, il cancello si riapre; - una lampada lampeggia durante le fasi di apertura/chiusura. Analisi - L apertura è a chiave elettrica e la chiave è un pulsante (CH) - Sono presenti due finecorsa (CA - cancello aperto, CC - cancello chiuso) - Sono presenti due relè, uno per il movimento di apertura, l altro per il movimento di chiusura. - È presente una coppia di fotocellule, messe in parallelo su un unico input. - È presente un lampeggiante. - Il sistema è una macchina sequenziale. Input CH = chiave (PIN 5) OT = fotocellula (PIN 6) CA = finecorsa apertura (PIN 7) CC = finecorsa chiusura (PIN 8)

22 22 Output L = lampeggiante (PIN 13) MA = motore apertura (PIN 14) MC = motore chiusura (PIN 15) Stati Gli stati sono 4 Stati Uscite Descrizione L Ma Mc S Cancello chiuso inattivo S Cancello in apertura S Cancello aperto S Cancello in chiusura S0 è lo stato iniziale, il cancello è chiuso e inattivo, gli output sono tutti a 0. Il cancello si porta nello stato S1 quando si sta aprendo. Sia il lampeggiante che il motore di apertura sono attivi. Nello stato S2 il motore è aperto e fermo, per cui nuovamente tutti gli output sono a 0. Il cancello si porta nello stato S3 quando si sta chiudendo. Sia il lampeggiante che il motore di chiusura sono attivi. Diagramma degli stati e delle transizioni S0 CH=1 S1 CC=1 OT=1 CA=1 S3 t=30 La transizione da S0 a S1 avviene quando si preme il pulsante. Per cui il cancello si deve aprire. La transizione da S1 a S2 avviene quando il cancello, che in S1 si stava aprendo, raggiunge il finecorsa di apertura (CA=1). In S2 il cancello è aperto. Trascorsi 30 secondi, avviene la transizione da S2 a S3, in modo che il cancello inizi la chiusura. Quando il cancello è in S3, cioè si sta chiudendo, può avvenire la transizione - allo stato S1 se la fotocellula rileva una presenza (OT=1), in modo che il cancello si riapra; - allo stato S0 quando il cancello si è completamente chiuso (CC=1). S2

23 23 Diagramma di flusso INIZIO S = 0 CH, OT, CA, CC IN T = TIMER S = 0 AND CH = 1 S = 1 S = 1 AND CA = 1 S = 2 T = TIMER S = 2 TA = T -T TA > 30.0 S = 3 B A

24 24 A B S = 3 AND CC = 1 S = 0 S = 3 AND OT = 1 * S = 1 S = 0 L = 0, MA = 0, MC = 0 OUT S = 1 L = 1, MA = 1, MC = 0 OUT S = 2 L = 0, MA = 0, MC = 0 OUT S =3 L = 1, MA = 0, MC = 1 OUT RITARDO 0.1 INE

25 25 Codice Option Explicit Dim T as single, T as single, TA as single Dim T as byte, CH as byte, OT as byte, C1 as byte, C2 as byte Public Sub Main () Call putpin (5, bx inputpullup) Call putpin (6, bx inputpullup) Call putpin (7, bx inputpullup) Call putpin (8, bx inputpullup) S = 0 Do CH = getpin (5) OT = getpin (6) CA = getpin (7) CC = getpin (8) T = timer If (S =0) and (CH = 1) then S = 1 End if If (S =1) and (CA = 1) then S = 2 T = timer End if If S=2 then TA = T T If TA > 30.0 then S = 3 End if End if If (S=3) and (CC=1) then S=0 End if If (S=3) and (OT=1) then S = 1 End if If S = 0 then Call putpin (13,0) Call pupin (14,0) Call putpin (15,0) End if If S = 1 then Call putpin (13,1) Call pupin (14,1) Call putpin (15,0) End if If S = 3 then Call putpin (13,1) Call pupin (14,0) Call putpin (15,1) End if Loop End sub S=3 CC=1 OT=1 S = 0 S = 1 *

26 26 Input analogici Il BX24 è in grado di rilevare segnali analogici campionati (rappresentati) su 10 bit. Questo significa che, se il valore di tensione in ingresso è rappresentato tra 0 e 5, tale valore sarà rappresentato con un numero binario composto da 10 cifre e pertanto compreso tra 0 ( ) e 1023 ( ). c 1023 Tra i valori dei due intervalli 0-5 e C è proporzionalità diretta, per cui la rappresentazione della loro relazione è una retta. Per determinare il valore campionato corrispondente dal valore di tensione in ingresso, basta applicare la formula: c=1023/5* Ad esempio, il valore di tensione 1,8 viene campionato come c=12023/5*1,8= 368 (si arrotonda all intero, essendo c un intero) Per acquisire nel BX-24 un segnale analogico si possono utilizzare solo i pin da 13 a 20. Il Basicx dispone a tal fine della funzione GetADC (versione integer) che restituisce il valore di tensione analogica a 10 bit presente sul pin specificato. Sintassi = GetADC(Pin) Argomenti Pin, di tipo Byte, è il numero del pin di input., di tipo Integer, è il valore di tensione rilevato. Il range è da 0 a GetADC configura automaticamente il pin per l input analogico. Non è quindi necessario effettuare una chiamata ad altra procedura per configurare il pin, come nel caso dell input digitale. ADC sta per Analog Digital Converter (convertitore analogico digitale). Esempio Dim As Integer = GetADC(13) Debug.Print CStr() Legge il valore di tensione dal pin, che potrebbe, ad esempio, essere collegato al potenziometro o al sensore di temperatura isualizza il valore letto In genere il valore di tensione in ingresso rappresenta una grandezza fisica analogica (temperatura, luminosità, ecc.). Esse vengono trasformate in tensione da dispositivi detti trasduttori. Come fatto utilizzando i valori di tensione, si può trovare direttamente la relazione tra i valori dell grandezza fisica e i valori campionati.

27 27 Esempio: Si consideri il sistema di controllo di una temperatura in una serra. Un sensore di temperatura rileva valori di temperatura compresi tra -10 e +50. Si vuole che il sistema funzioni nel seguente modo: - se la temperatura rilevata è al di sotto di 15, si accende un bruciatore, per innalzare la temperatura; - se la temperatura rilevata è tra 15 e 30, non succede nulla; - se la temperatura rilevata è al di sopra di 30, si accende un areatore, per ventilare l ambiente ed abbassare la temperatura. Analisi La risoluzione del problema richiede che innanzitutto si determinino i valori di tensione digitale a cui corrispondono i valori di temperatura 15 e 30. c t La formula di conversione è, in questo caso: c = 1023/60 * (t + 10) In questo caso, i valori di tensione digitale sono quindi: 15 = 1023/60*(15+10) =1023/60*25 = = 1023/60*(30+10) =1023/60*40 = 682 A questo punto si può realizzare il programma: Input temp, trasduttore di temperatura collegato al pin 13. Output bruciatore e areatore, collegati rispettivamente ai pin 14 e 15.

28 28 Diagramma di flusso Inizio temp In temp<426 Attiva bruciatore Out Disattiva bruciatore Out Attiva areatore Out temp>682 Disattiva areatore Out Ritardo di 0.01 ine Si rileva ripetutamente il valore di temperatura. Se il valore digitale corrispondente risulta essere minore di 426, vuol dire che la temperatura rilevata è inferiore a 25, per cui si attiva il bruciatore, altrimenti il bruciatore viene disattivato. Se invece il valore digitale risulta essere maggiore di 682, vuol dire che la temperatura rilevata è superiore a 30, per cui si attiva il l areatore, altrimenti l areatore viene disattivato. Codice Public Sub Main() Dim temp As Integer Do temp = GetADC (13) If temp < 426 Then Call PutPin(14, 1) Else Call PutPin(14, 0) End If temp = GetADC (13) If temp > 682 Then Call PutPin(15, 1) Else Call PutPin(15, 0) End If Call Delay(0.01) ' mette in pausa il task per 1/100 di secondo Loop End Sub