Corso introduttivo sui microcontrollori A. S Programmare i PIC in C. Timers Interrupts Prerequisiti: Lezione7 Lezione8.

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1 Corso introduttivo sui microcontrollori A. S Programmare i PIC in C Prerequisiti: Lezione7 Lezione8 Nicola Amoroso namoroso@mrscuole.net NA L15 1

2 Timers - Interrupts I timers e gli Interrupts sono elementi fondamentali per l uso e la gestione di un microcontrollore. Nelle lezioni 7 e 8 abbiamo già presentato questo elementi e abbiamo visto degli esempi di gestione in linguaggio assembler. Vedremo ora esempi di gestione e programmazione in linguaggio C rimandando alle lezioni indicate per definizioni, indicazioni e suggerimenti. Dopo semplici richiami vedremo un esercizio illuminante sull uso e la gestione di questi fondamentali componenti Hardware e software del nostro microcontrollore. NA L15 2

3 Timers - Interrupts I timers sono precisi contatori, che possono essere configurati per incrementarsi su fronti di segnali esterni o su fronti di un segnale interno ottenuto dal clock di sistema, direttamente dall hardware del pic. La frequenza del segnale con cui il registro viene incrementato è pari a fosc/4 oppure a fosc/4 opportunamente prescalato [fosc/4 diviso per un multiplo di due (2, 4, 8, 16 etc...)] Fosc/4 è un segnale generato internamente al PIC dal circuito di clock ed è pari alla frequenza di clock divisa per quattro. NA L15 3

4 Timers - Interrupts Gli interrupts sono dei componenti software-hardware, contenuti all interno del PIC, in base ai quali il PIC, quando gli arriva un segnale di interrupt, interrompe immediatamente quello che stava facendo ed esegue una determinata funzione, detta funzione di interrupt, alla fine di questa funzione ritorna ad eseguire il codice che stava eseguendo prima della interruzione. Volendo fare un paragone con il mondo reale possiamo dire che l'interrupt rappresenta per il PIC quello che per noi rappresenta ad esempio la suoneria del telefono. Per poter ricevere telefonate non dobbiamo preoccuparci di alzare continuamente la cornetta per vedere se c'é qualcuno che vuol parlare con noi, ma, grazie alla suoneria, possiamo continuare tranquillamente a fare le nostre faccende in quanto saremo avvisati dà questa ogni volta che qualcuno ci sta chiamando. Appena sentiamo lo squillo, possiamo decidere di interrompere momentaneamente le nostre faccende, rispondere al telefono e, una volta terminata la conversazione, riprendere dal punto in cui avevamo interrotto. NA L15 4

5 Timers - Interrupts Il PIC 16F877 ha tre timer individuati come timer0, timer1 e timer2. I timer 0 e 2 sono ad 8 bit mentre il timer 1 è a 16 bit; ciò implica che i timer 0 e 2 tornano nella condizione iniziale dopo 256 impulsi in ingresso mentre il timer 1 torna nella condizione iniziale dopo impulsi in ingresso. I registri associati ai timer sono ciclici cioè dopo aver raggiunto il valore massimo al successivo impulso ricominciano il conteggio da zero in fase UP o dal vaore massimo in fase DOWN. Es per un registro a 8 bit 254, 255, 0, 1, 2, UP 2, 1, 0, 255, 254, DOWN Il passaggio per lo zero viene sempre individuato come condizione di overflow NA L15 5

6 Timers - Interrupts I registri timer possono essere inizializzati ad un valore iniziale, al successivo impulso in ingresso il conteggio inizia dal valore immesso e continua in modo sequenziale. I timer Tmr0 (8 bit) e Tmr1(16 bit) sono utilizzati per impieghi generici mentre Tmr2 (8 bit) è spesso associato per impieghi che coinvolgono sezioni Hw del controllore (ad esempio l uso dei pin CPP1 e CPP2 per la generazione di segnali PWM richiedono l uso di questo timer); vedremo in seguito un opportuno esempio d uso. Il compilatore CCS PicC mediante il Pic wizard facilita notevolmente l uso di questi timer. NA L15 6

7 Timers - Interrupts L interrupt è una particolare caratteristica dei microprocessori in generale che consente di intercettare un evento esterno, interrompere momentaneamente il programma in corso, eseguire una porzione di programma specializzata per la gestione dell evento verificatosi e riprendere l esecuzione del programma principale. Ci sono infatti eventi che può far comodo rilevare in un qualsiasi momento dell esecuzione del programma, come ad esempio l arrivo di una comunicazione seriale, l overflow di un timer, oppure un fronte su di un pin. In questi casi entrano in gioco gli interrupt: ad un preciso evento richiesto, il controllore interrompe quello che stava facendo e passa ad una subroutine di interrupt. Nel caso della seriale, tale subroutine si incaricherà di ricevere correttamente il byte trasmesso dall esterno. Al termine della routine di interrupt il programma riprende dal punto in cui era stato lasciato. NA L15 7

8 Timers - Interrupts Il PIC16F877 ha fino a 14 sorgenti (Hw-Sw) di interrupt: il cambiamento di stato sulla linea RB0 (external interrupt); la fine del conteggio del registro TMR0 (TMR0 Overflow Interrupt); il cambiamento di stato su una delle linee da RB4 a RB7 (PORTB Change Interrupt); il cambamento di stato del modulo Comparatore (Comparator Change Interrupt); interrupt sulla porta parallela (Parallel Slave Port Interrupt); interrupt sulla porta seriale (USART Interrupt); Receive Interrupt (Rx interrupt); Transmit Interrupt (Tx interrupt); la fine di una conversione A/D (A/D Conversion Complete Interrupt); interrupt sul modulo LCD (LCD Interrupt); la fine della scrittura su una locazione EEPROM (Data EEPROM Write Complete Interrupt); la fine del conteggio del timer TMR1 (Timer1 Overflow Interrupt); interrupt sul modulo Capture/Compare (CCP Interrupt); interrupt sulla porta seriale sincrona (SSP Interrupt). NA L15 8

9 Timers - Interrupts Vedremo con degli esempi come impiegare l uso di timers e interrupts nella gestione di un sistema comunque il CCS PicC compiler semplifica notevolmente le impostazioni, per l uso di questi strumenti, mediante il picc wizard. Un semplice esempio nell uso del timer0 e del timer1 insieme alla gestione di un interrupt dovuto al cambiamento di stato del segnale sul pin RB0. NA L15 9

10 Un trimmer, i cui pin estremi sono collegati tra 5 V e GND, ha il terzo pin (centrale) collegato con RA0; la tensione in ingresso dei Pin RA0 può variare tra 0 e 5 V quando il perno centrale del trimmer viene ruotato tra 0 e 270. Leggere, convertire e visualizzare su display LCD il valore della tensione ai capi dei trimmer [input pin RA0] e contemporaneamente far lampeggiare (ON/OFF) un led collegato sul pin RD3 del nostro microcontrollore. L intervallo di tempo tra la condizione ON-OFF del led deve essere di circa 500 ms (0,5 secondi). Collegato sul pin RB0 del nostro controllore vi è un pulsante (switch-button), normalmente aperto che se viene premuto deve attivare una routine di interrupt che dopo circa due secondi dalla pressione del tasto, permette la emissione di un doppio beep da parte di un buzzer autoscillante collegato dul pin RD2 del nostro microcontrollore. Sviluppare l esercizio seguendo le semplici fasi di sviluppo: 1. Analisi del problema, schematizzazione a blocchi (se necessario), con schema elettrico finale operativo 2. Impostazione del Software e relativo Flow Chart 3. Codice sorgente in linguaggio C [CCS Pic-C PCWH Compilator] 4. Simulazione in ambiente Proteus VSM interfaccia ISIS 5. Presentazione del lavoro finale su demo-board opportuna (Gp_Mbus. AnxaPic4) 6. Opportuna documentazione conclusiva NA L15 10

11 1. Una semplice analisi del problema porta a definire il seguente schema elettrico NA L15 11

12 Una considerazione circuitale Dallo schema elettrico riportato si nota la resistenza R5 = 470 Ω in ingresso al pin RA0, cerchiamo di dare una semplice spiegazione rimandando ai Data-Shhet del Pic16F877 (sez. ADC) della Microchip per approfondimenti e ulteriori considerazioni. In condizioni normali di funzionamento la corrente in ingresso al modulo ADC del Pic non supera i 500 na quindi, nel nostro caso, in condizioni normali la caduta di tensione su R5 non supera i 235 microvolt (470x = V), valore irrilevante per il normale funzionamento del sistema. Se la tensione (per un qualsiasi errore) in ingresso al nostro modulo ADC supera il valore maximo ammesso (5 V), dei diodi di protezione all interno del modulo entrano in azione e permettono la salvaguardia del modulo stesso, se però la corrente in ingresso al modulo supera dei valori limite ammessi questi diodi potrebbero bruciarsi e viene quindi meno la loro protezione. Microchip consiglia l inserimento di questa resistenza con valori limite non superiore a 1 KΩ per limitare la corrente sui diodi nel caso di sovratensioni in ingresso al modulo ADC. La stessa Microchip consiglia di non superare il KΩ per non avere cadute di tensioni rilevanti durante il normale funzionamento. In genere valori compresi tra 330 Ω e 1 KΩ sono accettabili. NA L15 12

13 2. Impostazione del Software e relativo Flow Chart Pseudo funzioni per punti con evidenziazione delle cose da fare In condizioni di funzionamento normali il sistema deve leggere la tensione in ingresso e presentare il corrispondente valore su dispaly. Il lampeggio del led viene controllato mediante la condizione di overflow di un timer (TIMER1 16 bit) che genera un interrupt e la relativa routine controlla lo stato del led variando opportunamente il livello logico del segnale del pin RD3. Quando viene premuto il pulsante collegato con il pin RB0, viene attivata una routine di interrupt che a sua volta attiva l interrupt sulla condizione di overflow di un altro timer del Pic (TIMER0 8 bit). Questa routine di interrupt collegato con l overflow di TIMER0 genera i due beep di avviso dopo circa 2 secondi dalla pressione del pulsante collegato su RB0 NA L15 13

14 2. Impostazione del Software e relativo Flow Chart Main function Main function Pseudo funzioni per punti con evidenziazione delle cose da fare 1. Start 2. Set system [Canale ADC Abilito timer0 con prescaler opportuno Abilito timer1 con prescaler opportuno Abilito interrupt su overflow timer 1 Abilito interrupt su scambiamento stato segnale ingresso RB0] 3. Init LCD 4. Display messaggio iniziale 5. Leggi e converti segnale in ingresso del canale ADC scelto 6. Mostra su display i valori opportuni 7. Continua dal punto 5. NA L15 14

15 2. Impostazione del Software e relativo Flow Chart Routines di Interrupt Pseudo funzioni per punti con evidenziazione delle cose da fare Routine di interrupt: overflow TIMER1 (circa 500 ms) 1. Complementa livello logico del segnale su RD3 2. Esci dalla routine Routine di interrupt: cambiamento segnale su RB0 1. Disabilita interrupt su RB0 [In questo modo durante la fase di interrupt non viene intercettato nessun altro cambiamento su RB0] 2. Abilita interrupt su overflow TIMER0 [Da questo punto inizia la fase di conteggio di 2 secondi] 3. Esci dalla routine NA L15 15

16 2. Impostazione del Software e relativo Flow Chart Routines di Interrupt Pseudo funzioni per punti con evidenziazione delle cose da fare In fase di setup supponiamo di impostare l overflow del timer0 per un tempo pari a 65,5 ms; avremo quindi che dopo 31 condizioni di overflow saranno trascorsi circa 2 secondi (31 x 65, = 2,0305 sec). Incrementiamo una variabile di tipo Static [Cfr. Lez10-Lez14] per ogni condizione di interrupt; quando questa variabile sarà uguale a 31 saranno trascorsi circa 2 secondi. Routine di interrupt: overflow TIMER0 (circa 65,5 ms) 1. Incrementa variabile statica: TMR0_Ov TMR0_Ov >31 No Salta al punto Disabilita interrupt overflow Timer0 2.2 Beep 2.3 Beep 2.4 Riabilita interrupt su variazione segnale ai capi di RB0 (possiamo intercettare una nuova pressione del pulsante su RB0) 3. Esci dalla routine NA L15 16

17 Come accennato nelle precedenti lezioni, alcuni moduli Hardware-Software del nostro microcontrollore non sono abilitati di default; per attivare il loro funzionamento bisogna opportunamente abilitarli in fase di setup. Avevamo gia indicato questa condizione per l ADC del nostro controllore e la stesso ribadiamo per i TIMERS e gli INTERRUPTS dello stesso Come al solito il CCS Pic Wizard Tool ci aiuta in questa fase di setup Le abilitazioni necessarie: 1. Ingresso RA0 come ingresso analogico (Canale 0 ADC) 2. Timer0 (TMR0) con condizione di overflow pari a 65 ms circa (Prescaler opportuno) 3. Timer1(TMR1) con condizione di overflow pari a 500 ms circa (Prescaler opportuno) 4. Interrupt su variazione fronte segnale su RB0 (Int_Ext) 5. Interrupt su overflow Timer0 (Int_RTCC) 6. Interrupt su overflow Timer1 (Int_TIMER1) NA L15 17

18 3. Codice sorgente CCS Pic Wizard Tool General Tab Impostazioni generali del sistema e relativo codice prodotto NA L15 18

19 3. Codice sorgente CCS Pic Wizard Tool Timers Tab Prescaler Overflow Overflow Prescaler Abilitazione e impostazioni dei timers da utilizzare con opportuno prescaler e relativo intervallo di tempo di overflow NA L15 19

20 3. Codice sorgente CCS Pic Wizard Tool Timers Tab Alcune considerazioni Il clock di sistema è uguale a 4 MHz, la frequenza del segnale di clock per i Timers è pari a fsys/4 = 1 MHz. Il Timer0 (RTCC) ha un prescaler pari a 256 abilitato quindi la frequenza del segnale di clock per TMR0 è pari a 1/256 = 3,906 KHz il corrispondente periodo sara pari a 1/3906 = 256 µs. Il registro associato al Timer0 è ad 8 bit quindi la condizione di overflow la otteniamo dopo 256 impulsi di clock cioè dopo un tempo pari a: 256 x = 65,5 ms. Ogni volta che si verifica questa condizione (cioè ogni 65,5 ms) viene generato un opportuno segnale di interrupt. Le stesse considerazioni valgono per il TIMER1, in questo caso però bisogna considerare che il valore del prescaler è pari a 8 e il registro associato al TIMER1 è a 16 bit quindi la condizione di overflow avviene dopo impulsi di clock. f TMR1 = (fsys/4)/8 = 125 KHz periodo associato = (1/ ) = 8 µs Intervallo temporale di overflow x = 524 ms. Ogni volta che si verifica questa condizione (cioè ogni 524 ms) viene generato un opportuno segnale di interrupt. NA L15 20

21 3. Codice sorgente CCS Pic Wizard Tool Analog Tab Abilitazione ADC con opportuno canale (RA0)- L ADC viene impostato a 10 bit NA L15 21

22 3. Codice sorgente CCS Pic Wizard Tool Interrupts Tab Abilitazione Interrupt-Sono abilitati gli interrupts per condizione di overflow TIMER0 (RTCC), TIMER1(TIMER1) e segnale in ingresso su RB0 (EXT) NA L15 22

23 3. Codice sorgente CCS Pic Wizard Tool Il codice generato Sintassi uso Interrupts Routine di Interrupt overflow TIMER0 Routine di Interrupt cambiamento segnale su RB0 Routine di Interrupt overflow TIMER1 Le routine di Interrupt vengono dichiarate seguendo una opportuna sintassi. Ogni routine deve iniziare con la opportuna direttiva. (#int_nome interrupt attivato) Prima del loro utilizzo bisogna sempre abilitare i corrispondenti registri di Interrupts. Opportune built-in function del CCS Pic-C compiler ci agevolano il lavoro. Oltre alle abilitazioni dei singoli interrupt (flag di attivazione negli opportuni registri), bisogna sempre attivare il registro globale degli interrupts; la built-in function enable_interrupts(global) è indispensabile per l utilizzo di qualsiasi interrupt. NA L15 23

24 3. Codice sorgente Il nostro esercizio Parte 1 Il set del sistema e gli opportuni driver per LCD e Buzzer sono inclusi nel codice sorgente NA L15 24

25 3. Codice sorgente Il nostro esercizio Parte 2 Le routines di Interrupt Complemento il valore di vled Output_bit(LED, vled) Built-In function In uscita sul pin LED il valore vled NA L15 25

26 3. Codice sorgente Il nostro esercizio Parte 2 Le routines di Interrupt Considerazioni Le routine di interrupts sono implementate prima della funzione main(), sono facilmente individuali perché ogni routine viene dichiarata con opportuna direttiva (#int_nome interrupt attivato). Il nome della funzione è invece libero, nel codice generato mediante il tool CCS Pic Wizard, dopo la opportuna direttiva viene indicato un nome per la funzione, comunque questo nome può essere cambiato a proprio piacimento; non modificare mai la corrispondente direttiva. Nel nostro esempio abbiamo cambiato i nomi proposti con: 1) RTCC_isr per overflow TIMER0, per interrupt su RB0, 3) TIMER1_isr per overflow TIMER1. Buit-In functions utilizzate per gestione interrupts: 2) EXT_intr_RB0 enable_interrupts(int_xxxx), disable_interrupts(int_xxxx) Abilta o disabilita la intercettazione (quindi la esecuzione della relativa routine) dell interrupt corrispondente. clear_interrupt(int_xxxx) Disattiva il flag relativo all interrupt considerato nell opportuno registro degli interrupts. E sempre buona norma disattivare il flag di interrupt prima della abilitazione di un interrupt, in questo modo siamo sicuri che la routine di interrupt viene eseguita solo per un fronte di interrupt attuale e non per un fronte precedente che ha lasciato il corrispondente flag attivo. NA L15 26

27 3. Codice sorgente Il nostro esercizio Parte 3 Main function Abilito solo gli interrupt s che servono in questa fase; altri interrupts li abilito successivamente. NA L15 27

28 3. Codice sorgente Il nostro esercizio Parte 4 Librerie per il buzzer della demo-board Le funzioni di gestione del buzzer della demo-board - iniziale su display La presentazione NA L15 28

29 4. Simulazione con Proteus VSM Ambiente ISIS file: ADC_IntRB0_TMR0.DSN NA L15 29