Tecnologie dei Sistemi di Controllo

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Tito Zanetti
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1 Tecnologie dei Sistemi di Controllo Marcello Bonfè NOTE per esercitazioni

2 Attività di laboratorio Programmazione di microcontrollori Microchip dspic Strumenti software: Microchip MPLAB X IDE (freeware) Microchip XC16 (C compiler)

3 Demoboard Microstick II

4 Demoboard PICDEM Mechatronics

5 Librerie: UART, Delay libpic30.h: delay_ms/us(), richiedono un #define FCY xxxul nel main PRIMA dell inclusione della libreria UART_lib.h: config. baudrate e mod. RS-232, ISR pre-definite (template) SACT_stdio.h/c: funzioni base di scrittura su UART direzionabili su UART1/UART2

6 Prima esperienza: lampeggio LED Per ottenere una frequenza di cambiamento di stato del led visibile, si utilizzerà il TIMER2/3 (timer a 32 bit): Incremento ad ogni ciclo di istruzione: Fcy = Fosc/2, eventualmente divisa per un prescaler (registro T1CONbits.TCKPS) Periodo azzeramento del Timer definito dalla coppia di registri PR2 / PR3

7 Clock di sistema nel dspic33fj.. Fin: OSCILLATORE INTERNO: 7,37 MHz (nominali) + 0,03 * OSCTUN

8 Clock di sistema nel dspic33fj.. Impostazioni di default con Internal RC: Fin = 7,37 MHz M = 50 (PLLFBD = 48) N1 = 2 (CLKDIVbits.PLLPRE = 0) N2 = 4 (CLKDIVbits.PLLPOST=1) Fosc = Fin * M / N1 / N2 Risultato: Fcy=23,03125 MHz

9 NOTA: massima frequenza di lavoro Per ottenere Fcy = 40 MHz (40 MIPS): PLLFBD = 38 (M = 40) CLKDIVbits.PLLPRE = 0 (N1 = 2) CLKDIVbits.PLLPOST = 0 (N2 = 2) OSCTUN = 21

10 Esempio temporizzazione Per ottenere 500 ms (= 0,5 s): Fcy = (40 MIPS) [PR3 PR2] = 0,5 s * = = 0x1312D00 PR2 = 0x2D00 PR3 = 0x0131

11 Configurazione porte I/O Ogni porta (16 bit) usa tre SFR: TRISx: definizione direzione (bit a 1 = IN) LATx: scrittura stato logico PORTx: lettura stato logico Nei quali x = A, B Notazione strutturata: TRISBbits.TRISB5, LATBbits.LATB5, PORTBbits.RB5

12 NOTA: pin con ingresso ADC Nella scheda Microstick II l unico led è connesso al pin 2 (AN0/../RA0) Di default, tali pin sono configurati per uso analogico E necessario impostare la funzione digitale tramite il registro AD1PCFGL

13 Gestione interrupt Timer3 Abilitazione interrupt: IEC0bits.T3IE = 1; Interrupt Flag (set by hw, reset by sw): IFS0bits.T3IF = 0; ISR: void attribute ((interrupt,no_auto_psv)) _T3Interrupt(void) { } LED = ~LED; IFS0bits.T3IF = 0;

14 Configurazione convertitore A/D Selezione direzione pin I/O: TRISA Selezione della funzionalità dei pin analogica/digitale: AD1PCFGL Scelta canale (MUX) AD1CHS0 A/D resolution (10/12 bit), Start sample o automatic trigger: AD1CON1 Configurazioni più complesse (2/4 canali simultanei, DMA ecc) AD1CON2/3/4

15 Uso manuale convertitore A/D Ad ogni ciclo di campionamento: 1. AD1CON1bits.SAMP = 1; // Start sampling 2. Attendere un piccolo ritardo per stabilizzare il S/H 3. AD1CON1bits.SAMP = 0; // Start Conv. 4. Attendere il set via hw del flag di fine conversione AD1CON1bits.DONE 5. Leggere il risultato da ADC1BUF0

16 Uso automatico convertitore A/D E possibile impostare un Trigger Event tramite AD1CON1bits.SSRC (es. = 2 Timer3) e la modalità auto con AD1CON1bits.ASAM Il Timer3 può anche essere configurato nella concatenazione a 32 bit con il Timer2, già vista per il lampeggio led. NOTE: I passi 1-3 precedenti NON sono più necessari Il flag AD1CON1bits.DONE va resettato via sw prima di ricominciare il ciclo

17 Messa in scala C Relazione C Volt (TC1047 datash.) Vout = C * (K sens = 0.01, Offset = 0.5) Relazione ADC Volt: 4096 / 3,3 V a 12 bit (K adc = 1241,2) ADC res = Vout * 1241,2 Relazione ADC C: 1/(K adc *K sens ) = 12,412 ADC res = C * 12, ,6 C = (ADC res 620,6) / 12,412

18 Invio tramite UART del valore C Sfruttare le funzioni di libreria: UART1_Init() da UART_lib.h SACT_putfl(1, variabile) da SACT_stdio.h/c, per trasmettere il valore float della temperatura scalata SACT_puts(1,"\r\n") da SACT_stdio.h/c, per predisporre il terminale su PC alla riga successiva NOTA: il primo parametro delle funzioni SACT_xx() è il numero della UART utilizzata (1 o 2)

19 Mappatura UART tramite PPS Peripheral Pin Select (PPS): rimappare i pin per U1RX e U1TX rispettivamente su RP10 (pin 21 dspic) e RP11 (pin 22) Procedura sw: builtin_write_oscconl(osccon & 0xbf); RPINR18bits.U1RXR = 10; //rimappo U1RX nel pin 21 (RP10) RPOR5bits.RP11R = 3; //rimappo U1TX nel pin 22 (RP11) builtin_write_oscconl(osccon 0x40);

20 NOTA: disabilitare PWM1H/L3 I pin RP10/11 sono multiplexati con gli output 3 del Motor Control PWM 1, abilitati di default Per disabilitarli (bit a 0 = digital I/O): PWM1CON1bits.PEN3H = 0; PWM1CON1bits.PEN3L = 0;

21 Visualizzazione su PC: Terminal (by

22 Messa in scala C Fixed-point Su dspic meglio evitare float e divisioni: 1 / 12,412 = 0, , in formato Q15 (cioè moltiplicato per 2 15 e arrotondato) 2640 C = ((int32_t)adc res 620) * 2640 Per visualizzare il risultato C, si può moltiplicarlo per 100 (valore in centesimi di grado) e riscalare a intero puro: Centesimi di C = ( C * 100) >> 15

23 Invio su UART dei C fixed-point In questo caso la variabile da inviare non è più un float, ma un int32_t: SACT_putdec(1, (int16_t)variabile), poiché la funzione di libreria considera interi (con segno) a 16 bit

24 Plot con DMCI DMCI: Data Monitoring Control Interface Interfaccia per debug con inserimento dati e visualizzazione grafici Per aprire l interfaccia: Tools Embedded DMCI DMCI Window Finestra Dynamic Data View per plottare il contenuto di variabili buffer

25 DMCI: Dynamic Data View

26 DMCI: Dynamic Data View Configure data source: selezionare un array dichiarato come variabile globale, di dimensione ragionevole (es. 256 elementi) NOTA: il buffer va gestito in modo circolare nel codice, MA configurato come array "Standard"

27 DMCI: Dynamic Data View

28 Step finale: filtraggio ADC Inserire un semplice filtro di media (moving average) su N campioni TIP: se N è una potenza di due (es. 16), la media può essere fatta facendo la somma dei campioni nel buffer circolare ed effettuando un right-shift della somma, anziché dividere per N

29 DMCI: Dynamic Data View Per confrontare il valore raw ed il valore filtrato del risultato ADC, occorre configurare un secondo pannello Dynamic Data View nel tool DMCI, poi impostare in uno dei due pannelli l opzione Merge Data Source (con l altro pannello)

30 DMCI: Dynamic Data View

31 Motor Control PWM 6 segnali modulati a coppie (PWM1H/Lx, con x = 1,2 o 3) Configurazione: P1TCON e P1TPER: configurazione e periodo della base dei tempi PWM1CON: modalità (indipendente o complementare) di ciascuna coppia, pin modulato PWM o I/O digitale standard P1DCx: duty-cycle della coppia x = 1,2 o 3

32 Motor Control PWM Funzionalità opzionali Dead-time: tempo morto tra commutazioni di pin PWM della stessa coppia (P1DTCON1/2) Fault event: disabilitazione dei PWM su evento esterno (P1FLTA/BCON) Override control, per sovraimporre lo stato logico dei pin PWM (P1OVDCON) Special-Event Trigger per ADC (P1SECMP)

33 Motor Control PWM Configurazione Edge-Aligned:

34 Motor Control PWM: periodo Vedi Family Reference Manual (Sec.14):

35 Motor Control PWM: duty-cycle Fondo scala = P1TPER * 2

36 Input Capture 4 moduli, tutti rimappabili Al fronte (o all N-esimo fronte) di un input digitale, il valore del Timer2 (oppure del Timer3) viene catturato nel buffer ICxBUF (x = 1,2, 7 o 8) Configurazione tramite ICxCON

37 Note su Input Capture Il Timer2 (o Timer3) va impostato in modo che l evento di overflow non avvenga prima del fronte da rilevare In altre parole, il periodo dell impulso deve essere minore del periodo del timer Se l impulso è legato ad un encoder ottico, il periodo del Timer determina la velocità minima rilevabile

38 Messa in scala RPM Sulla scheda PICDEM Mechatronics, il motore DC ha un sensore ottico a due tacche/giro:

39 Messa in scala RPM - 1 Con una misura tramite Capture, Timer2 con prescaler 1:64, si ottiene: Tincr_T2 = Tcy * 64 = 1,6 μs (a 40 MIPS) Overflow Timer2: Tincr_T2 * 2 16 = 104,8 ms Velocità minima (no tacche entro Overflow) = 60 [s] / 0,1048 [s] / 2 = 286 RPM RPM = (ICxBUF * Tincr_T2) -1 * 60 / 2 (2 tacche/giro!)

40 Messa in scala RPM - 2 Con numeri Fixed-Point a 40 MIPS RPM = (1,6 * 10-6 * ICxBUF) -1 * 60 / 2 = = (1,6 * ICxBUF) -1 * 10 6 * 60 / 2 = = (16 * ICxBUF) -1 * 10 7 * 60 / 2 = = (10 7 * 60 / 2) / 16 * ICxBUF -1 = = / ICxBUF NB: usare unsigned long per il ris., la costante va scritta UL

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