Facultatea de Inginerie Sibiu 2014

Student: Stru Petre Marcel

Specializarea: Electronic Aplicat

Grupa: 332/2

2

Curpins:

1. Introducere

2. Prezentare PIC12F675

3. Futaba 3003 Servo Prezentare

4. Timere

5. ntreruperi

6. Semnal PWM

7. ADC

8. Codul surs

3

Toate aplicaiile n care se utilizeaz microcontrolere fac parte din

categoria aa ziselor sisteme ncapsulate-integrate (embedded systems), la care

existena unui sistem de calcul incorporat este (aproape) transparent pentru

utilizator.

Printre multele domenii unde utilizarea lor este practic un standard

industrial se pot meniona: n industria de automobile (controlul

aprinderii/motorului, climatizare, diagnoz, sisteme de alarm, etc.), n aa zisa

electronic de consum (sisteme audio, televizoare, camere video i

videocasetofoane, telefonie mobil, GPS-uri, jocuri electronice etc.), n aparatura

electrocasnic (maini de splat, frigidere, cuptoare cu microunde, aspiratoare),

n controlul mediului i climatizare (sere, locuine, hale industriale), n industria

aerospaial, n mijloacele moderne de msurare - instrumentaie (aparate de

msur, senzori i traductoare inteligente), la realizarea de periferice pentru

calculatoare, n medicin.

Ca un exemplu din industria de automobile (automotive industry), unde

numai la nivelul anului 1999, un BMW seria 7 utiliza 65 de microcontrolere, iar

un Mercedes din clasa S utiliza 63 de microcontrolere. Practic, dei am prezentat

ca exemple concrete numai sisteme robotice i mecatronice, este foarte greu de

gsit un domeniu de aplicaii n care s nu se utilizeze microcontrolerele.

n cadrul acestui proiect vom trece n revist toi paii necesari conceperii

i nelegerii codului surs pentru controlul unui servomotor care s se roteasc

dup poteniometrul de pe placa de test a C-ului PIC12F675.

4

PIC12F675 este un C de nalt performan de tip RISC. Mai jos este prezentat

diagrama bloc a acestui C:

Figur 1 - Diagrama bloc PIC12F675

Specificaile din foaia de catalog. PIC12F675 prezint 6 pini de I/O, un convertor

A/D pe 10 bii, 1 comparator i 2 timere, unul pe 8 bii iar cellalt pe 16 bii, etc.

5

Figur 2 - Repartiie pini

Mai sus este reprezentat repartiia i ntrebuinarea fiecrui pin de I/O.

Servomotoarele sunt motoare electrice speciale, de curent continuu sau curent

alternativ cu vitez de rotaie reglabil ntr-o gam larg n ambele sensuri avnd

ca scop deplasarea ntr-un timp prescris a unui sistem mecanic (sarcina) de-a

lungul unei traiectorii date, realiznd totodat i poziionarea acestuia la sfritul

cursei cu o anumit precizie. Servovomotorul utilizat n acest proiect este

FUTABA s3003.

Acesta se poate rotii aproximativ 180 (90 n fiecare direcie) dar poate fi

modificat pentru rotaii complete (360). Tensiunea de alimentare poate varia ntre

4.8 V i 6 V iar comanda motorului se face utiliznd semnal PWM cu o

amplitudine ntre 3 i 5 V i o perioad de 20 milisecunde.

6

Timer-ele sunt sisteme integrate n microcontroler care au ca scop

msurarea unor intervale fixe de timp i de a genera ntreruperi la expirarea

intervalului msurat. Tot cu ajutorul timer-elor se pot genera trenuri de impulsuri

de o anumit frecven sau compararea a 2 intervale de timp. Timer-ele

funcioneaz independent de unitatea central a micrcontrolerului astfel

eliminndu-se momentele de timp n care microcontrolerul este blocat ntr-o bucl

de ateptare.

Timer-ele conin un numrtor liber central (NLC) care are rolul de a

numra fiecare impuls de tact. Acest NLC este de fapt un registru de 8 sau 16 bii

care la fiecare impuls este incrementat cu o unitate. Numrtorului i se poate da o

valoare de start cuprins ntre 00h/0000h i FFh/FFFFh. Dac NLC-ul are

valoarea FFh/FFFFh i primete un impuls el se reseteaz, noua valoare fiind

00h/0000h.Tot n momentul resetrii numrtorul trimite un semnal ctre sistemul

de ntreruperi.

Microcontrelerul PIC12F675 ofer 2 timere i anume: TIMER0 i

TIMER1.

Timer0 are urmtoarele specificaii:

Timer/numrtor pe 8 bii Poate fi scris/citit 8-bit prescaler programabil software Selectare de semnalde clock intern sau extern ntrerupere la depire de la 0xFF la 0x00 Selecia frontului pentru semnalul de clock extern

Figur 3 - Diagrama bloc Timer0

7

Registrul de lucru al Timer 0 este Option_Reg.

Figur 4 - Registrul Option_Reg

o PS0:PS2 reprezint biii pentru alegerea prescalrii. Se pot alege

urmtoarele combinaii:

PS0:PS2 Rata de prescalare

000 1:2

001 1:4

010 1:8

011 1:16

100 1:32

101 1:64

110 1:128

111 1:256

Acesta este folosit pentru generarea perioadei de 20 de ms a semnalului PWM.

Utiliznd generatorul de clock intern de 4 MHz, setarea biilor de control pentru

acest timer este urmtoarea:

T0CS=0; PSA=0; PS0:PS2=111; (am ales rata de prescalare de 1:256)

# OPTION_REG= 0b0000111; //Prescaler 1:256

Pentru a genera semnalul cu perioada de 20 de ms (frecvena de 50 de Hz), cu

setrile anterioare rezult un semnal de clock pentru Timer0 de 256 de s. Acesta

va trebui s numere

= , ori.

Pentru c rezultatul nu este un numr ntreg se va alege cea mai apropiat valoare

i anume 78. Durata rezultat nu vai fi fix 20 de ms ci puin mai mic tocmai din

cauza aproximrii precedente.

Dup cum tim Timer0 genereaz ntrerupere la depirea valorii maxime a

registrului, rezult ca acest n acest registru trebuie ncrcat valorea :

= + =

la fiecare iniializare a Timer0. Aceast valoare trebuie corectat avnd n vedere

i timpul necesar rutinei de tratare a ntreruperii provenite de la Timer0.

# TMR0 = 0xB2; //Iniializare TMR0

8

Timer1 are urmtoarele specificaii:

Timer/numrtor pe 16 bii Poate fi citit/scris Se poate selecta semnalul de clock intern sau extern Operare sincron sau asincron ntrerupere la depire de la 0xFFFF la 0x0000 Posibilitatea de utilizare a unui oscilator LP

Figur 5 - Diagrama bloc Timer1

Acesta este folosit pentru generarea duratei de la 1 ms la 2 ms a semnalului

PWM. Precizia de generare a acestei durate este de 1 s, ceea ce implic utlizarea

a 10 bii din cei 16 disponibili.

Registrul de lucru al Timer 1 este T1CON (prezentat n Figur 6). n acest

caz nu vom folosii prescaler.

Figur 6 - Registrul T1CON

# T1CON = 0x05; //Iniializare T1CON

TMR1ON=1 Timer1 Enabled T1SYNC=1 Nu se sincronizeaza cu semnalul de clock extern

9

ntreruperile ntr-un microcontroler sunt vzute ca nite evenimente speciale

generate de elementele periferice. Aceste evenimente pot fi reprezentate de

apsarea unui buton, atingerea unei valor a numrtorului, terminarea de citit a

unei valori a convertorului analog digital, etc.

Toate acestea sunt gestionate de un sistem intern numit sistem de ntreruperi ,

sistem care are rolul de a oferi procesorului informaii referitoare la natura

ntreruperii i de a opri funcionarea ciclic tratnd ntreruperea ntr-o rutin

special.

n cazul nostru registrul arat n felul urmtor:

Figur 7 - Registrul INCON

# INTCON= 0x60; //Iniializare INTCON

GIE=1 - Global Interrupt Enable Bit

PEIE=1 - Peripheral Interrupt Enable Bit

n cadrul proiectului am folosit ntreruperile pentru a genera semnalul

PWM necesar controlului servomotorului. Acest lucru a fost sintetizat cu ajutorul

functiei interrupt ISR : void interrupt ISR(void) prezentat mai jos.

10

Funcionarea acestei funcii este foarte simpl, ntreruperile sunt provocate

de cele 2 timere prezentate mai sus mai exact de depirea valorilor maxime pn

la care acestea sunt capabile s numere.

void interrupt ISR(void)

{

if((T0IE&T0IF)==1) //Intrerupere provocata de Timer0

{

readADC();

ADCval = readADC();

timerVal = timer1ms - ADCval;

TMR1H = timerVal>>8;

TMR1L = ((timerVal8);

PWM_Pin = 1; // Setare Iesire Pin pe 1

TMR1IE = 1; // Timer1 Interrupt Enable

T0IF = 0; // Timer0 Interrupt Flag

TMR0 = 0xB2; // Initializare Timer0

ADCON0 |= 0x01;

}

if ((TMR1IE&TMR1IF)==1) // Intrerupere provocata de Timer1

{

PWM_Pin = 0; // Setare Iesire Pin pe 0 (zero)

TMR1IF = 0; //T imer1 Interrupt Flag

}

}

PWM (Pulse Width Modulation) este o tehnic folosit pentru a varia n

mod controlat tensiunea dat unui dispozitiv electronic. Aceast metod schimb

foarte rapid tensiunea oferit dispozitivului respectiv din ON n OFF i invers.

Perioada de timp corespunztoare valorii ON dintr-un ciclu ON-OFF se

numete factor de umplere (duty cycle) i reprezint, in medie, ce tensiune va

primi dispozitivul electronic.

11

Astfel, se pot controla circuitele analogice din domeniul digital. Practic,

asta nseamn c un LED acionat astfel se va putea aprinde / stinge gradual, iar

n cazul unui motor acesta se va nvrti mai repede sau mai ncet.

Factorul de umplere se exprim n procente i reprezint ct la sut din

perioada unui semnal acesta va fi pe nivelul ON. Mai jos se pot observa semnale

PWM cu factori de umplere diferii ca exemple. Astfel, se poate deduce foarte

uor formula pentru a obine valoarea factorului de umplere (D):

=

( + ) 100 =

_

100

Astfel, tensiunea medie care ajunge la dispozitiv este dat de relaia:

=

Pentru proiectul nostru vom construi semnalul PWM cu ajutorul a 2 timere

TIMER0 respectiv TIMER1 i cu ajutorul ntreruperilor prezentate mai sus.

Semnalul PWM trebuie sa aib o perioad de 20 de ms.

12

Mai jos sunt prezentate 3 cazuri de semnal PWM i poziia servomotorului.

Figur 8 - Semnal PWM 1

Figur 9 - Semnal PWM 2

Figur 10 - Semnal PWM 3

Dup cum se poate observa pentru controlul servomotorului din poteniometru

este necesar s modificm factorul de umplere al semnalului PWM. Pentru aceasta

avem nevoie de un convertor A/D care este prezentat n capitolul urmtor.

13

Pentru a putea msura semnalele analogice ntr-un sistem de calcul digital,

acestea trebuie convertite n valori numerice discrete. Unconvertor analog

digital (ADC) este un circuit electronic care convertete o tensiune analogic de

la intrare ntr-o valoare digital.

O caracteristic important a unui ADC o constituie rezoluia acestuia.

Rezoluia indic numrul de valori discrete pe care convertorul poate s le

furnizeze la ieirea sa n intervalul de msur.

Deoarece rezultatele conversiei sunt stocate intern sub form binar, rezoluia

unui convertor analog-digital este exprimat n bii.

Figur 11 - Rezoluie

Rezoluia n cazul de fa (ADC pe 10 bii) :

1024

= 4,8

14

Figur 12 - Diagrama bloc ADC

Registrul de control al convertorului analog numeric este ADCON0

prezentat mai jos:

Figur 13 - ADCON0

#ADCON0 = 0b10001100; // Initializare convertor

Pentru a porni conversia se seteaz bitul GO_DONE pe 1. n regitrii ADRESL

i ADRESH se memoreaz valorile conversilor anterioare pe 10 bii, dup cum

se observ 6 bii din registrul ADRESH rmnnd nefolosii.

15

unsigned int readADC()

{ int MINIM=0,MAXIM=0;

GO_nDONE = 1; //Porneste conversia

if ((ADCON0 & 0x02)== 0x02) //Se verific dac bitul GO_nDone este setat pe 1

{

MINIM = ADRESL;

MAXIM = ADRESH;

MAXIM = MAXIM

16

#include

#include

#define _XTAL_FREQ 4000000

#define PWM_Signal GPIO2

// Declarare functii si variabile

void Initializare_PWM();

void interrupt ISR();

void Init();

unsigned int readADC();

unsigned aData;

int TMR_1MS = 0xFC18;

int ADC_Val;

int TMR_VAL;

void main()

{

Init();

Initializare_PWM(); // Initializare PWM

while(1)

{

}

}

void Init()

{

ANSEL = 0b00011000; // Setare ANS3 ca intrare analogica

TRISIO = 0x10; // Setare GP4 ca intrare

ADCON0 = 0b10001100 // Initializare convertor

17

CMCON = 0x07; // Comparatoare - Dezactivate

VRCON = 0x00; // Tensiunea de referinta dezactivata

GPIO = 0x00; // Setare tuturor pinilor pe 0

INTCON = 0x60; // Initializare Registru pentru intreruperi : 0b11000000

T1CON = 0x05; // Initializare Timer 1

OPTION_REG= 0b0000111; // Setare prescaler 1:256

}

void Initializare_PWM()

{

TMR0=0xB2; //Initializare Timer0

TMR1H=0xFC;

TMR1L=0x18;

TMR1IE=1; //Timer1 Interrupt Enable

T0IE=1; //Timer0 Interrupt Enable

GIE=1; //Global Interrupt Enable

T0IF=0; //Timer0 Interrupt Flag pe 0 (zero)

TMR1IF=0; //Timer1 Interrupt Flag pe 0 (zero)

return;

}

unsigned int readADC()

{ int MINIM=0,MAXIM=0;

GO_nDONE = 1; //Porneste conversia

If ((ADCON0 & 0x02)== 0x02)

{

MINIM = ADRESL;

MAXIM = ADRESH;

MAXIM = MAXIM

18

void interrupt isr(void)

{

if((T0IE&T0IF)==1) //Intrerupere provocata de Timer0

{

readADC();

ADC_Val=readADC();

TMR_VAL=TMR_1MS - ADC_Val;

TMR1H=TMR_VAL>>8;

TMR1L=((TMR_VAL8);

PWM_Signal=1;

TMR1IE=1; //Timer1 Interrupt Enable

T0IF=0; //Timer0 Interrupt Flag

TMR0=0xB2; //Initializare Timer0

ADCON0|=0x01;

}

if((TMR1IE&TMR1IF)==1) //Intrerupere provocata de Timer1

{

PWM_Signal=0; //Setare Iesire Pin pe 0 (zero)

TMR1IF=0; //Timer1 Interrupt Flag

}

}