Компания Keil разрешает пользоваться бесплатной ознакомительной версией своего продукта с ограничением по размеру кода в 32 Кбайта flash-памяти.

В среде Keil мVision проект программы для микроконтроллера состоит из модулей, написанных на языках ассемблер, C или С++, совокупности различных файлов, размещенных в определенной структуре каталогов на диске, и имеет свои настройки.

Также в среде Keil мVision предусмотрен процесс внутрисхемной отладки программы микроконтроллера. Так как отладочный интерфейс SWD, доступен в программаторе MT-Link, этот процесс аналогичен пошаговой отладке написанных программ в средах программирования общего назначения.

Для написания программы микроконтроллера используется язык C. Этот язык является практически безальтернативным вариантом при программировании современных микроконтроллеров. При создании программы объемом более нескольких килобайт на языке ассемблера от программиста требуется достаточно много усилий. При этом в итоге программа получается быстродействующей и компактной. С целью сокращения трудозатрат и времени программирования, когда память программ микроконтроллера составляет сотни килобайт, следует использовать язык высокого уровня. В этом случае стоит выбрать язык C, а создание машинного кода можно доверить компилятору. Множество программ, которые по тематикам объединяются в библиотеки (библиотека для работы с жидкокристаллическим дисплеем, библиотека для настройки таймера и т.д.), также написаны на языке C.

Многие разработчики микроконтроллеров, в том числе и АО «ПКК Миландр», дают возможность использовать специальные библиотеки функций для работы с периферийными. В работе была использована библиотека «MDR32F9Qx StandardPeripheralsLibrary», которая подходит для микроконтроллера K1986ВЕ92QI, а также и для других контроллеров семейства 1986ВЕ9x. В данной библиотеке существуют функции для работы со всеми устройствами, входящими в состав микроконтроллера [15].

2.8.5 Алгоритм работы программы микроконтроллера

Генерируемые оптической системой импульсы поступают на линию 2 порта C микроконтроллера, который настроен как первый канал таймера TIMER3. Также на линию 5 порта B поступает сигнал о начале передачи последовательности импульсов. На таймере настроен подсчет количества приходящих на вход импульсов в течение периода времени 8 мс. Для задания и отсчета периода используется второй таймер TIMER2. После окончания периода измерения рассчитывается перемещение каретки, зависящее от количества подсчитанных импульсов. Измеренное перемещение выводится на жидкокристаллический индикатор.

Рис. 34. Алгоритм работы программы микроконтроллера

2.8.6 Программа микроконтроллера

Измерение перемещения реализовано в модуле count.c.

В функции Count_Task_Function реализована задача для многозадачной операционной системы реального времени RTX, в которой реализуется вытесняющая многозадачность. Функции, доступные в ней описываются в заголовке RTL.h. В функции main вызывается функция-планировщик задач os_sys_init(Main_Task_Init), которая никогда не заканчивается. Функция Main_Task_Init определена в модуле main.c. В эту функцию автоматически передается управление при запуске RTX.

В задаче организован бесконечный цикл, в котором производится запуск процесса измерения вызовом функции Count_Start. Как только истечет период измерения, задача получит сообщение EVENT_COUNT_READY от обработчика прерываний второго таймера и рассчитает перемещение. В переменную U_Count в обработчике прерываний от второго таймера заносится количество подсчитанных импульсов. Полученное перемещение выводится на жидкокристаллический индикатор.

Вывод данных на ЖКИ происходит с помощью модуля mlt_lcd.c. В этом модули описаны функции для вывода графической и символьной информации, очистки дисплея, включения и выключения дисплея. Цифры, латинские буквы некоторые знаки возможно записывать в содержание строки для вывода напрямую, но для вывода кириллических букв необходимо использовать кодировку. Файл mlt_font.h содержит необходимые для этого кодировки.

Прерывания от второго таймера возникают по истечению заданного константой периода измерения Time, описанной в заголовке count.h.

При этом сохраняется количество подсчитанных импульсов из регистра счета первого таймера в переменную U_Count, а затем запрещается отсчет второго таймера и сбрасываются флаги прерывания от него. После этого устанавливается событие о том, что данные для измерения готовы. В функциях U_Count_Init, TIMER_Count и TIMER_Time выполняется инициализация и конфигурирование таймеров.

Настройка таймера для подсчета импульсов заключается в создании структур для инициализации таймера и его канала, а также линии ввода-вывода для выхода канала таймера. Включается тактирование порта и таймера. При этом данная линия ввода-вывода конфигурируется как цифровой вход и используется альтернативная функция линии порта.

Чтобы не ограничивать возможности таймера по подсчету импульсов, период таймера задается максимально возможным. Настройка TIMER_CounterMode = TIMER_CntMode_EvtFixedDir указывает на то, что таймер работает в режиме подсчета внешних событий с фиксированным направлением счета. В инициализации требуемого канала таймера задан режим захвата и событие, по которому таймер ведет счет. В качестве события был выбран передний фронт импульса, поступающего в канал таймера. После этого инициализируется выход канала таймера.

После разрешения работы таймера будут считаться все импульсы, приходящие на вход.

Второй таймер необходим для отсчета периодов измерения и формирования аппаратного прерывания, сигнализирующее об окончании измерения.

Прерывание происходит по сравнению таймера, а именно тогда, когда он отсчитает заданное в регистре ARR количество импульсов. Также задаются приоритет аппаратных прерываний от таймера и разрешение этих прерываний.

Запуск таймера происходит в задаче U_Count_Task_Function с помощью вызова функции Count_Start. Эта функция является SVC-функцией.

В данной функции сбрасываются счетчики таймеров и сразу же запускается таймер отсчета периода измерений. Для того, чтобы процессор не переключался на другие задачи, все аппаратные прерывания запрещаются в начале функции, а в конце вновь разрешаются. Однако после запуска планировщика RTX невозможно в любой момент запретить или разрешить прерывания. Именно для этого в процессорах семейства Cortex-M предусмотрены так называемые SVC-функции, которые работают привилегированном режиме процессора. В этих функциях возможно обращаться к подсистеме управления прерываниями NVIC.

Настройка тактирования микроконтроллера выполняется с помощью функции U_RST_Init, описанной в модуле rst.c. В ней включается тактирование батарейного домена, генератор на внешнем кварце, настраивается коэффициент умножения частоты и тактирование ядра микроконтроллера и периферийных устройств. Эта функция вызывается в самом начале функции main.

3. Экспериментальные исследования макетного образца преобразователя

Цель экспериментальной части - построение передаточной характеристики. Способ построения - это задание контролируемого перемещения каретки в статическом режиме и регистрации показаний на дисплее. Результат измерения считывается с экрана дисплея модуля Миландр.

Таблица 2

Результат экспериментальных исследований для подготовки отчета

Таким образом, в ходе эксперимента была доказана работоспособность измерителя, ожидаемые значения были подтверждены.

В случае обнаружения сбоев или отклонения характеристики от номинальной должно выполняться исследование отдельно электронного устройства и тестирование программы микроконтроллера.

А) При экпериментальных исследованиях аналоговых узлов оптический блок фиксируется на направляющей, затем выполняются измерения электрических режимов на выходе аналоговых электронных схем и сопоставляются с рассчетными значениями. При отклонении результатов от рассчетных выполняется более точная настройка аналоговых электронных схем.

Б) При правильном функционировании аналоговых электронных схем и отклонении результатов индикации от расчетных значений, необходимо выполнить проверку кодов программных модулей, осуществляющих какие-либо операции или управляющих процессами.

В) Экспериментальные исследования эффективности компенсации внешней засветки оптического датчика выполнялись для двух случаев: при естественном дневном освещении в помещении лаборатории, при освещении датчика искуственным источником света - лампа накаливания мощностью 60 Вт без абажура с расстояния 1 метр.

Результаты.

При изменении условия облученности датчика и фиксированном положении оптического блока на направляющей, изменения показаний перемещения находились в пределах 0,2 мм.

В результате экспериментальных исследований установлено, что параметры разработанного оптического датчика соответствуют заданию, схема компенсации внешней засветки выполняет свои функции.

Заключение

В ходе проделанной работы были выполнены: обзор и анализ способов построения фотоэлектрических датчиков линейных перемещений и способов компенсации внешней засветки, обзор областей применения фотоэлектрических датчиков. Была разработана модель оптической системы с заданными параметрами, а также было разработано электронное устройство для преобразования выходных сигналов оптической системы в сдвиг фаз. Для разработки макетного образца был выполнен анализ требований к параметрам преобразователя, разработан алгоритм измерений и компенсации внешней засветки. Итогом разработки является готовый макет фотоэлектрического датчика линейных перемещений с компенсацией внешней засветки.

Поскольку данный проект является групповым, задания были поделены между двумя студентами.

Коняхина Арина Владимировна:

Обзорно-аналитическая часть

1. Области применения фотоэлектрических датчиков линейных перемещений.

2. Способы построения фотоэлектрических датчиков линейных перемещений с компенсацией внешней засветки.

Разработка

1. Анализ требований к параметрам преобразователя.

2. Разработка алгоритма измерений и компенсации внешней засветки.

3. Разработка способа компенсации внешней засветки.

4. Разработка конструкции оптической системы макетного образца.

5. Разработка электронного устройства для преобразования выходных сигналов оптической системы в сдвиг фаз.

Куциевский Алексей Максимович:

Обзорно-аналитическая часть

1. Способы построения фотоэлектрических датчиков линейных перемещений.

2. Особенности фотоэлектрической системы преобразователя и способы моделирования.

Разработка

1. Разработка модели оптической системы.

2. Моделирование оптической системы с заданными параметрами.

3. Разработка программного модуля для обработки результатов измерения.

Экспериментальные исследования макетного образца преобразователя были выполнены совместно.

Список использованных источников

Приложение

Код программы микроконтроллера

Размещено на Allbest.ru