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microcontrollertechnik:skript [2024/10/14 00:02] – [SW2 Hello Display World - fast Counter] mexleadminmicrocontrollertechnik:skript [2024/10/28 05:04] (aktuell) – mexleadmin
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   - "Kapitel 2 Sound und Timer bitte nachträglich anschauen"   - "Kapitel 2 Sound und Timer bitte nachträglich anschauen"
   - Frage an Studis "Wer weiß nicht was PWM ist?"   - Frage an Studis "Wer weiß nicht was PWM ist?"
- 
  
 In MC Studio In MC Studio
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   - wichtig sind immer die Register   - wichtig sind immer die Register
     - ''TCNTn''      - ''TCNTn'' 
-      - --> timer Counter ; für was steht ''n''? in Mathe?+      - --> timer Counter ; für was steht ''n''? in Mathe? --> Schaubild gilbt für alle 3 Zähler. Hier ist n=1, da TC1!
       - das ist der eigentliche aufsteigende Zählwert       - das ist der eigentliche aufsteigende Zählwert
 +      - kann auch beschrieben werden
     - ''OCRnA'' --> Output Compare ("Wert zum gegen-checken")     - ''OCRnA'' --> Output Compare ("Wert zum gegen-checken")
     - ''TCCRnA'' --> für was steht TC? Timer Counter! Für was R? Register! --> hier neu: C für control     - ''TCCRnA'' --> für was steht TC? Timer Counter! Für was R? Register! --> hier neu: C für control
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     - TC zählt noch nicht!     - TC zählt noch nicht!
     - siehe Blockdiagramm: Control logic --> steht im folgenden in der Register Description     - siehe Blockdiagramm: Control logic --> steht im folgenden in der Register Description
-    - Blick in die Tabellen, was bei Initialisierung des uC mit 0 passiert \\**Speziell die Register description!**+    - Blick in die Tabellen, was bei Initialisierung des uC mit 0 passiert \\ **Speziell die __Register description__!**
     - bei vielen ergibt ''0'' normal operation      - bei vielen ergibt ''0'' normal operation 
     - aber bei CS (clock select) bedeutet ''000'' = keine Clock. Da kommt nix raus!     - aber bei CS (clock select) bedeutet ''000'' = keine Clock. Da kommt nix raus!
-    - also ''CS10'' setzen für schnellsten Zähler +    - mit CS kann der Vorteiler (prescaler) gesetzt werden, welcher für die CPU Clk zum zählen herunterteilt 
-    - ''TCCR1B |= 1%%<<%%CS10''; +    - gut wäre ''CS10'' setzen --> schnellster Zähler 
-  - jetzt zählt der Zähle echt schnell. Schneller als die Anzeige! +    - Wo ist ''CS10''? im Register ''TCCR1B'' 
 +    - Eingabe von ''TCCR1B |= 1%%<<%%CS10;'' vor der main loop 
 +    - jetzt zählt der Zähle echt schnell. Schneller als die Anzeige!  
 +  - Neue Challenge: Blinken ohne ''_delay_ms()'' 
 +    - Mit Zähler möglich! Wie? mal selbst überlegen! 
 +      - z.B. ''if(TCNT1>x){doBlink();TCNT1=0;};'' 
 +    - geht auch besser! Denn der Knecht kann noch mehr: 
 +      - Blick ins Datenblatt --> viele Seiten! 
 +      - Blick auf Block Diagramm des TC: 
 +      - ''TCNTn'' wird doch verglichen! 
 +      - wo geht das Vergleichsergebnis hin?  
 +        - zu "Waveform generation" und ''OC1A (Int.req.)'' 
 +        - leider etwas irreführend, weil 2x ''OC1A'' (OC1A (Int.req.) müsste OCF1A heißen für Flag --> siehe Text) 
 +      - jetzt erstmal Datenblatt nach ''OC1A'' durchsuchen! 
 +        - Oh! Kommt als Pin am Chip vor. 
 +        - Warum wohl? 
 +      - was könnte das "Waveform generation" machen? 
 +        - suchen im Datenblatt nach **__Waveform generat__** (ohne **__ion__**!) 
 +        - (zunächst im 8-Bit Timer gefunden) Output compare unit, block diagram  
 +        - hier als "Waveform generat**__or__**" 
 +        - Der Generator wird über die Register bits WGM und COM geändert 
 +        - (besser im 16-bit TC1 das Block diagramm nachsehen) 
 +      - wieder Register description ansehen  
 +        - erste Bits im TCCR1A sind COM.. 
 +        - Blick in die Tabelle: was muss eingestellt werden, um eine Ausgabe für die blinkende LED zu bekommen? 
 +        - ''11'' z.B. delay für dauerhaftes Leuchten nach ein paar Millisekunden 
 +        - wir brauchen ''COM1B1=1'' und ''COM1B0=0'' 
 +        - ''TCCR1A |= 1<<COM1B0;'' einfügen 
 +        - UND: ''DDRB = 255;'' 
 +      - Output-Pin togglt! Yeah :-) 
 +    - Problem: wir können die Geschwnindigkeit nich richtig einstellen :-( 
 +  - Also Challenge: zeitlich einstellbares toggeln 
 +    - Bisher: timer zählt stur von 0 ... 65535, also er verwendet OCR1A gar nicht! 
 +    - Wäre gut den MaxWert einstellen zu können, also nach erreichen von OCR1A wieder zurück auf 0. 
 +    - Lösung über "Clear Timer on Compare": CTC im Datenblatt suchen 
 +    - timing diagramm erklären 
 +    - Mal alle Wave Generation Modes ansehen: 
 +      - Normal: 0 ... 65535, und dann wieder Sprung auf 0 --> OC1A ändert sich nur bei max Wert 
 +      - Fast PWM:  
 +        - 0 ... max Wert, und dann wieder Sprung auf 0 --> OC1A bei TCNT>= OCR1A gleich 0, sonst 1 
 +        - Fast PWM kann verschiedene max Werte haben: 255, 511, 1023, ICR1 und sogar OCR1A selbst 
 +        - Ansteigende Flanke immer bei 0 --> links bündig! 
 +      - PWM, phase correct 
 +        - 0 ... max Wert, und dann: max Wert ... 0 --> OC1A bei TCNT>= OCR1A gleich 0, sonst 1  
 +        - halb so schnell weil doppelte Rampe 
 +        - mitten zentriert 
 +    - Für uns wichtig Mode 4: da denn OCR1A der Maxwert, also die Dauer für Ein (und Dauer für Aus) beim PWM 
 +    - Wir müssen ''WGM12'' setzen, das ist aber in ''TCCR1B''! 
 +    - ''TCCR1B |= 1<<WGM12;'' 
 +    - Und OCR1A setzen: '' OCR1AH = 0xFF;'', '' OCR1AL = 0xFF;'' 
 +    - Wichtig immer LED an Port bei Simulide! nicht nur auf die Animation vertrauen! 
 +  - Mit CS Clock select: kann es auch langsamer ausgegeben werden 
 +  - Ggf. auch Sound Code ansehen. 
 + 
 + 
 +--> Ergebnisse: 
 +  - bitte immer eindeutige und konistente Namen in Ihrer Doku nutzen! 
 +  - Sonst werden nachfolgende Leser Probleme beim verstehen bekommen..   
 + 
 + 
 +===== Einschub - Debugging ===== 
 + 
 +Debugging Beispiel: DisplayAndTimer_v02 in ILIAS  
 + 
 +kleine Änderungen: 
 +  *  Variable ''str'' initialisieren: ''char str[3]="";'' 
 +  *  Umbenennen der Variablen über ''Refactoring'' >> ''Rename'' --> z.B. ''SwCounter'' und ''OutputStr'' 
 +  *  Beispielhaft: statt Deklaration in Funktion nun als globale Variablen und umgekehrter Reihenfolge \\ ''char OutputStr[3]="";'' \\ ''char SwCounter;'' (also keine Initialisierung!) 
 +  *  Kompilieren und am Bildschirm den Output ansehen 
 +  *  Problem: Zähler scheint nur zwischen 48 und 57 zu zählen! 
 + 
 +Tipps 
 +  - **Tipp 1**: Verwenden von nicht genutzten Registern 
 +    - nach erstem ''lcd_putstr'': ''TWDR=SwCounter;'' 
 +    - nach zweiten''lcd_putstr'': ''SPDR=SwCounter;'' 
 +    - In Simulide: MCU Monitor >> Blick auf die beiden Register 
 +    - Komisch: OutputStr verändert sich zwischen beiden! 
 +  - **Tipp 2**: Nur absolut notwendigen Code betrachten 
 +    - Code soweit auskommentieren wie es nur geht.  
 +  - **Tipp 3**: Im Fall von Deklarationen: map Datei 
 +    - Nach ''SwCounter'' suchen 
 +    - RAM Table über ''MCU Monitor'' 
 +    - auf Byte PC umschalten 
 +    - Suchen der Speicherzelle 
 +    - Geschwindigkeit reduzieren 
 +  - **Tipp 4**: Logic Analyzer 
 +    - ''PORTB|=1<<PB3;''  nach erstem  ''lcd_putstr'' 
 +    - ''PORTB&=~1<<PB3;'' nach zweitem ''lcd_putstr''  
 +    - Logic analyzer beschreiben: wichtig Time Pos korrekt einstellen 
 +    - Trigger in Logic Analyzer 
 +  - **Tipp 5**: Hyper-V  
 +    - Windows Eingabe: ''Hyper-V-Schnellerstellung'' 
 +    - siehe: https://learn.microsoft.com/de-de/virtualization/hyper-v-on-windows/quick-start/quick-create-virtual-machine 
 +    - Installation dauert einige Minuten 
 +    - Simulide in VM ist stabiler 
 +  - **Tipp 6**: Scope  
 +    - Tracks: Aufteilen des Bildschirms  
 +    - Trigger 
 +    - Auto 
 +  - **Tipp 7**: Scripted Modules 
 +    - Beispiel DAC 
 +    - im Komponentenexplorer: Scripted >> DAC 
 +    - im Dateiexplorer: Data >> scripted >> DAC  
 +    - Alle Dateien anklicken --> nix passiert 
 +    - rechten Editorbereich in Simulide öffnen ("hereinschieben") 
 +    -  
 +  - Known Problems  
 +    - Ampmeter only for DC! (about 10 Hz) 
 +    - FETs 
 +      - use Relays instead \\ Change 
 +        - Inductance: 1 nH 
 +        - Resistance to 1 mOhm 
 +        - IOn 100 mA 
 +        - IOff 50 mA 
 +      - Beispiel: Halbbrücke (auch als FET Variante ok) 
 +      - Alternative mit Relays  
 +      - Hier besser als Umschalter umzusetzen, da Kurzschluss im Zwischenstadium {{drawio>microcontrollertechnik:RelayBeispiel.svg}} 
 + 
 +===== Interrupts und Zeitslots ===== 
 + 
 +Wdh: 
 +  - Bisher:  
 +    - Ausgabe auf dem Display in while-Schleife "so schnell wie's geht" 
 +    - Counter TC1 läuft autonom und unabhängig vom Programmcode (nach Config) 
 +    - Counter kann unterschiedlich schnell laufen (prescaler) 
 +    - Counter kann auch Ausgabe antriggern 
 +  - Nun: 
 +    - welche Modi gibts? Was kann man noch mit dem Timer/Counter starten? 
 +    - Anschauen der verschiedenen Modi: 
 +      - Normal: 0 ... 65535, und dann wieder Sprung auf 0 --> OC1A ändert sich nur bei max Wert 
 +      - Fast PWM:  
 +        - 0 ... max Wert, und dann wieder Sprung auf 0 --> OC1A bei TCNT>= OCR1A gleich 0, sonst 1 
 +        - Fast PWM kann verschiedene max Werte haben: 255, 511, 1023, ICR1 und sogar OCR1A selbst 
 +        - Ansteigende Flanke immer bei 0 --> links bündig! 
 +      - PWM, phase correct 
 +        - 0 ... max Wert, und dann: max Wert ... 0 --> OC1A bei TCNT>= OCR1A gleich 0, sonst 1  
 +        - halb so schnell weil doppelte Rampe 
 +        - mitten zentriert 
 +    - weitere Register des TC anschauen 
 +      - TCNT1H/TCNT1L: ist der eigentliche Counter Wert 
 +      - OCR1AH/OCR1AL: ist Vergleichswert für den ersten Vergleich 
 +      - OCR1BH/OCR1BL: ist Vergleichswert für den zweiten Vergleich 
 +      - ICR1H/ICR1L: ist "Zwischenspeicher" der mit dem Counter-Wert gesetzt wird, sobald Pin ICP1 sich ändert 
 +      - erst TIFR1:  
 +        - zeigt Ereignisse an (über Flags): z.B. Vergleichswert ist erreicht, oder Maximalwert ist erreicht 
 +        - wenn ein Ereignis eintritt, dann kann ein Interrupt ausgelöst werden 
 +      - TIMSK1 : Ist eine Maske, die angibt, welcher Interrupt aktiv ist 
 +  - Mal Overflow Interrupt testen: 
 +    - bei Initialisierung: ''TIMSK2 |= (1<<TOIE1);'' 
 +    - außerhalb von main: 
 +      - ''ISR()'' --> suchen nach ISR (Goto implementation) liefert keine praktikable Antwort was das tut (Interrupt Service routine erklären) 
 +      - wir brauchen zumindest einen "vector" (Zeiger auf die Sprungadresse welche im Interruptfall abgearbeitet werden soll) 
 +      - woher bekommen?  
 +        - am besten da nachschauen, wo auch PORTB und PB1 definiert ist 
 +        - suchen nach vector 
 +        - ''TIMER1_OVF_vect''! 
 +      - Eingeben von ''ISR(T'' bietet schon ''TIMER1_OVF_vect'' an 
 +      - ''ISR(TIMER1_OVF_vect)'' \\ ''{'' \\ ''}'' 
 +      - was machen wir da drin? am besten z.B. Port B3 toggeln 
 +      - ''PORTB ^= (1 << PB3);'' einfügen 
 +    - testen --> toggelt! 
 +    - Wie könnte man nun die Ausgabe nur alle paar Zentelsekunden ausführen lassen? 
 +      - Alle Zeilen in den Interrupt? --> bloß nicht! 
 +      - SW_Flag in ISR setzen und in main auswerten 
 +        - ''uint8_t IntFlag=0;'' als globale Variable 
 +        - ''IntFlag=1;'' in die Interrupt Routine 
 +        - ''if(IntFlag==1)'' \\ ''{'' \\ ''IntFlag=0;'' \\ ... \\ ''}'' 
 +      - Geschwindigkeit zu langsam? 
 +        - statt ''TCCR1B |= 1<<CS12;'' besser ''TCCR1B |= 1<<CS11;'' 
 +      - Aber wie kommt man z.b. genau auf eine Millisekunde? 
 +      - Man nehme: 
 +        - Takt: 18.432 MHz  
 +        - 8-Bit Counter: zählt bis 256 (16 Bit geht nicht genau auf...) 
 +        - --> zählt 72'000x pro Sekunde bis 256 und löst Interrupt aus 
 +        - Prescaler von 8: zählt 8x so langsam, also nur 9'000 pro Sekunde und löst interrupt aus 
 +        - Im Interrupt von 9 herunterzählen: bei jeder 0 wäre es eine Millisekunde 
 +    - up-Down-Counter ansehen