Журнал LinuxFormat - перейти на главную

LXF159:Arduino: Управляем временем

Материал из Linuxformat
(Различия между версиями)
Перейти к: навигация, поиск
(→‎Как ра­бо­та­ют тай­ме­ры?)
(→‎Arduino: Ру­лим вре­ме­нем)
 
(не показана 21 промежуточная версия 1 участника)
Строка 5: Строка 5:
 
'''Вла­ст­вуй­те над сво­ей пла­той с по­мо­щью пре­ры­ва­ний тай­ме­ра'''
 
'''Вла­ст­вуй­те над сво­ей пла­той с по­мо­щью пре­ры­ва­ний тай­ме­ра'''
  
−
=Arduino: Ру­лим вре­ме­нем=
+
=Arduino: Управляем вре­ме­нем=
  
 
''Ник Вейч при­ни­ма­ет вы­зов вре­ме­ни и ов­ла­де­ва­ет по­сто­ян­но лязгаю­щи­ми ча­са­ми, что­бы при­ду­мать нечто хит­роумное с ти­ка­ми и та­ка­ми.
 
''Ник Вейч при­ни­ма­ет вы­зов вре­ме­ни и ов­ла­де­ва­ет по­сто­ян­но лязгаю­щи­ми ча­са­ми, что­бы при­ду­мать нечто хит­роумное с ти­ка­ми и та­ка­ми.
Строка 15: Строка 15:
  
 
» Мак­си­маль­но со­сре­до­то­чить­ся. }}  
 
» Мак­си­маль­но со­сре­до­то­чить­ся. }}  
−
 
+
===По­раз­ряд­ная ариф­ме­ти­ка===
−
==Как ра­бо­та­ют тай­ме­ры?==
+
В лю­бом ко­де, ко­то­рый име­ет де­ло с эти­ми нуд­ны­ми ре­ги­ст­ра­ми, ря­дом с обо­зна­чения­ми ре­ги­ст­ров вы час­то встре­ти­те стран­ные за­ко­рюч­ки, ка­жет­ся, при­зван­ные еще боль­ше за­пу­тать смысл. Не бой­тесь! Это про­сто опе­ра­то­ры по­раз­ряд­ной дво­ич­ной ариф­ме­ти­ки
−
 
+
−
Ра­бо­та с тай­ме­ра­ми ка­жет­ся слож­но­ва­той, но по сути они уст­рое­ны до­воль­но про­сто. Тай­мер 1 (Timer1) – 16-бит­ный. В сво­ем са­мом про­стом ре­жи­ме он про­сто счи­та­ет цик­лы; достигнув максимума, уста­нав­ли­ва­ет бит пе­ре­полнения и на­чи­на­ет от­счет зано­ве.
+
−
{{Врезка|left|Заголовок= |Ширина=20%|Содержание= По­раз­ряд­ная ариф­ме­ти­ка
+
−
 
+
−
В лю­бом ко­де, ко­то­рый име­ет де­ло с эти­ми нуд­ны­ми ре­ги­ст­ра­ми, ря­дом с обо­зна­чения­ми ре­ги­ст­ров вы час­то встре­ти­те стран­ные за­ко­рюч­ки, ка­жет­ся, при­зван­ные еще боль­ше за­пу­тать смысл. Не бой­тесь! Это про­сто опе­ра­то­ры по­раз­ряд­ной дво­ич­ной ариф­ме­ти­ки:
+
  
 
| = OR (ИЛИ)
 
| = OR (ИЛИ)
Строка 33: Строка 28:
 
Ес­ли они идут пе­ред зна­ком ра­вен­ст­ва, это оз­на­ча­ет, что пер­вый опе­ранд – ис­ход­ная пе­ре­мен­ная. На­при­мер, вы­ра­же­ние
 
Ес­ли они идут пе­ред зна­ком ра­вен­ст­ва, это оз­на­ча­ет, что пер­вый опе­ранд – ис­ход­ная пе­ре­мен­ная. На­при­мер, вы­ра­же­ние
  
−
PORTB |= B00100000;
+
PORTB |= B00100000;  
 +
 
  
 
ана­ло­гич­но
 
ана­ло­гич­но
  
−
PORTB = PORTB | B00100000;
+
PORTB = PORTB | B00100000;
  
 
А по­че­му мы во­об­ще восполь­зо­ва­лись опе­ра­то­ром OR? По­то­му что с его по­мо­щью мож­но уста­но­вить один бит, не тро­гая дру­гие би­ты это­го бай­та. Ес­ли нуж­но сбро­сить бит, восполь­зуй­тесь опе­ра­то­ром AND с ну­лем:
 
А по­че­му мы во­об­ще восполь­зо­ва­лись опе­ра­то­ром OR? По­то­му что с его по­мо­щью мож­но уста­но­вить один бит, не тро­гая дру­гие би­ты это­го бай­та. Ес­ли нуж­но сбро­сить бит, восполь­зуй­тесь опе­ра­то­ром AND с ну­лем:
  
−
PORTB &= B11011111;
+
PORTB &= B11011111;
  
 
На прак­ти­ке дво­ич­ные зна­чения обыч­но так не за­пи­сы­ва­ют­ся, по­то­му что при ра­бо­те с ре­ги­ст­ра­ми про­ще и безо­паснее поль­зо­вать­ся со­кра­щения­ми, опи­сан­ны­ми в стан­дарт­ных за­го­ло­воч­ных фай­лах. Так, на­при­мер, циф­ро­вой вы­вод 13 Arduino (так­же из­вест­ный в до­ку­мен­та­ции по Atmel как PORTB, бит 5) со­кра­щен­но обо­зна­ча­ет­ся как PB5. Есть два об­щих спо­со­ба их ис­поль­зо­вания. На схе­ме сле­ва внизу по­ка­зан пер­вый спо­соб.
 
На прак­ти­ке дво­ич­ные зна­чения обыч­но так не за­пи­сы­ва­ют­ся, по­то­му что при ра­бо­те с ре­ги­ст­ра­ми про­ще и безо­паснее поль­зо­вать­ся со­кра­щения­ми, опи­сан­ны­ми в стан­дарт­ных за­го­ло­воч­ных фай­лах. Так, на­при­мер, циф­ро­вой вы­вод 13 Arduino (так­же из­вест­ный в до­ку­мен­та­ции по Atmel как PORTB, бит 5) со­кра­щен­но обо­зна­ча­ет­ся как PB5. Есть два об­щих спо­со­ба их ис­поль­зо­вания. На схе­ме сле­ва внизу по­ка­зан пер­вый спо­соб.
Строка 49: Строка 45:
 
Ес­ли вы хо­ти­те га­ран­ти­ро­ван­но сбро­сить бит, мож­но восполь­зо­вать­ся опе­ра­то­ром NOT в со­че­тании с лю­бым ме­то­дом:
 
Ес­ли вы хо­ти­те га­ран­ти­ро­ван­но сбро­сить бит, мож­но восполь­зо­вать­ся опе­ра­то­ром NOT в со­че­тании с лю­бым ме­то­дом:
  
−
PORTB &= ~_BV(PB5);
+
PORTB &= ~_BV(PB5);  
 +
 
 +
 
  
 
Здесь бе­рет­ся двоичное зна­чение PB5 (00100000) и ин­вер­ти­ру­ет­ся (11011111), а за­тем объ­е­ди­ня­ет­ся по «И» с те­ку­щим со­дер­жи­мым ре­ги­ст­ра, т. е. все уста­нов­лен­ные би­ты, кро­ме би­та 5, не изменятся.
 
Здесь бе­рет­ся двоичное зна­чение PB5 (00100000) и ин­вер­ти­ру­ет­ся (11011111), а за­тем объ­е­ди­ня­ет­ся по «И» с те­ку­щим со­дер­жи­мым ре­ги­ст­ра, т. е. все уста­нов­лен­ные би­ты, кро­ме би­та 5, не изменятся.
Строка 55: Строка 53:
 
Еще од­но важ­ное пре­ду­пре­ж­дение. Од­на из при­чин ме­нять толь­ко необ­хо­ди­мые би­ты в том, что мно­гим би­там отведена особая роль. На­при­мер, в PORTD по­следний бит – это линия, ис­поль­зуе­мая для прие­ма дан­ных. Слу­чай­но на­пра­вив ее на вы­вод, вы оп­ре­де­лен­но нарушите ра­бо­ту схе­мы.  
 
Еще од­но важ­ное пре­ду­пре­ж­дение. Од­на из при­чин ме­нять толь­ко необ­хо­ди­мые би­ты в том, что мно­гим би­там отведена особая роль. На­при­мер, в PORTD по­следний бит – это линия, ис­поль­зуе­мая для прие­ма дан­ных. Слу­чай­но на­пра­вив ее на вы­вод, вы оп­ре­де­лен­но нарушите ра­бо­ту схе­мы.  
  
−
[[Файл:LXF154.tut_arduino.bitw_opt.png‎ |left |400px |thumb|> Ана­то­мия по­раз­ряд­ной опе­ра­ции с по­мо­щью мак­ро­са.]]
+
[[Файл:LXF154.tut_arduino.bitw_opt.png‎ |left |300px |thumb|> Ана­то­мия по­раз­ряд­ной опе­ра­ции с по­мо­щью мак­ро­са.]]
−
[[Файл: LXF154.tut_arduino.bit_opt1.png‎ |right |400px |thumb|> По­раз­ряд­ные опе­ра­ции со сдви­гом зна­че­ний.]]}}
+
[[Файл: LXF154.tut_arduino.bit_opt1.png‎ |right |300px |thumb|> По­раз­ряд­ные опе­ра­ции со сдви­гом зна­че­ний.]]
 +
 
 +
==Как ра­бо­та­ют тай­ме­ры?==
 +
 
 +
Ра­бо­та с тай­ме­ра­ми ка­жет­ся слож­но­ва­той, но по сути они уст­рое­ны до­воль­но про­сто. Тай­мер 1 (Timer1) – 16-бит­ный. В сво­ем са­мом про­стом ре­жи­ме он про­сто счи­та­ет цик­лы; достигнув максимума, уста­нав­ли­ва­ет бит пе­ре­полнения и на­чи­на­ет от­счет зано­ве.
 +
{{Врезка|right|Заголовок=Скорая помощь |Ширина=10%|Содержание= Код этого урока ра­бо­та­ет с Тай­ме­ром 1 (Timer1). Мож­но бы взять и Тай­ме­р 2 (Timer2), но ре­ги­ст­ры не­мно­го от­ли­ча­ют­ся, и это все­го лишь 8-бит­ный счет­чик. Вам по­мо­жет ру­ко­вод­ство http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2545.pdf.}}  
 +
 
 
Бу­ду­чи 16-бит­ным, он счи­та­ет до 65 535. Тай­мер в Arduino ра­бо­та­ет на час­то­те 16 МГц, то есть обыч­но пе­ре­полнение на­сту­па­ет око­ло 244 раз в се­кун­ду, или при­мер­но ка­ж­дые 4 милли­се­кун­ды. Это не ка­жет­ся слиш­ком удоб­ным, но мы еще не за­кон­чи­ли. До­ба­вим кое-ка­кие важ­ные де­та­ли. Флаг, уста­нав­ли­вае­мый при за­полнении тай­ме­ра, на­зы­ва­ет­ся весь­ма ло­гич­но – флаг пе­ре­полнения тай­ме­ра (Timer Overflow Flag), и для Тай­ме­ра 1 обо­зна­ча­ет­ся как TOV1. Этот флаг на­хо­дит­ся в спе­ци­аль­ном ре­ги­ст­ре (ячей­ке па­мя­ти) мик­ро­кон­трол­ле­ра, на­зы­вае­мой TIFR, со­кра­щение от “Timer Interrupt Flag Register [Ре­гистр фла­гов пре­ры­ваний тай­ме­ра]”. Про­сти­те за все эти на­звания, но их важ­но знать, по­сколь­ку они бу­дут ис­поль­зо­вать­ся в ко­де. Для уп­ро­щения чтения ко­да эти со­кра­щения оп­ре­де­ля­ют­ся в стан­дар­ных за­го­лов­ках AVR (это удобнее, так как ад­ре­са мо­гут раз­ли­чать­ся от уст­рой­ст­ва к уст­рой­ст­ву), и OCR1A вы­гля­дит по­нятнее, чем про­сто ад­рес 0x88. В кон­це этой ста­тьи есть неболь­шой сло­варь со­кра­щений, и мы бу­дем по­яс­нять их по ме­ре по­яв­ления.
 
Бу­ду­чи 16-бит­ным, он счи­та­ет до 65 535. Тай­мер в Arduino ра­бо­та­ет на час­то­те 16 МГц, то есть обыч­но пе­ре­полнение на­сту­па­ет око­ло 244 раз в се­кун­ду, или при­мер­но ка­ж­дые 4 милли­се­кун­ды. Это не ка­жет­ся слиш­ком удоб­ным, но мы еще не за­кон­чи­ли. До­ба­вим кое-ка­кие важ­ные де­та­ли. Флаг, уста­нав­ли­вае­мый при за­полнении тай­ме­ра, на­зы­ва­ет­ся весь­ма ло­гич­но – флаг пе­ре­полнения тай­ме­ра (Timer Overflow Flag), и для Тай­ме­ра 1 обо­зна­ча­ет­ся как TOV1. Этот флаг на­хо­дит­ся в спе­ци­аль­ном ре­ги­ст­ре (ячей­ке па­мя­ти) мик­ро­кон­трол­ле­ра, на­зы­вае­мой TIFR, со­кра­щение от “Timer Interrupt Flag Register [Ре­гистр фла­гов пре­ры­ваний тай­ме­ра]”. Про­сти­те за все эти на­звания, но их важ­но знать, по­сколь­ку они бу­дут ис­поль­зо­вать­ся в ко­де. Для уп­ро­щения чтения ко­да эти со­кра­щения оп­ре­де­ля­ют­ся в стан­дар­ных за­го­лов­ках AVR (это удобнее, так как ад­ре­са мо­гут раз­ли­чать­ся от уст­рой­ст­ва к уст­рой­ст­ву), и OCR1A вы­гля­дит по­нятнее, чем про­сто ад­рес 0x88. В кон­це этой ста­тьи есть неболь­шой сло­варь со­кра­щений, и мы бу­дем по­яс­нять их по ме­ре по­яв­ления.
  
Строка 122: Строка 126:
  
 
//toggle the value
 
//toggle the value
−
 
+
{{Врезка|left|Заголовок=Скорая помощь |Ширина=10%|Содержание=Пе­ред из­ме­не­ни­ем зна­че­ний тай­ме­ра или со­от­вет­ст­вую­щих ре­ги­ст­ров, ко­то­рые мо­гут при­вес­ти к ошиб­кам, ес­ли вы­пол­не­ние ко­да пре­рвет­ся, сле­ду­ет за­пре­щать пре­ры­ва­ния вы­зо­вом cli();. Вы­зов sei(); вклю­чит их сно­ва.}}
 
value=!value;
 
value=!value;
  
Строка 169: Строка 173:
 
Это вы­ра­жение уста­нав­ли­ва­ет бит 5 ре­ги­ст­ра в единицу, не ме­няя дру­гие би­ты; то же са­мое де­ла­ет функ­ция pinMode(). (Мы вклю­чили эту вер­сию в Лис­тинг 2 на DVD.) Что же ка­са­ет­ся основ­но­го цик­ла – кста­ти, при же­лании ту­да мож­но вста­вить лю­бой код – для ми­гания све­то­дио­да ниче­го до­бав­лять не нуж­но, те­перь оно пол­но­стью неза­ви­си­мо от осталь­но­го ко­да, и све­то­ди­од бу­дет на се­кун­ду вклю­чать­ся и на се­кун­ду вы­клю­чать­ся, хо­тя пи­тание на него по­да­но. Или поч­ти на се­кун­ду.
 
Это вы­ра­жение уста­нав­ли­ва­ет бит 5 ре­ги­ст­ра в единицу, не ме­няя дру­гие би­ты; то же са­мое де­ла­ет функ­ция pinMode(). (Мы вклю­чили эту вер­сию в Лис­тинг 2 на DVD.) Что же ка­са­ет­ся основ­но­го цик­ла – кста­ти, при же­лании ту­да мож­но вста­вить лю­бой код – для ми­гания све­то­дио­да ниче­го до­бав­лять не нуж­но, те­перь оно пол­но­стью неза­ви­си­мо от осталь­но­го ко­да, и све­то­ди­од бу­дет на се­кун­ду вклю­чать­ся и на се­кун­ду вы­клю­чать­ся, хо­тя пи­тание на него по­да­но. Или поч­ти на се­кун­ду.
  
−
Ос­та­но­ви­те ча­сы
+
==Ос­та­но­ви­те ча­сы==
  
−
Ес­ли помните, со­глас­но на­шим рас­че­там пре­ры­вание возника­ет с час­то­той чуть ре­же чем раз в се­кун­ду: се­кун­да – это 62 500 так­тов, а не 65 536. У этой про­бле­мы есть два оче­вид­ных ре­шения. Пер­вое – в про­це­ду­ре об­ра­бот­ки пре­ры­вания уста­нав­ли­вать тай­мер в 3036: тогда он начнет от­счет не с ну­ля, а с это­го зна­чения, и до кон­ца ему останет­ся 62 500 так­тов. Эта идея не так уж пло­ха, но с ней свя­за­но несколь­ко про­блем. Са­ма ра­бо­та с тай­ме­ром, по­ка он за­пу­щен, при­во­дит к ошиб­кам – на запись но­во­го зна­чения уй­дет несколь­ко цик­лов, по­это­му такой спо­соб не со­всем то­чен. Это мо­жет не иг­рать осо­бой ро­ли с несколь­ки­ми мил­ли­се­кун­да­ми от се­кун­ды, но при бо­лее ко­рот­ком ин­тер­ва­ле вре­мени уже вы­зо­вет про­бле­мы. К сча­стью, есть луч­шее ре­шение. У тай­ме­ра есть спе­ци­аль­ный ре­гистр сравнения. В него за­гру­жа­ет­ся зна­чение, и при ка­ж­дом из­менении зна­чения тай­ме­ра оно сравнива­ет­ся с со­дер­жи­мым ре­ги­ст­ра. Ес­ли они сов­па­да­ют и в TIMSK уста­нов­лен флаг пре­ры­вания, мож­но сгенери­ро­вать пре­ры­вание. Вот как уста­но­вить бит в ре­ги­ст­ре сравнения:
+
Ес­ли помните, со­глас­но на­шим рас­че­там пре­ры­вание возника­ет с час­то­той чуть ре­же чем раз в се­кун­ду: се­кун­да – это 62 500 так­тов, а не 65 536. У этой про­бле­мы есть два оче­вид­ных ре­шения. Пер­вое – в про­це­ду­ре об­ра­бот­ки пре­ры­вания уста­нав­ли­вать тай­мер в 3036: тогда он начнет от­счет не с ну­ля, а с это­го зна­чения, и до кон­ца ему останет­ся 62 500 так­тов. Эта идея не так уж пло­ха, но с ней свя­за­но несколь­ко про­блем. Са­ма ра­бо­та с тай­ме­ром, по­ка он за­пу­щен, при­во­дит к ошиб­кам – на запись но­во­го зна­чения уй­дет несколь­ко цик­лов, по­это­му такой спо­соб не со­всем то­чен. Это мо­жет не иг­рать осо­бой ро­ли с несколь­ки­ми мил­ли­се­кун­да­ми от се­кун­ды, но при бо­лее ко­рот­ком ин­тер­ва­ле вре­мени уже вы­зо­вет про­бле­мы. К сча­стью, есть луч­шее ре­шение.  
 +
{{Врезка|right|Заголовок=Бой­тесь Тай­ме­ра 0! |Ширина=40%|Содержание=Со все­ми эти­ми тай­ме­ра­ми в вашем рас­по­ря­жении вы мо­же­те за­хо­теть восполь­зо­вать­ся ими для сво­их це­лей. Тай­ме­ры 1 и 2 в этом слу­чае толь­ко по­те­ря­ют воз­мож­ность управ­лять ШИМ на вы­во­дах 9 и 10 и 3 и 11 со­от­вет­ст­вен­но. Од­на­ко, ес­ли вы не знае­те, что де­лае­те, из­бе­гай­те ра­бо­ты с Тай­ме­ром 0. Пе­ре­груз­ка его на­стро­ек мо­жет при­вес­ти к непред­ска­зуе­мым ре­зуль­та­там: на­при­мер, оста­но­вить мил­ли­се­кунд­ный счет­чик, ис­поль­зуе­мый стан­дарт­ным ко­дом Arduino. И ес­ли вы не уве­ре­ны в том что де­лае­те, луч­ше оста­вить его в по­кое. }}
 +
 +
У тай­ме­ра есть спе­ци­аль­ный ре­гистр сравнения. В него за­гру­жа­ет­ся зна­чение, и при ка­ж­дом из­менении зна­чения тай­ме­ра оно сравнива­ет­ся с со­дер­жи­мым ре­ги­ст­ра. Ес­ли они сов­па­да­ют и в TIMSK уста­нов­лен флаг пре­ры­вания, мож­но сгенери­ро­вать пре­ры­вание. Вот как уста­но­вить бит в ре­ги­ст­ре сравнения:
  
 
TIMSK1 |= _BV(OCIE1A)
 
TIMSK1 |= _BV(OCIE1A)
Строка 178: Строка 185:
  
 
Но пре­ж­де чем за­гру­жать зна­чение в ре­гистр сравнения, по­ду­ма­ем еще кое о чем. Когда зна­чения сов­па­да­ют и вы­зы­ва­ет­ся пре­ры­вание, мы пе­ре­клю­ча­ем све­то­ди­од. Но что про­ис­хо­дит с тай­ме­ром? Он от­счи­ты­ва­ет еще 3036 так­тов до кон­ца и сбра­сы­ва­ет­ся в ноль, за­тем от­чи­ты­ва­ет оче­ред­ные 62 500 так­тов и сно­ва вы­зы­ва­ет пре­ры­вание. Вы­хо­дит, мы не из­менили пе­ри­од ми­гания, а толь­ко сдви­ну­ли мо­мент его возник­но­вения.
 
Но пре­ж­де чем за­гру­жать зна­чение в ре­гистр сравнения, по­ду­ма­ем еще кое о чем. Когда зна­чения сов­па­да­ют и вы­зы­ва­ет­ся пре­ры­вание, мы пе­ре­клю­ча­ем све­то­ди­од. Но что про­ис­хо­дит с тай­ме­ром? Он от­счи­ты­ва­ет еще 3036 так­тов до кон­ца и сбра­сы­ва­ет­ся в ноль, за­тем от­чи­ты­ва­ет оче­ред­ные 62 500 так­тов и сно­ва вы­зы­ва­ет пре­ры­вание. Вы­хо­дит, мы не из­менили пе­ри­од ми­гания, а толь­ко сдви­ну­ли мо­мент его возник­но­вения.
 +
{{Врезка|right|Заголовок= Что все это зна­чит...|Ширина=40%|Содержание=
 +
* DDRA Data Direction Register (A,B,C,D) [ре­гистр на­прав­ления дан­ных] оп­ре­де­ля­ет, ка­кие вы­во­ды яв­ля­ют­ся вход­ны­ми (0), а ка­кие вы­ход­ны­ми (1) на че­ты­рех пор­тах.
 +
 +
* ISR(век­тор) Interrupt Service Routine [про­це­ду­ра об­слу­жи­вания пре­ры­вания]. Это не ад­рес, а мак­рос; он ком­пи­ли­ру­ет век­то­ры так, что­бы изо­ли­ро­ван­ная функ­ция кор­рект­но об­ра­батывала пре­ры­вания.
 +
 +
* TIMSK1 Timer Interrupt MaSK [мас­ка пре­ры­ваний тай­ме­ра]. В этом ре­ги­ст­ре вклю­ча­ют­ся и вы­клю­ча­ют­ся пре­ры­вания для со­бы­тий тай­ме­ра.
 +
 +
* TCNT1 16-бит­ный ре­гистр, хра­ня­щий те­ку­щее зна­чение тай­ме­ра – от­чет на­чи­на­ет­ся с 0 и про­дол­жа­ет­ся до 65535, за­тем счет­чик сно­ва сбра­сы­ва­ет­ся в ноль. В хо­де это­го про­цес­са уста­нав­ли­ва­ет­ся бит пе­ре­полнения.
 +
 +
* OCR1A/OCR1B On Compare Registers A and B [ре­ги­ст­ры сравнения A и B]. Это про­сто две ячей­ки па­мя­ти, со­дер­жа­щие 16-бит­ные зна­чения, с ко­то­ры­ми сравнива­ет­ся те­ку­щее зна­чение тай­ме­ра (TCNT1).
  
 +
* TCCR1 Timer Counter Control Register [ре­гистр управ­ления счет­чи­ком тай­ме­ра]. В этом ре­ги­ст­ре есть би­ты для управ­ления воз­мож­но­стя­ми и ре­жи­ма­ми ра­бо­ты счет­чи­ка (CTC, PWM и пред­ва­ри­тель­ный де­ли­тель так­тов).}}
 
Как вы, воз­мож­но, до­га­да­лись, у этой про­бле­мы есть про­стое ре­шение – CTC (Clear Timer on Compare – сброс тай­ме­ра при сравнении). В этом ре­жи­ме при сов­па­дении зна­чений тай­мер сбра­сы­ва­ет­ся в ноль, что и убира­ет на­шу ма­лень­кую трудность. При уста­нов­ке ре­жи­ма CTC ис­поль­зу­ют­ся те же би­ты ре­ги­ст­ра TCCR1, что и для функ­ций ШИМ, и по­де­ле­ны ме­ж­ду дву­мя по­ло­вин­ка­ми ре­ги­ст­ра. Что­бы вклю­чить ре­жим CTC, нуж­но сбро­сить эти би­ты в верх­ней по­ло­вин­ке ре­ги­ст­ра и один из них в нижней по­ло­вин­ке. Как вы, воз­мож­но, помните, здесь же мы за­да­ем зна­чение пред­ва­ри­тель­но­го де­ли­те­ля так­тов. Так как мы из­ме­ня­ем все би­ты, удобнее на­пи­сать:
 
Как вы, воз­мож­но, до­га­да­лись, у этой про­бле­мы есть про­стое ре­шение – CTC (Clear Timer on Compare – сброс тай­ме­ра при сравнении). В этом ре­жи­ме при сов­па­дении зна­чений тай­мер сбра­сы­ва­ет­ся в ноль, что и убира­ет на­шу ма­лень­кую трудность. При уста­нов­ке ре­жи­ма CTC ис­поль­зу­ют­ся те же би­ты ре­ги­ст­ра TCCR1, что и для функ­ций ШИМ, и по­де­ле­ны ме­ж­ду дву­мя по­ло­вин­ка­ми ре­ги­ст­ра. Что­бы вклю­чить ре­жим CTC, нуж­но сбро­сить эти би­ты в верх­ней по­ло­вин­ке ре­ги­ст­ра и один из них в нижней по­ло­вин­ке. Как вы, воз­мож­но, помните, здесь же мы за­да­ем зна­чение пред­ва­ри­тель­но­го де­ли­те­ля так­тов. Так как мы из­ме­ня­ем все би­ты, удобнее на­пи­сать:
  
Строка 231: Строка 249:
 
}
 
}
  
−
Срав­ни­те это
+
==Срав­ни­те это==
  
 
При за­пи­си зна­чения в ре­гистр сравнения, вы мог­ли за­ме­тить мно­же­ст­во ссы­лок на ре­гистр сравнения A. Де­ло в том, что есть еще и ре­гистр B, зна­чение ко­то­ро­го так­же мож­но из­ме­нять, сравнивать и вы­зы­вать пре­ры­вание – но тай­мер при этом не сбра­сы­ва­ет­ся. В этом слу­чае пре­ры­вание сгенери­ру­ет­ся в те­чение од­но­се­кунд­но­го ин­тер­ва­ла, но тай­мер про­дол­жит ра­бо­тать до дости­жения зна­чения 62 499. Это мо­жет быть удоб­но, ес­ли вы хо­ти­те генери­ро­вать со­бы­тия, на­при­мер, ка­ж­дую се­кун­ду и пол­се­кун­ды.
 
При за­пи­си зна­чения в ре­гистр сравнения, вы мог­ли за­ме­тить мно­же­ст­во ссы­лок на ре­гистр сравнения A. Де­ло в том, что есть еще и ре­гистр B, зна­чение ко­то­ро­го так­же мож­но из­ме­нять, сравнивать и вы­зы­вать пре­ры­вание – но тай­мер при этом не сбра­сы­ва­ет­ся. В этом слу­чае пре­ры­вание сгенери­ру­ет­ся в те­чение од­но­се­кунд­но­го ин­тер­ва­ла, но тай­мер про­дол­жит ра­бо­тать до дости­жения зна­чения 62 499. Это мо­жет быть удоб­но, ес­ли вы хо­ти­те генери­ро­вать со­бы­тия, на­при­мер, ка­ж­дую се­кун­ду и пол­се­кун­ды.

Текущая версия на 14:22, 26 сентября 2018

Подписка на печатную версию
Весь 2015 год (12 номеров)
Первое полугодие (6 номеров)
Второе полугодие (6 номеров)
Подписка на электронную версию
Весь 2015 год (12 номеров)
Первое полугодие (6 номеров)
Второе полугодие (6 номеров)
Подшивки старых номеров журнала (печатные версии)
Весь 2014 год (12 номеров)
Первое полугодие (6 номеров)
Второе полугодие (6 номеров)


Вла­ст­вуй­те над сво­ей пла­той с по­мо­щью пре­ры­ва­ний тай­ме­ра

Содержание

[править] Arduino: Управляем вре­ме­нем

Ник Вейч при­ни­ма­ет вы­зов вре­ме­ни и ов­ла­де­ва­ет по­сто­ян­но лязгаю­щи­ми ча­са­ми, что­бы при­ду­мать нечто хит­роумное с ти­ка­ми и та­ка­ми.

(thumbnail)
Наш эксперт. Ко­гда LXF толь­ко поя­вил­ся, его дер­жа­ли на пла­ву исключительно скрип­ты Bash от Ни­ка Вей­ча. По­том их за­ме­ни­ли «лю­ди», и это, по мне­нию Ни­ка, ста­ло ша­гом на­зад...

Вре­мя те­чет неумо­ли­мо. Из­ме­ряе­те ли вы его в на­но­се­кун­дах или в сутках до сле­дую­ще­го дня ро­ж­дения, вам не по­ме­ша­ет быть точ­ным, и это од­на из при­чин, по ко­то­рым в стан­дарт­ной схе­ме ATmega 328 (ис­поль­зуе­мой в пла­тах Arduino Duemilanove и Uno) уста­нов­ле­ны не один, а три от­дель­ных тай­ме­ра. И не глу­по ли, что с по­мо­щью стан­дарт­но­го ко­да Arduino мож­но де­лать немно­гим боль­ше, чем счи­тать с их по­мо­щью мил­ли­се­кун­ды? При­ро­да встро­ен­ных тай­ме­ров – од­но из ве­ли­ких и кра­си­вых чу­дес, не го­во­ря уже об их немалой поль­зе. На этом уро­ке мы зай­мем­ся ми­гаю­щи­ми све­то­дио­да­ми, при­чем сде­ла­ем это пра­виль­но. В кон­це мы по­лу­чим фе­но­ме­наль­но точ­но ми­гаю­щий свет, ко­то­рый бу­дет ми­гать по­сто­ян­но, что бы вы ни вы­тво­ря­ли в осталь­ной час­ти ко­да. И вы уз­нае­те, как ис­крив­лять са­му ткань вре­мени. На­вер­ное.

[править] По­раз­ряд­ная ариф­ме­ти­ка

В лю­бом ко­де, ко­то­рый име­ет де­ло с эти­ми нуд­ны­ми ре­ги­ст­ра­ми, ря­дом с обо­зна­чения­ми ре­ги­ст­ров вы час­то встре­ти­те стран­ные за­ко­рюч­ки, ка­жет­ся, при­зван­ные еще боль­ше за­пу­тать смысл. Не бой­тесь! Это про­сто опе­ра­то­ры по­раз­ряд­ной дво­ич­ной ариф­ме­ти­ки

| = OR (ИЛИ)

& = AND (И)

~ = NOT (НЕ)

^ = XOR (ИЛИ-НЕ), или «ис­клю­чаю­щее ИЛИ» (eXclusive OR)

Ес­ли они идут пе­ред зна­ком ра­вен­ст­ва, это оз­на­ча­ет, что пер­вый опе­ранд – ис­ход­ная пе­ре­мен­ная. На­при­мер, вы­ра­же­ние 

PORTB |= B00100000;


ана­ло­гич­но 

PORTB = PORTB | B00100000;

А по­че­му мы во­об­ще восполь­зо­ва­лись опе­ра­то­ром OR? По­то­му что с его по­мо­щью мож­но уста­но­вить один бит, не тро­гая дру­гие би­ты это­го бай­та. Ес­ли нуж­но сбро­сить бит, восполь­зуй­тесь опе­ра­то­ром AND с ну­лем: 

PORTB &= B11011111;

На прак­ти­ке дво­ич­ные зна­чения обыч­но так не за­пи­сы­ва­ют­ся, по­то­му что при ра­бо­те с ре­ги­ст­ра­ми про­ще и безо­паснее поль­зо­вать­ся со­кра­щения­ми, опи­сан­ны­ми в стан­дарт­ных за­го­ло­воч­ных фай­лах. Так, на­при­мер, циф­ро­вой вы­вод 13 Arduino (так­же из­вест­ный в до­ку­мен­та­ции по Atmel как PORTB, бит 5) со­кра­щен­но обо­зна­ча­ет­ся как PB5. Есть два об­щих спо­со­ба их ис­поль­зо­вания. На схе­ме сле­ва внизу по­ка­зан пер­вый спо­соб.

Функ­ция _BV() – про­сто мак­рос (со­кра­щение от “Bit Value” – «зна­чение би­та»); он воз­вра­ща­ет зна­чение ука­зан­но­го в скоб­ках со­кра­щения би­та в ви­де дво­ич­но­го чис­ла. На схе­ме внизу спра­ва по­ка­зан дру­гой спо­соб их ис­поль­зо­вания. Это та же са­мая опе­ра­ция. Вме­сто ис­поль­зо­вания за­ранее за­дан­но­го мак­ро­са в ней про­сто сдви­га­ет­ся «единица» на ко­ли­че­­ст­во бит, определяе­мое зна­чением со­кра­щения. Так, (1 << PB5) ста­но­вит­ся «00100000». Вот в чем удоб­ство со­кра­щен­ных обо­зна­чений. Будь код за­со­рен двоич­ны­ми зна­чения­ми, его бы­ло бы труднее по­нять. Что­бы осоз­нать позицию бита в чис­ле «00100000», явно нуж­но по­тра­тить боль­ше вре­мени, чем взгля­нув на PB5.

Ес­ли вы хо­ти­те га­ран­ти­ро­ван­но сбро­сить бит, мож­но восполь­зо­вать­ся опе­ра­то­ром NOT в со­че­тании с лю­бым ме­то­дом: 

PORTB &= ~_BV(PB5);


Здесь бе­рет­ся двоичное зна­чение PB5 (00100000) и ин­вер­ти­ру­ет­ся (11011111), а за­тем объ­е­ди­ня­ет­ся по «И» с те­ку­щим со­дер­жи­мым ре­ги­ст­ра, т. е. все уста­нов­лен­ные би­ты, кро­ме би­та 5, не изменятся.

Еще од­но важ­ное пре­ду­пре­ж­дение. Од­на из при­чин ме­нять толь­ко необ­хо­ди­мые би­ты в том, что мно­гим би­там отведена особая роль. На­при­мер, в PORTD по­следний бит – это линия, ис­поль­зуе­мая для прие­ма дан­ных. Слу­чай­но на­пра­вив ее на вы­вод, вы оп­ре­де­лен­но нарушите ра­бо­ту схе­мы.

(thumbnail)
> Ана­то­мия по­раз­ряд­ной опе­ра­ции с по­мо­щью мак­ро­са.
(thumbnail)
> По­раз­ряд­ные опе­ра­ции со сдви­гом зна­че­ний.

[править] Как ра­бо­та­ют тай­ме­ры?

Ра­бо­та с тай­ме­ра­ми ка­жет­ся слож­но­ва­той, но по сути они уст­рое­ны до­воль­но про­сто. Тай­мер 1 (Timer1) – 16-бит­ный. В сво­ем са­мом про­стом ре­жи­ме он про­сто счи­та­ет цик­лы; достигнув максимума, уста­нав­ли­ва­ет бит пе­ре­полнения и на­чи­на­ет от­счет зано­ве.

Бу­ду­чи 16-бит­ным, он счи­та­ет до 65 535. Тай­мер в Arduino ра­бо­та­ет на час­то­те 16 МГц, то есть обыч­но пе­ре­полнение на­сту­па­ет око­ло 244 раз в се­кун­ду, или при­мер­но ка­ж­дые 4 милли­се­кун­ды. Это не ка­жет­ся слиш­ком удоб­ным, но мы еще не за­кон­чи­ли. До­ба­вим кое-ка­кие важ­ные де­та­ли. Флаг, уста­нав­ли­вае­мый при за­полнении тай­ме­ра, на­зы­ва­ет­ся весь­ма ло­гич­но – флаг пе­ре­полнения тай­ме­ра (Timer Overflow Flag), и для Тай­ме­ра 1 обо­зна­ча­ет­ся как TOV1. Этот флаг на­хо­дит­ся в спе­ци­аль­ном ре­ги­ст­ре (ячей­ке па­мя­ти) мик­ро­кон­трол­ле­ра, на­зы­вае­мой TIFR, со­кра­щение от “Timer Interrupt Flag Register [Ре­гистр фла­гов пре­ры­ваний тай­ме­ра]”. Про­сти­те за все эти на­звания, но их важ­но знать, по­сколь­ку они бу­дут ис­поль­зо­вать­ся в ко­де. Для уп­ро­щения чтения ко­да эти со­кра­щения оп­ре­де­ля­ют­ся в стан­дар­ных за­го­лов­ках AVR (это удобнее, так как ад­ре­са мо­гут раз­ли­чать­ся от уст­рой­ст­ва к уст­рой­ст­ву), и OCR1A вы­гля­дит по­нятнее, чем про­сто ад­рес 0x88. В кон­це этой ста­тьи есть неболь­шой сло­варь со­кра­щений, и мы бу­дем по­яс­нять их по ме­ре по­яв­ления.

С по­мо­щью неко­то­рых из этих ре­ги­ст­ров мы смо­жем за­дать па­ра­мет­ры ра­бо­ты тай­ме­ра, по­это­му начнем с ре­ги­ст­ров управ­ления счет­чи­ком тай­ме­ра (Timer Counter Control Register) – TCCR1A и TCCR1B.

В TCCR1A нам по­ка мож­но не вникать – он управ­ля­ет вы­во­дом в ре­жи­мах сравнения и ши­рот­но-им­пульс­ной мо­ду­ля­ции (ШИМ), ко­то­рые до­воль­но слож­ны. Мы про­сто уста­но­вим все би­ты это­го ре­ги­ст­ра в 0:

TCCR1A = 0 × 00;

А вот дру­гой ре­гистр управ­ления нам при­го­дит­ся. По­следние три би­та это­го ре­ги­ст­ра управ­ля­ют пред­ва­ри­тель­ным де­ли­те­лем так­тов. Что это та­кое? Пред­ва­ри­тель­ный де­ли­тель час­то­ты по­хож на циф­ро­вой де­ли­тель, ко­то­рый на­хо­дит­ся ме­ж­ду тай­ме­ром про­цес­со­ра и счет­чи­ком. Ес­ли уста­но­вить все би­ты в 0, тай­мер оста­нав­ли­ва­ет­ся. Ес­ли уста­но­вить толь­ко наи­мень­ший бит, сиг­нал тай­ме­ра пе­ре­да­ст­ся на счет­чик без из­менений. При дру­гих зна­чениях этих би­тов в де­ло всту­па­ет де­ли­тель – вме­сто пе­ре­да­чи ка­ж­дого им­пуль­са сис­тем­но­го тай­ме­ра он пе­ре­да­ет толь­ко один из ка­ж­дых 8, 64, 256 или 1024. Таб­ли­ца зна­чений би­тов и ра­бо­ты де­ли­те­ля вы­гля­дит так:

(thumbnail)
> До­ку­мен­та­ция по AVR, воз­мож­но, не луч­шее чте­ние на сон гря­ду­щий, но очень по­мо­га­ет по­нять на­зна­че­ние ре­ги­ст­ров, от­но­ся­щих­ся к тай­ме­ру.

000 Счет­чик ос­та­нов­лен

001 Сиг­нал тай­ме­ра

010 Сиг­нал тай­ме­ра/8

011 Сиг­нал тай­ме­ра/64

100 Сиг­нал тай­ме­ра/256

101 Сиг­нал тай­ме­ра/1024

110 Внеш­ний сиг­нал, спа­даю­щий фронт

111 Внеш­ний сиг­нал, на­рас­таю­щий фронт

Два по­следних зна­чения пред­на­зна­че­ны для ис­поль­зо­вания внешнего сиг­на­ла с тай­ме­ра, под­клю­чае­мо­го к вы­во­ду T1 (в тер­ми­но­ло­гии Atmel) или D5 (в тер­ми­но­ло­гии Arduino). Так мож­но реа­ли­зо­вать весьма ин­те­рес­ные схе­мы, но мы оста­вим их на бу­ду­щее. Итак, ес­ли эти би­ты уста­нов­ле­ны в 0x01, счет­чик счи­та­ет 16 000 000 раз в се­кун­ду. Это мно­го. Это оз­на­ча­ет, что он пе­ре­пол­ня­ет­ся 16 000 000/65 536 раз в се­кун­ду, или 244,14 раза в се­кун­ду.

Ус­та­но­вим пред­ва­ри­тель­ный де­ли­тель так­тов в 256:

TCCR1B=0x04;

В этом слу­чае он бу­дет пе­ре­пол­нять­ся (16 000 000/256)/65 536 раз в се­кун­ду, или 0,9536 раза в се­кун­ду. Ес­ли соз­дать про­це­ду­ру об­ра­бот­ки пре­ры­вания (см. на­ше ру­ко­во­дство по пре­ры­ваниям в LXF154), вы­зы­вае­мую при пе­ре­полнении тай­ме­ра, наш код бу­дет вы­пол­нять­ся где-то раз в се­кун­ду. Как это сде­лать?

К сча­стью, у мик­ро­схе­мы ATmega есть фла­ги и ре­ги­ст­ры имен­но для этих це­лей. Нам нуж­но сде­лать две ве­щи. Во-пер­вых, вклю­чим пре­ры­вание спе­ци­аль­но для тай­ме­ра, дости­гаю­ще­го сво­его мак­си­маль­но­го зна­чения. За­тем мик­ро­кон­трол­лер про­ве­рит флаг пе­ре­полнения, и ес­ли он уста­нов­лен, сбро­сит его и вы­зо­вет про­це­ду­ру об­ра­бот­ки пре­ры­вания. Для ре­шения пер­вой за­да­чи уста­но­вим со­от­вет­ст­вую­щий бит в мас­ке пре­ры­ваний тай­ме­ра:

TIMSK1=0 × 01;

Или вос­поль­зу­ем­ся мак­ро­сом и сде­ла­ем это безо­пас­нее:

TIMSK1 |= _BV(TOIE1);

Вто­рой ва­ри­ант уста­нов­ки би­та не сбро­сит ни од­но из су­ще­ст­вую­щих пре­ры­ваний, но их и не долж­но быть. И хо­тя с мак­ро­са­ми код про­ще чи­та­ет­ся (и по нему лег­че про­из­во­дить по­иск), иногда бы­ст­рее и про­ще за­пи­сать весь ре­гистр, осо­бен­но ес­ли нуж­но из­менить несколь­ко бит. Ус­та­нов­ка это­го би­та оз­на­ча­ет, что при пе­ре­полнении тай­ме­ра про­цес­сор про­ве­рит, есть ли про­це­ду­ра об­ра­бот­ки пре­ры­вания или нет.

По­след­няя часть этой за­да­чи – на­пи­сание про­це­ду­ры об­ра­бот­ки пре­ры­вания. Это обыч­ное оп­ре­де­ление функ­ции, но при ее ком­пи­ля­ции ис­поль­зу­ет­ся мак­рос. При­чи­на в том, что ад­рес этой функ­ции в па­мя­ти дол­жен по­пасть в таб­ли­цу век­то­ров пре­ры­ваний, что­бы ее мож­но бы­ло вы­звать. Что­бы объ­я­вить функ­цию об­ра­бот­ки пре­ры­вания пе­ре­полнения тай­ме­ра, нам требуется на­пи­сать сле­дую­щий код:

ISR(TIMER1_OVF_vect) {

… код об­ра­бот­ки …

}

ISR() – мак­рос, под­став­ляе­мый на эта­пе ком­пи­ля­ции, а TIMER1_OVF_vect оз­на­ча­ет, что ад­рес это­го пре­ры­вания нуж­но за­гру­зить в век­тор пе­ре­полнения Тай­ме­ра 1. Этот ад­рес из­вес­тен ком­пи­ля­то­ру, и вам неза­чем бес­по­ко­ить­ся о точ­ном мес­те его пропис­ки.

Есть и дру­гие стан­дарт­ные век­то­ры пре­ры­ваний. Мы об­су­дим их поз­же, или за­гляните в до­ку­мен­та­цию по avr-libc (http://www.nongnu.org/avr-libc/user-manual/group__avr__interrupts.html).

Как и в слу­чае с обыч­ны­ми пре­ры­вания­ми, эта функ­ция не воз­вра­ща­ет зна­чений. Она мо­жет уста­нав­ли­вать гло­баль­ные пе­ре­мен­ные, но об­ра­щай­тесь с ними очень осто­рож­но – пре­ры­вание мо­жет про­изой­ти в лю­бой мо­мент, и ес­ли пе­ре­мен­ная ис­поль­зу­ет­ся где-ли­бо еще, воз­мож­ны по­те­ри дан­ных. Со­единив все это в ко­де про­ек­та ми­гаю­ще­го све­то­дио­да, мы по­лу­чим при­мер­но та­кое:

const int LedPin = 13;

boolean value=false;

ISR(TIMER1_OVF_vect) {

//toggle the value

value=!value;

}

void setup() {

pinMode(LedPin, OUTPUT);

TIMSK1=0x01; // включить прерывание по переполнению счета

TCNT1=0x0000; // сброс счетчика в 0 при старте

TCCR1A = 0x00; // задать TCCR1A- отключить PWM и OCR;

TCCR1B = 0x04; // задать TCCR1B - де­ли­тель для /256

// запуск последовательного доступа - чтобы обойти ошибку

// систем, неверно инициализирующих сегмент данных

Serial.begin(9600);

};

void loop () {

digitalWrite(LedPin,value);

};

На­ша про­це­ду­ра об­ра­бот­ки пре­ры­вания весь­ма ком­пакт­на – она про­сто пе­ре­клю­ча­ет зна­чение гло­баль­ной бу­ле­вой пе­ре­мен­ной. В ко­де уста­нов­ки кон­такт 13 вы­би­ра­ет­ся в ка­че­­ст­ве вы­во­да, уста­нав­ли­ва­ет­ся тай­мер, за­тем он инициа­ли­зи­ру­ет­ся ну­ле­вым зна­чением. В основ­ном цик­ле ко­да зна­чение по­сто­ян­но вы­во­дит­ся на кон­такт све­то­дио­да. Вы мо­же­те по­ду­мать, что это несколь­ко из­бы­точ­но, и бу­де­те пра­вы! Ус­та­но­вить вы­вод в «единицу» мож­но и в са­мой про­це­ду­ре об­ра­бот­ки пре­ры­вания; так­же мож­но от­ка­зать­ся и от функ­ции digitalWrite. В этом слу­чае на­ша но­вая про­це­ду­ра пре­ры­вания бу­дет вы­гля­деть при­мер­но так:

ISR(TIMER1_OVF_vect) {

PORTB ^= _BV(PB5);

}

Этот код мо­жет по­ка­зать­ся вам со­вер­шен­ной та­ра­бар­щи­ной. Ес­ли так, про­чти­те врез­ку «По­раз­ряд­ные опе­ра­ции». Про­чли? Хо­ро­шо. Все рав­но раз­бе­рем этот код под­робнее. PORTB – еще од­но из со­кра­щений. На язы­ке фир­мы Atmel, ко­то­рая про­из­во­дит мик­ро­схе­мы ATmega168 и 368, ле­жа­щие в осно­ве Arduino, PORTB – на­бор дву­на­прав­лен­ных пор­тов, под­клю­чен­ных к неко­то­рым вы­во­дам пла­ты. Два верхних би­та от­ра­жа­ют вы­вод, ис­поль­зуе­мый для генера­то­ра, по­это­му ими поль­зо­вать­ся нель­зя. Вы­во­ды с 0 по 5 – циф­ро­вые вы­во­ды с 8 по 13 в тер­ми­но­ло­гии Arduino, по­это­му вы­вод 13 (к ко­то­ро­му под­клю­чен све­то­ди­од) – это бит 5 ре­ги­ст­ра PortB. Его со­кра­щен­ное обо­зна­чение – PB5.

Опе­ра­ция, ко­то­рую мы вы­пол­ня­ем здесь – ис­клю­чаю­щее «ИЛИ». Она оз­на­ча­ет, что ес­ли бит уста­нов­лен (1), он бу­дет сбро­шен (1 ^ 1 = 0), а ес­ли не уста­нов­лен (0), то уста­но­вит­ся (0 ^ 1 = 1). Эта опе­ра­ция хит­ро­ум­но ме­ня­ет зна­чение имен­но нуж­ным нам об­ра­зом, и нам нече­го бес­по­ко­ить­ся о функ­ции digitalWrite(). Нуж­но толь­ко убе­дить­ся, что вы­вод 13 на­стро­ен на вы­вод дан­ных. Обыч­но так и есть, но яс­но­сти ра­ди мож­но за­дать это яв­но. Так как мы освои­ли ра­бо­ту с ре­ги­ст­ра­ми, это мож­но сде­лать в ко­де на­строй­ки:

DDRB |= _BV(PB5);

Это вы­ра­жение уста­нав­ли­ва­ет бит 5 ре­ги­ст­ра в единицу, не ме­няя дру­гие би­ты; то же са­мое де­ла­ет функ­ция pinMode(). (Мы вклю­чили эту вер­сию в Лис­тинг 2 на DVD.) Что же ка­са­ет­ся основ­но­го цик­ла – кста­ти, при же­лании ту­да мож­но вста­вить лю­бой код – для ми­гания све­то­дио­да ниче­го до­бав­лять не нуж­но, те­перь оно пол­но­стью неза­ви­си­мо от осталь­но­го ко­да, и све­то­ди­од бу­дет на се­кун­ду вклю­чать­ся и на се­кун­ду вы­клю­чать­ся, хо­тя пи­тание на него по­да­но. Или поч­ти на се­кун­ду.

[править] Ос­та­но­ви­те ча­сы

Ес­ли помните, со­глас­но на­шим рас­че­там пре­ры­вание возника­ет с час­то­той чуть ре­же чем раз в се­кун­ду: се­кун­да – это 62 500 так­тов, а не 65 536. У этой про­бле­мы есть два оче­вид­ных ре­шения. Пер­вое – в про­це­ду­ре об­ра­бот­ки пре­ры­вания уста­нав­ли­вать тай­мер в 3036: тогда он начнет от­счет не с ну­ля, а с это­го зна­чения, и до кон­ца ему останет­ся 62 500 так­тов. Эта идея не так уж пло­ха, но с ней свя­за­но несколь­ко про­блем. Са­ма ра­бо­та с тай­ме­ром, по­ка он за­пу­щен, при­во­дит к ошиб­кам – на запись но­во­го зна­чения уй­дет несколь­ко цик­лов, по­это­му такой спо­соб не со­всем то­чен. Это мо­жет не иг­рать осо­бой ро­ли с несколь­ки­ми мил­ли­се­кун­да­ми от се­кун­ды, но при бо­лее ко­рот­ком ин­тер­ва­ле вре­мени уже вы­зо­вет про­бле­мы. К сча­стью, есть луч­шее ре­шение.

У тай­ме­ра есть спе­ци­аль­ный ре­гистр сравнения. В него за­гру­жа­ет­ся зна­чение, и при ка­ж­дом из­менении зна­чения тай­ме­ра оно сравнива­ет­ся с со­дер­жи­мым ре­ги­ст­ра. Ес­ли они сов­па­да­ют и в TIMSK уста­нов­лен флаг пре­ры­вания, мож­но сгенери­ро­вать пре­ры­вание. Вот как уста­но­вить бит в ре­ги­ст­ре сравнения:

TIMSK1 |= _BV(OCIE1A)

Это со­кра­щение оз­на­ча­ет «Output Compare Interrupt Enable (Timer)1 (Register)A» (Вклю­чить ре­гистр (А) сравнения для пре­ры­ваний (тай­ме­ра) 1), ес­ли это по­мо­жет вам его за­помнить.

Но пре­ж­де чем за­гру­жать зна­чение в ре­гистр сравнения, по­ду­ма­ем еще кое о чем. Когда зна­чения сов­па­да­ют и вы­зы­ва­ет­ся пре­ры­вание, мы пе­ре­клю­ча­ем све­то­ди­од. Но что про­ис­хо­дит с тай­ме­ром? Он от­счи­ты­ва­ет еще 3036 так­тов до кон­ца и сбра­сы­ва­ет­ся в ноль, за­тем от­чи­ты­ва­ет оче­ред­ные 62 500 так­тов и сно­ва вы­зы­ва­ет пре­ры­вание. Вы­хо­дит, мы не из­менили пе­ри­од ми­гания, а толь­ко сдви­ну­ли мо­мент его возник­но­вения.

Как вы, воз­мож­но, до­га­да­лись, у этой про­бле­мы есть про­стое ре­шение – CTC (Clear Timer on Compare – сброс тай­ме­ра при сравнении). В этом ре­жи­ме при сов­па­дении зна­чений тай­мер сбра­сы­ва­ет­ся в ноль, что и убира­ет на­шу ма­лень­кую трудность. При уста­нов­ке ре­жи­ма CTC ис­поль­зу­ют­ся те же би­ты ре­ги­ст­ра TCCR1, что и для функ­ций ШИМ, и по­де­ле­ны ме­ж­ду дву­мя по­ло­вин­ка­ми ре­ги­ст­ра. Что­бы вклю­чить ре­жим CTC, нуж­но сбро­сить эти би­ты в верх­ней по­ло­вин­ке ре­ги­ст­ра и один из них в нижней по­ло­вин­ке. Как вы, воз­мож­но, помните, здесь же мы за­да­ем зна­чение пред­ва­ри­тель­но­го де­ли­те­ля так­тов. Так как мы из­ме­ня­ем все би­ты, удобнее на­пи­сать:

TCCR1A= B00000000; // от­клю­чить PWM

TCCR1B= B00001100; // включить CTC и де­ли­тель /256

Да­лее нуж­но за­гру­зить ре­гистр сравнения. Мы всегда де­ла­ем это по­сле уста­нов­ки TCCR, так как при из­менении TCCR возника­ет пло­хо за­до­ку­мен­ти­ро­ван­ная ошиб­ка – ре­гистр сравнения сбра­сы­ва­ет­ся. Для это­го нуж­но про­сто за­пи­сать зна­чение в ре­гистр сравнения (On Compare Register):

OCR1A = 62499;

От­чет на­чи­на­ет­ся с ну­ля, и для по­лу­чения точ­но­го ре­зуль­та­та на­до сравнивать зна­чение счет­чи­ка с 62 499. Ре­гистр сравнения 16-бит­ный, как и счет­чик, по­это­му убе­ди­тесь, что вы за­пи­сы­вае­те в него 16-бит­ное зна­чение. Ес­ли вы за­пи­сы­вае­те зна­чение мень­ше 255, де­лай­те это в ше­ст­на­дца­те­рич­ном фор­ма­те (на­при­мер, 127 = 0 × 007F). Опять же, нуж­но за­пи­сать пре­ры­вание:

ISR(TIMER1_COMPA_vect) {

PORTB ^= _BV(PB5);

}

Оно от­ли­ча­ет­ся от ис­ход­но­го пре­ры­вания толь­ко тем, что мы из­менили век­тор, к ко­то­ро­му оно об­ра­ща­ет­ся – ес­ли мы за­бу­дем за­пи­сать пре­ры­вание, то при его вы­зо­ве век­тор пре­ры­ваний бу­дет ра­вен ну­лю. Про­цес­сор по­счи­та­ет это пло­хим пре­ры­ванием, и ес­ли мы не да­дим ему дру­гих ука­заний, вы­полнит сброс. Ес­ли Arduino не про­из­во­дит ника­ких дей­ст­вий, про­верь­те, что вы за­пи­са­ли зна­чение в нуж­ный век­тор. Наш код те­перь дол­жен вы­гля­деть так (Лис­тинг 3 на DVD):

void setup() {

DDRB |= _BV(PB5); // задать контакт LED как выход

cli(); // остановка прерываний

TCNT1=0x0000; // сброс счетчика в 0 при старте

TCCR1A= B00000000; // отключение PWM

TCCR1B= B00001100; // включить CTC и де­ли­тель /256

TIMSK1 |= _BV(OCIE1A); // включить прерывание по сравнению с A

OCR1A = 62499; //пусть компаратор A срабатывает на 1 секунду

sei(); // снова включить прерывания

};

void loop () {

///ваш полезный код

};

ISR(TIMER1_COMPA_vect) {

PORTB ^= _BV(PB5);

}

[править] Срав­ни­те это

При за­пи­си зна­чения в ре­гистр сравнения, вы мог­ли за­ме­тить мно­же­ст­во ссы­лок на ре­гистр сравнения A. Де­ло в том, что есть еще и ре­гистр B, зна­чение ко­то­ро­го так­же мож­но из­ме­нять, сравнивать и вы­зы­вать пре­ры­вание – но тай­мер при этом не сбра­сы­ва­ет­ся. В этом слу­чае пре­ры­вание сгенери­ру­ет­ся в те­чение од­но­се­кунд­но­го ин­тер­ва­ла, но тай­мер про­дол­жит ра­бо­тать до дости­жения зна­чения 62 499. Это мо­жет быть удоб­но, ес­ли вы хо­ти­те генери­ро­вать со­бы­тия, на­при­мер, ка­ж­дую се­кун­ду и пол­се­кун­ды.

Впро­чем, мы восполь­зу­ем­ся этим немно­го ина­че – бу­дем вы­зы­вать ту же са­мую про­це­ду­ру об­ра­бот­ки пре­ры­вания, но в точ­ке бли­же к кон­цу од­но­се­кунд­но­го цик­ла. Это вы­зо­вет крат­ко­вре­мен­ное вклю­чение све­то­дио­да пе­ред за­вер­шением се­кун­ды и соз­даст эф­фект пуль­са­ции, ко­то­рый ма­лость по­ин­те­реснее, чем про­стое вклю­чение-вы­клю­чение на се­кун­ду. Весь код под­роб­но опи­сы­вать не бу­дем; глав­ное, что нуж­но сде­лать – за­дать пре­ры­вания для OCR1A и OCR1B и на­пи­сать но­вый об­ра­бот­чик пре­ры­ваний:

TIMSK1 |= _BV(OCIE1A) | _BV(OCIE1B) ;

OCR1A=62499;

OCR1B=60000;

Так как мы хо­тим восполь­зо­вать­ся той же про­це­ду­рой об­ра­ботки пре­ры­вания, нам при­го­дит­ся еще один хит­рый при­ем, свя­зан­ный с ком­пи­ля­ци­ей. Оба пре­ры­вания долж­ны на­хо­дить­ся в таб­ли­цах век­то­ров, но мы хо­тим, что­бы они ука­зы­ва­ли на од­но и то же ме­сто. Для это­го по­слу­жит спе­ци­аль­ный мак­рос ISR_ALIAS(). Он принима­ет два век­то­ра – пер­вый, ко­то­рый вы хо­ти­те пе­ре­на­пра­вить, и вто­рой, в ко­то­рый нуж­но пе­ре­на­пра­вить:

ISR_ALIAS(TIMER1_COMPB_vect, TIMER1_COMPA_vect );

Од­на эта стро­ка де­ла­ет все необ­хо­ди­мое. Пол­ный лис­тинг этой вер­сии при­ве­ден на DVD как Лис­тинг 4.

Та­ко­вы осно­вы ис­поль­зо­вания тай­ме­ров. По­на­ча­лу они мо­гут немно­го за­пу­гать, и не об­хо­дит­ся без под­вод­ных камней, ко­то­рых сто­ит опа­сать­ся, но пре­ры­вания на осно­ве тай­ме­ра очень удоб­ны – и вско­ре мы рас­ска­жем еще о несколь­ких прие­мах их ис­поль­зо­ва­ния

Источник — «http://wiki.linuxformat.ru/wiki/index.php?title=LXF159:Arduino:_%D0%A3%D0%BF%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D1%8F%D0%B5%D0%BC_%D0%B2%D1%80%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D0%BC&oldid=18047»
Персональные инструменты
купить
подписаться
Яндекс.Метрика