Čítače Přednáška 10 (11)

Transkript

1 Čítače Přednáška 10 (11) 2015, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha J. Fischer A4B38NVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 1

2 Náplň přednášky Čítače v MCU forma, principy činnosti použití čítačů A4B38NVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 2

3 Čítače v mikrokontrolérech V STM32103 podle typu 3x16 bitů až 6x 16 bitůčítače všechny MCU mají jeden nebo více čítačů Čítače důležitá součást MCU Některé MCU i samostatný procesor pro správu čítačů (Freescale- TPU Timing Processor Unit) se samostatným programováním Čítače- významné při řízení motorů A4B38NVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 3

4 Čítače čítače v STM32?? co to vše je?? vysvětlení po částech A4B38NVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 4

5 Čítače Čítač, časovač (Counter, Timer) čítač counter míní se, že čítá vnější impulsy, časovač timer míní se, že čítá vnitřní synchronně přicházející impulsy základem čítač, obvykle binární volba CLK signálu, hradlování, signalizace přetečení, možné vázat na další čítače, nebo generovat přerušení CPU přednastavení obsahu čítačem ( nulování, hodnota) čtení stavu programově řízené hradlování, HW řízené hradlování někdy řízení směru čítání nahoru (up), dolu (down) (v jednoduchých micro. často jeden směr čítání nahoru ) CLK hradlo čítač přetečení ext., int. CPU - čtení, zápis hodnoty A4B38NVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 5

6 Čítače Čítače - mimo čítání nahoru, dolu, je možný i režim střídavě nahoru a dolu význam pro PWM A4B38NVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 6

7 Kvadraturní signál Heslo quadrature signal, incremental quadrature encoder (viz výklad na tabuli přednáška 9-10) optoelektrický inkrementální snímač polohy Směr podle sledu fází, posun podle počtu hran, v 1 periodě - 4 hrany A A B B klid, běh, klid inkrementovat č. dekrementovat č. běh +, klid, běh - A B V STM32 možnost řízeníčítače kvadraturním signálem, podle směru pohybu je řízení směru čítání (nahoru nebo dolu), určení polohy číslicově řízené systémy, odměřování polohy strojů A4B38NVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 7

8 Záchytný režim čítače input capture Přepis obsahu čítače v okamžiku události do registru capture signalizace příznak, přerušení CPU (analogie stopky mezičas zachytí se čas 1. běž.ale stopky běží dále) Volba - input capture na náběžnou, spádovou nebo jakoukoliv hranu použití pro měření okamžiků, měření parametrů impulsů, určení střídy Přečtení hodnoty (zachyceného stavu čítače) programově CLK událost čítač hradlo přetečení přerušení, příznak pomocí DMA (DMA Direct memory Access registr CPU - čtení hodnoty přímý přístup do pamětiviz další před.) otázka: popište měření střídy PWM signálu s využitím čítače v STM32 t 1 t 2 t 3 t 4 capture chan. 1 capture chan. 1 capture chan. 2 A4B38NVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 8

9 Čítač v režimu output compare Porovnání (compare) hodnoty čítače a registru, shoda - příznak, přerušení, případně i změna výstupního stavu nastavit 1 (set), nastavit 0 ( reset),nebo překlopit (toggle) změnit negovat minulý stav. Analogie budík, a) probuď mne a já půjdu zapnout (přerušení,.aktivace procesoru, v přerušení obsluha činnosti, ale je zpoždění programové obsluhy b) probuď se a sám zapni ( práci strojům ) analogie časový spínač světla a topení,. zapínání nahrávání televize, jednotka sama neprodleně (a bez zpoždění) změní stav výstupu použití řízení jednotek tyristorů IGBT v střídačích a měničích pro motory programování viz budík s jedním časem buzení, vždy nastavit další čas- aktivace (výklad) Možnost plnění další příští hodnotou času do registru programově pomocí DMA CLK čítač komparátor registr přetečení událost CPU - zápis hodnoty výst. OC1,.. CPU přerušení, příznak A4B38NVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 9

10 Čítače v STM32 Kanály Capture, compare registrů - navázány na společný čítač možná spolupráce registrů s DMA (přenos dat mezi reg. a pamětí - výklad) A4B38NVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 10

11 Čítače - PWM Čítače režim pulsní šířkové modulace PWM Pulse - Width Modulation - Parametry PWM perioda a střída, nastavení registrů podle stavu čítače pro překlopení) Řízení výkonu, režim zapnuto vypnuto řízení svitu žárovek, proudu stejnosměrného motoru,... Společné spínání vícekanálové PWM zarovnání na kraj - větší rušení, impulsní zátěž, Rozdělené spínání zarovnání na střed A4B38NVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 11

12 PWM - použití Použití PWM pro prosté generování impulsů daných parametrů, PWM jako generátor impulsů s nastavitelnou frekvencí a střídou (předdělička frek. PWM) Některé senzory výstup informace o snímané hodnotě ve formě PWMměronosná veličina je střída Řízení výkonu, střední hodnoty napětí na obvodu, střední hodnoty proudu (viz cvičení řízení jasu LED) bezztrátové řízení, režim ON, OFF, Řízení proudu vinutím motorku,.. (příkl. staré řízení proudu motoru tramvaje kontrolér,, el. lok. a moder. řízení) Jinéřízení lineární nutný regulační prvek, na němž by se také ztrácel výkon. U obv = U nap U reg (P reg = U reg x I) Příklad lineární regulátor napětí (stabilizátor) na desce STM32 Discovery) Řízení svitu žárovky buď sériový lineární regulační prvek rezistror, tranzistor, nastavení dané velikosti proudu I, Bezztrátovéřízení - nebo nastavení stejné střední velikosti proudu I str režimem proud teče, neteče (příklad blinkry s žárovkami, náběh proudu, stmívače,. dimm. ) (forma PWM řízení el. topení, sporák, mikrovl. trouba ON, OFF ) A4B38NVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 12

13 PWM - popis Pozor někdy různé způsoby popisu střídy poměr délky impulsu ku periodě T + /T poměr délky T + ku délce T - ( vyjádřeno pomocí symbolu : jako T + : T - ) ( často používáno hovorově střída jedna ku jedné, míní se, že T + = T - nebo také, že T + = T - ) T + T - např. pro případ T + = 0,5 x /T někde určeno - střída 1:1 nebo také střída 0,5 střída t 1 t 2 t 3 t T 4 A4B38NVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 13

14 PWM popis 2 Je možno se setkat s vyjádřením střídy čísla určené poměrem (T + - T - ) / (T + + T - ), může nabývat hodnoty od +1 do -1 je - ovlivněno tím, co se pomocí PWM řídí obvykle výstupní signál unipolární ( nezáporný, nula a kladné napětí) střední hodnota impulsního napětí dána u T T + T - U m+ t U str = T + / (T + + T - ) U m+ = (T + / T) U m+ pro bipolární výstupní signál (T + - T - )/ (T + + T - ) u U m+ U m- T + T T - t pokud U m+ v abs. hodnotě rovno U m- pak U str = (T + - T - )/ (T + + T - ) U m střední hodnota může nabývat obou polarit A4B38NVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 14

15 Čítače STM32. Advanced timery s STM32 A4B38NVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 15

16 Čítače STM32 Advanced timery- použití při řízení motorů výstup PWM CH1 a komplementární CH1N, nastavení dead time prodleva mezi sepnutím horního a dolního tranz. v H- můstku (3x- řízení tří fází motoru) Připojení Hallových sond- pro řízení BLDC mitorů T D A4B38NVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 16

17 STM32F100 čítač systick v jádru ARM Cortex- M3 Systémový čítač Systick 24 bitový je již součástí ARM CortexM3 obsahuje jej ve stejné formě každý procesor s jádrem ARM Cortex M3 Využití pro RTOS, operační systémy reálného času, časováníčinnosti systému Ostatní čítače závisí na konkrétním řešení daného výrobce čítače 16 bitové, 32 bitové,.. např. STM32F051 jeden čítač 32- bitový, STM32F100 - jen 16 bitové čítače STM32F i 16-bitové čítače A4B38NVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 17

18 STM32F100 čítač systick v jádru ARM Cortex- M3 Čítač systick jádro ARM Cortex M3 Čítače v STM32F100 Cortex-M3 CPU MHz JTAG/SW Debug Nested vect vectit IT Ctrl Ctrl 1 x Systick Timer 1 x DMA 7 Channels CRC 1x6x 16-bit PWM Synchronized AC AC Timer Timer Up Up to to Ext. Ext. ITs ITs Up Up to to I/Os I/Os 1x 1x SPI SPI 1x 1x USART/LIN Smartcard/IrDa Modem-Ctrl ARM Lite Hi-Speed Bus Matrix / / Arbiter (max (max 24MHz) 24MHz) Bridge ARM Peripheral Bus (max 24MHz) 4kB-8kB SRAM 1x 1x 12-bit ADC channels // 850ksps 2x 2x USART/LIN Smartcard // IrDa IrDa Modem Control A4B38NVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 18 Flash Flash I/F I/F Bridge kB Flash Memory 20B 20B Backup Regs Clock Control ARM Peripheral Bus (max 24MHz) 1x16-bit timer with 2 IC/OC/PWM 2x16-bit timer each with 1 IC/OC/PWM 2 x 12bit DAC Temp Sensor Power Supply Reg Reg1.8V POR/PDR/PVD XTAL oscillators 32KHz + 3~25MHz Int. Int. RC RC oscillators 40KHz + 8MHz PLL PLL RTC // AWU 2x 2x Watchdog (independent & window) 3 x 16-bit Timer HDMI CEC CEC 2x 2x SPI SPI 2x 2x I2C I2C