* NIP - Core Independent Peripherals in Microchip-Mikrocontrollern, auch bekannt als CIP - Core Independent Peripheral.

Teil 4

Die vorherigen Artikel [ 1 ], [ 2 ] und [ 3 ] waren den Peripheriegeräten der Core Independent (NEV) -Mikrochip-Mikrocontroller gewidmet: konfigurierbare Logikzellen, Eingangs- / Ausgangsports mit Strombegrenzungsfunktion und ADCs mit einem Computer; einige Merkmale solcher Peripheriegeräte wurden gezeigt. Ich möchte Sie daran erinnern, dass Unabhängigkeit nicht vom Typ des PIC-Kerns von Mikrocontrollern (BaseLine, Mid-Range, Enhanced Mid-Range, PIC18, 16-, 32-Bit), sondern vom Betrieb des Kerns, d. H. unabhängige Ausführung von Aufgaben, die der Peripherie des CPU-Zustands zugeordnet sind. Solche Peripheriegeräte und insbesondere die Möglichkeit, sie für die Zusammenarbeit und Synthese von Hardwarefunktionen zu konfigurieren, sollen den Softwareteil auslagern und den Stromverbrauch senken.

In diesem kurzen Artikel möchte ich Beispiele für die Implementierung des Empfangs von "benutzerdefinierten", nicht standardmäßigen Kommunikationsschnittstellen unter Verwendung der vom Kernel unabhängigen Peripheriegeräte zeigen.

Die PWM-Codierung von Informationen ist sehr häufig, wenn diskrete Signale log. 1 und log. 0 durch die Impulsbreite codiert werden. Erwägen Sie die Möglichkeit, solche Signale mithilfe der periphere kernunabhängigen PIC-Controller zu empfangen und zu decodieren.

PWM-Decodierung des AM2302-Sensorsignals

In DIY-Projekten wird häufig der Temperatur- und Feuchtigkeitssensor DHT22 (AM2302) verwendet. Der Sensor hat 3 Ausgänge, Informationen werden über einen einzigen Draht übertragen. In Reaktion auf eine Anfrage (niedriger Pegel mit einer Dauer von ungefähr 1 ms) antwortet der Sensor mit einem Startbit und dann einer Folge von 40 Bits, wobei die Informationen in der Impulsdauer: log codiert werden. "0" - Impuls 30mk Sek., Log. "1" - 70 mk sec (typische Werte). Die Antwort vom Sensor enthält 5 Bytes: 2 Bytes Feuchtigkeitsdaten, 2 Bytes Temperatur und 1 Kontrollbyte.


Abb. 1. Erläuterungen zum Prinzip der DHT22-Sensorsignalerzeugung.

Das Netzwerk hat viele Beispiele für die Arbeit mit solchen Sensoren auf Arduino. Einige Bibliotheksimplementierungen verwenden Konstrukte wie:

loopCnt = TIMEOUT; while(PIN) { if(--loopCount == 0) return ErrorTimeout; } if (loopCnt < cntOne) { // bit =1 … } else { // bit =0 … } 

In solchen Implementierungen sehe ich die folgenden Probleme:

- das Programm für die gesamte Messzeit (> 5 ms) „hängt“ im Messcode;
- Das Auftreten eines ausreichend langen Interrupts stört das Lesen der Daten vom Sensor.
- mögliche Probleme beim Arbeiten mit einer niedrigen Taktfrequenz des Mikrocontrollers;

Der Algorithmus des Programms solcher Lösungen hat ungefähr die folgende Form (siehe Fig. 2)


Abb. 2. Ein Algorithmus zum programmgesteuerten Empfangen und Decodieren von Sensorsignalen.

Im Folgenden wird eine Variante des Hardware-Empfangs / -Decodierens des Protokolls mit minimalem Software-Overhead betrachtet.

Die Idee ist, Taktimpulse vom Bitstrom zu isolieren, gefolgt von der Richtung des ursprünglichen Signals und den Taktimpulsen zum SPI-Hardwaremodul. In diesem Fall kann das Programm des Mikrocontrollers nur nacheinander 5 Byte Daten vom SPI übernehmen.

Ein Teil des KVP ist ein Timer mit der Fähigkeit, Ereignisse auszulösen (Änderungen des Eingangsstatus oder anderer Peripheriegeräte). Das heißt, Das Ändern des Eingangszustands kann einen Timer auslösen, siehe TMR6-Signal in Abb. 3. Wenn der Timer den eingestellten Wert erreicht, stoppt seine Zählung und der Timer befindet sich im Zustand TMR6 = PR6 (PR - Periodenregister). Der Timer-Status kann eine Eingabe für eine konfigurierbare Logikzelle (CLC, siehe Teil 1) sein.

Somit können wir unter Verwendung eines Zeitgebers und von Logikzellen ein Signal erzeugen, das zum Anlegen an den Takteingang des SCK des SPI-Moduls geeignet ist. Um Informationen zu extrahieren, sollte die Dauer eines solchen Blocks einen Durchschnittswert zwischen der Dauer von Null und Eins haben. Dann kann SPI das Bit entsprechend dem Zerfall des Blocks fixieren (siehe Fig. 3 SCK-Signal).

Das Signal vom Sensor hat falsche Impulse, die aus der Anforderung erzeugt werden, und Startimpulse. Damit diese Impulse den Betrieb nicht stören, müssen Sie SPI nur für die Dauer von Informationsimpulsen aktivieren oder unnötige Impulse abschneiden. Wir können dieses Problem auch mit CIP lösen.

Ein anderer Timer fungiert als Impulszähler beim Umschalten der Rezession: Schreiben Sie die Nummer 2 in das Periodenregister, der Timer zählt die ersten 2 Impulse (siehe Signal TMR4 in Abb. 3) und stoppt die Zählung (siehe EN-Signal in Abb. 3), die durchläuft Der Block logischer Zellen ermöglicht die Ausgabe der verbleibenden Impulse an den Eingangs-SPI.


Abb. 3. Diagramme zur Erläuterung des Empfangs von DHT22-Sensorsignalen.

Die logische Funktion der SCK-Signalerzeugung ist in einer logischen Zelle (CLC) implementiert, die vollständige Schaltung in der UND-ODER-Konfiguration ist in Fig. 4 gezeigt.

Der Ausgang der Logikzelle ist mit dem SCK-Eingang verbunden, und das DHT22-Sensorsignal ist mit dem MOSI des SPI-Moduls verbunden. Alle Verbindungen werden im Mikrocontroller hergestellt (Abb. 5). Zur Überwachung und zum Debuggen können Signale an die Ports des Mikrocontrollers ausgegeben werden.


Abb. 4. Konfiguration der CLC-Logikzelle im PIC-Mikrocontroller.


Abb. 5. Die vollständige Struktur der Konfiguration der Peripherie.

Wenn es den Anschein hat, dass 2 Timer für die Dekodierung des Protokolls des Sensors eine Verschwendung von Ressourcen darstellen, kann ein Zähler von bis zu zwei auf freien logischen Zellen des CLC "gesammelt" werden.

Insgesamt läuft die Decodierungsaufgabe auf einen sehr einfachen Algorithmus hinaus: Der Mikrocontroller und seine Peripheriegeräte werden bei Bedarf initialisiert, das SPI-Modul eingeschaltet und eine Messanforderung generiert (log. „0“ für ~ 1 ms).

Es bleiben Daten aus dem Puffer zu lesen, wenn ein Interrupt von SPI auftritt.


Abb. 6. Der Algorithmus für die Arbeit mit dem DHT22-Sensor bei Verwendung des Stumpfes.


Abb. 7. Signale von den Ports des Mikrocontrollers. Signal SSP1IF - Unterbrechungen beim Empfang eines Bytes durch das SPI-Modul.

Abbildung 7 zeigt die Signaldiagramme, wobei:

DHT (dat) - Signal auf der Signalleitung des Sensors - Einspeisung in den Eingang des MOSI-Moduls SPI;
TMR6! = RP6 - dedizierte Uhr - an den SCK des SPI-Moduls senden;
SSP1IF - Interrupt-Signal (Datenbereitschaft im SPI-Puffer) - Tatsächlich zeigt dieses Signal die Last des Mikrocontrollerkerns - Lesen der Ergebnisdaten.

Dekodierung anderer PWM-Protokolle

Ähnliche "Single-Wire" PWM-Protokolle werden in IR-Fernbedienungen für Haushaltsgeräte verwendet. Während der IR-Übertragung wird häufig die Codierung durch die Position des Impulses verwendet, wenn die Dauer konstant und die Pause variabel ist. Diese Option wird auch als "Variable Pause Encoding" bezeichnet. Tatsächlich ist dies die gleiche PWM-Codierung, jedoch mit einem invertierten Signal. Bei Vorhandensein logischer Zellen ist die Inversion kein Problem, außerdem invertieren IR-Empfänger das empfangene Signal. In Abb. Abbildung 8 zeigt die Signale, nachdem der Empfänger von zwei verschiedenen Konsolen empfangen wurde.



Abb. 8. Codierungsoptionen für IR-Fernbedienungen.

Beide Fernbedienungen haben unterschiedliche Protokolle, aber diese Protokolle können auf die oben beschriebene Weise leicht decodiert werden. Das einzige ist, dass der Beginn des Sendens bestimmt werden muss, um die Einbeziehung von SPI zu synchronisieren, da der IR-Empfänger Interferenzen abfangen kann.



Abb. 9. Mit SPI dekodierte Signale.

Nicht alle IR-Fernbedienungen verfügen über eine PWM-Codierung. Einige Protokolle, zum Beispiel RC5, haben eine Phasenkodierung (Manchester-Code, "0" wird als 10 und "1" als 01 übertragen) [4]. Die Dekodierung des Manchester-Codes unter Verwendung der Peripherie eines unabhängigen Kernels haben wir bereits weiter oben im ersten Teil betrachtet [1].

Zusammenfassung

Anstelle von fast 100% der CPU-Auslastung des Mikrocontrollers für die Dekodierung des PWM-Protokolls in der Arduino-Version (ja, ich weiß, das Problem kann mithilfe von Erfassungsmodulen oder anderen Peripheriegeräten effizienter gelöst werden) haben wir den Empfang des Informationspakets an die Hardware übertragen. Die Vorderseite des Eingangssignals startet den Timer, der Status des Timers bestimmt den Ausgang des Blocks logischer Zellen, der Ausgang der logischen Zelle wird dem SPI zugeführt.

Die Verwendung von Peripheriegeräten unabhängig vom Kern ermöglicht die Optimierung der Ressourcennutzung, die Übertragung einiger Aufgaben auf die Hardware, die Vereinfachung des Codes und die Reduzierung des Verbrauchs.

Literatur

1. Konfigurierbare Logikzellen in PIC-Controllern.
2. 50 Schattierungen von Stumpf. Eingangs- / Ausgangsanschlüsse
3. 50 Schattierungen von Stumpf. ADC und ADC mit Microchip-Mikrocontroller-Computer
4. sbprojects.com/knowledge/ir/rc5.php