Arduino और टाइमर में बाधा आती है

नमस्कार, हेब्र! मैं आपके द्वारा ई के लेख "टाइमर इंटरप्ट" का अनुवाद प्रस्तुत करता हूं।

प्रस्तावना

Arduino बोर्ड आपको कई प्रकार की समस्याओं को जल्दी और न्यूनतम हल करने की अनुमति देता है। लेकिन जहां मनमाने समय अंतराल की आवश्यकता होती है (सेंसर के आवधिक मतदान, उच्च-परिशुद्धता पीडब्लूएम सिग्नल, लंबी अवधि के दालों) मानक पुस्तकालय देरी के कार्य सुविधाजनक नहीं हैं। उनकी कार्रवाई की अवधि के लिए, स्केच को निलंबित कर दिया जाता है और इसे प्रबंधित करना असंभव हो जाता है।

एक समान स्थिति में अंतर्निहित एवीआर टाइमर का उपयोग करना बेहतर होता है। एक सफल लेख बताता है कि यह कैसे करना है और डेटशीट के तकनीकी विकारों में खो जाना नहीं है, जिसका एक अनुवाद आपके ध्यान में लाया जाता है।

इस लेख में AVR और Arduino टाइमर और Arduino परियोजनाओं और उपयोगकर्ता सर्किट में उनका उपयोग करने के तरीके पर चर्चा की गई है।

टाइमर क्या है?

माइक्रोकंट्रोलर में रोजमर्रा की जिंदगी की तरह, एक टाइमर कुछ ऐसी चीज है जो भविष्य में, आपके द्वारा सेट किए जाने वाले समय में संकेत दे सकता है। जब यह क्षण आता है, तो माइक्रोकंट्रोलर बाधित होता है, उसे कुछ करने के लिए याद दिलाता है, उदाहरण के लिए, एक निश्चित कोड को निष्पादित करने के लिए।

टाइमर, बाहरी व्यवधान की तरह, मुख्य कार्यक्रम से स्वतंत्र रूप से काम करते हैं। मिलिस () देरी कॉल को लूप करने या दोहराने के बजाय, आप अपना काम करने के लिए एक टाइमर असाइन कर सकते हैं जबकि आपका कोड अन्य चीजें करता है।

तो, मान लीजिए कि एक उपकरण है जिसे कुछ करने की ज़रूरत है, उदाहरण के लिए, हर 5 सेकंड में एक एलईडी को ब्लिंक करें। यदि आप टाइमर का उपयोग नहीं करते हैं, लेकिन सामान्य कोड लिखते हैं, तो आपको उस समय एक चर सेट करना होगा जब एलईडी प्रज्वलित हो और लगातार जांचें कि क्या इसके स्विचिंग का क्षण आ गया है। टाइमर के व्यवधान के साथ, आपको बस व्यवधान को कॉन्फ़िगर करने की आवश्यकता है, और फिर टाइमर शुरू करें। मुख्य कार्यक्रम की कार्रवाइयों की परवाह किए बिना, एलईडी ठीक समय पर झपकी लेगा।

टाइमर कैसे काम करता है?

यह एक गणना रजिस्टर नामक एक चर को बढ़ाकर कार्य करता है। मतगणना रजिस्टर अपने आकार के आधार पर एक निश्चित मूल्य तक गिना जा सकता है। टाइमर अपने काउंटर को बार-बार बढ़ाता है जब तक कि यह अपने अधिकतम मूल्य तक नहीं पहुंचता है, इस बिंदु पर काउंटर ओवरफ्लो हो जाएगा और शून्य पर रीसेट हो जाएगा। एक टाइमर आमतौर पर आपको यह बताने के लिए एक फ्लैग बिट सेट करता है कि एक अतिप्रवाह हुआ है।

आप इस ध्वज को मैन्युअल रूप से जांच सकते हैं या आप टाइमर स्विच कर सकते हैं - ध्वज सेट होने पर स्वचालित रूप से एक बाधा का कारण बन सकता है। किसी भी अन्य रुकावट की तरह, आप टाइमर के ओवरफ्लो होने पर निर्दिष्ट कोड को निष्पादित करने के लिए एक इंटरप्ट सर्विस रूटीन ( ISR ) असाइन कर सकते हैं। ISR स्वयं अतिप्रवाह ध्वज को साफ करेगा, इसलिए आम तौर पर इसकी सादगी और गति के कारण इंटरप्ट का उपयोग करना सबसे अच्छा विकल्प है।

सटीक समय अंतराल पर काउंटर वैल्यू बढ़ाने के लिए टाइमर को घड़ी स्रोत से जोड़ा जाना चाहिए। घड़ी स्रोत लगातार दोहराए जाने वाले संकेत उत्पन्न करता है। हर बार टाइमर इस सिग्नल का पता लगाता है, यह काउंटर वैल्यू को एक बढ़ा देता है। चूंकि टाइमर एक घड़ी स्रोत पर चलता है, समय की सबसे छोटी औसत दर्जे का इकाई चक्र अवधि है। यदि आप 1 मेगाहर्ट्ज घड़ी सिग्नल कनेक्ट करते हैं, तो टाइमर रिज़ॉल्यूशन (या टाइमर अवधि) होगा:

टी = 1 / एफ (एफ घड़ी की आवृत्ति है)
टी = 1/1 मेगाहर्ट्ज = 1/10 ^ 6 हर्ट्ज
टी = (1 = 10 ^ -6) एस

इस प्रकार, टाइमर का रिज़ॉल्यूशन एक सेकंड का एक मिलियनवां है। यद्यपि आप टाइमर के लिए एक बाहरी घड़ी स्रोत का उपयोग कर सकते हैं, ज्यादातर मामलों में चिप के आंतरिक स्रोत का ही उपयोग किया जाता है।

टाइमर के प्रकार

8-बिट AVR चिप पर मानक Arduino बोर्डों में, एक साथ कई टाइमर हैं। Atmega168 और Atmega328 चिप्स में तीन टाइमर, टाइमर 1 और टिमर 2 टाइमर हैं। उनके पास वॉचडॉग टाइमर भी है जिसका उपयोग विफलताओं से बचाने के लिए या सॉफ्टवेयर रीसेट तंत्र के रूप में किया जा सकता है। यहां प्रत्येक टाइमर की कुछ विशेषताएं दी गई हैं।

Timer0:
टाइमर 0 एक 8-बिट टाइमर है, जिसका अर्थ है कि इसकी गिनती रजिस्टर 255 (यानी एक अहस्ताक्षरित बाइट) तक संख्याओं को संग्रहीत कर सकती है। Timer0 का उपयोग मानक Arduino अस्थायी कार्यों जैसे देरी () और मिलिस () द्वारा किया जाता है, इसलिए यदि आप परिणामों के बारे में परवाह करते हैं, तो इसे भ्रमित न करें।

Timer1:
टिमर 1 एक 16-बिट टाइमर है जिसमें 65535 (अहस्ताक्षरित पूर्णांक) की अधिकतम गणना मूल्य है। यह टाइमर Arduino सर्वो पुस्तकालय का उपयोग करता है, इसे ध्यान में रखें यदि आप इसे अपनी परियोजनाओं में उपयोग करते हैं।

Timer2:
Timer2 8 बिट है और Timer0 के समान है। इसका उपयोग Arduino टोन () फ़ंक्शन में किया जाता है।

टिमर 3, टिमर 4, टाइमर 5:
ATmega1280 और ATmega2560 चिप्स (Arduino मेगा वेरिएंट में स्थापित) में तीन अतिरिक्त टाइमर हैं। वे सभी 16 बिट हैं और टाइमर 1 के समान काम करते हैं।

कॉन्फ़िगरेशन रजिस्टर करें

इन टाइमर का उपयोग करने के लिए, AVR में सेटिंग्स रजिस्टर हैं। टाइमर में कई ऐसे रजिस्टर होते हैं। उनमें से दो - टाइमर / काउंटर कंट्रोल रजिस्टर में चर स्थापित करना शामिल है और इन्हें टीसीसीआरएक्सए और टीसीसीआरएक्सबी कहा जाता है, जहां एक्स टाइमर की संख्या (टीसीसीआर 1 ए और टीसीसीआर 1 बी, आदि) है। प्रत्येक रजिस्टर में 8 बिट्स होते हैं और प्रत्येक बिट एक कॉन्फ़िगरेशन चर संग्रहीत करता है। यहाँ Atmega328 डेटाशीट से विवरण हैं:

TCCR1B में अंतिम तीन बिट्स सबसे महत्वपूर्ण हैं: CS12, CS11 और CS10। वे टाइमर की घड़ी आवृत्ति निर्धारित करते हैं। उन्हें विभिन्न संयोजनों में चुनना, आप टाइमर को अलग-अलग गति से कार्य करने का आदेश दे सकते हैं। यहाँ एक डेटाशीट टेबल है जो चुनिंदा बिट्स के प्रभाव का वर्णन करता है:

डिफ़ॉल्ट रूप से, ये सभी बिट्स शून्य पर सेट हैं।

मान लें कि आप चाहते हैं कि टाइमर 1 प्रति अवधि एक नमूना के साथ घड़ी की आवृत्ति पर चले। जब यह ओवरफ्लो हो जाता है, तो आप इंटरप्ट रूटीन को कॉल करना चाहते हैं, जो लेग 13 से जुड़े एलईडी को चालू या बंद अवस्था में स्विच करता है। इस उदाहरण के लिए, हम Arduino कोड लिखेंगे, लेकिन हम avr-libc लाइब्रेरी की प्रक्रियाओं और कार्यों का उपयोग करेंगे जब भी यह चीजों को जटिल नहीं बनाता है। शुद्ध AVR के समर्थक अपनी इच्छानुसार कोड को अनुकूलित कर सकते हैं।

सबसे पहले, टाइमर को इनिशियलाइज़ करें:

// avr-libc library includes #include <avr/io.h> #include <avr/interrupt.h> #define LEDPIN 13 void setup() { pinMode(LEDPIN, OUTPUT); //  Timer1 cli(); //    TCCR1A = 0; //  TCCR1A   0 TCCR1B = 0; //   Timer1 overflow: TIMSK1 = (1 << TOIE1); //  CS10  ,      : TCCR1B |= (1 << CS10); sei(); //    } 

TIMSK1 रजिस्टर एक टाइमर / काउंटर 1 इंटरप्ट मास्क रजिस्टर है। यह उस बाधा को नियंत्रित करता है जो टाइमर पैदा कर सकता है। TOIE1 बिट सेट करना टाइमर को ओवरफ्लो होने पर बाधित करने के लिए कहता है। इस पर और बाद में।

जब आप CS10 बिट सेट करते हैं, तो टाइमर की गिनती शुरू हो जाती है और जैसे ही एक अतिप्रवाह बाधा उत्पन्न होती है, ISR (TIMER1_OVF_vect) कहा जाता है। यह हमेशा तब होता है जब टाइमर ओवरफ्लो हो जाता है।

अगला हम ISR इंटरप्ट फ़ंक्शन को परिभाषित करते हैं:

 ISR(TIMER1_OVF_vect) { digitalWrite(LEDPIN, !digitalRead(LEDPIN)); } 

अब हम लूप () चक्र को परिभाषित कर सकते हैं और एलईडी को स्विच कर सकते हैं, भले ही मुख्य कार्यक्रम में क्या हो। टाइमर बंद करने के लिए, किसी भी समय TCCR1B = 0 सेट करें।

एलईडी कितनी बार झपकेगी?

Timer1 को ओवरफ़्लो बाधित करने के लिए सेट किया गया है और मान लें कि आप Atmega328 का उपयोग 16 मेगाहर्ट्ज की घड़ी आवृत्ति के साथ कर रहे हैं। चूंकि टाइमर 16-बिट है, यह अधिकतम मान (2 ^ 16 - 1), या 65535 तक गिन सकता है। 16 मेगाहर्ट्ज पर, चक्र 1 / (16 ^ 10 ^ 6) सेकंड या 6.25e-8 चलाता है। इसका अर्थ है कि 65535 नमूने (65535 e 6.25e-8 s) में होंगे और ISR लगभग 0.0041 s के बाद कहा जाएगा। और इसलिए समय के बाद, हर सेकंड के चार हजारवें हिस्से में। झिलमिलाहट देखना बहुत तेज है।

यदि हम एलईडी में 50% कवरेज के साथ एक बहुत तेज पीडब्लूएम सिग्नल लागू करते हैं, तो चमक निरंतर दिखाई देगी, लेकिन सामान्य से कम उज्ज्वल। इस तरह के एक प्रयोग से माइक्रोकंट्रोलर्स की अद्भुत शक्ति का पता चलता है - यहां तक ​​कि एक सस्ती 8-बिट चिप सूचना का तेजी से प्रक्रिया कर सकती है जितना हम पता लगा सकते हैं।

टाइमर विभक्त और सीटीसी मोड

अवधि को नियंत्रित करने के लिए, आप एक विभक्त का उपयोग कर सकते हैं जो आपको घड़ी संकेत को दो अलग-अलग डिग्री में विभाजित करने और टाइमर अवधि बढ़ाने की अनुमति देता है। उदाहरण के लिए, आप चाहेंगे कि एलईडी एक सेकंड के अंतराल पर फ्लैश करे। TCCR1B रजिस्टर में तीन सीएस बिट्स सबसे उपयुक्त रिज़ॉल्यूशन सेट करते हैं। यदि आप CS10 और CS12 का उपयोग करके बिट्स सेट करते हैं:

 TCCR1B |= (1 << CS10); TCCR1B |= (1 << CS12); 

फिर घड़ी स्रोत की आवृत्ति को 1024 से विभाजित किया जाएगा। यह 1 / (16 ^ 10 ^ 6/1024) या 6.4e-5 s का एक टाइमर रिज़ॉल्यूशन देता है। अब टाइमर हर (65535-6.4e-5s) या 4.194 के लिए अतिप्रवाह करेगा। यह बहुत लंबा है।

लेकिन एक और AVR टाइमर मोड है। इसे संयोग टाइमर रीसेट या CTC कहा जाता है। ओवरफ्लो की गिनती के बजाय, टाइमर अपने काउंटर की तुलना उस चर से करता है जो पहले रजिस्टर में संग्रहीत किया गया था। जब गिनती इस चर से मेल खाती है, टाइमर या तो एक झंडा सेट कर सकता है या एक बाधा का कारण बन सकता है, जैसे एक अतिप्रवाह के मामले में।

सीटीसी मोड का उपयोग करने के लिए, आपको यह समझने की आवश्यकता है कि एक सेकंड के अंतराल के लिए आपको कितने चक्रों की आवश्यकता है। मान लीजिए कि विभाजन अनुपात अभी भी 1024 है।

गणना इस प्रकार होगी:

 (target time) = (timer resolution) * (# timer counts + 1) (# timer counts + 1) = (target time) / (timer resolution) (# timer counts + 1) = (1 s) / (6.4e-5 s) (# timer counts + 1) = 15625 (# timer counts) = 15625 - 1 = 15624 

आपको नमूनों की संख्या में एक अतिरिक्त इकाई को जोड़ना होगा क्योंकि CTC मोड में, जब काउंटर सेट मूल्य से मेल खाता है, तो यह स्वयं को शून्य पर रीसेट कर देगा। रीसेट एक घड़ी की अवधि लेता है, जिसे गणना में ध्यान में रखा जाना चाहिए। कई मामलों में, एक अवधि में एक त्रुटि बहुत महत्वपूर्ण नहीं है, लेकिन उच्च-सटीक कार्यों में यह महत्वपूर्ण हो सकता है।

सेटअप () फ़ंक्शन इस तरह होगा:

 void setup() { pinMode(LEDPIN, OUTPUT); //  Timer1 cli(); //    TCCR1A = 0; //    0 TCCR1B = 0; OCR1A = 15624; //    TCCR1B |= (1 << WGM12); //   CTC  //   CS10  CS12    1024 TCCR1B |= (1 << CS10); TCCR1B |= (1 << CS12); TIMSK1 |= (1 << OCIE1A); //     sei(); //    } 

आपको संयोग बाधा के साथ अतिप्रवाह बाधा को बदलने की भी आवश्यकता है:

 ISR(TIMER1_COMPA_vect) { digitalWrite(LEDPIN, !digitalRead(LEDPIN)); } 

अब एलईडी ठीक एक सेकंड के लिए चालू और बंद हो जाएगा। और आप एक लूप () लूप में कुछ भी कर सकते हैं। जब तक आप टाइमर सेटिंग्स को नहीं बदलते हैं, तब तक कार्यक्रम का व्यवधान से कोई लेना-देना नहीं है। विभक्त मोड के विभिन्न मोड और सेटिंग्स के साथ टाइमर का उपयोग करने पर आपको कोई प्रतिबंध नहीं है।

यहां एक पूर्ण प्रारंभिक उदाहरण है जिसे आप अपनी परियोजनाओं के लिए आधार के रूप में उपयोग कर सकते हैं:

 // Arduino  CTC  // avr-libc library includes #include <avr/io.h> #include <avr/interrupt.h> #define LEDPIN 13 void setup() { pinMode(LEDPIN, OUTPUT); //  Timer1 cli(); //    TCCR1A = 0; //    0 TCCR1B = 0; OCR1A = 15624; //    TCCR1B |= (1 << WGM12); //  CTC  TCCR1B |= (1 << CS10); //      1024 TCCR1B |= (1 << CS12); TIMSK1 |= (1 << OCIE1A); //      sei(); //    } void loop() { //   } ISR(TIMER1_COMPA_vect) { digitalWrite(LEDPIN, !digitalRead(LEDPIN)); } 

याद रखें कि आप टाइमर कार्यों का विस्तार करने के लिए अंतर्निहित ISR फ़ंक्शन का उपयोग कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, आपको हर 10 सेकंड में सेंसर को प्रदूषित करना होगा। लेकिन ओवरफ्लो के बिना इतनी लंबी गिनती प्रदान करने वाली कोई टाइमर सेटिंग्स नहीं हैं। हालाँकि, आप ISR का उपयोग प्रति सेकंड एक बार गिनती चर को बढ़ाने के लिए कर सकते हैं और तब सेंसर को प्रदूषित कर सकते हैं जब चर 10 तक पहुँच जाता है। पिछले उदाहरण से STS मोड का उपयोग करते हुए, रुकावट इस तरह दिख सकती है:

 ISR(TIMER1_COMPA_vect) { seconds++; if(seconds == 10) { seconds = 0; readSensor(); } } 

चूँकि परिवर्तनीय को ISR के अंदर संशोधित किया जाएगा, इसलिए इसे अस्थिर घोषित किया जाना चाहिए। इसलिए, कार्यक्रम की शुरुआत में चर का वर्णन करते समय, आपको लिखना होगा:

 volatile byte seconds; 

अनुवादक के बाद

एक समय, इस लेख ने मुझे बहुत समय बचाया जब एक प्रोटोटाइप मापने वाले जनरेटर का विकास हुआ। मुझे उम्मीद है कि यह अन्य पाठकों के लिए उपयोगी होगा।