Краткий Курс - Самоучитель - Программирование микроконтроллеров AVR - быстрый старт с нуля

Задача 10.

Устройство изменяющее состояние нагрузки при громком звуке длительностью от 5 до 20 мС.

Цель задачи: разработать устройство и программу для МК ATmega16 которое будет анализировать длительность сигнала от микрофона и если она будет лежать в пределах 5-20 мС то будет менять состояние подключенной нагрузки: если была выключена - то включит и наоборот.

Что нужно для выполнения этой задачи:

- Компилятор Си для AVR CodeVisionAVR

- Программный эмулятор для AVR VMLAB = Visual Micro Lab

- DataSheet (ДШ) на МК AVR ATmega16

- знание других материалов курса

- твердое знание первой страницы курса на 5 с плюсом

- свободное время и желание.

Можно использовать МК ATmega8
только понадобится ДШ и на него!

Что делать
с сигналом от микрофона?

Я предлагаю использовать встроенный в МК компаратор - стр. 199 ДШ.

Компаратор сравнивает напряжения на входах "+" и "-"

Если напряжение на "+" выше чем на "-" то на выходе компаратора ACO устанавливается высокий уровень - лог.1 а если наоборот то низкий уровень лог.0

Изменение на выходе компаратора ACO может вызывать прерывание - мы будем использовать это.

Как же подать сигнал от микрофона на входы компаратора?

Я набросал схему для электретного микрофона.

R1 - питает микрофон, его номинал зависит от напряжения питания и типа микрофона - примерно 3 - 5 КОм.

R2 - 4,7 КОм - образует с С1 ФНЧ - ослабляет частоты выше
чем 1/(6.28 * R * C) - отсюда находим С1

R3 - 47 КОм - образует с С2 ФВЧ - ослабляет частоты ниже
чем 1/(6.28 * R * C) - отсюда находим С2

Внимание ! В симуляторе VMLAB есть возможность как бы подключится к внутренним точкам в МК ! Например напряжение на выходе компаратора ACO вы можете вывести в окно SCOPE !

Вы можете нарисовать эту схему в симуляторе Micro Cap (всего 6 МБ - куча примеров схем и масса возможностей! ) и определить номиналы элементов чтобы получить нужную вам полосу пропускания входной схемы.

Мы применили пассивный фильтр - значит он будет довольно слабо обрезать не нужные нам частоты - спад около 6 Дб на октаву (на двукратное изменение частоты)

А вот в симуляторе электронных схем Micro Cap есть примеры активных фильтров более высоких порядков на ОУ и вы сможете применить их заранее подобрав устраивающую вас характеристику.

Еще более заманчиво - подать сигнал от микрофона на АЦП МК и применить цифровую фильтрацию! - скорости МК хватит, пример цифрового фильтра есть в AN AVR и на Си с целочисленной математикой C:\VMLAB\ST6_demo\DSPDEMO.C

Запускаем компилятор CV
(CodeVisionAVR)

и затем генератор начального кода программы:

Лучший друг начинающего микроконтроллерщика!

1) выбираем ATmega16 и частоту 1 МГц - высокая точность такта не нужна и можно использовать внутренний RC генератор МК в установке фьюзов с завода.

Внешний кварц не нужен!

2) откроем ярлык - компаратор:

- включили компаратор
- включили прерывание по изменению логического уровня на выходе компаратора - ACO

3) теперь включим передатчик USART для отправки информации из МК через адаптер rs232 на COM-порт ПК или в терминал VMLAB

- максимально 4800 бод получается при тактовой частоте МК 1 МГц

4) Сделаем ножки PB0 и PB1 выходами

Аналогично сделайте выходом ножку PC0

Все установки сделаны.

5) можно генерировать начальный текст программы и
сохранять файлы

Сохраните файлы вот так:

Теперь у вас должен быть открыт текст программы в окне компилятора CodeVisionAVR.

Надо наполнить программу смыслом!

Используя мастер начального кода компилятора вы поняли, что при любом изменении логического уровня на выходе компаратора ACO будет возникать прерывание и мы будем попадать в функцию обработчик прерывания:


	// Analog Comparator interrupt service routine interrupt [ANA_COMP] void ana_comp_isr(void) { // Place your code here при изменении ACO мы попадаем сюда ... }

А изменение уровня на выходе компаратора вызывается сигналом микрофона преодолевшим фильтрацию.

Попали в прерывание и что с ним делать?

Ну можно наверно запомнить что это случилось! т.е. посчитать его - обычно для этого используют некоторую переменную например:

#include <stdio.h>

uunsigned char int_ctr = 0;
/* мы объявили переменную которая
называется int_ctr и может хранить
число от 0 до 255
сейчас в ней число 0

Эта переменная глобальная - значит
доступна в любом месте программы

это еще и пример обрамления
многострочного комментария
к программе*/

Добавляемый в программу код я буду писать синим!

Комментарии к программе - зеленым.

Теперь нужно добавить в функцию обработчик прерывания

- строчку кода увеличивающую на 1 переменную int_ctr - значит посчитать возникшее прерывание.

- запретить пока прерывание от компаратора! Иначе, как только мы выйдем из функции обработки прерывания оно будет мгновенно возникать снова пока есть звук и логический уровень ACO "трепыхается"!

При возникновении любого разрешенного индивидуально прерывания происходит запрещение глобально всех прерываний в МК "очисткой" (значит обнулением) бита_i в регистре SREG

эквивалентно выполнению строки: #asm("cli")

Выполнение кода функции обработчика прерывания до конца и автоматический выход из нее разрешает глобально все разрешенные индивидуально прерывания! "установкой" (set - значит сделать "1") бита_i в регистре SREG

эквивалентно выполнению строки: #asm("sei")

Важно!

Если вы покинете функцию обработчик прерывания не выполнив ее код до конца (например через старый добрый оператор goto) бита_i в регистре SREG останется "0" и ни каие прерывания не произойдут пока вы не разрешите их програмно!

например такой строчкой: #asm("sei")

-но прежде я бы хотел добавить диагностическую (методы отладки программы МК здесь) строчку кода изменяющую состояние ножки
PC0 на противоположное существующему.

делаем:

// Analog Comparator interrupt service routine
interrupt [ANA_COMP] void ana_comp_isr(void)
{
// при изменении уровня на выходе компаратора
// мы попадаем сюда!

// Place your code here

PORTC.0^=1; /*инвертировать бит0 регистра
если был "0" станет "1" и наоборот

при возникновении прерывания мы сможем увидеть момент попадания сюда в виртуальном осциллографе SCOPE симулятора VMLAB или на реальном подключенном к ножке PC0 */

int_ctr = int_ctr + 1; /* мы посчитали
прерывание, увеличив на 1 счетчик прерываний переменную int_ctr

конечно программисты написали бы

int_ctr++;

красивей, элегантней, но смысл тот же! */

ACSR &=~(1<<3); /* Сделали "0" бит_3 в регистре ACSR - стр 200 в ДШ мега16.

Это запрещает прерывание от изменения выхода компаратора!

Register – ACSR

• Bit 3 – ACIE: Analog Comparator Interrupt Enable

When the ACIE bit is written logic one and the I-bit in the Status Register is set, the Analog
Comparator Interrupt is activated.

When written logic zero, the interrupt is disabled.

*/
}

дословно на Си PORTC.0^=1; означает:
взять значение бит_0 регистра PORTC сделать XOR (исключающее или) этого значения с числом 1 (а проще = инвертировать бит) и результат записать опять в бит_0 регистра PORTC

Логическое "исключающее или" - XOR - значит, что напротив 1 значение меняется!

байт А	1	1	0	0	0	1
байт В	0	1	1	1	1	1
A^B	1	0	1	1	1	0

Старайтесь думать над значением каждой строки программы и четко проговаривать выполняемые операции !

Давайте разберем как мы обнулили бит_3
написав: ACSR &=~(1<<3);

&= означает сделать логическое "и" того переменной слева с результатом вычисления того, что справа и результат поместить в переменную слева.

Логическое "и" значит что только 1 и 1 дают 1

Логическое И
A	B	A & B
1	1	1
0	1	0
1	0	0
0	0	0

Пожалуйста изучите логические операции -
их не много.

Это нужно вам !

Вычислим что у нас справа:

1<<3 означает сдвинуть число 1 на 3 разряда влево - это равносильно умножению на 2 в 3-й степени, или на 8. Делается так:

0000 0001 - это число 1

0000 0010 - это число 2 что равно числу 1 сдвинутому на 1 разряд в лево или умноженному на 2 в первой степени.

0000 0100 - это число 4 что равно числу 1 сдвинутому на 2 разряда в лево или умноженному на 2 в квадрате.

0000 1000 - это число 8 или результат (1<<3)

~ означает инверсию - т.е. 1 сделать 0 и наоборот.

~(1<<3) эквивалентно ~0000 1000 и дает число: 1111 0111

Итак мы нашли что: ACSR &=~(1<<3);

эквивалентно:

ACSR = (ACSR & 1111 0111);

Вы наверно поняли операцию "и" и видите, что напротив 0 в регистре ACSR получится 0 не зависимо что там было раньше, а другие биты регистра не изменятся!

Обязательно и подробно комментируйте свою программу! не откладывайте на потом...

Потом не сделаете !

... знаю, знаю. Сам такой !

Дальнейший алгоритм простой - в начале программы нужно подождать тишину более 0.2 сек. Затем ждем звука. Обнаружив прерывание мы сделаем паузу 5 мС и вновь разрешим прерывания от компаратора. Если прерывание случится - значит сигнал длится не менее 5 мС и мы будем жадать еще 15 мС и вновь разрешим прерывание - если оно не случится в течении 0.2 С то можно считать что звук длился от 5 до 20 мС - переключаем состояние ножек PB0 PB1 напротивоположное - а к ним подключено исполнительное устройство.

Если что-то не так как описано выше то мы возвращаемся в начало программы.

Продолжение следует.

Хотите - посмотрите задачу 9