Mikrokontrolery_ARM_cz13.pdf

K U R S

Mikrokontrolery z rdzeniem ARM,

część 13

Porty GPIO

W poprzednich odcinkach zajmowaliśmy się układami peryferyjnymi

mającymi bezpośredni wpływ na pracę rdzenia mikrokontrolera.

Omówiliśmy także przykładowy plik startowy konﬁgurujący powyższe

układy oraz inicjalizujący pamięć mikrokontrolera zgodnie ze

standardem ANSI C/C++.

Tematem bieżącego odcinka będą porty wejścia–wyjścia (GPIO)

mikrokontrolerów LPC213x, które umożliwiają bezpośrednie

sterowanie układami podłączonymi do wyprowadzeń mikrokontrolera.

tlacza LCD. Została ona zadeklarowana

następująco:

void PortSend( unsigned char data, bo-

ol cmd= false );

Jako parametr data przekazujemy in-

strukcję lub daną, którą chcemy wysłać

do wyświetlacza LCD. Gdy parametr

cmd przyjmie wartość false , oznacza to,

że liczba przekazana jako data będzie

zinterpretowana jako znak do wyświe-

tlenia, w przeciwnym przypadku przesła-

na dana będzie stanowić rozkaz. W ję-

zyku C++ możemy deklarować metody

i funkcje z parametrami domyślnymi.

W przypadku, gdy wywołamy funkcję

bez drugiego argumentu parametr cmd

przyjmie wartość false, natomiast gdy

drugi parametr będzie określony pod-

czas wywołania, argument domyślny

będzie ignorowany. Mechanizm ten zo-

stał stworzony w celu zastąpienia funk-

cji ze zmienną listą argumentów (…)

znaną z języka C. Pozwala on zapewnić

większą kontrolę nad przekazywany-

mi argumentami. Działanie tej metody

jest następujące. Najpierw sygnał E jest

ustawiany w stan 0, w efekcie czego

wyświetlacz ignoruje wszystkie stany

pojawiające się na liniach danych wy-

świetlacza. Linie D0..D7 wyświetlacza

LCD są zerowane poprzez ustawienie

bitów 16:23 w rejestrze IO1CLR. Do

portu IO1SET przesyłana jest zawartość

zmiennej data przesuniętej o 16 bitów

w lewo. W wyniku tych dwóch opera-

cji linie P1.16..P1.23 przyjmują wartość

zgodną z zawartością zmiennej data bez

zmiany pozostałych bitów portu.

//E=0

LCDCCLR = E;

//Data = 0;

LCDDCLR = DMASK;

//Wyslij dane

LCDDSET = (( unsigned int )data) <<

16;

Program drugi – wyświetlacz

LCD

Kolejnym programem jaki napisze-

my w ramach ćwiczeń z portami GPIO

będą procedury obsługi znakowego wy-

świetlacza LCD (HD44180). Procedury

te będziemy intensywnie wykorzystywać

w dalszej części kursu. W różnych cza-

sopismach o tematyce elektronicznej ob-

sługa znakowego wyświetlacza LCD była

poruszana wielokrotnie, dlatego aby nie

powielać tych samych schematów tym

razem biblioteka ta zostanie napisana

w nieco odmienny sposób za pomocą

programowania obiektowego C++. W ze-

stawie ZL6ARM linie D0.D7 LCD pod-

łączone są do portu P1.16…P1.23. Linia

E jest podłączona do portu P0.30, na-

tomiast RS do portu P0.31. W zestawie

niestety nie przewidziano możliwości

sterowania linią R/W przez co niemoż-

liwe jest odczytywanie stanu wyświetla-

cza, dlatego po wysłaniu każdego znaku

i rozkazu musimy odczekać pewien czas

tak aby wybrana operacja została wyko-

nana. Prawie wszystkie komendy wy-

konywane są w czasie do 120 ms poza

rozkazem czyszczenia wyświetlacza, któ-

ry może zająć maksymalnie 4,8 ms. Za

obsługę LCD odpowiedzialna jest klasa

CLcdDisp , której deklaracja znajduje się

w pliku CLcdDisp.h, natomiast deﬁnicja

została umieszczona w pliku CLcdDisp.

c . Metody (funkcje) i obiekty (zmienne)

zadeklarowane z modyﬁkatorem private

mogą być używane tylko wewnątrz kla-

sy, co zapewnia ukrycie ich przed użyt-

kownikiem końcowym. W sekcji tej za-

pisano stałe związane z wyświetlaczem

LCD, takie jak przypisanie bitów odpo-

wiedzialnych za linie E i RW wyświe-

tlacza oraz stałe związane z komendami

kontrolera LCD.

//Funkcja opozniajaca

void Delay( unsigned int del);

//Wysyla do portu

void PortSend( unsigned char

data, bool cmd= false );

//Pin E P0.30

static const unsigned int E =

0x40000000;

//Pin RW P0.31

static const unsigned int RS =

0x80000000;

//Maska danych

static const unsigned int DMASK =

0x00FF0000;

//Domyslne sprzetowe

static const unsigned int DELAY_HW

= 15;

//Opoznienie komend

static const unsigned int DELAY_CMD

= 3000;

//Opoznienie dla CLS

static const unsigned int DELAY_CLS

= 30000;

//Komendy wyswietlacza

enum {CLS_CMD=0x01,HOME_

CMD=0x02,MODE_CMD=0x04,ON_CMD=0x08,

SHIFT_CMD=0x10,FUNC_CMD=0x20,CGA_

CMD=0x40,DDA_CMD=0x80};

//Komenda MODE

enum {MODE_R=0x02,MODE_L=0,MODE_

MOVE=0x01};

//Komenda SHIFT

enum {SHIFT_DISP=0x08,SHIFT_

R=0x04,SHIFT_L=0};

//Komenda FUNC

enum {FUNC_8b=0x10,FUNC_4b=0,FUNC_

2L=0x08,

FUNC1L=0,FUNC_5x10=0x4,FUNCx7=0};

};

Umieszczono tu także dwie me-

tody: Delay , odpowiedzialną za ge-

nerowanie opóźnień oraz PortSend

wysyłającą bajt danych do wyświe-

tlacza Lcd . Pętla opóźniająca zosta-

ła napisana w asemblerze, aby było

możliwe dokładne określenie czasu

jej wykonania. Jako argument meto-

dy podajemy liczbę, która następnie

jest ładowana do któregoś z rejestrów

ogólnego przeznaczenia w którym na-

stępuje cykliczne odejmowanie liczby

jeden, aż do momentu, gdy rejestr

ten osiągnie wartość 0.

void CLcdDisp::Delay( unsigned int

del)

{

asm volatile

(

“dloop%=:”

“subs %[del],%[del],#1\t\n”

“bne dloop%=\t\n”

: :[del]”r”(del)

);

}

Po przesłaniu danych na linie D0...

D7 następuje ustawienie linii RS w od-

powiedni stan w zależności od tego, czy

dane przesłane na magistrale zinterpre-

towane zostaną jako rozkaz (stan wy-

soki), albo znak do wyświetlenia (stan

niski)

//Skasuj lub ustaw RS

if (cmd) LCDCCLR = RS;

else LCDCSET = RS;

Następnie na linii E generowany

jest dodatni impuls, w wyniku którego

następuje zapisanie danych lub instruk-

cji do wyświetlacza LCD.

Metoda PortSend służy do wysyłania

pojedynczego bajtu danych do wyświe-

Elektronika Praktyczna 12/2006

109

K U R S

//Ustaw Enable

LCDCSET = E;

Delay(DELAY_HW);

//Skasuje enable

LCDCCLR = E;

Wszystkie metody zadeklarowane

jako public dostępne są dla użytkowni-

ka i stanowią zewnętrzny interfejs kla-

sy. Klasa CLcdDisp zawiera następujące

składowe publiczne:

public :

CLcdDisp();

~CLcdDisp();

void Write( const char *str);

void Write( char zn);

void Write( unsigned int licz);

//Wyczysc wyswietlacz

void Clear( void );

//Zalacz wylacz kursor

void SetCursor( unsigned char cmd);

void GotoXY( unsigned char

x, unsigned char y);

template < class T> CLcdDisp& opera-

tor <<(T obj)

{

Write(obj);

return * this ;

}

CLcdDisp& operator <<(pos obj)

{

GotoXY(obj.mx,obj.my);

return * this ;

}

CLcdDisp jest domyślnym konstruk-

torem klasy i jest on wywoływany pod-

czas tworzenia nowego obiektu danej

klasy. W konstruktorze napisano proce-

durę inicjalizacji wyświetlacza LCD. Ini-

cjalizacja rozpoczyna się od ustawienia

linii RS, E i D0...D7 oraz odczekania

kilkudziesięciu milisekund na ustabilizo-

wanie napięcia zasilającego:

//Konstruktor klasy obslugi wyswie-

tlacza LCD

CLcdDisp::CLcdDisp()

{

//Linie E i RS jako wyjsciowe

LCDCDIR |= E|RS;

LCDCCLR = E|RS;

//Linia danych jako wyjsciowa

LCDDDIR |= DMASK;

Delay(100000);

Następnie trzykrotnie wysyłana

jest komenda ustawiająca wyświetlacz

w tryb 8-bitowy:

PortSend(FUNC_CMD|FUNC_8b, true );

Delay(DELAY_CLS);

PortSend(FUNC_CMD|FUNC_8b, true );

Delay(DELAY_CMD);

PortSend(FUNC_CMD|FUNC_8b, true );

Delay(DELAY_CMD);

po czym następuje ustawienie wy-

świetlacza tak, aby pracował w rozdziel-

czości 5x7, załączenie wyświetlacza,

wyczyszczenie oraz ustawienie kursora

w pozycji początkowej. Kolejnymi me-

todami publicznymi są metody Write

służące do wypisania na wyświetlaczu

pojedynczego znaku, łańcucha tekstowe-

go, oraz liczby stałoprzecinkowej. Uważ-

nego Czytelnika może zdziwić fakt, że

metody o takiej samej nazwie zadekla-

rowane są kilkukrotnie. Jest to kolejna

zaleta języka C++, w którym możemy

deklarować funkcję i metody o takich sa-

mych nazwach. Kompilator w zależności

od argumentu przekazanego do metody

wywoła odpowiednią funkcję Write . Np.

jeżeli napiszemy lcd.Write(100) , zostanie

wywołana metoda Write , której argument

jest typu int . Poszczególne metody są

bardzo podobne, przedstawię tutaj me-

todę Write wypisująca łańcuch tekstowy.

void CLcdDisp::Write( const char

*str)

{

while (*str)

{

PortSend(*str++);

Delay(DELAY_CMD);

}

umożliwia tworzenie operacji łań-

cuchowych. W programie stworzono

także dodatkową klasę pos , której

przesłanie do klasy wyświetlacza

LCD spowoduje ustawienie kursora

na wybranej pozycji. Deﬁnicja tej

klasy jest następująca:

class pos

public :

pos( unsigned char x, unsigned char

y):mx(x),my(y) {}

unsigned char mx,my;

};

Działanie tej metody polega na

odczytaniu pojedynczego znaku, prze-

pisaniu jego zawartości do wyświe-

tlacza LCD za pomocą metody Port-

Send oraz odczekaniu około 40 ms na

przesłanie znaku. Następnie wskaź-

nik jest zwiększany o jeden i wysy-

łany jest kolejny znak. Dzieje się

tak do czasu, gdy zostanie wykry-

ty znak 0 będący symbolem końca

łańcucha. Metoda Clear() umożliwia

wyczyszczenie zawartości wyświe-

tlacza, natomiast metoda GotoXY()

umożliwia przejście do wybranej po-

zycji kursora. W języku C++ możemy

zmieniać znaczenie operatorów, co

nosi nazwę przeciążania operatorów.

Korzystając z tej techniki napiszemy

własne wersje operatora << umoż-

liwiające wypisywanie liczb i zmien-

nych na przykład tak: lcd <<

„Zmienna= „ << zm; Napiszemy

także bardzo prostą klasę pos, której

przekazanie do obiektu klasy wyświe-

tlacza LCD spowoduje przesunięcie

kursora na wybraną pozycję np. tak:

lcd << pos(1,2) << „2 li-

nia”; Wszystkie operatory korzysta-

ją z wcześniej zdeﬁniowanych metod

Write() oraz GotoXY() i są zdeﬁnio-

wane w deklaracji klasy zapewniając

rozwinięcie ich w miejscu wywołania.

Operator wysyłający dane do strumie-

nia zdeﬁniowano wsposób następują-

cy:

template < class T> CLcdDisp& operator

<<( const T &obj)

{

Write(obj);

return * this ;

}

Zastosowano tutaj kolejną ce-

chę języka C++ mianowicie funkcję

wzorcową. Mechanizm ten umożliwia

zadeklarowanie tylko jednej funkcji

niezależnie od argumentów jakie ona

przyjmuje. Po prostu w momencie

wywołania funkcji z danym parame-

trem, kompilator na etapie kompila-

cji tworzy daną funkcję zamieniając

T na konkretny typ danych na przy-

kład int. W wyniku tej czynności nie

musimy pisać trzech osobnych wersji

operatora dla każdego typu danych:

char* , int , char . Operator zwraca

wskaźnik do klasy obiektu LCD, co

Klasa ta zawiera tylko dwa pola

określające pozycję kursora na wy-

świetlaczu oraz konstruktor, który

przyjmuje jako argumenty pozycję

kursora oraz przepisuje je do mx

oraz my .

Dla obiektu klasy pos stworzony

jest osobny operator <<, który wy-

wołuje metodę GotoXY() przesuwając

kursor wyświetlacza LCD do odpo-

wiedniej pozycji zawartej w zmien-

nych mx , my .

CLcdDisp& operator <<( const pos

&obj)

{

GotoXY(obj.mx,obj.my);

return * this ;

}

W pliku testlcd.cpp znajduje się

bardzo prosty programik korzystający

z klasy CLcdDisp , wypisujący na wy-

świetlaczu LCD stan wciśniętego kla-

wisza S1..S4.

CLcdDisp cout;

//Funkcja glowna main

int main( void )

{

cout << “Witaj !”;

cout << pos(1,2) << “IO0PIN=”;

unsigned int sk;

while (1)

{

sk = (~IO0PIN >> 4) & 0x0f;

cout << pos(8,2)<< sk << „ „;

}

110

Elektronika Praktyczna 12/2006

Działanie programu rozpoczyna się

od utworzenia obiektu klasy CLcdDisp

o nazwie cout . W funkcji main() wypisy-

wany jest napis powitalny, a następnie

program wchodzi w pętlę nieskończoną,

która odczytuje stan klawiszy S1...S4

oraz przepisuje ich zawartość do zmien-

nej sk , maskując pozostałe nie istotne

bity. Następnie na pozycji 8,2 wypisy-

wany jest stan zmiennej sk . Pomimo,

że mechanizmy tworzące operatory są

trochę zawiłe, korzystanie z samej bi-

blioteki obsługi wyświetlacza LCD jest

bardzo proste. Czytelnikom znającym

język C++ proponuję napisanie klasy

o nazwie clear , której przekazanie do

klasy CLcdDisp za pomocą operatora

>> spowoduje wyczyszczenie wyświe-

tlacza LCD.

Lucjan Bryndza, EP

lucjan.bryndza@ep.com.pl

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: