Metode za čitanje i upravljanje Arduino I / O portovima

Za interakciju s vanjskim svijetom, morate konfigurirati izlaze mikrokontrolera za prijem ili prijenos signala. Kao rezultat, svaki pin će raditi u načinu ulaza i izlaza. Postoje dva načina da to učinite na vašoj omiljenoj ploči Arduino, točno kako ćete naučiti iz ovog članka.

Prva metoda - standardni jezik za Arduino IDE

To svi znaju Težak Programiran je na C ++ uz nešto prilagođavanja i pojednostavljenja za početnike. Zove se ožičenje. U početku su svi arduino portovi definirani kao ulazi i nema potrebe za specificiranjem u kodu.

Portovi se obično pišu u funkciji inicijalizacije varijable:

postavljanje praznine ()
{
// kod
}

Za to se koristi naredba pinMode, ima prilično jednostavnu sintaksu, prvo je naznačen broj porta, a zatim je njegova uloga odvojena zarezima.

pinMode (nomer_porta, naznachenie)

Ovom naredbom unutarnji krug mikrokontrolera konfiguriran je na određeni način.

Postoje tri načina na koja port može raditi: INPUT - ulaz, u ovom načinu se događa čitanje podataka s senzora, status gumba, analogni i digitalni signal. Luka se nalazi u tzv stanje visoke impedance, jednostavnim riječima - ulaz ima visoki otpor. Ova vrijednost je postavljena, na primjer, 13 pinova ploče, ako je potrebno, kako slijedi:

pinMode (13, ULAZ);

OUTPUT - izlaz, ovisno o naredbi propisanoj u kodu, ulaz uzima vrijednost jednaku ili nulu. Izlaz postaje vrsta kontroliranog izvora energije i proizvodi maksimalnu struju (u našem slučaju 20 mA i 40 mA na vrhuncu) na opterećenje povezano s njim. Da biste Arduinu dodijelili port kao izlaz, morate unijeti:

pinMode (13, IZLAZ);

INPUT_PULLUP - priključak radi kao ulaz, ali tzv. Otporni otpornik od 20 kΩ.

Uvjetni unutarnji krug porta u ovom stanju prikazan je dolje. Značajka ovog ulaza je da se ulazni signal doživljava kao obrnuti ("jedinica" na ulazu mikrokontroler doživljava kao "nulu"). U ovom načinu rada ne možete koristiti vanjske otpornike na povlačenje pri radu s gumbima.

pinMode (13, INPUT_PULLUP);

Podaci se primaju iz portova i prenose im ih naredbama:

• digitalWrite (pin, value) - pretvara izlazni pin u logički 1 ili 0, napon se pojavljuje ili nestaje 5V na izlazu, na primjer digitalWrite (13, HIGH) - napaja 5 volti (logička jedinica) na 13 pinova, a digitalWrite (13, nizak ) - prevodi 13 pinova u stanje logičke nule (0 volti);

• digitalRead (pin) - čita vrijednost s ulaza, primjerice digitalRead (10), očitava signal s 10 pina;

• analogRead (pin) - čita analogni signal iz analognog ulaza, dobiva vrijednost u rasponu od 0 do 1023 (unutar 10-bitnog ADC-a), primjer je analogRead (3).

Druga metoda - upravljanje lukama kroz Atmega registre i ubrzavanje koda

Takva je kontrola naravno jednostavna, ali u ovom slučaju postoje dva nedostatka - veća potrošnja memorije i loši rad pri radu s portovima. Ali sjetite se što je Arduino, bez obzira na ploču s opcijama (uno, mikro, nano)? Prije svega, ovo mikrokontroler AVR familije ATMEGA, nedavno korištena MK atmega328.

U Arduino IDE-u možete programirati na materinjem jeziku za ovu obitelj C AVR, kao da radite s zasebnim mikrokontrolerom. Ali prvo stvari. Da biste na ovaj način upravljali lukama Arduino, prvo morate pažljivo razmotriti sljedeću ilustraciju.

Možda će netko jasnije ispitati luke u ovom obliku (isti na slici, ali u drugačijem dizajnu):

Ovdje vidite korespondenciju zaključaka Arduina i imena luka Atmega. Dakle, imamo 3 porta:

• PORTB;

• PORTC;

• PORTD.

Na temelju prikazanih slika, sastavio sam tablicu dopisivanja između luka Arduino i Atmega, bit će vam korisna u budućnosti.

Atmega ima tri 8-bitna registra koja kontroliraju stanje portova, na primjer, priključak B će utvrditi njihovu svrhu crtanjem analogija sa standardnim alatima za ožičenje opisanim na početku ovog članka:

• PORTB - Upravljanje statusom izlaza. Ako je iglica u načinu "Izlaz", tada 1 i 0 određuju prisutnost istih signala na izlazu. Ako je pin u režimu "Input", tada 1 spaja podizni otpornik (isto kao što je gore opisano INPUT_PULLUP), ako je 0 stanje visoke impedance (analogno INPUT-u);

• PINB je registar za čitanje. U skladu s tim, sadrži podatke o trenutnom stanju igle porta (logička jedinica ili nula).

• DDRB - registar smjerova ulaza. Pomoću toga mikrokontroleru pokazujete da li je ulaz ulaz ili izlaz, s izlazom "1" i "0" ulazom.

Umjesto slova "B", može postojati bilo koji drugi prema imenima portova, na primjer, PORTD ili PORTC ostale naredbe rade slično.

Trepćemo LED, zamjenjujemo standardnu ​​funkciju digitalWrite (). Prvo, prisjetimo se kako izgleda izvorni primjer iz Arduino IDE biblioteke.

Ovo je šifra poznatog „treptanja“, koji pokazuje treptanje LED-a ugrađenog u ploču.

U komentarima se objašnjava kôd. Logika ovog djela je sljedeća.

Naredba PORTB B00100000 stavlja PB5 u stanje logičke jedinice, pogledajte, te slike i tablicu koja se nalazi ispod i vidite da PB5 odgovara 13 pin Arduina.

Slovo "B" ispred brojeva označava da vrijednosti pišemo u binarnom obliku. Numeriranje u binarnom obliku ide s desna na lijevo, tj. ovdje je jedinica u šestom bitu s desnog ruba bita, koji mikrokontroleru govori o interakciji sa stanjem šestog bita registra B (PB5). Tablica u nastavku prikazuje strukturu priključka D, slična je i dana je kao primjer.

Možete postaviti vrijednost ne u binarnom, već u heksadecimalnom obliku, na primjer, za to otvaramo Windows kalkulator i u načinu "VIEW" odaberite opciju "Programmer".

Unesite željeni broj:

I kliknite na HEX:

U ovom slučaju, sve to prenosimo na Arduino IDE, ali umjesto prefiksa "B" bit će "0x".

Ali s ovim ulazom postoji problem. Ako imate išta povezane s drugim iglama, tada unosite naredbu poput B00010000 - resetirat ćete sve igle osim 13 (PB5). Možete unijeti podatke za svaki pin pojedinačno. Izgledat će ovako:

Takav se zapis može činiti nerazumljivim, razmislimo.

Ovo je logična operacija dodavanja, | = znači dodavanje nečega sadržaju porta.

To znači da u registar morate dodati riječ od 8 bita s jedinicom pomaknutom za 5 bita - kao rezultat, ako se 11000010 pokaže da je 110,110,010. U ovom primjeru se vidi da se promijenio samo PB5, ostali bitovi ovog registra ostali su nepromijenjeni, kao i Stanje pinova mikrokontrolera ostalo je nepromijenjeno.

No, s logičkim dodavanjem, pojavljuje se problem - jedinicu ne možete pretvoriti u nulu, jer:

0+0=1

1+0=1

0+1=1

U pomoć će nam doći logičko množenje i inverzija:

& = znači umnožiti sadržaj priključka na određeni broj.

 

A ovo je broj s kojim se množimo. Znak "~" označava inverziju. U našem slučaju, obrnuta jedinica je nula. Odnosno, množimo sadržaj priključka na nulu, pomaknut za 5 bita. Na primjer, bio je 10110001, postao je 10100001. Preostali bitovi ostali su nepromijenjeni.

Isto se može učiniti korištenjem invertne operacije (^):

Čitanje iz portova, analogni digitalRead () izvodi se pomoću PIN registra, u praksi izgleda ovako:

Ovdje provjeravamo je li izraz u zagradama jednak stvarnom stanju portova, tj. slično ako smo napisali if (digitalRead (12) == 1).

zaključak

Zašto postoje takve poteškoće s upravljanjem portom ako možete koristiti standardne praktične funkcije? Sve je u brzini i veličini koda. Kada se koristi druga metoda o kojoj je riječ u članku, veličina koda se značajno smanjuje, a brzina se povećava za nekoliko reda veličine. Standardni digitalWrite () izveden je u 1800 µs, a snimanje izravno u ulaz u 0,2 µs, a digitalRead () u 1900 µs, a postalo je i u 0,2 µs. Ova metoda upravljanja pronađena je na otvorenim prostorima mreže i često se nalazi u kodu. gotovi projekti.