Микропроцесорски системи/К2 2021

Први колоквијум 2021. године нема поставку доступну са странице предмета. Није много познато о овом року, осим задатка наведеног испод. Исти задатак појавио се и на другом колоквијуму 2022. године.

Задатак

Поставка

Референтна шема у задатку.

Користећи алате arm-none-eabi-*, build-tools и Eclipse CDT, Proteus симулатор и CubeMX алат потребно је испунити ставке које се налазе у наставку.

1. [6 поена] Направити CubeMX и Proteus пројекте за микроконтролер STM32F103R6. Додати два дугмета и повезати их на пинове PB0 и PB2 (погледати референтну шему) тако да се могу користити за генерисање прекида. Извршити неопходну конфигурацију тако да се генеришу захтеви за обраду прекида уколико се на улазном сигналу ових пинова препозна узлазна ивица. Додати две LED (light emitting diode) и повезати их на пинове PB1 и PB3 (погледати референтну шему). Извршити неопходну конфигурацију и затим у оквиру прекидне рутине за дугме које је везано на пин PB0 написати програмски код који врши промену стања на пину PB1, а у оквиру прекидне рутине за дугме које је везано на пин PB2 написати програмски код који врши промену стању^[sic] на пину PB3 (погледати референтни снимак).
2. [6 поена] Додати седмосегментни екран ширине четири цифара, повезати га на одговарајуће пинове према референтној шеми, извршити неопходну конфигурацију и написати програмски код за приказ цифара 1234 на екрану. Освежавање екрана вршити у update event прекидној рутини тајмера TIM1. Уколико се ставка (4) уради у потпуности исправно приказ на екрану ускладити са захтевима из ставке (4) а поени за ставку (2) биће признати у целости.
3. [6 поена] Додати електромотор и осцилоскоп у складу са референтном шемом. Потребно је проширити постојеће прекидне рутине из ставке (1) на начин да се контролише брзина рада електромотра.^[sic] Улога дугмета повезаног на пин PB0 јесте да повећа брзину, а улога дугмета повезаног на пин PB2 јесте да смањи брзину (погледати референтни снимак). За генерисање сигнала којим се контролише електромотор користити тајмер TIM1 и његов канал CH1. Појединачни инкремент односно декремент за који се мења брзина представља 10% од максималне брзине електромотора.
4. [6 поена] Потребно је додати генератор сигнала према референтној шеми. Имплементирати израчунавање тренутне фреквенције сигнала са генератора и приказ израчунате фреквенције на седмосегментном екрану из ставке (2) уместо цифара 1234 (погледати референтни снимак). Фреквенција приказана на екрану треба да буде изражена у Hz. За имплементацију ове ставке користити тајмер TIM3 а могуће је користити његове канале CH1 и CH2. Уколико се ставка (4) уради у потпуности исправно приказ на екрану ускладити са захтевима из ставке (4) а поени за ставку (2) биће признати у целости.

Решење

Цело решење може се преузети одавде.

Сви релевантни измењени фајлови са кодом налазе се у cubemx/code/Core/Src директоријуму.

Решење испод се може у мањим детаљима разликовати од решења у архиви изнад, како је код испод додатно поједностављен ради појашњења неких фунцкионалности.

Опште напомене

• Потребно је урадити Refresh пројекта у Eclipse окружењу након поновног генерисања кода у CubeMX-у како би све радило исправно.
• За пинове се оставља подразумевана опција no pull-up, no pull-down за разлику од вежби.
• У случају проблема рада седмосегментог дисплеја додати GPIOC->ODR &= ~0xFFF пре постављања вредности на дисплеј.

CubeMX опште

Прво је под Project Manager у Project подешена путања пројекта и Makefile за Toolchain, а затим у Code Generator штиклирана опција за генерисање одвојених изворних фајлова и заглавља за сваку периферију. Урадити иницијално генерисање кода.

Eclipse опште

• Отворити Eclipse и поставити радно окружење на фолдер CubeMX унутар фолдера пројекта.
• Window->Preferences->MCU:
  • Workspace Arm -> поставити питању до interna_putanja_na_vašem_računaru\GNU MCU\arm-none-eabi-gcc-10.2.1-1.1\bin.
  • Workspace BuildTools -> поставити питању до interna_putanja_na_vašem_računaru\GNU MCU\build-tools-4.2.1-2\bin.
• Путем опције import увести генерисан код из фолдера Code, као постојећи C/C++ пројекат који користи makefile. Обавезно означити Arm Cross GCC.
• Након учитавања, десни клик на учитани пројекат, properties->C/C++ Build->Setting, а затим Apply and close.
• Опет десни клик на учитани пројекат, properties->C/C++ General->Paths and symbols, и додати C симболе STM32F103x6 и USE_HAL_DRIVER.

Makefile опште

У Makefile је померен tim.c на дно C_SOURCES променљиве, следећи блок:

ifeq ($(DEBUG), 1)
CFLAGS += -g -gdwarf-2
endif


# Generate dependency information
CFLAGS += -MMD -MP -MF"$(@:%.o=%.d)"

је промењен на:

ifeq ($(DEBUG), 1)
CFLAGS += -g -gdwarf-2 -fdebug-prefix-map==../
endif


# Generate dependency information
CFLAGS += -MMD -MP -MF"$(@:%.o=%.d)"

CFLAGS += -mlong-calls
CFLAGS += -Wall -Wextra

и startup_stm32f103x6.s је промењено на Core/Src/startup_stm32f103x6.s унутар ASM_SOURCES.

Ставка 1

CubeMX

• Пинове PB0 и PB2 подесити као GPIO_EXTI.
• Пинове PB1 и PB3 подесити као GPIO_Output.
• У NVIC омогућити прекиде по EXTI0 и EXTI2.
• Генерисати код.

Eclipse

stm32f1xx_it.c

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) {
	switch (GPIO_Pin) {
	case GPIO_PIN_0:
		HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_1);
		break;

	case GPIO_PIN_2:
		HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_3);
		break;
	}
}

Proteus

• Додати микотроконтролер и поставити сигнале према референтној шеми.
• Диода је LED-YELLOW из библиотеке ACTIVE. Диоде је потребно поставити да буду дигиталне.
• За дугме се користи BUTTON из библиотеке ACTIVE. Switching time поставити на 1n.
• Поставити отпорнике у складу са референтном шемом.
• Поставити .elf или .hex фајл у микроконтролеру и тестирати исправан рад.

Ставка 2

CubeMX

• Тајмер TIM1:
  • Clock Source->Internal clock,
  • Prescaler (PSC)->999
  • Counter Period (AutoReload Register)->79
• Поставке изнад обезбеђују на сваких 10ms да се деси update interrupt, 8MHz/PSC је број тактова у једној секунди, а ARR на колико тактова се генерише update interrupt.
• У NVIC омогућити update interrupt за TIM1.
• Подесити пинове PC0-PC11 као GPIO_Output.
• Генерисати код.

Eclipse

main.c

     (&htim1)->Instance->SR = ~TIM_SR_UIF;   //  Чисти иницијалани update interrupt flag по покретању пројекта
  	 HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1);		 // Стартује TIM1

tim.c

uint8_t digits[4] = { 1, 2, 3, 4 };
uint8_t sevenSeg[] = { 0x81, 0xCF, 0x92, 0x86, 0xCC, 0xA4, 0xA0, 0x8F, 0x80, 0x84 };
uint8_t currentDigit = 0;
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
     if (htim->Instance == TIM1) {
			GPIOC->ODR &= ~0xF00;	                // Чисти приказ свих цифара (чисти пинове за аноде 7seg дисплеја)
			GPIOC->ODR &= ~0xFF;	                //Чисти стару вредност текуће цифре
			GPIOC->ODR |= sevenSeg[digits[currentDigit]];	// Поставља нову вредност текуће цифре
			GPIOC->ODR |= 0x1 << (currentDigit + 8);	// Приказује текућу цифреу активирањем пина аноде на одговарајућој позицији
			currentDigit = (currentDigit + 1) % 4;
		}
	}

Proteus

• Користи се 7SEG-MPX4-CAиз библиотеке DISPLAY.
• Повезати седмосегменти дисплеј у складу са референтном шемом.
• Тестирати исправан рад.

Ставка 3

CubeMX

• Тајмер TIM1:
  • Channel1->IPWM Generation CH1,
  • Counter Period (AutoReload Register)->9
  • Pulse->0
  • CH Polarity->Low

• У NVIC омогућити capture compare interrupt.
• Генерисати код.

Eclipse

main.c

     HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);

stm32f1xx_it.c

     void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) {
		switch (GPIO_Pin) {
		case GPIO_PIN_0:
			HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_1);
	
			if (power < 9) {
				power++;
			}
			htim1.Instance->CCR1 = power;

			break;

		case GPIO_PIN_2:
			HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_3);	

			if (power > 0) {
				power--;
			}
			htim1.Instance->CCR1 = power;

			break;
		}
	}

Proteus

• Поставити коло са мотором у складу са референтном шемом.
• За батерију се користи CELL из библиотеке DEVICE, а за мотор MOTOR из библиотеке ACTIVE.
• Диода овде не треба да буде дигитална.
• Обратити пажњу да је напон батерија 12V.

Ставка 4

CubeMX

• Тајмер TIM3:
  • Clock Source->Internal clock,
  • Channel1->Input Capture direct mode,
  • Prescaler (PSC)->7999
  • Counter Period (AutoReload Register)->65565
  • Polarity Selection канала 1->Rising edge
• У NVIC омогућити general interrupt од TIM3.
• Генерисати код.

Eclipse

main.c

    (&htim3)->Instance->SR = ~TIM_SR_UIF;
	HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
  	HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim3, TIM_CHANNEL_1);

tim.c

uint8_t digits[4] = { 1, 2, 3, 4 };
uint8_t sevenSeg[] = { 0x81, 0xCF, 0x92, 0x86, 0xCC, 0xA4, 0xA0, 0x8F, 0x80, 0x84 };
uint8_t currentDigit = 0;
uint32_t timestamp = 0;
uint32_t overflowCounter = 0;

void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
    if (htim->Instance != TIM3 && htim->Channel != HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1) {
        return;
    }
    uint32_t currentTimestamp = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1);
    // Прво мерење не треба да ажурира дисплеј, већ само измери време.
    if (timestamp != 0) {
        // Број откуцаја који су прошли од претходног мерења, а један откуцај је
        // једна милисекунда.
        uint32_t periodMs = currentTimestamp - timestamp + overflowCounter * 65536;
        // фреквенција = 1 / периода у секундама = 1000 / периода у милисекундама
        uint32_t frequency = 1000 / periodMs;
        digits[0] = frequency / 1000;
        digits[1] = frequency / 100 % 10;
        digits[2] = frequency / 10 % 10;
        digits[3] = frequency % 10;
    }
    timestamp = currentTimestamp;
    overflowCounter = 0;
}

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
    if (htim->Instance == TIM1) {
        // У нижих осам битова (PC7..0) иду битови тренутне цифре, а у виших четири
        // (PC11..8) иде један бит који каже на коју цифру тренутно исписујемо.
        GPIOC->ODR = sevenSeg[digits[currentDigit]] | (1 << (8 + currentDigit));
        currentDigit = (currentDigit + 1) % 4;
    } else if (htim->Instance == TIM3) {
        ++overflowCounter;
    }
}

Proteus

• Поставити преостале компоненте у складу са референтном шемом.
• На DCLOCK-у се испробавају фреквенције мање од 8000.