Show page

Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

--- pm:lab:lab2-2022 [2023/03/18 21:16]
alexandru.predescu [4. Exerciții]
+++ pm:lab:lab2-2022 [2024/03/17 09:54] (current)
florin.stancu
@@ Line 5: / Line 5: @@
 ~~SHOWSOLUTION~~
-====== Laboratorul 2: Întreruperi. Întreruperi externe. ======
+====== Laboratorul 2: Întreruperi hardware. Întreruperi externe ======
-Acest laborator are ca scop familiarizarea voastră cu lucrul cu întreruperile hardware și cu timer-ele prezente în microcontroller-ul Atmega328p. Vom folosi timer-ele doar pentru a număra, nu și pentru a genera semnal PWM. Această funcționalitate va fi studiată și utilizată în laboratoarele următoare.
+Acest laborator are ca scop familiarizarea voastră cu lucrul cu întreruperile hardware și în particular cu întreruperile externe. Vom folosi întreruperi externe pentru a detecta imediat (în timp real) apăsarea unui buton, independent de programul principal.
 ===== 1. Întreruperi =====
@@ Line 54: / Line 54: @@
-==== 1.1. Utilizarea întreruperilor ====
+==== Utilizarea întreruperilor ====
 În general, pașii parcurși pentru a activa o întrerupere sunt următorii:
@@ Line 68: / Line 68: @@
 cli();
 </file>
-==== 1.2. Lucrul cu întreruperi ====
-Reguli de programare în context întrerupere:
-  * Nu există o valoare de return. La închierea execuției handler-ului, procesorul execută din nou instrucțiuni de unde rămăsese înainte de declanșarea întreruperii
-  * Datorită faptului că handler-ul întârzie orice altă activitate din main și inhibă execuția altor întreruperi, se dorește ca timpul de execuție să fie cât mai mic.
-  * La folosirea unor variabile comune în mai multe handler-e de întrerupere și/sau main trebuie avut în vedere accesul concurent la acestea (în special la variabilele de 16/32 biți a căror modificare necesită mai mulți cicli de procesor).
-  * Variabilele comune trebuie marcate ca ''volatile'' pentru ca accesele la acestea să nu fie optimizate de către compilator
-Alte wrapper-e (în jurul unor instrucțiuni ale core-ului AVR) oferite de interfață sunt:
-  * **sei()** - setează pe 1 bitul I din SREG, activând întreruperile globale. Apelează instrucțiunea assembler //sei//
-  * **cli()** - setează pe 0 bitul I din SREG, dezactivând întreruperile globale. Apelează instrucțiunea assembler //cli//
-  * **reti()** - întoarcerea dintr-o rutină de tratare a intreruperii, activează întreruperile globale. Ar trebui sa fie ultima instrucțiune apelată într-o rutină care folosește flag-ul ISR_NAKED.
-<note important>Întreruperile întâlnite care nu au o rutină de tratare vor cauza o întrerupere de reset!</note>
-===== 1. Întreruperi externe. INT vs. PCINT =====
-Întreruperile se pot împărți în două categorii:
-  * întreruperile componentelor //interne//: timere, interfețe seriale (USART), convertor analog-digital
-  * întreruperile componentelor //externe//: activate de pinii externi ai uC-ului
-În [[pm:lab:lab2-2022|Laboratorul 2]] ați studiat mecanismul de întreruperi de pe Atmega328p și ați configurat întreruperi în contextul timer-elor.
-Pe lângă întreruperile componentelor interne uC-ului, există și câteva linii pentru întreruperi de la periferice externe: INT0-INT1 și PCINT0-PCINT2. Diferența dintre aceste două tipuri de întreruperi externe este dată de capabilitățile suportate și de granularitatea lor.
-Semnalele pentru întreruperile **INTn** pot genera o întrerupere la tranziție (crescătoare, descrescătoare sau ambele) sau pe nivel 0, în funcție de configurarea întreruperii. Întreruperile **PCINTn** (Pin Change INTerrupt) se declanșează la ambele tranziții (mai exact, atunci când se face toggle la valoare) și câte 8 pini sunt multiplexați pe o singură întrerupere. Semnalele de întrerupere PCINT se pot activa individual, însă pentru a afla exact ce semnal a declanșat o anumită întrerupere trebuie verificat registrul PINn corespunzător. Dacă mai multe semnale se declanșează în același timp, ele nu vor putea fi deosebite.
-<note important>În cazul întreruperilor de tip pin change interrupt, a nu se confunda vectorul de tratare a întreruperilor ex. PCINT2 cu întreruperea efectivă ex. PCINT20 (PD4). Maparea dintre vector și întreruperi se poate găsi în secțiunea 30 pag. 278 din {{:pm:atmel-7810-automotive-microcontrollers-atmega328p_datasheet.pdf|datasheet}}</note>
-==== Configurare ====
 În general, pașii parcurși pentru a activa o întrerupere externă INT sau PCINT sunt următorii:
@@ Line 108: / Line 73: @@
 === Configurăm perifericul care va trimite întreruperile ===
-În exemplu, pentru ''INT0'' și ''INT1'' (pinii ''PD2'' și ''PD3''), configurarea se face din registrul ''EICRA'' (External Interrupt Control Register A, secțiunea 12.2.1, pagina 54 din {{:pm:atmel-7810-automotive-microcontrollers-atmega328p_datasheet.pdf|datasheet}}, în timp ce pentru întreruperi de tip pin change se folosește registrul ''PCICR''.
+De exemplu, pentru ''INT0'' și ''INT1'' (pinii ''PD2'' și ''PD3''), configurarea se face din registrul ''EICRA'' (External Interrupt Control Register A, secțiunea 12.2.1, pagina 54 din {{:pm:atmel-7810-automotive-microcontrollers-atmega328p_datasheet.pdf|datasheet}}, în timp ce pentru întreruperi de tip pin change se folosește registrul ''PCICR''.
 <file c>
@@ Line 119: / Line 84: @@
 <note tip>
-O întrerupere externă poate fi configurată astfel încât **să detecteze tranziția semnalului logic** pe front crescător, descrescător sau oricare (vezi tabelul 13-1 din {{:pm:doc8272.pdf | datasheet}}). În comparație, o întrerupere de tip pin change este generată la modificarea **nivelului logic** al semnalului, iar valoarea semnalului **trebuie verificată explicit în codul întreruperii**.
+O întrerupere externă poate fi configurată astfel încât **să detecteze tranziția semnalului logic** pe front crescător, descrescător sau oricare (vezi tabelul 13-1 din {{:pm:atmel-7810-automotive-microcontrollers-atmega328p_datasheet.pdf|datasheet}}). În comparație, o întrerupere de tip pin change este generată la modificarea **nivelului logic** al semnalului, iar valoarea semnalului **trebuie verificată explicit în codul întreruperii**.
 </note>
 === Scriem rutina de tratare a întreruperii ===
-De exemplu, pentru întreruperile de tip ''INT0'' și respectiv ''PCINT2'', codul va arăta în felul următor:
+De exemplu, pentru întreruperile de tip ''INT0'', respectiv ''PCINT2'', codul va arăta în felul următor:
 <file c>
@@ Line 145: / Line 110: @@
 <note important>
-Dacă avem mai multe întreruperi pe același vector și de ex. mai multe butoane, nu se poate determina cu exactitate care dintre butoane a generat întreruperea de tip PCINT. În plus, este posibil să apară mai multe întreruperi în timp ce starea unui pin verificat să rămână neschimbată, caz în care va fi detectată o nouă apăsare în mod eronat.
+Dacă avem mai multe întreruperi pe același vector (de ex. mai multe butoane), nu se poate determina cu exactitate care dintre butoane a generat întreruperea de tip PCINT. În plus, este posibil să apară mai multe întreruperi în timp ce starea unui pin verificat să rămână neschimbată, caz în care va fi detectată o nouă apăsare în mod eronat.
 </note>
@@ Line 163: / Line 128: @@
 </file>
+==== Lucrul cu întreruperi ====
+Reguli de programare în context întrerupere:
+  * Nu există o valoare de return. La închierea execuției handler-ului, procesorul execută din nou instrucțiuni de unde rămăsese înainte de declanșarea întreruperii
+  * Datorită faptului că handler-ul întârzie orice altă activitate din main și inhibă execuția altor întreruperi, se dorește ca **timpul de execuție să fie cât mai mic**.
+  * La folosirea unor variabile comune în mai multe handler-e de întrerupere și/sau main trebuie avut în vedere **accesul concurent** la acestea (în special la variabilele de 16/32 biți a căror modificare necesită mai mulți cicli de procesor).
+  * Variabilele comune trebuie marcate ca ''volatile'' pentru ca accesele la acestea să nu fie optimizate de către compilator
+Alte wrapper-e (în jurul unor instrucțiuni ale core-ului AVR) oferite de interfață sunt:
+  * **sei()** - setează pe 1 bitul I din SREG, activând întreruperile globale. Apelează instrucțiunea assembler //sei//
+  * **cli()** - setează pe 0 bitul I din SREG, dezactivând întreruperile globale. Apelează instrucțiunea assembler //cli//
+  * **reti()** - întoarcerea dintr-o rutină de tratare a intreruperii, activează întreruperile globale. Ar trebui sa fie ultima instrucțiune apelată într-o rutină care folosește flag-ul ISR_NAKED.
+<note important>Întreruperile active care nu au specificată o rutină de tratare **vor cauza o întrerupere de reset**!</note>
+===== 2. Întreruperi externe. INT vs. PCINT =====
+Întreruperile se pot împărți în două categorii:
+  * întreruperile componentelor //interne//: timere, interfețe seriale (USART), convertor analog-digital
+  * întreruperile componentelor //externe//: activate de pinii externi ai uC-ului
+Pe lângă întreruperile componentelor interne uC-ului, există și câteva linii pentru întreruperi de la periferice externe: **INT0-INT1** și **PCINT0-PCINT2**. Diferența dintre aceste două tipuri de întreruperi externe este dată de capabilitățile suportate și de granularitatea lor.
+Semnalele pentru întreruperile **INTn** pot genera o întrerupere la tranziție (crescătoare, descrescătoare sau ambele) sau pe nivel 0, în funcție de configurarea întreruperii. Întreruperile **PCINTn** (Pin Change INTerrupt) se declanșează la ambele tranziții (mai exact, atunci când se face toggle la valoare) și câte 8 pini sunt multiplexați pe o singură întrerupere. Semnalele de întrerupere PCINT se pot activa individual, însă pentru a afla exact ce semnal a declanșat o anumită întrerupere trebuie verificat registrul PINn corespunzător. Dacă mai multe semnale se declanșează în același timp, ele nu vor putea fi deosebite.
+<note important>În cazul întreruperilor de tip pin change interrupt, a nu se confunda vectorul de tratare a întreruperilor ex. PCINT2 cu întreruperea efectivă ex. PCINT20 (PD4). Maparea dintre vector și întreruperi se poate găsi în secțiunea 30 pag. 278 din {{:pm:atmel-7810-automotive-microcontrollers-atmega328p_datasheet.pdf|datasheet}}</note>
+===== 3. Întreruperi externe în Arduino =====
+Deși noi vom lucra în principal cu registre, în Arduino, întreruperile se mai pot configura folosind funcția **attachInterrupt()**.
+Funcția primește ca parametru numărul întreruperii externe (pe Arduino UNO avem INT0, INT1), funcția care va fi apelată (echivalent ISR), și modul prin care se face detecția tranziției:
+  * LOW: nivel logic 0
+  * CHANGE: tranziție de nivel logic
+  * RISING: front crescător
+  * FALLING: front descrescător
+Dezactivarea întreruperilor externe se poate face cu funcția **detachInterrupt()**
+Activarea sau dezactivarea temporară a tuturor întreruperilor se poate face cu funcțiile **noInterrupts()** și **interrupts()**
+<file c>
+int counter = 0;
+void myCallback() {
+  counter += 1;
+}
+void setup() {
+  pinMode(2, INPUT_PULLUP);
+  attachInterrupt(0, myCallback, FALLING);
+}
+void loop() {
+  Serial.print("numar apasari: ");
+  Serial.println(counter);
+  delay(1000);
+}
+</file>
+<hidden>
+AAB: add more info about debouncing, some photos from oscilloscope maybe...
+mention some simple debouncing methods, like using delays
+</hidden>
 ===== 4. Exerciții =====
-=== Task 0 (întreruperi / butoane) ===
+=== Task 1 (întreruperi / butoane) - 6p ===
 Folosiți întreruperi externe (INT și/sau PCINT) pentru a detecta apăsarea unui buton conectat la ''PD2'' (pin 2) și a unuia conectat la ''PD4'' (pin 4). Modificați starea unui LED conectat la ''PD7'' (pin 7) în ISR.
+  * Configurați întreruperea externă (INT) pe front descrescător (falling edge) sau PCINT-ul corespunzător pinului folosit
+  * Modificați starea LED-ului la apăsarea oricărui buton (PD2, PD4)
 **Tinkercad** - Testați programul folosind următorul montaj:
@@ Line 173: / Line 210: @@
 {{:pm:lab:lab3_2021:button_led_interrupts.png?600|}}
-<file>
+**Arduino** - Încărcați codul pe placă și observați comportamentul. La apăsarea butonului, LED-ul își schimbă starea o singură dată? Adăugați o metodă de [[https://www.arduino.cc/en/Tutorial/BuiltInExamples/Debounce|debouncing]] pentru a detecta o singură apăsare pe buton:
+  * NU este recomandat să folosiți delay în ISR
+  * Se poate folosi funcția //millis()// pentru a verifica intervalul de timp de la ultima apăsare (100 ms ar trebui să fie suficient pentru un pushbutton/microswitch, dar ajustați după caz)
+<file c>
 ISR(INT0_vect)
 {
   // cod întrerupere externă
   PORTD ^= (1 << PD7);
 }
-</file>
-  * Configurați întreruperea externă (INT) pe front descrescător (falling edge) sau PCINT-ul corespunzător pinului folosit
+ISR(PCINT2_vect) {
-  * Modificați starea LED-ului la apăsarea oricărui buton (PD2, PD4)
+  // cod întrerupere de tip pin change
+  // TODO
+}
-**Arduino** - Încărcați codul pe placă și observați comportamentul. La apăsarea butonului, LED-ul își schimbă starea o singură dată? Adăugați o metodă de [[https://www.arduino.cc/en/Tutorial/BuiltInExamples/Debounce|debouncing]] pentru a detecta o singură apăsare pe buton:
+void setup_interrupts() {
-  * NU este recomandat să folosiți delay în ISR
+  // buton 1: PD2 / INT0
-  * Se poate folosi funcția //millis()// pentru a verifica intervalul de timp de la ultima apăsare (100 ms ar trebui să fie suficient pentru un pushbutton/microswitch, dar ajustați după caz)
+  // buton 2: PD4 / PCINT20
-  * [expert] Se poate folosi un timer pentru a înlocui apelul funcției //millis()//
+  cli();
+  // input
+  DDRD &= ~(1 << PD2) & ~(1 << PD4);
+  // input pullup
+  PORTD |= (1 << PD2) | (1 << PD4);
+  // configurare intreruperi
+  // intreruperi externe
+  // TODO
+  // întreruperi de tip pin change (activare vector de întreruperi)
+  // TODO
+  // activare intreruperi
+  // intrerupere externa
+  // TODO
+  // întrerupere de tip pin change
+  // TODO
+  sei();
+}
+void setup() {
+  setup_interrupts();
+  DDRD |= (1 << PD7);
+  PORTD &= ~(1 << PD7);
+}
+void loop() {
+}
+</file>
 <hidden>
 **Soluția** se găsește pe [[https://www.tinkercad.com/things/cVPb9x8NUbX|Tinkercad Button Led Interrupts]]
+</hidden>
+=== Task 2 (blink control) - 4p ===
+Pe baza aceluiași montaj, folosiți întreruperi externe (INT și/sau PCINT) pentru a detecta apăsarea unui buton conectat la ''PD2'' (pin 2) și a unuia conectat la ''PD4'' (pin 4). Modificați intervalul de semnalizare (blink) al unui LED conectat la ''PD7'' (pin 7) în ISR astfel:
+  * butonul conectat la ''PD2'' crește intervalul cu 100 ms
+  * butonul conectat la ''PD4'' scade intervalul cu 100 ms
+<file c>
+volatile int dt = 500;
+ISR(INT0_vect)
+{
+  // cod întrerupere externă
+  // TODO
+}
+ISR(PCINT2_vect) {
+  // cod întrerupere de tip pin change
+  // TODO
+}
+// setup_interrupts() la fel ca la Task 1
+void setup() {
+  setup_interrupts();
+  DDRD |= (1 << PD7);
+  PORTD &= ~(1 << PD7);
+}
+void loop() {
+  PORTD |= (1 << PD7);
+  delay(dt);
+  PORTD &= ~(1 << PD7);
+  delay(dt);
+}
+</file>
+<hidden>
+**Soluția** se găsește pe [[https://www.tinkercad.com/things/knmCTWcDM6Q|Tinkercad Button Led Blink Interrupts]]
 </hidden>
@@ Line 200: / Line 319: @@
   * Arduino UNO pinout
 {{:pm:lab:uno.jpg?600|pinout Arduino UNO}}
-  * Responsabili: [[St3fandascalu@gmail.com  | Stefan Dascalu]], [[alexandru.predescu@upb.ro | Alexandru Predescu]]
+  * Responsabili: [[alexandru.predescu@upb.ro | Alexandru Predescu]]
-<solution>
-<hidden>Arhiva cu soluțiile o puteți descărca de aici: {{:pm:lab:lab2_2022:lab2-solved.zip}}</hidden>
-</solution>
 ===== 5. Linkuri utile =====