آموزش راه اندازی تایمر / کانتر در برد آردوینو

سلام. آموزش استفاده از تایمر / کانتر در آردوینو (آموزش Arduino #9) را آماده کردیم.

چگونه از تایمر کانتر در آردوینو استفاده کنیم ؟

در این قسمت از آموزش های آردوینو، میخواهیم تابع Delay() استفاده نکنیم و در عوض با خود رجیستر ها کار کنیم. نکته خوب این است که میتوانیم برای این کار از نرم افزار آردوینو استفاده کنیم. ما بیت های رجیستر تایمر خود را تنظیم میکنیمو از تایمر وقفه Overflow نیز استفاده میکنیم. به این صورت که هر بار وقفه رخ داد، ال ای دی را روشن و خاموش کند. مقدار تایمر را میتوان با دکمه ها کتنرل کرد تا مدت زمان وقوع وقفه را کنترل کنیم.

اینگونه است که می توان از یک تایمر برای تولید تاخیر در برنامه آردوینو استفاده کرد. ویدیوی زیر را ببینید که با افزایش و کاهش preload با استفاده از دکمه ها، تغییر تأخیر را نشان داده ایم.

پیشنهاد میشود قبل از خواندن این آموزش ، قسمت های قبلی را بخوانید.

• قسمت قبل : رله چیست؟ چگونه آن را با آردوینو کنترل کنیم ؟
• قسمت اول : آردوینو چیست ؟ + آموزش کامل نصب نرم افزار Arduino

ابتدا مباحث تئوری را بررسی میکنیم سپس به صورت عملی با انجام یک پروژه موضوع را کاملا توضیح میدهیم.

TIMER درجاسازی شده الکترونیک چیست؟

تایمر نوعی وقفه است. مانند ساعت ساده ای است که می تواند فاصله زمانی یک رویداد را اندازه گیری کند. هر میکروکنترلر دارای یک ساعت (نوسان ساز) است که می گویند در Arduino Uno آن 16 مگاهرتز است. این مقدار مسئولیت سرعت را بر عهده دارد. یعنی هرچه فرکانس بالا تر باشد ، سرعت پردازش نیز بالا تر میرود. یک تایمر از یک شماره استفاده میکند که بسته به فرکانس ساعت ، با سرعت مشخصی شمارش میشود. در آردوینو یونو، 1/16000000 ثانیه (یا 62 نانو ثانیه) طول می کشد تا یک واحد شمارش شود.

تایمر در Arduino UNO:

در آردوینو UNO سه تایمر برای کارکردهای مختلف قرار داده شده است.

• Timer0: این یک تایمر 8 بیتی است و در عملکرد تایمر مانند  delay() و millis() استفاده می شود.
• Timer1: این یک تایمر 16 بیتی است و در کتابخانه سروو استفاده می شود.
• Timer2: این یک تایمر 8 بیتی است و در تابع tone() استفاده می شود.

رجیستر های تایمر در آردوینو

برای تغییر پیکربندی تایمر، از رجیستر تایمر استفاده می شود.

1. رجیستر کنترل تایمر / کانتر (TCCRnA / B):

این رجیستر بیت های اصلی کنترل تایمر را در خود جای داده و از آن برای کنترل نگهدارنده تایمر استفاده می شود. همچنین امکان کنترل حالت تایمر با استفاده از بیت های WGM را فراهم می کند.

قالب فریم:

 پیش تقسیم کننده (Prescaler):

بیت های CS12 ، CS11 ، CS10 در TCCR1B مقدار prescaler را تعیین می کنند. از Prescaler برای تنظیم سرعت ساعت تایمر استفاده می شود. آردوینو اونو، prescalers های 1 ، 8 ، 64 ، 256 ، 1024 را دارد.

2. رجیستر تایمر / کانتر (TCNTn)

این ثبات برای کنترل مقدار پیشخوان و تنظیم مقدار پیش لودر استفاده می شود.

فرمول برای مقدار preloader برای زمان مورد نیاز در ثانیه:

TCNTn = 65535 – (16x1010x زمان در ثانیه / ارزش پریس کالر)

برای محاسبه مقدار preloader برای timer1 برای زمان 2 Sec:

TCNT1 = 65535 – (16x1010x2 / 1024) = 34285

وقفه های تایمر در Arduino

ما قبلاً در مورد وقفه های آردوینو اطلاعاتی کسب کرده ایم و دیده ایم که وقایع تایمر نوعی وقفه است. وقفه های مختلف تایمر در آردوینو وجود دارد که در زیر توضیح داده شده است.

وقفه سرریز تایمر (Overflow)

هر وقت تایمر به حداکثر مقدار خود می رسد مثلاً (مثلاً (16 بیت-65535)) وقفه سرریز تایمر رخ می دهد. بنابراین، هنگامی که بیت سرریز وقفه تایمر فعال شود، یک وقفه ISR رخ میدهد که بیت TIEx موجود در TIMSKx را فعال می کند.

فرمت ISR:

ISR(TIMERx_OVF_vect)
{
}

رجیستر مقایسه خروجی (OCRnA / B):

در اینجا وقتی خروجی مقایسه مطابق باشد، وقفه رخ می دهد، سپس سرویس وقفه ISR TIMERx_COMPy_vect فراخوانی می شود و همچنین بیت پرچم OCFxy در رجیستر TIFRx تنظیم می شود. این ISR با تنظیم بیت فعال در OCIExy موجود در رجیستر TIMSKx فعال می شود.

ضبط ورودی تایمر:

سپس وقتی وقفه ورودی تایمر رخ داد، سرویس وقفه ISR TIMERx_CAPT_vect فراخوانی می شود و همچنین بیت فلگ ICFx در TIFRx (رجیستر پرچم تایمر وقفه) تنظیم می شود. این ISR با تنظیم بیت فعال در ICIEx موجود در رجیستر TIMSKx فعال می شود.

با مسائل تئوری تایمر کانتر آردوینو آشنا شدیم. حالا به مبحث عملی میرسیم با توضیح کد و اجرای یک پروژه.

پروژه استفاده از تایمر کانتر در آردوینو

در اینجا یک پروژه آردوینو را راه اندازی میکنیم که با فشردن دکمه ها، تاخیر مورد نیاز برای روشن و خاموش شدن ال ای دی تنظیم میشود.

توضیحات مدار پروژه تایمر کانتر آردوینو

در تصویر زیر میتوانید شماتیک مدار پروژه را ببینید.

اتصالات مدار بین Arduino UNO و نمایشگر LCD 16×2:

دو دکمه با مقاومت 10 کیلو اهم به پین های آردوینو 2 و 4 وصل شده اند و یک ال ای دی از طریق یک مقاومت 2.2 کیلو اهم به پین ​​7 آردوینو وصل می شود.

قطعات مورد نیاز

1. آردوینو UNO
2. دکمه – دو عدد
3. LED (هر رنگ)
4. مقاومت کیلو اهم – دو عدد
5. مقاومت 2.2 کیلو اهم
6. ال سی دی کاراکتری 16×2

پس از اتصال قطعات، مدار شما مانند تصویر زیر میشود :

کد پروژه تایمر کانتر در آردوینو

در این آموزش ما از وقفه سرریز برای تایمر استفاده خواهیم کرد و با تنظیم مقدار پیش تقسیم کننده(TCNT1) با استفاده از دکمه ها،ال ای دی را برای مدت مورد نظر روشن و خاموش میکنیم. در اینجا به قسمت های مهم کد میپردازیم. کد کامل و فیلم عملکرد در انتهای صفحه قرار داده شده اند.

از آنجا که LCD برای نمایش مقدار پیش تقسیم کننده از ال سی دی کاراکتری 16*2 استفاده می شود، بنابراین از کتابخانه LiquidCrystal.h استفاده می کنیم.

#include<LiquidCrystal.h>          

پین آند LED که به پین 7 آردوینو وصل شده است به عنوان ledPin تعریف می شود.

 #define ledPin 7

سپس پین های ارتباط با ال سی دی تعریف میشود.

  LiquidCrystal lcd(8,9,10,11,12,13);

سپس مقدار پیش تقسیم کننده 3035 را به مدت 4 ثانیه تنظیم کنید.

 float value = 3035;   

در مرحله بعدی (void setup) ، ابتدا LCD را در حالت 16×2 تنظیم کرده و برای چند ثانیه پیام خوش آمدید نمایش میدهیم.

  lcd.begin(16,2);
  lcd.setCursor(0,0);
  lcd.print("ARDUINO TIMERS");
  delay(2000);
  lcd.clear();

سپس پین LED را به عنوان پین OUTPUT و دکمه های فشار را به عنوان پین ورودی تنظیم میکنیم.

  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  pinMode(2,INPUT);
  pinMode(4,INPUT);

سپس تمامی وقفه ها را غیرفعال میکنیم.

  noInterrupts();       

سپس Timer1 آغاز می شود.

TCCR1A = 0;
TCCR1B = 0;

مقدار تایمر preloader تنظیم شده است (در ابتدا با مقدار 3035).

  TCNT1 = value;  

سپس مقدار پیش تقسیم شده 1024 در رجیستر TCCR1B تنظیم می شود.

 TCCR1B |= (1 << CS10)|(1 << CS12);   

وقفه سرریز تایمر در رجیستر تایمر وقفه Mask فعال شده است تا از ISR استفاده شود.

TIMSK1 |= (1 << TOIE1);      

در آخر همه وقفه ها فعال هستند.

 interrupts();            

اکنون ISR را برای تایمر وقفه سر ریز که مسئولیت روشن و خاموش کردن LED با استفاده از digitalWrite را بر عهده دارد، بنویسید. هر زمان که وقفه سرریز تایمر رخ دهد حالت تغییر می کند.

ISR(TIMER1_OVF_vect)                   
{
  TCNT1 = value;                               
  digitalWrite(ledPin, digitalRead(ledPin) ^ 1); 
}

در void loop () مقدار پیش تقسیم کننده با استفاده از ورودی ها (دکمه) افزایش یافته یا کاهش می یابد و همچنین مقدار آن در ال سی دی کاراکتری 16×2 نشان داده می شود.

  if(digitalRead(2) == HIGH)
  {
    value = value+10;             //افزایش preload 
  }
  if(digitalRead(4)== HIGH)
  {
    value = value-10;            //کاهش preload 
  }
  lcd.setCursor(0,0);
  lcd.print(value);
}

کد کامل پروژه:

برای دانلود فایل ها باید حساب کاربری داشته باشید ثبت نام / ورود