آموزش روش حذف کتابخانۀ delay از پروژه های میکروکنترلری

توسط | 18 دی, 1398 | میکروکنترلر | 9 دیدگاه ها

روش حذف توابع و کتابخانۀ delay از پروژه های برنامه نویسی میکروکنترلرها، مشکلات استفاده از توابع delay، استفاده از تایمر برای ایجاد delay، دستورهای بدون delay در حلقۀ بی نهایت while، نتیجۀ حذف delay را ببینیم، مدیریت زمانی در پروژه های میکروکنترلری، اهمیت مدیریت زمانی در پروژه ها
تاخیر-با-تایمر-میکروکنترلر

delay چه مشکلاتی در برنامه به وجود می آورد؟ روش جایگزین delay چیست؟ چرا باید delay را حذف کرد؟ روش حذف delay چیست؟ چکونه از تایمر به جای delay استفاده کنیم؟ چگونه زمان بندی انجام چند وظیفه را با تایمر انجام دهیم؟ فرمان شروع delay با تایمر چگونه است؟ برای یافتن این سوالات با ما همراه باشید.

delay در برنامه نویسی یک ابزار برای ایجاد تأخیر است. توابع delay که در نرم افزارهای اتمل استودیو، کدویژن، keil و … به کار می گیریم، اغلب با استفاده از حلقه های for و while نوشته شده اند. هنگامی که تابع delay اجرا می شود، برنامه در حلقه های for و while این تابع باقی می ماند تا وقتی که زمان delay سپری شود. در استفاده از توابع delay اگر دستوری پس از این توابع نوشته شده باشد، تا زمان پایان زمان delay اجرا نمی شود. این عملکرد برای برنامه های ساده مشکلی به وجود نمی آورد. ولی در پروژه هایی با حجم پردازش بالا، استفاده از توابع delay معمول امکان پذیر نیست. در میکروکنترلرها یکی از روش های ایجاد تأخیر، استفاده از تایمر است.

در این نوشته به بررسی روش ایجاد delay با تایمر و حذف کتابخانۀ delay.h از پروژه می پردازیم. ما برای این کار یک نمونه کد را در کدویژن بررسی خواهیم کرد. این روش را می توان در نرم افزارهای دیگر برای میکروکنترلرهای دیگر نیز پیاده کرد و محدود به کدویژن و AVR نیست. نمونه کدی که بررسی می کنیم با نمونه کد ویدئوی این نوشته متفاوت است. برای درک بهتر موضوع حذف delay از پروژه و استفاده از تایمر برای ایجاد delay، ویدئوی این نوشته را نیز مشاهده کنید.

فیلم آموزش تایمر در STM32                         (فیلم آموزش ARM STM32 مقدماتی)

فیلم آموزش تایمر پیشرفته در STM32

فیلم آموزش تایمر در AVR                             (فیلم آموزش میکروکنترلرهای AVR مقدماتی)

فیلم آموزش تایمر پیشرفته در AVR

فیلم آموزش تایمر در آردوینو                          (فیلم آموزش آردوینو مقدماتی)

فیلم آموزش تایمر پیشرفته در آردوینو

کتابخانه Delay برای میکروکنترلر

روش حذف delay از پروژه

منظور ما از حذف delay از پروژه، حذف کامل آن است. یعنی ممکن است کتابخانه ای را از اینترنت دانلود کنیم و در آن از کتابخانۀ delay استفاده شده باشد. باید آن را نیز حذف کنیم. در ادامه می بینیم که چطور به جای delay از تایمر برای ایجاد تأخیر استفاده می کنیم.

نمونه کد با تابع delay

در نمونه کد زیر می بینیم که می خواهیم هر 100 میلی ثانیه یک بار یک واحد به متغیر number اضافه شود و سپس مقدار آن روی LCD نمایش داده شود. همچنین پس از 100 میلی ثانیه پورت B تغییر وضعیت دهد.

while (1)
{
	number++;
	lcd_clear();
	sprintf(lcd_str,"Number=%d",number);
	lcd_puts(lcd_str);
	delay_ms(100);
       PORTB=~PORTB;
}

در این برنامه ابتدا یک واحد به number اضافه می شود، سپس LCD پاک می شود، متغیر number به رشته تبدیل می شود و رشته نمایش داده می شود. بعد از آن یک delay داریم که 100 میلی ثانیه تأخیر ایجاد می کند. در آخر هم دستور PORTB=~PORTB پس از 100 میلی ثانیه تأخیر اجرا می شود.

در این نمونه کد می بینیم که دستور PORTB=~PORTB باید منتظر بماند تا 100 میلی ثانیه سپری شود. فرض  کنید ما می خواهیم اضافه شدن به متغیر number و نمایش آن در LCD هر 100 میلی ثانیه یک بار اتفاق بیفتد و دستور PORTB=~PORTB هر 10 میلی ثانیه یک بار اجرا شود. برای این کار لازم است از یک تایمر استفاده و متغیرهایی تعریف کنیم.

استفاده از تایمر برای ایجاد delay

برای این که delay را از پروژه حذف کنیم و کاری کنیم که دستور PORTB=~PORTB هر 10 میلی ثانیه اجرا شود و اضافه شدن به number و نمایش در LCD هر 100 میلی ثانیه اتفاق بیفتد، ابتدا دو استراکچر تعریف می کنیم. در ادامه عملکرد این دو استراکچر را می بینیم.

struct SHOW_LCD_TIME
{
	unsigned int counter;
	char start_counter;
}show_lcd;

struct PORTB_TOGGLE_TIME
{
	unsigned int counter;
	char start_counter;
}portb_toggle;

تایمر صفر را با تقسیم فرکانسی 32 در مد نرمال راه اندازی می کنیم. در این صورت زمان سپری شدن هر پلۀ تایمر برابر است با 4 میکروثانیه. اگر تایمر 250 پله بشمارد، زمان 1 میلی ثانیه سپری شده است. برای این که تایمر 250 پله بشمارد و سپس سرریز شود، مقدار رجیستر TCNT0 را برابر 6 قرار می دهیم. وقفۀ سرریز تایمر را نیز فعال می کنیم.

ASSR=0<<AS0;
TCCR0=(1<<CS01) | (1<<CS00);
TCNT0=0x06;
OCR0=0x00;

TIMSK=(1<<TOIE0);

#asm("sei")

در روتین وقفۀ سرریز تایمر صفر مقدار TCNT0 را برابر 6 قرار می دهیم. با این کار تایمر صفر از 6 شروع به شمارش می کند. چون تایمر صفر 8 بیتی است، مقدار TCNT0 تا 255 بالا می رود و سپس سرریز می شود. شمردن تایمر از 6 تا 255 و سرریز تایمر (با توجه به فرکانس کلاک تایمر که برابر 250 کیلوهرتز است) زمان 1 میلی ثانیه طول می کشد. پس زمان بین دو سرریز تایمر برابر 1 میلی ثانیه است.

interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void)
{
	TCNT0=0x06;

	if(show_lcd.start_counter==YES)      show_lcd.counter++;
	if(portb_toggle.start_counter==YES)  portb_toggle.counter++;
}

در روتین وقفۀ سرریز تایمر صفر دو شرط قرار داده ایم. اگر start_counter را در while بی نهایت برای هر کدام از عملکردهای اضافه کردن به number و نمایش در LCD و دستور PORTB=~PORTB برابر با YES قرار دهیم، هرگاه که روتین وقفۀ سرریز تایمر صفر اتفاق می افتد، یک واحد به متغیرهای counter این عملکردها اضافه می شود. YES و NO را به صورت زیر دیفاین می کنیم.

#define YES 1
#define NO  0

دستورهای بدون delay در حلقۀ بی نهایت while

در حلقۀ while برنامه ابتدا متغیرهای start_counter مربوط به عملکردهای مورد نظر را YES می کنیم. با این کار هر بار که وقفه اتفاق بیفتد به مقدار counter این عملکردها یک واحد اضافه می شود. در این مثال خاص شاید متغیر start_counter برای ما کاربردی نداشته باشد. زیرا ما می خواهیم همواره دو عملکرد اجرا شوند. اما در برخی پروژه ها نیاز داریم که delay تحت شرایطی اتفاق بیفتد. بنابراین یک متغیر start_counter تعریف می کنیم که با YES کردن آن، شرایط مورد نظر مهیا شود. در واقع YES کردن این متغیر به معنای فرمان شروع delay است. در اینجا به جای این که یک تابع بنویسیم و delay ایجاد کنیم، با YES کردن متغیر start_counter فرمان شروع تأخیر را می دهیم.

while (1)
{
	show_lcd.start_counter=YES;
	portb_toggle.start_counter=YES;
	
	if(show_lcd.counter>=100)
	{
		show_lcd.counter=0;
		show_lcd.start_counter=NO;
		number++;
		lcd_clear();
		sprintf(lcd_str,"Number=%d",number);
		lcd_puts(lcd_str);
	}
	
	if(portb_toggle.counter>=10)
	{
		portb_toggle.counter=0;
		portb_toggle.start_counter=NO;
		PORTB=~PORTB;
	}
}

در حلقۀ بینهایت while دو شرط قرار داده ایم. اگر مقدار counter برای عملکرد اضافه کردن به number و نمایش در LCD بزرگتر یا مساوی 100 شود، بدان معناست که 100 میلی ثانیه سپری شده است. زیرا (در روتین وقفۀ سرریز تایمر صفر) به متغیر counter برای این عملکرد در هر 1 میلی ثانیه یک واحد اضافه شده است. بنابراین دستورهای مربوط به شرط اول اجرا می شوند. در سطر اول این شرط مقدار counter صفر شده است که دفعۀ بعدی از صفر شروع به افزایش آن شود.

در شرط دوم می بینیم که اگر counter مربوط به دستور PORTB=~PORTB به 10 برسد، این دستور اجرا می شود. با توجه به مقدار 10 برای counter و این که هر 1 میلی ثانیه یک بار به counter اضافه شده، این دستور نیز هر 10 میلی ثانیه یک بار اجرا می شود. اکنون می توانیم توابع delay و کتابخانۀ delay.h را از برنامه پاک کنیم.

نتیجۀ حذف delay را ببینیم

در نرم افزار Proteus می توانیم ببینیم که مقدار Number هر 100 میلی ثانیه یک بار اضافه می شود و پورت B هر 10 میلی ثانیه یک بار تغییر وضعیت می دهد.

عملکرد-حذف-delay-از-پروژه

تصویر 1 – نتیجۀ حذف delay در Proteus

برای درک بهتر نحوۀ برنامه نویسی برای حذف delay از پروژه، پیشنهاد می کنیم ویدئوی این نوشته را مشاهده کنید. فایل های برنامۀ نوشته شده و همچنین شبیه سازی آن در پیوست موجود است.

اهمیت مدیریت زمانی در پروژه ها

در اغلب پروژه های کاربردی میکروکنترلر باید چندین وظیفه را انجام دهد. برخی از این وظایف لازم است همزمان انجام شوند، برخی دیگر نیز پشت سر هم با توالی زمانی خاص. این توالی زمانی و همزمان انجام شدن وظایف به نوع و روش کدنویسی نیز بستگی دارد. اما یکی از وجوه مشترک همۀ پروژه های کاربردی، زمان بندی انجام وظایف است. در صورتی که خللی در زمان بندی انجام وظایف پیش بیاید، همه یا بخشی از عملکرد پروژه دچار اختلال و یا از کار افتادن کامل می شود. بنابراین نرم افزار پروژه باید طوری باشد که زمان بندی آن به صحیح ترین شکل ممکن انجام شود.

یکی از نکات مهمی که در برنامه نویسی چنین پروژه هایی باید رعایت شود، استفاده نکردن از delay در برنامه است. delay هایی که با استفاده از حلقه های for و while نوشته می شوند باعث می شوند که برنامه در گیر حلقه های آنها شود و دستورهای بعد از delay تا اتمام delay اجرا نشود. در روشی که استفاده کردیم اگر فرض کنیم زمان اجرای دستورها صفر است (که البته نیست) می توان گفت وظایف دقیقاً در زمان های تعیین شده در حال انجام شدن است. برای درک بهتر این مطلب فرض کنید می خواهیم PORTA هر 2 میلی ثانیه یک بار toggle شود، PORTB هر 37 ثانیه یک بار toggle شود، هر 7 میلی ثانیه یک بار کی پد اسکن شود و هر 53 میلی ثانیه یک بار نیز LCD رفرش شود. اگر هم بشود با ایجاد delay با توابع کتابخانۀ delay.h این کار را انجام داد، هم روشی اصولی نیست و هم خیلی مشکل خواهد شد. اما اگر با تایمر بخواهیم این کار را انجام دهیم با تعریف متغیرها و فعال کردن تایمر و وقفۀ تایمر به راحتی این کار قابل اجرا و قابل تعمیم برای وظایف دیگر است.

ویدئوی 1 – ساخت تأخیر با تایمر در STM32

از روش حذف delay از پروژه ها نتیجه می گیریم:

  1. در پروژه هایی که لازم است چند وظیفه با زمان بندی بدون تأخیر انجام شود، برای ایجاد delay نباید از توابع delay کتابخانۀ h و توابع delay نوشته شده با حلقه های for و while استفاده کنیم.
  2. اگر دستوری پس از توابع delay (که متعلق به کتابخانۀ h هستند و یا در آنها از for و while برای ایجاد تأخیر استفاده شده) نوشته شود، تا وقتی که زمان delay سپری نشود، آن دستور اجرا نمی شود.
  3. حذف delay از پروژه باید شامل تمام توابع delay در فایل هایی که خودمان نوشته ایم و فایل هایی که دانلود کرده ایم باشد. یعنی در هیچ جای برنامه از delay استفاده نکرده باشیم.
  4. در استفاده از تایمر برای ایجاد delay بهتر است زمان های روند به وجود بیاوریم.
  5. از مد CTC تایمر و مدهای دیگر هم می توانیم استفاده کنیم. لزومی ندارد که حتماً از مد نرمال استفاده کنیم.
  6. در نمونه کدی که بررسی کردیم، فرمان شروع delay در واقع YES کردن متغیر start_counter است.

رضا اسدی

رضا اسدی

مدیر یوبرد، خالق و توسعه دهندۀ پلتفرم یوبرد، مجری پروژه های الکترونیکی، فعال در صنعت آسانسور، سابقه فعالیت در صنعت خودرو و همکاری در صنعت پزشکی و صنایع دیگر، آموزگار آموزش های یوبرد

آموزش میکروکنترلرهای ARM سری STM32 یوبرد

آموزش میکروکنترلرهای AVR یوبرد

آموزش میکروکنترلرهایARM سری LPC یوبرد

آموزش Arduino یوبرد

خدمات برنامه نویسی میکروکنترلر یوبرد

راه-اندازی-dac-stm32

راه اندازی DAC در STM32

راه اندازی DAC در STM32، ویژگی های DAC در میکروکنترلرهای STM32F1، بلوک دیاگرام DAC در STM32، اتصالات راه اندازی DAC در میکروکنترلر STM32F107VC، نمونه کد رجیستری راه اندازی واحد DAC در میکروکنترلرهای STM32F1، ساخت موج سینوسی با STM32، راه اندازی مبدل دیجیتال به آنالوگ STM32 با توابع HAL

راه-اندازی-سون-سگمنت-با-آردوینو

راه اندازی سون سگمنت با آردوینو

راه اندازی سون سگمنت با آردوینو UNO، راه اندازی سون سگمنت 4 تایی آند مشترک با آردوینو، اتصال سون سگمنت به آردوینو، کتابخانۀ سون سگمنت برای آردوینو، نمونه کد راه اندازی سون سگمنت، نمایش اعداد در سون سگمنت 4 تایی، نکات راه اندازی سون سگمنت

راه-اندازی-adc-در-آردوینو

راه اندازی ADC در آردوینو

راه اندازی ADC در آردوینو، راه اندازی LCD گرافیکی KS0108 با کتابخانۀ U8g2، اتصالات لازم برای راه اندازی ADC و LCD گرافیکی KS0108، نمونه کد راه اندازی ADC آردوینو، فرمول محاسبۀ دما با TMP36، راه اندازی سنسور دما با آردوینو، راه اندازی فتوسل (LDR) با آردوینو

کنترل موتور براشلس با STM32

از ویژگی‌های تایمرهای Advanced میکروکنترلرهای STM32، امکان ایجاد PWM شش مرحله‌ای است. PWM شش مرحله‌ای در کنترل موتورهای براشلس کاربرد دارد و در STM32 می‌توان با تایمرهای Advanced، موتورهای براشلس را کنترل کرد. PWM شش مرحله‌ای نسبت به روش‌های دیگر کنترل موتور براشلس، عملکرد بهتر، مصرف انرژی کمتر و سطح ایمنی بالاتری را فراهم می‌آورد.

از مباحث آموزش STM32

فیوزبیت EESAVE

برای جلوگیری از پاک شدن محتوای حافظۀ EEPROM داخلی میکروکنترلرهای AVR در هنگام پاک کردن حافظۀ فلش آن، فیوزبیتی به نام EESAVE وجود دارد که باید فعال شود. در غیر این صورت، هر بار که حافظۀ فلش پاک می‌شود، حافظۀ EEPROM نیز پاک می‌شود. فیوزبیت EESAVE به صورت پیش‌فرض غیر فعال است و برای حفظ محتوای EEPROM باید فعال شود. حفظ محتوای EEPROM در بسیاری از پروژه‌ها ضروری است.

از مباحث آموزش AVR

تفاوت Event با وقفه در STM32

در میکروکنترلرهای STM32، علاوه بر وقفه‌های خارجی، Eventهای خارجی هم وجود دارند. تفاوت Event خارجی با وقفۀ خارجی این است که در وقفۀ خارجی، اجرای کد وجود دارد و با اتفاق افتادن آن، کدهای روتین وقفه اجرا می‌شوند، اما در Event خارجی، اجرای کد وجود ندارد و اتفاق افتادن آن فقط باعث می‌شود  میکروکنترلر از مد کاهش مصرف توان خارج شود.

از مباحث آموزش STM32

کلاک خروجی در STM32

در میکروکنترلرهای STM32، قابلیتی وجود دارد که می‌توان از برخی قسمت‌های واحد RCC، یک سیگنال کلاک را انتخاب کرد و آن را روی یک پایۀ خروجی تحت عنوان MCO قرار داد. سیگنال کلاک خروجی می‌تواند از قسمت‌هایی نظیر کلاک سیستم، خروجی PLLها، خروجی اسیلاتورهای HSE و HSI یا از بخش‌هایی دیگر باشد. این سیگنال خروجی می‌تواند برای سنکرون سازی و یا تأمین کلاک یک مدار یا آی سی دیگر به کار رود.

از مباحث آموزش STM32

وقفۀ Pin change در AVR

در برخی میکروکنترلرهای AVR، وقفه‌های Pin change وجود دارند که تفاوتشان با وقفۀ خارجی این است که در وقفۀ خارجی می‌توان تعیین کرد وقفه با لبۀ پایین‌رونده یا بالارونده یا تغییر سطح اتفاق بیفتد، اما وقفۀ Pin change با هر لبه یا تغییر سطح سیگنال اتفاق می‌افتد. همچنین هر وقفۀ خارجی با تحریک تنها یک پایۀ ورودی اتفاق می‌افتد. اما هر وقفۀ Pin change، چند پایۀ ورودی دارد و تحریک هر یک از آنها، باعث اتفاق افتادن وقفۀ Pin change می‌شود.
از مباحث آموزش آردوینو

خواندن فرکانس و دیوتی سایکل با آردوینو

یک روش برای خواندن Duty Cycleو فرکانس موج PWM ، قابلیت Capture تایمرهاست. برای بردهای آردوینو مبتنی بر AVR، کتابخانۀ TimerOne،  فاقد قابلیت کپچر است. اما در کتابخانۀ HardwareTimer میکروکنترلرهای STM32 در آردوینو، می‌توان از کپچر استفاده کرد و مد input PWM تایمرهای STM32 را فعال کرد و دو کپچر را به کار گرفت و فرکانس و دیوتی سایکل موج ورودی را خواند.

از مباحث آموزش آردوینو

اولویت وقفه‌ها در STM32

 

از مباحث آموزش stm32در میکروکنترلرهای STM32، قابلیتی وجود دارد که می‌توان از برخی قسمت‌های واحد RCC، یک سیگنال کلاک را انتخاب کرد و آن را روی یک پایۀ خروجی تحت عنوان MCO قرار داد. سیگنال کلاک خروجی می‌تواند از قسمت‌هایی نظیر کلاک سیستم، خروجی PLLها، خروجی اسیلاتورهای HSE و HSI یا از بخش‌هایی دیگر باشد. این سیگنال خروجی می‌تواند برای سنکرون سازی و یا تأمین کلاک یک مدار یا آی سی دیگر به کار رود.

از مباحث آموزش STM32

9 دیدگاه ها

  1. سلام استاد اسدی. این مورد که قرار دادید حذف delay و استفاده از تایمر بجای اون هست. در مورد استفاده از OS ها برای مدیریت زمانی پروژه اگر لطف کنید مطلبی قرار بدید. تشکر

    پاسخ
    • سلام. حتماً در آینده در نوشته هایی به موضوع OSها و RTOS می پردازیم.

      پاسخ
  2. سلام. خیلی مطلب مفیدی بود. ممنون از این که این مطالب رو آموزش میدید. این ویدئو مربوط به کدوم دورۀ آموزشیتون هست؟ آموزش میکروکنترلر AVR یا آموزش زبان برنامه نویسی C میکروکنترلرها؟

    پاسخ
    • سلام. خواهش میکنم. توی آموزش زبان C میکروکنترلرها به این موضوع پرداخته شده.

      پاسخ
  3. سلام. مثالی که توضیح دادید سوالاتمو پاسخ داد. فقط این که تا چه تعداد تابع و عملکرد میتونیم با این روش اجرا کنیم که تقریبا real time اجرا بشن؟ ممنون

    پاسخ
    • سلام. نمیشه پاسخ قطعی به این سوال داد. همه چی بستگی به شرایط پروژه و سبک کدنویسی داره. هر چی تعداد توابع و عملکردهای اجرایی بیشتر باشه مسلماً از Real Time بودن برنامه کم میشه.

      پاسخ
  4. دوست عزیز یا بهتر بگم استاد گرامی خیلی بیان بالایی دارین.
    ممنون.

    پاسخ
    • خیلی ممنون. نظر لطف شماست

      پاسخ
  5. در صورتي كه درهر ثانيه ٢٥٠ درخواست وارد شود و پردازش هر درخواست ٢ ميلي ثانيه زمان ببرد.

    پاسخ

یک دیدگاه بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

ضبط پیام صوتی

زمان هر پیام صوتی 4 دقیقه است