Thema: Erzeugung von Rechtecksignalen - Elektrotechnik

Prof. Dr. Pollakowski
Mikrocomputertechnik, Sommersemester 2013 - Aufgabenblatt 7 - Übung 3
Thema: Erzeugung von Rechtecksignalen
In diesem Versuch sollen Sie die Verwendung der internen Timerregister des AT89C5131
Mikrocontrollers erlernen. Diese Register können sehr vorteilhaft dazu benutzt werden
Taktsignale definierter Frequenz an den Prozessorports zu erzeugen. Eine Anwendung hierfür
ist z.B., mit dem am Versuchssystem angeschlossenen Lautsprecher Töne zu erzeugen.
T p
= T 2 = 1
2⋅f
Soll z.B. eine Signal der Frequenz f erzeugt werden, dann muß der Ausgang P3.5 des
Mikrocontrollers nach Ablauf der Pulsdauer Tp invertiert werden.
$NOMOD51
$INCLUDE (reg515.inc)
org 0
mov tmod,#11H ; Timer 0 und 1 als Zeitgeber konfigurieren
clr tr0 ; Timer 0 anhalten (Run-Bit = 0)
clr tf0
; Timer Überlauf Bit rücksetzen
start: jb p0.0, start
; (2) warten bis Taste gedrückt
mov th0,#0f8H ; (2) Zeitgeber 0 laden (63640)
mov tl0,#098H ; (2)
setb tr0
warten: jnb tf0, warten
clr tr0
clr tf0
; (1) Timer 0 starten
; (2) warten bis Timer 0=0000(Overflow)
; -(65536 – 63640) = -1896
; (1) Timer 0 anhalten
; (1) Überlauf-Bit rücksetzen
cpl p3.5
; (1) Lautsprecherausgang invertieren
jmp start ; (2)
; → (14) Zyklen nach Tastendruck
end
Aufgabe 1: Testen Sie das Beispielprogramm. Berechnen Sie aus dem Zeitgeber-
Anfangswert die Frequenz des ausgegebenen Tonsignals. Beachten Sie hierbei,
daß der Zeitgeber einmal pro Maschinenzyklus inkrementiert wird. Das Zeitgeberflag
TF0 wird gesetzt, sobald der Zeitgeberinhalt #0000H erreicht ist
(Überlauf).
Vorlesungsbeispiel → T p
=189614 s=1910 s ; f = 1
2T p
=262 Hz
... bei einer Quarzfrequenz von 12MHz → 1µs Zykluszeit
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Beispiel und Berechnungsschritte aus der Vorlesung:
setb tr0
; Timer 0 starten
start: mov th0,#0ffH 2 µs ; Zeitgeber 0 laden mit -100
mov tl0,#09cH 2 µs
warten: jnb tf0, warten 100 µs ; warten bis Timer 0 = 0000 (Overflow)
clr tf0
1 µs ; Überlauf-Bit rücksetzen
cpl p3.5
1 µs ; Port Bit (Lautsprecherausgang) invertieren
jmp start 2 µs
Ablauf: nach 4 µs ist das Timerregister geladen
nach 100 µs ist das Überlaufbit tf0 gesetzt
nach 2 µs ist das Port Bit invertiert
nach 2 µs beginnt die Schleife neu →
Pulsdauer Tp = 108 µs (Timerlaufzeit + 8 µs)
Frequenz f = 1 / (2 Tp) = 4,63 kHz
... bei einer Quarzfrequenz von 12MHz → 1µs Zykluszeit
Beispiel zur Tonerzeugung in Unterprogrammtechnik:
$NOMOD51
$INCLUDE (reg515.inc)
org 0
init: mov tmod,#11H ; Timer 0 und 1 als Zeitgeber konfiguriere
clr tr0 ; Timer 0 anhalten (Run-Bit = 0)
clr tf0
; Timer Überlauf Bit rücksetzen
start: jb p0.0, start
call TON_C
cpl p3.5
jmp start
; warten bis Taste 1 gedrückt
; Timer einstellen auf Ton C
; Lautsprecherausgang invertieren
;-- UP: Tonerzeugung -------------------------------------------------
TON_C: mov th0,#0f8H ; Zeitgeber 0 laden
mov tl0,#089H ;
setb tr0
warten: jnb tf0, warten
clr tr0
clr tf0
ret
end
; Timer 0 starten
; warten bis Timer 0 = 0000 (Overflow)
; Timer 0 anhalten
; Überlauf-Bit rücksetzen
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Berechnungen:
timer preload value = 65536additional cycles −
1
2⋅f [Hz ]⋅cycle time[ s]
timer preload value = 65536additional cycles −
1000000
2⋅cycle time⋅f
f =
1000000
2⋅cycle time⋅ 65536additional cycles − timer preload value
Berechnung der Timer Preload Value in C:
#include
int main(void)
{
double crystal_frequ,audio_frequ,add_cycles=0;
double frequ,machine_cycle,timer_preload_value;
printf("\n-- calculate timer preload value for 8051 sound creation programs
--------\n");
do{
printf("\n enter crystal_frequency [MHz] : ");
if (!scanf("%lf", &crystal_frequ)){
printf(" bye ...\n\n");
return(0);
}
printf(" enter audio_frequency [Hz] : ");
if (!scanf("%lf", &audio_frequ)){
printf(" bye ...\n\n");
return(0);
}
printf(" enter additional cycles : ");
if (!scanf("%lf", &add_cycles)){
printf(" bye ...\n\n");
return(0);
}
frequ = crystal_frequ*1e6/12.;
printf("\n frequ = %e Hz = %f MHz",frequ, frequ/1e6);
machine_cycle = 1./frequ;
printf("\n machine_cycle = %e us = %f us",machine_cycle,1e6*machine_cycle);
timer_preload_value = 65536. + add_cycles - 1./2./machine_cycle/audio_frequ;
printf("\n timer_preload_value = %e = %d = 0x%X\n",\
timer_preload_value,(unsigned)timer_preload_value,(unsigned)timer_preload_value);
} while(1);
}
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Aufgabe 2: Schreiben Sie ein Programm, das die Tasten abfragt und je nachdem welche der
Tasten gedrückt ist, die Töne C, D, E, und F der 4. Oktave ausgibt. Die
zugehörigen Frequenzen und die Zeitgeber-Anfangswerte sind in den folgenden
Tabellen aufgelistet.
Ton Frequenz in Hz Zählerstartwerte
C 262 F898
D 294 F967
E 330 FA21
F 349 FA73
Zusatzaufgabe (freiwillig):
Schreiben Sie ein Programm, das den Zustand der Tasten als Binärcode
interpretiert und somit 15 unterschiedliche Töne erzeugen kann (0001 = Ton C,
0010 = Ton D, 0011 = Ton E, usw.). Die weiteren Frequenzen erhalten Sie durch
12
Multiplikation mit 2 = 1,0595 .
Frequenzen der gleichschwebend temperierten Stimmung mit a'=440 Hz.
Ton Hertz Ton Hertz Ton Hertz Ton Hertz Ton Hertz
''A 27,50 C 65,41 c' 261,63 c''' 1.046,50 c''''' 4.186,01
''B 29,14 Des 69,30 des' 277,18 des''' 1.108,73
''H 30,87 D 73,42 d' 293,66 d''' 1.174,66
'C 32,70 Es 77,78 es' 311,13 es''' 1.244,51
'Des 34,65 E 82,41 e' 329,63 e''' 1.318,51
'D 36,71 F 87,31 f' 349,23 f''' 1.396,91
'Es 38,89 Ges 92,50 ges' 369,99 ges''' 1.479,98
'E 41,20 G 98,00 g' 392,00 g''' 1.567,98
'F 43,65 As 103,83 as' 415,30 as''' 1.661,22
'Ges 46,25 A 110,00 a' 440,00 a''' 1.760,00
'G 49,00 B 116,54 b' 466,16 b''' 1.864,66
'As 51,91 H 123,47 h' 493,88 h''' 1.975,53
'A 55,00 c 130,81 c'' 523,25 c'''' 2.093,00
'B 58,27 des 138,59 des'' 554,37 des'''' 2.217,46
'H 61,74 d 146,83 d'' 587,33 d'''' 2.349,32
es 155,56 es'' 622,25 es'''' 2.489,02
e 164,81 e'' 659,26 e'''' 2.637,02
f 174,61 f'' 698,46 f'''' 2.793,83
ges 185,00 ges'' 739,99 ges'''' 2.959,96
g 196,00 g'' 783,99 g'''' 3.135,96
as 207,65 as'' 830,61 as'''' 3.322,44
a 220,00 a'' 880,00 a'''' 3.520,00
b 233,08 b'' 932,33 b'''' 3.729,31
h 246,94 h'' 987,77 h'''' 3.951,07
Quelle:
http://pianotip.de/frequenz.htm
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Variante 1:
$NOMOD51
$INCLUDE (reg515.inc)
org 0
init: mov tmod,#11H ; Timer 0 und 1 als Zeitgeber benutzen
setb tr0 ; Timer 0 starten (Run-Bit = 1)
taste: jnb p0.0,ton1
jnb p0.1,ton2
jnb p0.2,ton3
jnb p0.3,ton4
jmp taste
; Sprung falls Taste gedrückt
; Sprung falls Taste gedrückt
; Sprung falls Taste gedrückt
; Sprung falls Taste gedrückt
ton1: mov th0,#0f8H ; Zeitgeber 0 laden
mov tl0,#089H ; Ton C = F889 Hex
jmp ton
ton2: mov th0,#0f9H ; Zeitgeber 0 laden
mov tl0,#05aH ; Ton D = F95A Hex
jmp ton
ton3: mov th0,#0faH ; Zeitgeber 0 laden
mov tl0,#014H ; Ton E = FA14 Hex
jmp ton
ton4: mov th0,#0faH ; Zeitgeber 0 laden
mov tl0,#069H ; Ton F = FA69 Hex
jmp ton
ton: clr tf0 ; Timer Überlauf Bit rücksetzen
warten: jnb tf0, warten ; warten bis Timer 0 = 0000 (Overflow)
cpl p3.5
; Lautsprecherausgang invertieren
sjmp taste
end
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Variante 2:
$NOMOD51
$INCLUDE (reg515.inc)
org 0
init: mov p1,#0FFH
; alle Lampen aus
mov tmod,#11H ; Timer 0 und 1 als Zeitgeber konfiguriere
clr tr0 ; Timer 0 anhalten (Run-Bit = 0)
clr tf0
; Timer Überlauf Bit rücksetzen
start: clr c
mov a,p0
cpl a
anl a,#0FH
mov r0,a
subb a,#1
jz S1
mov a,r0
subb a,#2
jz S2
mov a,r0
subb a,#4
jz S3
; Carry vorsichtshalber löschen
; Tastenport > Accu
; Hardware-Invertierung aufheben
; die oberen 4 Bit ausmaskieren
; modifizierten Accu sichern in r0
; 1. Tastenwert subtrahieren
; falls passend > Zero-Flag gesetzt & Sprung S1
; modifizierten Tastenport zurückholen
; 2. Tastenwert subtrahieren
; falls passend > Zero-Flag gesetzt & Sprung S2
; usw
; falls passend > Zero-Flag gesetzt & Sprung S3
mov a,r0
; usw
subb a,#8
jz S4
; falls passend > Zero-Flag gesetzt & Sprung S4
jmp start ; wieder zum Start ...
S1: mov p1,#11111110B
mov th0,#0f8H
mov tl0,#089H
jmp go
S2: mov p1,#11111101B
mov th0,#0f9H
mov tl0,#05aH
jmp go
S3: mov p1,#11111011B
mov th0,#0faH
mov tl0,#014H
jmp go
S4: mov p1,#11110111B
mov th0,#0faH
mov tl0,#069H
; C
; D
; E
; F
go: setb tr0 ; Timer 0 starten
warten: jnb tf0, warten ; warten bis Timer 0 = 0000 (Overflow)
clr tr0
; Timer 0 anhalten
clr tf0
; Überlauf-Bit rücksetzen
cpl p3.5
; Lautsprecherausgang invertieren
jmp start
end
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