Funktionen und Sonderfunktionen einfach schalten PIC ...

Dirk Lübbesmeyer
Funktionen und Sonderfunktionen einfach schalten
PIC-Mikroprozessoren im Schiffsmodell

Funktionen und
Sonderfunktionen
einfach schalten
PIC-Mikroprozessoren im Schiffsmodell
Dirk Lübbesmeyer

I Fachbuch
Best-Nr.: 310 2119
Redaktion: Oliver Bothmann
Lektorat: Claus Keller
Wichtiger Hinweis:
Die in diesem Buch angegebenen Verfahren und Schaltungen werden
ohne Rücksicht auf die Patentlage mitgeteilt. Sie sind ausschließlich
für Amateurzwecke gedacht und dürfen nicht gewerblich genutzt werden.
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Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
ISBN 3-88180-719-5
© 1. Auflage 2002 by Verlag für Technik und Handwerk
Postfach 22 74,76492 Baden-Baden
Alle Rechte, besonders das der Übersetzung, vorbehalten. Nachdruck und
Vervielfältigung von Text und Abbildungen, auch auszugsweise,
nur mit ausdrücklicher Genehmigung des Verlages.
Printed in Germany
Druck: WAZ-Druck, Duisburg

Inhaltsverzeichnis
Über den Autor 9
Vorwort 10
1 Der Mikroprozessor 12
1.1 Überblick 12
1.2 Grundsätzliche Wirkungsweise und Takterzeugung 14
1.2.1 Grundsätzliche Wirkungsweise 14
1.2.2 Takterzeugung 14
1.3 PIC-Typen und ihre Eigenschaften 15
1.3.1 PIC-12C509A 16
1.3.2 PIC-12C672 17
1.3.3 PIC-16C505 17
1.3.4 PIC-16C71 18
1.3.5 PIC-16F872 18
1.3.6 PIC-16F876 19
1.4 Notwendige Grundausstattung 20
2 Die Programmierung 21
2.1 Überblick 21
2.2 Allgemeiner Programmaufbau 21
2.2.1 Der Programmkopf 23
2.2.2 Der Definitionsblock 23
2.2.2.1 Konstanten (Literais) 23
2.2.2.2 Register 24
2.2.3 Die Programmzeilen 25
2.3 Der PIC-Befehlssatz 26
2.3.1 Überbück 26
2.3.2 Der Befehlssatz in alphabetischer Reihenfolge 26
2.4 Anwendung des Befehlssatzes und spezielle Programmierungstricks 29
2.4.1 Registerbank- und Seitenumschaltung 29
2.4.1.1 Registerbankumschaltung 29
2.4.1.2 Programmseitenwechsel 29
2.4.2 Die konditioneile Verzweigung 30

2.4.2.1 Arithmetische konditionale Verzweigung 30
2.4.2.2 Wertbegrenzung 30
2.4.2.3 Arithmetische Sprunganweisung 30
2.4.3 Rechnen mit großen und mit negativen Zahlen 31
2.4.3.1 Große Zahlen 31
2.4.3.2 Negative Zahlen 31
Kleine Zahlen 32
Große Zahlen 32
2.4.4 Indirekte Adressierung 33
2.4.5 Unterprogramme und Tabellen 33
2.4.5.1 Einfache Unterprogramme 34
2.4.5.2 Tabellen 34
2.4.6 Timer 34
2.4.7 Watch Dog Timer und Sleep 35
2.4.7.1 Watch Dog Timer 35
2.4.7.2 Sleep 35
2.4.8 Interrupts 36
3 Programmbeispiele 37
3.1 Überblick und Erläuterung eines Ablaufdiagramms am Beispiel von BLINK.... 37
3.2 Sonderfunktionen 38
3.2.1 Fünffachschalter (PENTA-S) 38
3.2.1.1 Problemstellung und Funktionsprinzip 38
3.2.1.2 Das Programm PENTAS.asm 39
Das Hauptprogramm 39
Subroutine SCAN 40
3.2.1.3 Praktische Hinweise 41
3.2.2 Schrittmotorradarantrieb (RADAR) 42
3.2.2.1 Problemstellung und Funktionsprinzip 42
Der Schrittmotor 42
3.2.2.2 Steuerelektronik und praktischer Aufbau 43
3.2.2.3 Das Programm RADAR.asm 44
3.2.2.4 Praktische Hinweise 45
3.2.3 RC-Streichholz (ZUND) 45
3.2.3.1 Problemstellung und Funktionsprinzip 45
3.2.3.2 Elektronische Schaltung und praktischer Aufbau 46
3.2.3.3 Das Programm ZUND.asm 46
3.2.3.4 Praktische Hinweise 48
3.2.4 Kombination von RADAR und ZUND (RADZUND) 48
3.2.5 Erzeugung eines Typhon- bzw. Zerstörersirenentons (DUOSIG) 49
3.2.5.1 Problemstellung und Funktionsprinzip 49
3.2.5.2 Elektronische Schaltung und praktischer Aufbau 49
3.2.5.3 Das Programm DUOSIG.asm 50
3.2.5.4 Praktische Hinweise für die Programmierung 52
3.2.6 Schalter zu Servosignalkonverter (S2PWM) 52
3.2.6.1 Problemstellung und Funktionsprinzip 52

3.2.6.2 Das Programm S2PWM.asm 54
Das Hauptprogramm 54
SubroutineMETHOD 55
Subroutine SERVSET 55
3.2.6.3 Praktische Hinweise zur Programmierung 55
3.3 Überwachungseinheit für Modellparameter (NAVIGUARD) 56
3.3.1 Problemstellung und Funktionsprinzip 56
3.3.1.1 Elektronische Schaltung und praktischer Aufbau 57
3.3.1.2 Das Programm NAVIGUARD.asm 57
Das Hauptprogramm 57
Programmierung der Tabellen in der Routine MELDG 59
3.3.2.3 Praktische Hinweise für die Programmierung 60
3.4 Drehzahlsteller 60
3.4.1 Einwellen-2-kHz-Drehzahlsteller für Kleinmodelle (MONONAUT) 61
3.4.1.1 Eigenschaften 61
3.4.1.2 Problemstellung und Funktionsprinzip 62
3.4.1.3 Das Programm MONONAUT.asm 63
Das Hauptprogramm 63
Modul SCAN 65
Subroutine CLCTIM 66
3.4.1.4 Praktische Hinweise 68
3.4.2 Standardmehrwellen-2-kHz-Drehzahlsteller(MULTINAUT) 68
3.4.2.1 Eigenschaften 68
3.4.2.2 Praktischer Aufbau 69
3.4.2.3 Das Programm MULTINAUT.asm 70
Das Hauptprogramm 70
Modul SCAND 71
Modul CLCTIM 71
3.4.2.4 Praktische Hinweise für die Programmierung 72
3.4.3 Mehrwellen-Gleichstromdrehzahlsteller (DCNAUT) 73
3.4.3.1 Problemstellung und Funktionsprinzip 73
3.4.3.2 Das Programm DCNAUT.asm 74
Das Hauptprogramm 74
Subroutine SCAN 75
Subroutine FAHRT 75
3.4.3.3 Praktische Hinweise für die Programmierung 76
3.4.4 Automatische Fahrstufenregelung (AUTONAUT) 76
3.4.4.1 Problemstellung und Funktionsprinzip 77
3.4.4.2 Das Programm AUTON.asm 78
Das Hauptprogramm 78
Subroutine PID 78
3.4.4.3 Praktische Hinweise für die Programmierung 79
3.4.5 Modell-Controller (MODCON-S, -P und -D) 80
3.4.5.1 MODCON-S 80
3.4.5.2 MODCON-P 82
3.4.5.3 MODCON-D 82

3.5 Enkoder und Dekoder für eine RC-Anlage 84
3.5.1 Problemstellung 84
3.5.2 Enkoder für RC-Sender (NVENKO) 86
3.5.2.1 Schaltung 86
3.5.2.2 Das Programm NVENKO.asm 87
3.5.2.3 Praktische Hinweise 88
3.5.3 Signaldekoder für RC-Empfänger (NVDEKO) 88
3.5.3.1 Schaltung 89
3.5.3.2 Das Programm NVDEKO.asm 90
3.5.3.3 Praktische Hinweise 91
4 Anhang 92
4.1 Literatur 92
4.1.1 Zeitschriften 92
4.1.1 Handbücher (Manuals) 92
4.2 Platinenlayouts und Liste der Programme auf der CD-ROM 93
4.2.1 Platinenlayouts und Bestückungspläne 93
4.2.1.1 Platinenlayout und Bestückungsplan für PENTA-S 93
4.2.1.2 Platinenlayout und Bestückungsplan für RADAR 93
4.2.1.3 Platinenlayout und Bestückungsplan für ZUND 93
4.2.1.4 Platinenlayout und Bestückungsplan für DUOSIG 93
4.2.1.5 Platinenlayout und Bestückungsplan für S2PWM 94
4.2.1.6 Platinenlayout und Bestückungsplan für MONONAUT 94
4.2.1.7 Platinenlayout und Bestückungsplan für MODCON 94
4.2.2 Liste der Programme auf der CD-ROM 95
4.2.2.1 PIC-Sourceprogramme (.asm) 95
4.2.2.2 FORTRAN-Unterstützungsprogramme (.for) 96

Über den Autor
Dirk Lübbesmeyer (Jahrgang 1942) beschäftigt
sich seit rund 50 Jahren mit Schiffsmodellbau,
wobei seine Vorliebe bei den zeitgenössischen
Einheiten der US-Navy liegt, die in Holz
nach selbst gezeichneten oder kommerziellen
Plänen im einheitlichen Maßstab von 1:200
gebaut und in den einschlägigen Fachzeitschriften
regelmäßig vorgestellt werden. Um die
Modelle mit interessanten Sonderfunktionen
ausrüsten zu können, kamen nach und nach
auch die Entwicklung und der Bau von Fernsteuerungskomponenten
hinzu. Was zunächst
noch mit viel Löterei verbunden war, hat
inzwischen weitgehend den Mikroprozessoren
Platz gemacht.
Beruflich ist der Autor in der Reaktorsicherheitsforschung
tätig und arbeitet als Kerntechnikingenieur
in einem Forschungsinstitut
mehr mit Großrechnern als mit Mikroprozessoren.
Er wohnt im etwa 20 km westlich von
Zürich gelegenen Baden.

Vorwort
Elektronik gehört wohl zu den wenigen Dingen,
die mit der Zeit immer billiger geworden
ist, weswegen auch ihr Einzug in den Modellbau
in den letzten Jahrzehnten stetig zugenommen
hat. War man in den 1960ern noch mit
einem abwechselnden Rudervollausschlag zufrieden
und sah es schon als einen ungeheueren
Luxus an, wenn auch die Fahrmotoren anbzw.
ausgeschaltet oder gar umgepolt werden
konnten (es gab damals eine Rudermaschine
namens Kinematic, die diese „Sonderfunktion"
über kurze Ruderruckler realisierte), so
sind heute neben der proportionalen Lenkung
und stufenlosen Steuerung der Motordrehzahl
die mannigfaltigsten Zusatzfunktionen selbst
mit nicht allzu großem finanziellem Aufwand
zu realisieren. Auch findet man in den einschlägigen
Fachzeitschriften regelmäßig Bauvorschläge
für die unterschiedlichsten Anlagenteile,
die es selbst dem elektronisch weniger
versierten Modellbauer erlauben, die Möglichkeiten
seiner Fernsteuerung bezüglich Sonderfunktionen
zu erweitern. Einige dieser Bauvorschläge
sind schon recht umfangreich und
benötigen nicht nur eine Menge Lötarbeit, sondern
sind im Modell auch von beträchtlichem
Volumen bzw. Gewicht.
Hier kommt uns nun eine technische Entwicklung
zugute, die in der Elektronikindustrie
schon seit Beginn der 80er-Jahre vermehrt
eingesetzt wird, sich bei Hobbyelektronikern
dank inzwischen einfach zu bedienender und
preiswerterer Heimcomputer (PC) aber erst seit
10
wenigen Jahren durchzusetzen beginnt, der
Mikroprozessor auch Mikrocontroller oder hier
oft einfach und kurz uP genannt. Er erlaubt die
Synthese einer komplizierten, diskret aufgebauten
elektronischen Schaltung durch einen
entsprechend programmierten Mikroprozessor,
an dessen Ausgängen (IC-Pins) dann die der
diskreten Schaltung äquivalenten Signale erzeugt
werden.
Auch die Modellbauindustrie hat den uP
schon vor einigen Jahren entdeckt. Blättert man
regelmäßig in Katalogen für elektronisches
Modellbaugerät, so kann man die rasche Zunahme
mikroprozessorgesteuerter Elektronik
kaum übersehen. Zuerst kamen die „Computerfernsteuerungen",
bei denen die zu übertragenden
Steuerinformationen, d.h. die Poti-Stellungen
der Steuerknüppel und eventuelle Schalterstellungen,
digitalisiert, durch mannigfaltige
menügesteuerte Manipulationen im uP verarbeitet
und schließlich als Binärzahlen (d.h.
Ein-/Aus-Stellungen des Senders) an den Empfänger
gesendet werden. Dort dröselt ein weiterer
uP diese Information wieder auf. Andere
seit längerer Zeit verwendete uP-Einsatzorte
sind Drehzahlsteller und Ladegeräte. All dies
umweht mit dem Begriff „mikroprozessorgesteuert"
immer noch das Odium des Exquisiten.
Im Modellbau haben wir es aber meist mit
elektronisch eher einfach gelagerten Problemen
zu tun, weshalb uP-Lösungen in der Regel
billig sind. Im Endeffekt ist ein uP nämlich
eigentlich nichts anderes als ein sehr kosten-

günstiger Spezial-IC, der all das intern erledigt,
für das man sonst einen Haufen Bauteile
zusammenlöten müsste. Die Spezialisierung
eines im Kaufzustand oder nach Löschung leeren
IC erfolgt durch Programmierung mit einem
geeigneten Programm. Dass der IC intern
dann wie ein Rechner mit Zahlen arbeitet, spielt
im Einsatz praktisch keine Rolle, ja man stellt
kaum einen Unterschied zur analogen Schaltung
fest, es sei denn den meist höheren Komfort
der uP-Lösung.
Bei so vielen Vorteilen fragt man sich natürlich,
warum im Amateurbereich immer noch
so viel Modellelektronik diskret aufgebaut wird.
Neben traditionellen Aspekten - man macht
eben das weiter, was man schon immer so
gemacht hat - ist eine Hauptbarriere bestimmt
auch der Einstiegspreis, denn ohne einen PC
mit der notwendigen Software und dem an
einen PC-Port angeschlossenen uP-Programmiergerät
geht es nun mal nicht. PC, Programmiergerät
und PC-Software braucht man, um
die beim Kauf leeren Mikroprozessoren mit
einem Programm zu laden und damit auf die
gewünschten Eigenschaften zu programmieren.
Ansonsten ist nur noch Know-how nötig,
dessen Vertiefung ein Ziel dieses Buches ist.
Im Weiteren möchte ich den Lesern den
Einsatz von Mikroprozessoren schmackhaft
machen. Dazu wird zunächst das Funktionsprinzip
eines uP allgemein umrissen, dann stelle
ich die verschiedenen, in diesem Buch verwendeten
uP-Typen der Firma Microchip kurz
vor und gehe auf die zur Programmierung nötige
Hard- und Software ein.
Im zweiten Teil werden wir uns dann mit
der Erstellung von uP-Programrnen beschäftigen,
und zwar mit Assembler-Programmen, da
diese Programmierung die für Mikroprozessoren
effektivste Art darstellt. Dieser Teil dient
vor allem auch dem Verständnis der nachfolgenden
Programme.
Im dritten Teil schließlich werden verschiedene
Anwendungsbeispiele vorgestellt
und diskutiert. Das reicht vom Fünffachschalter
zur Gewinnung von fünf Schaltstellungen
aus einem Funktionskanal (Servosignal) über
ein einfaches Programm zur Schrittmotorsteuerung
für einen Modellradarantrieb durch
Miniaturschrittmotore, die Zündeinrichtung
für Feuerwerk mit Sicherheitsschaltung und
Spannungsverdreifachung zur optimalen Ansteuerung
der Leistungs-FETs bei niedrigen
Bordspannungen, ferner Servosignalgeneratoren
aus einfachen Schaltersignalen (Schalter
zu Servosignalkonverter) bis zu einem Typhon-
und Sirenensignalgenerator. Zur Überwachung
verschiedener Modellkenngrößen
wie Akkuspannungen oder RC-Signalgüte
wird eine Überwachungsschaltung vorgestellt,
die den Alarmfall mit einem Signalscheinwerfer
per Morsetelegramm sendet.
Einen großen Teil nehmen die Drehzahlsteller
ein, vom einfachen MONONAUT mit
Transistorbrücke für Kleinmodelle über den
MULTINAUT für Mehrwellenmodelle mit individueller
Umpolung der Fahrmotoren einer
Schiffsmodellseite bei Hartrudermanövern bis
zum MODCON-D, wo die beiden Fahrmotoren
in Abhängigkeit der Richtungsvorgabe gesteuert
werden können.
Schließlich werden Enkoder (Sender) und
Dekoder (Empfänger) vorgestellt, die es erlauben,
mit einer Fernsteuerung gleichzeitig zwei
Modelle zu steuern, und zwar analog für Richtung
und Fahrstufe und mit 15 Schalterstellungen
pro Modell. Dazu lassen sich zwei weitere
Modelle betriebsbereit halten, auf die man von
den gerade fahrenden Modellen jederzeit umschalten
kann.
11

1 Der Mikroprozessor
1.1 Uberblick
Wir beschränken uns in diesem Buch auf Mikroprozessoren
des Herstellers Microchip, die
das Präfix „PIC" tragen, was für Programmable
Integrated Circuit, also programmierbarer
integrierter Schaltkreis (IC), steht und damit
schon andeutet, um was es sich bei einem Mikroprozessor
handelt, nämlich um einen mehr
oder weniger großen Spezial-IC. Im Rahmen
dieses Buches werden Typen mit minimal 8
(DIP-8) und maximal 28 Pins im DIP-28-Gehäuse
verwendet. Jede dieser ICs ist ein kompletter
8-Bit-Computer mit Prozessor (ALU =
Arithmetical Logical Unit), Programm- und Datenspeicher
(RAM = Random Access Memo-
Verschiedene in diesem Buch verwendete
PIC-Mikroprozessoren. In der oberen Reihe
zwei OTP-Typen (12C672 und 16C505), in der
unteren vier löschbare PICs, drei JW-Typen
mit Quarzfenster (12C509A. 16C505 und
16C71) und ein elektrisch löschbarer PIC.
12
ry) sowie Ein- und Ausgabeleitungen in Form
der IC-Pins. Einige Typen verfügen darüber
hinaus über Spezialfunktionen wie Analog-digital-Wandler
(ADW), vom Programmablauf
unabhängig im Hintergrund laufende Zähler
(Timer) und PWM-Signalgeneratoren, die bei
der Motorsignalerzeugung in der Anwendung
Drehzahlsteller die Programmierung sehr erleichtern.
Was macht einen uP für den Einsatz im
Modell denn nun so interessant? Eigentlich,
sollte man meinen, braucht es ja zum Fernsteuern,
wenn überhaupt, nur wenig Rechnerei.
Zwar summt je nach Ausbaugrad der Sonderfunktionen
oft einige Elektronik im Modell
vor sich hin, doch die besteht meist aus Transistoren
nebst externer Beschattung und
vielleicht ein paar Digital- oder Spezial-ICs für
die Verarbeitung von RC-Signalen; also weit
und breit kein Bedarf für einen Computer.
Doch betrachten wir einmal ein relativ
einfaches Problem, nämlich die Ein-Aus-
Schaltung eines Relais mittels eines Steuerknüppels
(Kanalschalter). Mit diskreter Elektronik
aufgebaut braucht man dazu einen
Mono-Flop zur Erzeugung eines Referenzimpulses,
Gatter zum Vergleich von Kanal- und
Referenzimpulslängen und schließlich einen
Impulsdehner, der die resultierenden kurzen
Differenzimpulse so dehnt, dass das angeschlossene
Relais auch im geschalteten Zustand
nicht flattert. Wie das Wort Differenzimpuls
andeutet, wird auch in der diskreten

Schaltung „gerechnet", nämlich etwa 50 Subtraktionen
pro Sekunde.
Wie geht nun ein Mikroprozessor das Problem
an? Hier wird während der aktiven Phase
des Kanalimpulses (H-Phase bei positiver
Logik) eine Variable hochgezählt, was wegen
des Rechnertaktes einer Zeitmessung bzw. Impulslängenmessung
gleichkommt. Vom Zählergebnis
wird dann der Referenzwert abgezogen
und der Ausgangspin des uP -1- (= H)
gesetzt, wenn das Ergebnis negativ, und -0- (=
L), wenn es positiv ist. Die Rechnerarbeit besteht
hier also aus Zählen, Subtraktion und
Auswertung des Vorzeichens bezüglich Schalterstellung.
Bei dieser Einschalterversion springt der
Vorteil eines uP, obwohl in etwa kostenneutral,
noch nicht gerade ins Auge. Durch simple
Aufteilung des Zählergebnisses in mehrere Bereiche
ist es mit dem gleichen uP aber problemlos
möglich, mehrere Schalterstellungen
anzusteuern, z.B. für die ersten 17% Steuerknüppelauslenkung
ist der Stufenschalter aus,
für 17% bis 34% steht er auf Schalterstellung -
1- usw. So kann man jetzt mit einem Funktionskanal
bereits fünf verschiedene Funktionen
ansteuern, was diskret aufgebaut schon einige
elektronische Bauteile mehr verlangt. Aber damit
noch nicht genug. Die einzelnen Schalterstellungen
weiter zu bearbeiten und sie z.B.
mit Triggerfunktionen (nur kurze Haltezeit)
oder Memoryfunktion (ihr Zustand bleibt
jeweils so lange erhalten, bis sie erneut angesprochen
werden) stellt für den uP kein Problem
dar, würde eine diskrete elektronische
Schaltung aber schon recht komplizieren; auf
das Beispiel werden wir im Abschnitt 3.2.1
(PENTA-S) zurückkommen.
Auch für unser Modellbaubudget sind die
Vorteile von Mikroprozessoren augenfällig. So
lässt sich z.B. die Steuerelektronik (also abzüglich
des Leistungstreibers und der Umpolrelais)
meines seit Jahren in Mehrwellenschiffen eingesetzten
Drehzahlstellers DUONAUT mit einem
einzigen 14-Pin-IC für um die 2 Euro realisieren,
der extern nur noch mit einem Kera-
Diskret aufgebaute Schaltungen für NAVI-
GUARD und DUONAUT (unten) im Vergleich
zur Mikroprozessorlösung mit zwei uPS
(oben)
mikkondensator zu Störunterdrückung beschaltet
werden sollte (siehe Abschnitt 3.4.2). Dagegen
verschlingt die gleiche Elektronik diskret
aufgebaut einige Bauteile und einige Euro mehr.
Ein anderes Beispiel ist meine Modellüberwachung
NAVIGUARD, deren diskrete Schaltung
in der Zeitschrift Modell Werft, Heft 12/
99, vorgestellt wurde. Das Gerät ist eine eng
bestückte Platine mit den Abmessungen 1 (X)x70
mm und insgesamt sieben ICs inklusive eines
EPROMS. Die dieser diskreten Schaltung funktionell
noch überlegene uP-Version besteht nur
aus einer einzigen 8-Pin-IC mit einer äußeren
Beschaltung von drei Widerständen, einer Z-
Diode und einem Kondensator zur Störungsunterdrückung
(siehe Abschnitt 3.3).
Einen entscheidenden Vorteil der uP-Lösung
sehe ich schließlich in ihrer hohen Modifikationsfreundlichkeit,
ist es doch wesentlich
einfacher, in einem Programm ein paar hundert
Zeilen zu ändern, einen uP neu zu programmieren
und ihn schließlich in den entsprechenden
IC-Sockel zu stecken, als eine
ganze Schaltung umzulöten, wozu u.U. sogar
eine neue Platine entworfen und angefertigt
werden muss. Gerade dieser letzte Punkt hat
mich daher vor allem bewogen, meine Modellflotte
zu „digitalisieren", d.h., wo immer es
geht, diskret aufgebaute Schaltungen durch
Mikroprozessoren zu ersetzen.
13

1.2 Grundsätzliche Wirkungsweise
und Takterzeugung
1.2.1 Grundsätzliche
Wirkungsweise
Ein Mikroprozessor ist, wie jeder Computer,
eine elektronische Maschine, die eine Liste von
Maschinenbefehlen, Programm genannt,
nacheinander abarbeiten kann. Dazu wird ein
Zeilenzähler hochgezählt und dann der in der
jeweiligen Zeile des Programms stehende Befehl
ausgeführt. Der etwa 35 verschiedene Instruktionen
umfassende Befehlssatz für PIC-
Prozessoren beinhaltet Sprunganweisungen,
Wertzuweisungen, Addition und Subtraktion
positiver ganzer Zahlen (8 Bit, d.h. 0 bis 255),
logische Verknüpfungen (AND, OR und
EXOR) und verschiedene Manipulationen einzelner
Bits in einer 8-Bit-Variablen, die der
uP-Hersteller Microchip als Register-Files bezeichnet,
im Weiteren einfach „Register" genannt.
Je nach uP-Typ sind ein oder mehrere
Register bitweise mit den Pins des ICs (PORT)
verbunden und können individuell sowohl gelesen
(input) als auch gesetzt werden (output),
was die Kommunikation mit der Außenwelt
14
EXTRC
einfacher R-C-Oszillator
ermöglicht und damit den uP-Einsatz in elektronischen
Schaltungen überhaupt erst interessant
macht. Im Gegensatz zu herkömmlichen
Computerprogrammen laufen uP-Programme
endlos. Deshalb enthält jedes sinnvolle Programm
am Ende einen Sprungbefehl in den
Anfangsbereich des Hauptprogramms, was einem
Zurücksetzen des Zeilenzähler gleichkommt.
1.2.2 Takterzeugung
Zum Hochzählen des Zeilenzähler brauchen
Computer einen Takt. Während man bei PCs
und Großcomputern bezüglich Taktfrequenz
heute schon von GHz spricht, verkraften preiswerte
Mikroprozessoren in der Regel kaum
mehr als 20 MHz; bei den Anwendungen in
diesem Buch beschränken wir uns durchwegs
auf für unsere Zwecke ausreichende 4 MHz.
PIC-Mikroprozessoren benötigen für die Abarbeitung
eines Maschinenbefehl vier Takte,
was bei 4 MHz Taktfrequenz der Ausführung
eines Befehls pro Mikrosekunde entspricht.
Der Computertakt muss bei Mikroprozessoren
bis auf die Ausnahmen, wo ein interner,
Drei verschiedene Arten der Takterzeugung
für PIC-Mikroprozessoren
LP, XT, HS
Quarz Oszillator
externer
Taktgenerator
Inverter
externer Takt
a . ) b . ) c . )

vom Hersteller kalibrierter Taktgenerator implementiert
ist, extern erzeugt werden. Da bei
den PICs der Halbleiterteil der Oszillatorschaltung
schon im uP integriert ist, sind die Externa
nur passive Bauteile, d.h. Widerstände, Kondensatoren
und/oder ein Quarz (Fälle a und b).
Bezüglich des Quarzoszillators werden bei PIC-
Mikroprozessoren drei Typen unterschieden:
,,LP" für den unteren Frequenzbereich bis maximal
200 kHz, wo der Stromverbrauch eines
PICs besonders niedrig ist, „XT" als Standardquarz
für Frequenzen bis 4 MHz und „HS" für
alles Höherfrequente. Schließlich kann man
aber auch den Takt eines externen Taktgebers
am Pin CLKTN eingeben, was besonders dann
zweckmäßig ist, wenn mehrere Mikroprozessoren
mit dem gleichen Takt betrieben werden
sollen (Fall c), um sie synchron laufen zu lassen
oder einfach um Bauteile, insbesondere
Quarze, einzusparen.
Die für die Beschallung in den Fällen a
bzw. b nötigen Werte für „R" und „C" sind der
Tabelle zu entnehmen; bei Quarzen hängen sie
auch etwas von dessen Hersteller ab (hier wurden
die flachen Typen HC49U-S verwendet).
Der Widerstand R ist in den Quarzoszillatorschaltungen
oft nicht nötig. Der zu verwendende
Oszillatortyp muss im Konfigurationswort
mit den Bits FOSC,0 bis FOSC,2 definiert
werden. Da ein interner Oszillator
allerdings nur in wenigen PIC-Typen vorhanden
ist, besteht das Konfigurationswort
normalerweise nur aus zwei Bits (FOSC,0 und
FOSC,l) für vier Oszillatortypen.
FOSC,0-1
11 EXTRC C
R
00 LP C
R
01 XT C
R
10 HS C
R
100 kHz
100p
82k
22p
10R
270 kHz
270p
12k
Bei PIC-Typen mit internem Oszillator hat
der FOSC-Teil das Konfigurationswort drei Bit.
100 INTRC interner, vom Hersteller
kalibrierter Oszillator (4 MHz)
ohne Ausgabe an Pin OSC2
101 INTRC wie 100, nur mit Ausgabe an
Pin OSC2, der dann nicht als
allgemeiner Port verwendet
werden kann
110 EXTRC externer R-C-Generator
ohne Ausgabe an Pin OSC2
R- und C-Werte wie für
Code'11'
111 EXTRC externer R-C-Generator mit
Ausgabe an Pin OSC2, der
dann nicht als allgemeiner
Port verwendet werden kann
R- und C-Werte wie für
Code'11'
Wird der Takt von einem externen Generator
am Pin CLKTN eingespeist, müssen FOSC,0
und FOSC,l für einen Quarz LP, XT oder HS
definiert werden. Am CLKOUT-Pin wird dann
ein Viertel der Taktfrequenz, d.h. die Frequenz
des Maschinenzyklus, ausgegeben.
1.3 PIC-Typen
und ihre Eigenschaften
Im Rahmen dieses Buches wird natürlich nur
ein sehr kleiner Teil der im Lieferprogramm des
Herstellers Microchip angebotenen Mikroprozessoren
verwendet, gibt es doch PIC-Mikroprozessoren
in den verschiedensten Typen und
500 kHz
270p
4,7k
1 MHz
100p
4,7k
22p
68R
4 MHz
27p
3,9k
22p
68R
10 MHz 20 MHz
33p
47R
33p
39R
15

Gehäuseformen, was schon in der Kennung der
ICs erkennbar ist. Analysieren wir als Beispiel
die Kennung des PIC-16C71/04. Die 16 vor
dem „C" steht darin für die vom Prozessor intern
verwendete Wortlänge, hier eine Gesamtwortlänge
von 14 Bit, wovon die unteren 8 Bit
(0 bis 7) den Wert des angesprochenen Registers,
1 Bit die Destination des Ergebnisses nach
einer Operation und die restlichen Bits den Code
des Maschinenbefehls definieren. „C" beschreibt
den Chiptyp, hier ein EPROM, und die folgende
Nummer ist die spezielle uP-Kennung.
Schließlich sagt die ,/04" etwas über die maximale
Taktfrequenz in MHz, die von ihm noch
verarbeitet werden kann.
Die billige Standardversion eines „C"-Typs
ist OTP (= One Time Programmable) im Plastikgehäuse.
Sie ist, wie der Name sagt, nur
einmal programmierbar, was bei der Code-Entwicklung
wenig zweckmäßig ist (pro Fehler
ein neuer IC). Es gibt die „C"-PICs daher auch
in einem „JW"-Keramikgehäuse mit integriertem
Quarzglasfensters, das beliebige Löschung
im UV-Löscher erlaubt; das Quarzglasfenster
macht den IC allerdings sehr viel teurer.
Einige wenige Programme verwenden auch
die neueren uP-Typen 16F872 und 16F876, wo
das „F" für den Chiptyp „flash" steht. Diese ICs
sind elektrisch löschbar, d.h., der alte Inhalt wird
beim Programmieren einfach überschrieben. Da
zum Löschen kein UV-Licht notwendig ist, genügt
immer das billige Plastikgehäuse. Ein weiterer
Vorteil der F-Typen ist, dass sie über einen
nichtflüchtigen Datenraum verfugen, wo der
Registerinhalt auch nach dem Abschalten des
Mikroprozessoren erhalten bleibt; dies ist z.B.
für die Speicherung von Justierungen sehr praktisch
und findet in den Drehzahlstellerprogrammen
MODCON Anwendung. Angemerkt sei in
diesem Zusammenhang noch, dass Microchip
zurzeit (2002) für einige der „C"-Typen Pinkompatible
Flashversionen auf den Markt bringt,
die wohl nach nur minimalen Änderungen in
den entsprechenden Programmen anstelle der
vorgesehenen „C"-Typen eingesetzt werden können.
16
Der RAM-Größe kommt für alle hier vorgeschlagenen
Programme keine allzu große
Bedeutung zu, weswegen im Rahmen dieses
Buches die Auswahlkriterien vor allem sind:
• Anzahl der für den Informationsaustausch
benötigten Pins
• für die Aufgabenstellung benötigte Zusatzfunktionen
(Analog zu Digitalwandler oder
programmparallele PWM-Signalerzeugung)
• interner Taktgenerator
• Überschreibbarkeit („C"- oder „F"-Typ)
• Preis
Nun wollen wir uns die im Rahmen diese
Buches verwendeten PIC-Typen noch etwas
näher ansehen.
1.3.1 PIC-12C509A
Der Mikroprozessor PIC-12C509A wird für
die Projekte BLINK, PENTA-S, RADAR,
ZUND, DUOSIG und MONONAUT verwendet.
Es ist ein billiger uP mit nur acht Pins und
damit ideal geeignet für kleine Schaltungen.
Der 1k-Speicher erlaubt die Programmierung
von etwa 1.000 Befehlen und auch die Zahl
der frei zur Verfügung stehenden Register ist
mit 25 + 16 (in Bank 1) für die meisten Anwendungen
ausreichend.
Der PIC-12C509A hat einen Ein-/Ausgabe-
Port (GPIO) von maximal 6 Bit (bei internem
Taktgenerator). Fünf der sechs Bit sind bidirektional,
d.h., sie können programmseitig sowohl
als Input als auch als Output definiert werden.

Pin4 (GPIO,3) ist immer ein Input, dafür aber
vom Typ Schmitt-Trigger (d.h., es gibt eine
Hysterese zwischen Low und High-Level). Anstelle
eines allgemeinen Ein-/Ausgabe-Ports (I/
O-Port) kann GPIO,2 auch als Eingabe für einen
externen Timer-Zeittakt (TOCKI) und
GPIO,3 als Master-RESET (MCLR, aktiv low)
programmiert werden; während der Chip-Programmierung
dient GPIO,3 als Eingabe für die
Programmierspannung (VPP) von 12 V.
An OSC1 wird gegebenenfalls der R-C-
Oszillator oder der externe Takt, an OSC1
und OSC2 der Quarzoszillator angeschlossen;
die entsprechenden Pins stehen dann als
allgemeine I/O-Ports natürlich nicht mehr zur
Verfügung.
Ein in vielen Anwendungen großer Vorteil
des PIC-12C509A ist sein interner, vom Hersteller
auf 4 MHz kalibrierter Taktfrequenzoszillator,
der die Schaltung ohne externen Quarz
oder R-C-Netzwerk auskommen lässt und
darüber hinaus GPIO,4 und GPIO,5 als allgemeine
I/O-Ports freigibt.
PIC-12C509A sind nicht interruptfähig.
Als „C"-Typ ist er im billigen Plastikgehäuse
nur einmal programmierbar, weswegen
ein löschbarer „JW"-IC eingesetzt werden sollte,
bis das entsprechende Programm zur absoluten
Zufriedenheit läuft. Vor der ersten Löschung
muss man aber die interne Taktkalibrierung
aufschreiben (es gibt einen entsprechenden
Lesebefehl im Windows-Icon des
MPLAB-IDE-Programms), da auch sie bei der
Löschung der IC verloren geht; der festgehaltene
Wert wird dann bei jeder weiteren Programmierung
programmseitig in W und anschließend
in das Register OSCCAL geladen.
Die Pin-kompatible Flash-Version zum
12C509A heißt 12F629.
1.3.2 PIC-12C672
Der Mikroprozessor PIC-12C672 wird für die
Projekte NAVIGUARD und AUTONAUT verwendet.
Auch er ist ein uP mit nur acht Pins
und gleicht in seinen allgemeinen Eigenschaften
dem oben beschriebenen PIC-12C509A,
insbesondere mit seinem vom Hersteller kalibrierten
internen Taktgeber von 4 MHz und seinem
I/O-Port (GPIO) von maximal 6 Bit, wobei
GPIO,3 auch hier ein reiner Eingabe-Port
ist. Im Unterschied zu 12C509A kann er aber
mehr und ist etwas teurer.
Da sind zunächst der 2k-Programmspeicher
für über 2.000 Programmzeilen und die
128 frei zur Verfügung stehenden Register.
Sein für uns wesentlicher Vorzug ist allerdings
der integrierte Analog-Digital-Wandler (ADW)
mit 8 Bit Auflösung, der hintereinander (Multiplexverfahren)
die an bis zu vier Eingangspins
(ANO bis AN3) anliegenden Spannungen
mit der PIC-Versorgungsspannung bzw.
einer an Pin6 vorzugebenden Referenzspannung
Vref vergleichen und in eine Zahl zwischen
0 und 255 umwandeln kann.
Bei allen Problemstellungen also, wo Spannungen
gemessen werden sollen, z.B. in Spannungsüberwachungen
oder beim Abfragen von
Poti-Stellungen, werden im Folgenden uP-Typen
mit ADW zum Einsatz kommen.
Der PIC-12C672 ist mit vier verschiedenen
Quellen interruptfähig, u.a. mit einer externen
Quelle an Pin6 (INT).
Die Pin-kompatible Flash-Version zum
12C672 heißt 12F675.
1.3.3 PIC-16C505
Der Mikroprozessor PIC-16C505 wird für die
Projekte RADZUND, MULTTNAUT, DCNAUT
17

und NVDEKO verwendet. Er ist ein preiswerter
uP im DIP-14-Gehäuse, der einen internen, vom
Hersteller auf 4 MHz kalibrierten RC-Oszillator
besitzt und daher in unseren Programmen ohne
externe Oszillatorschaltung verwendet wird.
Der lk-Speicher erlaubt die Programmierung
von etwa 1.000 Befehlen, wozu 24 +
3x16 Register (in vier Bänken) zur freien Verfügung
stehen. Der PIC-16C505 hat zwei I/O-
Ports (PORTB und PORTC) von je 6 Bit. Elf
dieser PORT-Pins sind bidirektional, d.h. als
Ein- oder Ausgabe programmierbar, Pin4
(PORTB,3) ist nur für die Eingabe zu verwenden,
dafür aber vom Typ Schmitt-Trigger, also
mit störungsunempfindlicherer Hysterese.
Der PIC-16C505 ist nicht interruptfähig.
Bezüglich „OTP"- bzw. ,JW"-Versionen
sowie Taktkalibrierung gelten auch hier die
schon beim 12C509A bzw. 12C672 gemachten
Anmerkungen.
Die Pin-kompatible Flash-Version zum
16C505 heißt 16F630.
1.3.4 PIC-16C71
Der Mikroprozessor PIC-16C71 wird nur für
das Projekt S2PWM verwendet. Er ist ein uP
im DIP-18-Gehäuse und sein lk-Speicher erlaubt
die Programmierung von etwa 1.000 Befehlen,
wozu 36 Register zur freien Verfügung
stehen.
18
Der PIC-16C71 hat zwei I/O-Ports (POR­
TA und PORTB) mit 5 respektive 8 Bit, die
alle bidirektional, d.h. als Ein- oder Ausgabe
programmierbar sind. Pin3 (PORTA,4) ist dabei
vom Typ Schmitt-Trigger, also mit störungsfester
Hysterese, wenn er als Input programmiert
ist.
Ein Vorteil des PIC-16C71 gegenüber z.B.
dem PIC-16C505 ist der integrierte ADW mit
8 Bit Auflösung. Dieser kann hintereinander
an bis zu vier Eingangspins (AN0 bis AN3)
anliegende Spannungen mit der PIC-Versorgungsspannung
bzw. einer an Pin2 vorzugebenden
Referenzspannung Vref vergleichen
und in eine Zahl zwischen 0 und 255 umwandeln.
Welche der Pins von PORTA analog und
welche digital, d.h. gewöhnliche I/O-Pins sind,
entscheidet das Programm-Codewort AD-
CON1, ebenso über die Spannungsreferenz
(VDD oder Vref).
Für unsere Anwendung eher nachteilig ist
das Nichtvorhandensein eines internen Taktgenerators,
der daher mittels externer Beschaltung
(RC-Netzwerk oder Quarzoszillator) erzeugt
werden muss. Der PIC-16C71 ist interruptfähig
mit vier Quellen.
1.3.5 PIC-16F872
Der Mikroprozessor PIC-16F872 wird für die
Projekte MODCON-S, MODCON-P und

NVENKO verwendet. Er ist ein uP im DJP-28-
Gehäuse. Sein 2k-Speicher erlaubt die Programmierung
von etwa 2.000 Befehlen, wozu 128
Register in vier Speicherbänken zur Verfügung
stehen. Darüber hinaus ist noch ein EEPROM
für 64 Speicherplätze vorhanden, in dem Daten
gespeichert werden können, die auch nach Abschalten
des uP nicht verloren gehen. Der Maschinentakt
muss mittels externer Beschattung,
am besten mit Quarz, erzeugt werden.
Als „F"-Typ ist er elektrisch überschreibbar,
man benötigt also keine teuren JW-Typen.
Der PIC-16F872 verfügt über drei bidirektionale
I/O-Ports (PORTA, PORTB und
PORTC) mit 6 (PORTA) respektive 8 Bits
(PORTB, PORTC). Pin6 (PORTA,4) und alle
Pins des PORTC sind dabei vom Typ Schmitt-
Trigger, also mit störungsfester Hysterese, wenn
sie als Input programmiert sind.
PIC-16F872 hat eine Reihe von Zusatzfunktionen,
von denen hier nur die in unseren
Anwendungen interessierenden erwähnt werden
sollen:
• drei unabhängige Timer (TMR0,TMR1 und
TMR2), davon TMR1 mit einer Größe von
16 Bit
• ein PWM-Modul (Pulsweiten-Modulation),
das parallel dem Programmablauf unter Ver­
wendung von TMR2 ein PWM-Signal mit
vorgebbarer Frequenz und variablen Duty
Cycles erzeugt (Ausgang CCP1, Pin 13)
• einen Analog-digital-Wandler (ADW) mit
10-Bit-Auflösung, mit dem maximal fünf
Analogkanäle des PORTA (ANO bis AN4)
bezogen auf VDD oder Vref digitalisiert werden
können
• einen synchronen seriellen Port (PORTC)
Wegen der vielen Spezialfunktionen können
auch bei diesem uP viele allgemeine I/O-
Port-Pins u.U. spezielle Aufgaben haben, die
mit Kürzeln an den entsprechenden Pins angegeben
sind. Da die meisten dieser Spezialfunktionen
im Rahmen dieses Buches keine Rolle
spielen, wird hier nicht weiter auf diese Kürzel
eingegangen, sondern auf das entsprechende
Datenblatt verwiesen.
Der PIC-16F872 ist interruptfähig mit
insgesamt zehn verschiedenen Quellen.
1.3.6 PIC-16F876
Der Mikroprozessor PIC-16F876 wird nur für
das Projekt MODCON-D verwendet. Wie der
16F872 ist er ein elektrisch überschreibbarer
uP im DIP-28-Gehäuse und mit ihm auch in
der Außenbeschaltung identisch. Gewachsen
ist allerdings die Speichergröße auf 8k und die
Registerzahl auf 368 Register im RAM und
256 Speicherplätze im nichtflüchtigen EE­
PROM. Ein weiterer Unterschied zum PIC-
16F872 ist, dass neben dem 10-Bit-ADW und
den drei Timern jetzt zwei vom Programmablauf
unabhängige PWM-Generatoren (Pulsweiten-Modulation)
vorhanden sind. Sie laufen
zwar mit der gleichen Pulsfrequenz, ihre Duty
Cycles können aber unabhängig voneinander
programmiert werden. Diese Eigenschaft machte
seine Wahl für den Doppeldrehzahlsteller
MODCON-D notwendig, wo die Back- und
Steuerbordmotoren eines Modells in Abhängigkeit
von der Lenkung von zwei unabhängigen
PWM-Signalen gesteuert werden können.
19

Auch beim PIC- 16F876 muss der Takt mittels
externer Beschaltung, am besten mit Quarz,
erzeugt werden. Er ist interruptfähig mit
insgesamt zehn verschiedenen Quellen.
1.4 Notwendige
Grundausstattung
Mikroprozessoren arbeiten mit einem Programm,
das in elektronisch lesbarer Form geschrieben,
in eine vom PIC-uP verarbeitbare
Liste übersetzt (compiliert) und schließlich in
den Chip geladen werden muss. Dazu braucht
man als Grundausrüstung:
1. Personal Computer (PC)
Auf dem PC muss Windows 95 (oder höher)
laufen mit einem freien Speicherplatz von 32
MB und freiem Harddiskbereich von 45 MB.
Er muss über einen CD-Leser und eine RS-
232-Schnittstelle (Druckerausgang) verfügen,
an die das uP-Programmiergerät angeschlossen
werden kann, braucht aber ansonsten nicht
allzu leistungsfähig zu sein.
2. Programmiersoftware (MPLAP-IDE)
Das zur Programmerzeugung und -Verwaltung
von 8-Bit-PIC-uP-Programmen benötige Soft­
20
warepaket heißt MPLAB-IDE und wird von
Microchip im Internet kostenlos zur Verfügung
gestellt (www.microchip.com). Es beinhaltet
eine Projektverwaltung der verschiedenen
Programme, einen Editor zum Schreiben
oder Ändern einzelner Programme, das eigentliche
Übersetzungsprogramm (MPASM) sowie
eine umfangreiche Simulationssoftware
(MPLAM-SIM), mit der man das richtige Funktionieren
eines PIC-Programms auf dem PC
simulieren kann. So kann man mit MPLAB-
SIM den Ablauf des Programms schrittweise
verfolgen und sich den jeweiligen Wert der
verschiedenen Register anzeigen lassen. Selbst
der Zustand von Eingabe-Pins kann simuliert
und die Antwort des uP darauf beobachtet werden,
was bei der Fehlersuche sehr hilfreich ist.
3. Programmiergerät mit Software
Schließlich benötigt man noch ein Programmiergerät,
mit dem man die übersetzten Programme
physikalisch in einen Mikroprozessor laden kann.
Da man in der Regel Mikroprozessoren unterschiedlicher
Pin-Zahl verwendet, ist ein Programmiergerät
mit variablem Sockel zu bevorzugen.
Programmiergerät, Softwarepaket MPLAB-
IDE, eine reichliche Dokumentation inklusive
Datenblätter der verschiedenen PIC-Typen und
Applikationsbeispiele auf CD-ROMs (im Grunde
die gesamte auf der Homepage von Microchip
zu findende Information) werden von Microchip
zusammen als „PICSTART PLUS Development
Kif" angeboten. Damit alle in Weiteren
vorgeschlagenen Programme verwendet
werden können, sollte man darauf achten, dass
MPLAB-IDE mindestens die Version V-5.00
und das Programmiergeräts mindestens die Version
V-2.30 ist.
4. EPROM-Löschgerät
Für die JW-Typen der C-Serie benötigt man
auch noch ein Löschgerät. Dieses besitzt eine
spezielle UV-Lampe, mit der die ICs in etwa
zehn Minuten gelöscht werden können; mit
normalen Lampen geht es überhaupt nicht, im
prallen Sonnenlicht dauert es Wochen.

2 Die Programmierung
2.1 Überblick
Ein PIC-Maschinenprogramm (_.hex in Microchip-Terminologie)
besteht aus Zeilen vierstelliger
Hexadezimalzahlen, wobei jede dieser
Zahlen in codierter Form einen Maschinenbefehl,
die Adresse des Operanden, auf den der
Befehl angewendet werden soll, und dessen
aktuellen Wert enthält. Diese Zahlenreihen sind
natürlich sehr unübersichtlich und schwierig
zu programmieren, weswegen Microchip eine
einfache Sprache entwickelt hat, die die einzelnen
Befehle nebst den zugehörigen Operanden
mit verständlichen Abkürzungen benennt
(Operator-Mnemonic und Operand). Viel mehr
ist die so genannte Assemblersprache eigentlich
nicht. Für die gewöhnlich ungleich längeren
Großrechnerprogramme ist man daher
schon Mitte der 60er-Jahre zu höheren Programmiersprachen
wie BASIC, ALGOL,
FORTRAN, PASCAL oder C übergegangen,
wo eine einzige Instruktionen u.U. für viele
Zeilen Assemblerbefehle stehen kann; z.B.
schreibt man anstelle eines Vielzeilen-Assemblerprogramms
für eine Multiplikation dann
einfach nur „*". Höheren Programmiersprachen
wie C sind inzwischen auch für PIC-
Mikroprozessoren auf dem Markt und auch in
MPLAB-IDE ist ein C-Compiler mit Namen
PICC verfügbar. Sie übersetzen das in der höheren
Sprache geschriebene Programm in den
Maschinencode und erleichtern so bei vielen
Anwendungen die Programmierarbeit beträcht­
lich. Trotzdem bevorzuge ich die direkte Assemblerprogrammierung,
weil sie die weitaus
effektivsten Codes ergibt. Insbesondere Applikationen,
wo es auf die genaue Zahl der verbrauchten
Maschinenzyklen ankommt (was bei
einigen der weiter unten beschriebenen Programme
der Fall ist), lassen sich ohne Auszählen
der Zykluszeiten (bzw. Assemblerzeilen)
kaum realisieren.
Der besseren Verständlichkeit der im dritten
Teil des Buches angegebenen Programme
wegen wollen wir jetzt auf die Programmierung
in Assembler etwas näher eingehen und
nach Erläuterung des Befehlssatzes ohne Anspruch
auf Vollständigkeit einige Tricks beschreiben,
die in den Programmen häufiger
verwendet werden, die aber auch das Arbeiten
an eigenen Projekten anregen sollen.
2.2 Allgemeiner
Programmaufbau
Ein für die Übersetzung mit MPASM geeignetes
Programm muss einer festgelegten Form
genügen. Der Schrifttyp (Klein-/Großbuchstaben)
ist ohne Belang, doch habe ich es mir, der
besseren Lesbarkeit der Programme wegen, zur
Gewohnheit gemacht, Marken (Label) und Register
mit Großbuchstaben, Operatoren (Instruktionen)
des Befehlssatz und Konstanten
(vordefinierte Zahlenwerte) dagegen kleinzuschreiben.
Von MPASM ignorierte Kommen-
21

tare stehen rechts eines Semikolons und folgen
den Groß-klein-Rechtschreibregeln.
Es ist gute Programmierpraxis, öfter wiederkehrende
Programmteile zu „Subroutinen"
(Unterprogrammen) zusammenzufassen und
dann nur an den tatsächlich benötigten Stellen
aufzurufen. Dies spart nicht nur eine Menge
Speicherplatz (der Programmteil wird ja nur
einmal geschrieben, aber u.U. oft verwendet),
sondern erhöht auch die Übersichtlichkeit. Da
bei älteren PIC-Typen (z.B. 12C509A und
16C505) die Adressenspeicherung im Subroutinenstack
u.U. Probleme machen kann (siehe
Abschnitt 2.4.5.1), sind Subroutinen in Programmen
für diese Mikroprozessoren in den
vorderen Programmzeilen anzuordnen. Dies ist
bei neueren Typen wohl nicht mehr nötig, aus
22
; Projekt Blink
; >
; VDD -I I- VSS
; Das Programm dient als Muster für I I
; den grundsatzlichen Programmaufbau. -I I- LED
; Es ist funktionsfähig und lauft als I I
; Blinksignal-Generator vorgebbarer, -I I-
; beliebiger Sequenz für eine an Pin7 I I
; (GPIO.O) angeschlossene LED -I I-
LIST P=12C509A
__config B'01010' ; MCRL=intern, CP=off, WDT=off,
; interner RC-Oszillator
__MAXRAM H'3F'
IFNDEF __12C509A
MESSG "Processor-header file mismatch. Verify selected processor."
ENDIF
; Konstanten Definition
w EQU H'00' ; Ziel-Bits
f EQU H'01'
c EQU H'00' ; Status-Bit
z EQU H'02'
optval EQU B'11000111' ; Option Register : kein wake up,
; T0CS=0 (intern). TOSE=0. PSA=0 (RTCC),
; PS2,PS1,PS0=1,1,1 (Vorteiler=256)
; > Timer-Schritt=O.256ms bei Takt 4 MHz
trisval EQU B'11101000' ; Pin-Definition : bis auf Pin4 (nicht möglich)
; sind alles Ausgange.
frequ EQU D'04' ; Blinkfrequenz (=1/(frequ * 0.06553) in Hz
; mit frequ=4 also ~4 Hz für eine Einheit
; Register Files
TMRO EQU H'01'
STATUS EQU H'03'
OSCCAL EQU H'05' ; Kalibrierung des internen Takts auf 4 MHz
GPIO EQU H'06' ; Port
FRQ EQU H'07' ; Blinkfrequenz-bestimmende Laufvariable
BLK1 EQU H'08' ; Blinksequenz -1-
BLK2 EQU H'09' ; " -2-
BLK3 EQU H'OA' ; " -3-
BLK4 EQU H'OB' ; " -4-
org 0 ; Start des Programm und Initialisierung
0 movlw H'AO' ; nur für JW-Chip (Wert vor 1. Loschung)
1 movwf OSCCAL ; Laden der Oszillator-Calibrierung
2 clrwdt
3 goto START
; subroutine « LEERn » verbraucht "n" Zyklen
4 LEER10 goto LEER8
5 LEER8 goto LEER6
6 LEER6 goto LEER4
7 LEER4 retlw H'00'
; HAUPTPROGRAMM
8 START movlw B'10010101' ; Eingabe der Blinkfrequenz jeweils von
9 movwf BLK1 ; rechts nach links
A movlw B'11100011'
B movwf BLK2
C movlw B'00111000'
D movwf BLK3
E movlw B'00010101'
F movwf BLK4
10 movlw trisval ; Definition des Ports GPIO
11 TRIS GPIO
12 bcf GPIO.O ; LED ausschalten
13 movlw frequ
14 movwf FRQ ; FRQ - frequ
15 LOOP movlw trisval ; Definition des Ports GPIO
16 TRIS GPIO
17 movlw H'01'
18 movwf TMR0 ; TMR0 = 1
19 movlw optval ; und Starten des Timers
1A OPTION
1B WAIT call LEER10 ; (nicht unbedingt notig, nur Demonstration
1C movf TMRO,w ; eines Subroutinenaufrufs)
1D btfss STATUS,z ; Test von TMRO auf Ueberlauf
1F decfsz FRQ.f
20 goto LOOP
21 btfss BLK1.0 ; Laden des untersten Bits von BLK1 in GPIO.O
22 bcf GPIO.O
23 btfsc BLK1.0
24 bsf GPIO.O
25 bcf STATUS.c
26 btfsc BLK1.0
27 bsf STATUS,c
28 rrf BLK4,f ; Rechtsverschiebung der Blinkfrequenz
29 rrf BLK3,f ; wobei nulltes Bit von BLK1 via STATUS,c in
2A rrf BLK2,f ; höchstes Bit von BLK4 geschoben wird
2B rrf BLKl,f
2C movlw frequ
2D movwf FRQ ; FRQ = frequ
2E goto LOOP
END
Gründen der Übersichtlichkeit bin ich aber bei
allen in diesem Buch aufgeführten Programmen
bei dieser Praxis geblieben.
Mit dem Musterprogramm BLINK.asm soll
nun die allgemeine Form eines PIC-Programms
erläutert werden inklusive dem Aufruf einer
Subroutine (die hier eigentlich nicht nötig ist),
dem Einsatz eines Timers und der Behandlung
des Ports. Der funktionstüchtige BLINK ist
ein Blinkgenerator (PIC-12C509) für eine an
Pin7 (GPIO,0) über einen Widerstand von 180
Ohm angeschlossene LED mit beliebig vorgebbarer
Blinksequenz, was mit konventioneller
Elektronik hergestellt einen großen Aufwand
bedeutet würde. Auch die Blinkfrequenz
pro Sequenzeinheit kann mit frequ vorgegeben
werden, im Muster etwa 4 Hz.

Das Programm beginnt mit dem Programmkopf,
der durch das LIST-Statement definiert
ist. Es folgt dann der Definitionsblock für Konstanten
und Register. Das Nullsetzen des Zeilenzählers
durch die Direktive org zeigt auf
den Beginn des Instruktionsteils, der mit END
abgeschlossen wird. Im Listing sind den Instruktionszeilen
jeweils die Zeilennummern
(Hexadezimal) vorangestellt.
2.2.1 Der Programmkopf
Der Programmkopf beginnt, wie schon gesagt,
mit der Direktive LIST. Alles davor ist Kommentar,
der in meinen Programmen jeweils
eine kurze Programmbeschreibung nebst einer
Pin-Belegung enthält. Mit dem LIST-Statement
wird der PIC-Typ festgelegt (Parameter „P"),
für den das Programm geschrieben wurde. Mit
weiteren Parametern kann, abweichend von der
Norm, die Form des Listing und des Maschinenprogramms
beeinflusst werden (siehe
gegebenenfalls das MAPSM-Manual).
Eine wichtige Größe ist das Konfigurationswort
(__config), das für die verschiedenen PIC-
Typen unterschiedlich lang ist und dem jeweiligen
Datenblatt entnommen werden muss. Es
bestimmt den Oszillatortyp, erlaubt die Aktivierung
des Watch Dog Timers (siehe Abschnitt
2.4.7.1) und ermöglicht den Leseschutz des Programms.
Das Konfigurationswort kann auch erst
beim Programmieren des Mikroprozessors mit
dem Programmierprogramm PICSTART interaktiv
eingegeben werden.
__MAXRAM- (und _BADRAM-)Direktiven
schließen nicht implementierte Registerplätze
aus und warnen den Programmierer bei
der Übersetzung seines Programms, wenn er
die nicht vorhandenen Registerplätze
versehentlich zu benutzen versucht.
Dasselbe bewirkt die IFNDEF-Direktive
bezüglich des PIC-Typs, in den das Programm
geladen werden soll.
Der gesamte Programmkopf ist Teil eines
Files pic.inc (wobei „pic" für den verwendeten
PIC-Typ steht), das im MPLAB-DIE-Softwarepaket
zu finden ist und von dort kopiert werden
kann.
2.2.2 Der Definitionsblock
2.2.2.1 Konstanten (Literais)
In einem Programm werden gewöhnlich viele
konstante Zahlen („literals" in Microchip-Bezeichnung)
verwendet, die mit Variablen verknüpft
schlussendlich zu den vom Mikroprozessor
erwarteten Ergebnissen führen. Man
kann diese Zahlen jeweils am Ort ihrer Verwendung
als 8-Bit-Zahl ins Programm einführen.
Da viele der Konstanten aber eine konkrete
Bedeutung haben und im Programm u.U. an
mehreren Orten vorkommen, bevorzugt man
ihre Beschreibung mit Namen, die dann vor
dem Beginn des Instruktionsteils im Konstantendefinitionsblock
mittels der Direktive EQU
als 8-Bit-Zahl definiert werden müssen. Dort
kann man sie gegebenenfalls auch leichter ändern
als an verschiedenen Orten im Programm.
Für die Zahlen werden in meinen Programmen
in der Regel Hexadezimalzahlen (H'..') verwendet,
wenn es nicht, wie für die Definition
von Ports oder bei Maskierungen, auf die Bit-
Struktur des Wortes ankommt (B'..'). Es sind
aber auch Dezimalzahlen (D'..') möglich, die
sich aus den Hexadezimalzahlen durch Multiplikation
der ersten Ziffer mit 16 plus Addition
der letzten Ziffer ergeben; bei Hexadezimalzahlen
gilt A = 10, B = 11 bis F = 15 (H'FE' ist
damit D'254'= 15 x 16+14).
Erwähnt werden soll hier auch die Festlegung
von Systembits am Beginn des Konstantenblocks.
Da sind zunächst die beiden
Zielbits w und f, die bei einigen der weiter
unten beschriebenen Instruktionen auf lesbare
Weise die Destination festlegen, d.h., ob
das Ergebnis der Operation im Arbeitsregister
W oder in einem Register F landen soll.
Weiter werden hier auch die Werte der verschiedenen
Bits des STATUS-Registers so
23

definiert, dass im Programm später nur noch
sinngebende, die Lesbarkeit des Programms
verbessernde Buchstaben wie z, c, rp0 oder
rpl geschrieben werden müssen.
2.2.2.2 Register
Wie schon bei der Beschreibung der einzelnen
PIC-Typen erwähnt, verfügen die verschiedenen
PIC-Mikroprozessoren im RAM über eine
wechselnde Zahl von Variablen, die vom Hersteller
Microchip mit „Register-Files" (abgekürzt
„F") bezeichnet werden und die im RAM
auf maximal vier Datenblöcke („bank") mit
maximal je 127 Register aufgeteilt sind. Jedes
der im Weiteren einfach als „Register" bezeichneten
Register-Files hat eine Größe von
8 Bit, d.h. entspricht einer Zahl zwischen 0
und 255. uP-intern werden die Register fortlaufend
durchnummeriert, was für die Lesbarkeit
eines Programms kaum zweckmäßig wäre.
Es werden deshalb Buchstabenkombinationen
bevorzugt, denen dann im Registerdefinitionsblock
mittels der EQU-Direktive Speicherplatznummern
zugewiesen werden.
Ein Teil der Speicherplatznummern ist
durch Microchip allerdings bereits für spezielle
Register reserviert. Auf die Bedeutung einiger
besonders wichtiger Register wollen wir
deshalb noch kurz eingehen.
• Das Arbeitsregister W
Das Arbeitsregister W (working register) ist
eines der wichtigsten PIC-Register, wird doch
bis auf wenige Ausnahmen fast die gesamte
Rechnerei über dieses Register abgewickelt.
So laufen z.B. selbst Wertzuweisungen wie
F = 2 mit 2 —>W —>F über dieses Register.
• Der aktuelle Wert
des internen Timers TMRO
TMRO registriert das Resultat eines vom Programmablauf
unabhängigen Zählers, der in fast
allen Programmen zur Anwendung kommt
(mehr im Abschnitt 2.4.6).
24
• Der Programmzeiger PCL
Der Programmzeiger PC ist ein 14-Bit-Register,
dessen Wert jeweils der Programmzeile entspricht,
die gerade in Arbeit ist, und wird vom
Maschinentakt hochgezählt. Die unteren 8 PC-
Bits, PCL genannt, können wie ein gewöhnliches
Register, Ziel einer arithmetischen Operation
sein, was dann zu einem Programmsprung
in die resultierende Zeile führt (siehe Abschnitt
2.4.2.3). Auf die oberen Bits von PC kann über
das PCLATH-Register zugegriffen werden. Bei
einigen älteren PIC-Typen hat PC nur 12 Bits.
• STATUS-Register
STATUS ist ein Flaggenregister, dem in einem
PIC-Programm eine dem W-Register vergleichbare
Bedeutung zukommt, werden mit seinen
unteren 5 Bits doch Operationsergebnisse kommentiert
(c, dc, z, pd und to Bit) und mit den
oberen 3 Bits (rpO, rpl und irp) der Zugriff auf
die vier Registerblöcke gesteuert; wir kommen
auf die Bedeutung der wichtigsten Bits in den
Abschnitten 2.3.2,2.4.2 bzw. 2.4.7.1 zurück.
Die Definition der oberen STATUS-Bits ist
bei den einzelnen PIC-Typen etwas unterschiedlich.
• FSR-und INDF-Register
dienen der indirekten Adressierung (siehe Abschnitt
2.4.4).
• Ein-/Ausgabe-PORTund
die zugehörigen TRIS-Register
Die IC-Pins (PORT) sind bidirektional und
können daher bitweise je nach Definition des
entsprechenden Port-Bits sowohl zur Ausgabe
(Bit=0) als auch zur Eingabe (Bit=l) verwendet
werden. Die I/O-Definition selbst erfolgt
durch Laden eines „Definitionswortes" (Konstante,
in meinen Programmen meist trisval
genannt) in das Definitionsregister TRIS_REG
(bei älteren PIC-Typen mit dem speziellen Befehl
TRIS). Dazu wird in trisval das dem Port-
Bit äquivalente Bit für einen Output -0- und
für einen Input -1- gesetzt. Die gelegentliche
Wiederholung der Port-Definition in der Haupt-

schleife eines Programms ist gute Programmierpraxis.
Die mit den IC-Pins verbundenen Port-Register
werden programmtechnisch wie gewöhnliche
Register behandelt.
Bei PIC-Typen mit integriertem Analog-digital-
Wandler kann am entsprechenden Pin, der dann
als Eingabe definiert sein muss, auch eine analoge
Spannung zwischen null und einer Referenzspannung
anliegen (V extern oder VDD). Ob es sich
beim entsprechenden Port-Pin um einen gewöhnlichen
digitalen oder um einen analogen Eingang
handelt, wird mit einem weiteren Code-Wort im
Spezialregister ADCON1 entschieden (Näheres
in den entsprechenden Typendatenblättern).
• OSCCAL-Regjster
Das OSCCAL-Register gibt es nur bei den wenigen
PIC-Typen mit internem Oszillator. Es
weist ihm eine Kalibrierung zu, die ihn exakt
auf der Nennfrequenz von 4 MHz arbeiten lässt.
Der von Microchip ermittelte Wert für OSC-
CAL steht bei einem jungfräulichen uP
normalerweise im Arbeitsregister und muss dann
in einer der ersten Programmzeilen ins OSC­
CAL-Register übertragen werden. Bei JW-Typen
wird W nach der ersten Löschung zuvor mit
der Kalibrierungskonstante geladen.
Es ist noch eine Reihe weiterer, durch Microchip
vordefinierter Register vorhanden, deren
Zahl vom verwendeten PIC-Typ und dessen Spezialisierung
abhängig ist. Auch alle Spezialregister
sind auf dem schon im Kontex Programmkopf
angesprochenen File pic.inc, aber natürlich
auch in den Datenblättern des jeweiligen Pic-
Typs zu finden. Dort sind auch die einzelnen
Register-Bits definiert, die alle hier zu erwähnen
den Rahmen dieses Abschnitts sprengen würde.
2.2.3 Die Programmzeilen
Der Instruktionsteil eines Programms beginnt,
wie schon erwähnt, mit einer org-Direktive,
die dem Programmzähler (PC) einen Anfangs­
wert zuweist, im allgemeinen 0. Dann folgen
die eigentlichen Programmzeilen mit den Maschinenbefehlen,
wobei jede Programmzeile
grundsätzlich aus maximal vier Komponenten,
nämlich einem eventuellen Label, dem Operator
(Mnemonic des Instruktionsbefehls), dem
Operanden und einem eventuellen Zeilenkommentar,
besteht.
• LABEL
Er muss in der ersten Spalte beginnen und sein
erstes Zeichen muss ein Buchstabe sein. Ein
Label ist nur nötig, wenn die entsprechende
Zeile Ziel einer Sprunganweisung oder die erste
Zeile einer Subroutine ist. In meinen Programmen
werden Label mit Großbuchstaben
geschrieben.
• OPERATOR
steht für einen der 35 Befehle, die im Abschnitt
PIC-Befehlssatz näher beschrieben werden.
Er darf frühestens in der zweiten Spalte
einer Zeile beginnen. In meinen Programmen
werden die Operatoren mit Kleinbuchstaben
geschrieben.
• OPERAND
ist die Größe, auf die der mit dem Operator
definierte Befehl angewendet wird. Mehr als
ein Operand (z.B. Ziel d oder Bit b) müssen
durch ein Komma getrennt werden. In meinen
Programmen werden die Operanden je nach
Typ (Register, Label oder Subroutinen-Namen)
groß- und Konstanten wie auch Ziele oder Bit-
Indizes kleingeschrieben.
• KOMMENTAR
Kommentare sind Erläuterungen zu den Programmzeilen
und beginnen immer mit einem
Semikolon. Alles rechts eines Semikolons gilt
als Kommentar und wird vom Übersetzerprogramm
ignoriert. Das gilt auch für eigentliche
Programmzeilen, die man während der Codeentwicklung
oder als Alternative durch ein
Semikolon in der ersten Spalte inaktiv gemacht
hat.
25

Unabhängig davon, ob der Watch Dog Timer
(WDT) im Konfigurationswort eingeschaltet
ist, sollte einer der nächsten Befehle in jedem
Fall ein Nullsetzen des WDT mit der
Direktive clrwdt sein.
Dann wird zum eigentlichen Programmstart
am Label START (er kann auch anders heißen)
gesprungen, da im ersten Programmabschnitt
die Subroutinen gespeichert werden, hier als
Beispiel die Subroutine LEER 10, die zehn Maschinenzyklen
mit Sprüngen verbraucht.
2.3 Der PIC-Befehlssatz
2.3.1 Überblick
Der im Weiteren beschriebene zwischen 33
und 35 Instruktionen umfassende Befehlssatz
der PIC-Mikroprozessor-Familie von Microchip
beinhaltet Sprunganweisungen, Wertzuweisungen,
Addition und Subtraktion positiver
ganzer Zahlen, Register-Bit-Verschiebung
nach rechts bzw. links, logische Verknüpfungen
(AND, OR und EXOR) und das Abfragen,
Setzen oder Löschen einzelner Bits in einem 8-
Bit-Register. Dieser Befehlssatz ist auch Inhalt
der englischsprachigen Datenblätter für die verschiedenen
PIC-Typen.
Fast jeder der weiter unten aufgeführten
Maschinenbefehle benötigt zur Ausführung
genau vier Taktschritte, was als ein Maschinenzyklus
bezeichnet wird. Ein Maschinenzyklus
entspricht damit
oder mit den für meine Programme üblichen
4 MHz Taktfrequenz 1 us. Durch Abzählen
der Programmzeilen kann man so auf einfache
Weise die Zeit bestimmen, die der uP für
einen Programmabschnitt braucht, wobei
allerdings zu beachten ist, dass alle Maschinenbefehle,
die einen Zugriff auf den Zeilenzähler
bewirken, also alle direkten und indirekten
Sprungbefehle, zwei Maschinenzyklen
26
benötigen. Die Kenntnis, wie viel Zeit der uP
in einen bestimmten Programmabschnitt verbraucht,
ist bei allen Zeit- bzw. Impulslängenmessungen
wichtig. Wenn z.B. eine Impulslänge
ausgemessen werden soll (ein im Rahmen
dieses Buches häufiger vorkommendes
Problem), so kann man in einer Schleife ein
Register so lange hochzählen, bis sich der Pegel
am Eingangspin ändert. Die Impulslänge
ist dann gleich der Zeilenzahl mal dem Zählstand
des Registers mal der Maschinenzykluszeit
(Sprunganweisungen zählen doppelt!).
2.3.2 Der Befehlssatz
in alphabetischer Reihenfolge
Die nachfolgende Liste gibt den ganzen PIC-
Befehlssatz in alphabetischer Reihenfolge der
Operator-Mnemonics. Der daneben stehende
Operand bezieht sich auf die Größe, auf die der
Operator angewendet werden kann, also ein
Register F oder eine Konstante k.
In der Spalte Funktion wird die Funktion
beschrieben, die der Operator durchführt. Ist der
erste Buchstabe ein „D", so ist die Destination
entweder das Arbeitsregister W oder das Operandregister,
was durch das Zielbit d (0 oder 1
bzw. w oder f) im Operanden festgelegt wird.
In arithmetischen Operationen wird immer
mit positiven, ganzen 8-Bit-Zahlen gerechnet,
also mit einem Wert zwischen 0 und 255. Wird
dieser Wertbereich durch die Operation unteroder
überschritten, so wird einfach wieder von
null begonnen oder wie es heißt „über null
gerollt". So ergeben 255 + 4 = 3 und 3 - 4 =
255. In beiden Fällen wird allerdings das c-Bit
(Carry-Bit) im STATUS-Register beeinflusst,
sodass man durch dessen Abfrage das „Überrollen"
feststellen kann (in den obigen Beispielen
wird es bei einer Addition gesetzt (= 1) und
bei einer Subtraktion gestrichen (= 0). Ein anderes
abfragbares STATUS-Bit ist das z-Bit
(Zero-Bit), das jeweils gesetzt wird, wenn das
Ergebnis einer Operation null wird, andernfalls
wird es gestrichen. Das dc-Bit ist ähnlich zum

c-Bit, nur dass die „Überrollgrenze" hier das 4.
Bit ist. Es wird in keinem meiner Programme
verwendet, weshalb im Rahmen dieses Buches
nicht weiter darauf eingegangen werden soll.
Welche der Operationen aus dem Befehls­
satz welche Bits von STATUS beeinflussen,
Operator Operand Funktion Status-Bits Bemerkungen
wird in der folgenden Liste ebenfalls angege­
ben. Wichtig ist in diesem Zusammenhang,
dass das angegebene Bit durch die entspre­
chende Operation immer beeinflusst, also je
nach Gegebenheit und Operator entweder ge­
setzt oder gestrichen wird.
addlw k W = W + k c,dc,z Addiert 8-Bit-Konstante k zu W. c = 1 wenn W >255
(Überlauf) dc = 1 wenn W >15 z = 1 wenn W = 0
addwf F,d D = W + F c,dc,z Addiert W zu Register F
Einfluss auf c, de und z wie in addlw
andlw k W = W .and. k z Bitweise AND-Verknüpfung zwischen W und
Konstante k. Das Ergebnis für jedes Bit ist nur 1,
wenn sowohl das entsprechende Bit in W als auch
in k 1 ist, sonst null.z = 1 wenn W = 0. Dient vor
allen dem Nullen einzelner Bits in W mittels einer
„Maske" k, wo das zu nullende Bit „0" ist.
andwf F,d D = W .and. F z Bitweise AND-Verknüpfung zwischen W und
Register F mit zu andlw identischer Logik. Die
„Maske" steht in W.
bcf
bsf
btfsc
F,b
F.b
F,b
F,b = 0 ---
F,b = 1 —
skip bei F,b = 0 —
Setzt b-tes Bit in Register F null(Bit-Zählung von 0
bis 7)
Setzt b-tes Bit in Register F eins
Uberspringt die dem Befehl folgende Zeile, wenn
das b-te Bit in F null ist.
btfss F,b skip bei F,b = 1 — Uberspringt die dem Befehl folgende Zeile, wenn
das b-te Bit in F eins ist.
call name PC+1 ->TOS Aufruf einer Subroutine. Dabei wird der Wert des
Programmzählers (PC) plus 1 (= nächste
Programmzeile) in den Programm-Stack (TOS)
geladen (siehe auch Abschnitt 2.4.5).Dieser Befehl
benötigt zwei Maschinenzyklen.
clrt F F = 0 z = 1 Setzt Reqister F null
clrw W = 0 z = 1 Setzt Arbeitsreqister W null
clrwdt WDT = 0 to,pd Setzt Watch Dog Timer zurück (siehe Abschnitt
2.4.7.1)
comf F,d D = 255 - F z Bildet Complement des Registers F, d.h., jedes
Null-Bit in F wird zu eins und umgekehrt, was bei
einem 8-Bit-Register äquivalent zu 255 - F ist.
(z = 1) wenn D = 0
decf F,d D = F-1 z Register F um eins zurücksetzen, z = 1 wenn D = 0
decfsz F,d skip wenn
Register F um eins zurücksetzen und folgende
D = F-1 = 0
Zeile überspringen, wenn das Ergebnis D null ist
goto label ->LABEL — Sprung zur Marke LABEL. Dieser Befehl benötigt
zwei Maschinenzyklen.
incf F,d D = F + 1 z Register F um eins erhöhen. z = 1 wenn D = 0
incfsz F,d skip wenn
Register F um eins erhöhen und folgende Zeile
D = F+1=0
überspringen, wenn das Ergebnis D null ist
(Überlauf)
iorlw k W = W.OR. k z Bitweise OR-Verknüpfung zwischen W und
Konstante k. Das Ergebnis für jedes Bit ist 1, wenn
entweder das entsprechende Bit in W oder das in k
= 1 ist, sonst null.z = 1 wenn W = 0
iorwf F,d D = W .OR. F z Bitweise OR-Verknüpfung zwischen W und
Register F mit zu iorlw identischer Logik
27

movf F,d D = F z z = 1 wenn D = 0. Da D je nach Ziel-Bit sowohl F
(= 1) oder W (= 0) sein kann, dient der Befehl
einerseits als Nulltest eines Registers (z-Bit von
Status) oder ist der erste Schritt einer Registerkopie
(F1 ->W ->F2).
movlw k W = k — Laden einer Konstanten ins Arbeitsregister W
movwf F F = W — Laden des Arbeitsregisters W in die Register F (ist
auch der zweite Schritt einer Kopie von F1 ->F2)
nop ---- —- Verbrauch von einem Maschinenzyklus mit
Nichtstun
(OPTION) Spezieller Befehl zur Initialisierung des Timers (nur
bei älteren PIC-Versionen). Das benötigte Wort
muss zuvor in W geladen werden.
retfie TOS ->PC Rücksprung aus einer Interrupt-Routine. Dabei wird
der Inhalt des obersten Programmstacks (TOS) in
den Programmzähler (PC) zurückgeladen. Dieser
retlw k TOS ->PC
W = k
Befehl benötigt zwei Maschinenzyklen.
Rücksprung aus einer Subroutine. Dabei wird der
Inhalt des mit call geladenen Programmstacks
(TOS) in den Programmzähler (PC) zurückgeladen.
Darüber hinaus wird die Konstante k in W geladen
(wichtig für tabellarische Funktionen). Dieser Befehl
benötigt zwei Maschinenzyklen.
return TOS ->PC Rücksprung aus einer Subroutine. Wie retlw, aber
ohne Einfluss auf W.Befehl bei älteren PIC-Typen
nicht vorhanden
rlf F,d D = 2 * F c Verschiebung der Bits des Registers F nach links.
Dabei wird zuerst das STATUS,c-Bit in das tiefste
F-Bit geladen und abschließend das oberste Bit von
F in c verschoben. Der Vorgang entspricht einer
Multiplikation mit 2, wenn das c-Bit null gesetzt
wurde.
rrf F,d D = F/2 c Verschiebung der Bits des Registers F nach rechts.
Dabei wird zuerst das STATUS,c-Bit in das oberste
F-Bit geladen und abschließend das tiefste F-Bit in
c verschoben. Der Vorgang entspricht einer
Division durch 2, wenn das c-Bit vorher null gesetzt
sleep WDT = 0 to,pd
wurde.
Abschaltung des Mikroprozessors(siehe
Abschaltung
Abschnitt 2.4.7.2)
sublw k W = W-k c,dc,z Subtraktion einer Konstanten von W. c = 0 wenn
Ergebnis negativ, sonst c = 1. dc = 1 wenn 15-k
nicht negativ, sonst dc = 0. z = 1 wenn W = 0
subwf F,d D = F-W c,dc,z Subtraktion des Arbeitsregisters W von einem
Register F. Einfluss auf c, dc und z wie in sublw
swapf F,d D[7:4] = F[0:3]
D[0:3] = F[7:4] — Vertauscht die unteren vier Bits des Registers F
mit dessen oberen vier.
(TRIS) port Spezieller Befehl zur Initialisierung von Ports (nur
bei älteren PIC-Versionen). Das benötigte Wort
muss zuvor in W geladen werden.
xorlw k W =W .EXOR. k z Bitweise Exclusive-OR-Verknüpfung zwischen W
und Konstante k. Das Ergebnis für jedes Bit ist „1",
wenn eins und nur eins der beiden entsprechenden
Bits „1" ist, sonst „0".z = 1 wenn W = 0. Dient oft der
Umschaltung von einzelnen Bits von W, wobei k als
„Maske" dient, in der die umzuschaltenden Bits „1"
sind.
xorwf F,d D =F .EXOR. W z Bitweise Exclusive-OR-Verknüpfung zwischen
Register F und Arbeitsregister W mit zu xorlw
identischer Logik. Die „Maske" steht in W.
28

2.4 Anwendung des Befehlssatzes
und spezielle Programmierungstricks
Wegen der besseren Verständlichkeit der nachfolgenden
Programme wollen wir noch auf einige
häufiger auftretende Programmschritte etwas
näher eingehen. Dazu zählen die Bankumschaltung,
konditionelle Verzweigungen, das
Rechnen mit negativen oder großen Zahlen,
die indirekte Adressierung von Registern, die
Verwendung von dem Programmablauf parallel
laufenden Zählern, aber auch der Einsatz
von Tabellen als Ersatz für Funktionen, Interrupts
oder der Watch Dog Timer.
2.4.1 Registerbankund
Seitenumschaltung
2.4.1.1
Registerbankumschaltung
Wie wir schon sahen, ist der Registerbereich
eines PIC-uP in verschiedene Bänke aufgeteilt;
auch einige der Spezialregister stehen in
höheren Bänken.
Für die Umschaltung von einer Datenbank
in eine andere werden die Bits rpO und rpl des
STATUS-Registers verwendet, die damit praktisch
zwei höhere Bits zur 7-Bit-Registeradressierung
beisteuern. Die angesprochene Bank
bleibt dann jeweils so lange erhalten, d.h., jedes
durch eine Operation angesprochene Register
kommt aus diesem Datenraum, bis die
BANK bsf STATUS,rp0 ; Umschaltung auf
Bank-1- Register
; Bank -1- [0l]
bsf STATUS,rpl ; Umschaltung auf
Bank-3- Register
; Bank -3- [11]
bcf STATUS,rpl ; Umschaltung auf
bcf STATUS.rp0 ; Bank -0- [00]
Bank-0- Register
entsprechenden STATUS-Bits anders definiert
werden. Beim Start des uP sind rpO und rpl
null, weswegen normalerweise Register aus
der Bank -0- verwendet werden.
Bei älteren PIC-Typen (12C509A oder
16C505) werden zur Umschaltung anstelle des
STATUS-Registers höhere Bits des Registers
FSR verwendet.
Übrigens setzt der Compiler MAPSM bei der
Übersetzung eine Warnung, wenn Register aus
einer Bank größer null angesprochen werden.
Man kann dann verifizieren, ob die notwendigen
Bankumschaltungen programmiert wurden.
2.4.1.2
Programmseitenwechsel
Bei älteren PIC-Typen (z.B. 12C509A oder
16C505) bezieht der Programmzeilenzähler
(PC) nur die unteren 9 Bit aus direkten Instruktionen
(z.B. call oder goto). 9 Bit lange
Programmabschnitte (512 Zeilen) werden daher
als eine Programmseite definiert. Bei einem
Seitenwechsel, d.h.. wenn z.B. die Zeile
512 in welche Richtung auch immer überschritten
wird, muss dann zur Seitenumschaltung
das fehlende 10. Bit via STATUS,pa0 beigesteuert
werden. Bei den meisten anderen PIC-
Typen hat der Zeilenzähler eine höhere Bit-
Tiefe, weshalb die Seitenumschaltung bei direkten
Anweisungen keine Probleme macht.
Ein Beispiel für direkte Sprunganweisungen
mit Seitenumschaltung sind im Programm
MULTINAUT.asm zu finden. Dort wird
STATUS, pa0 = 0 gesetzt, wenn ein Wechsel
von Seite eins auf Seite null stattfindet, und
STATUS, pa0 = 1, wenn er in umgekehrte Richtung
erfolgt.
Dagegen müssen bei indirekten Sprüngen,
d.h. Zugriffen über das 8-Bit-PCL-Register,
bei allen PICs die höheren Bits mit den PC-
LATH-Bits ergänzt werden, was die
Umschaltung zwischen maximal vier Programmseiten,
nämlich den Seiten 0 bis 3, erlaubt.
Die entsprechenden Bits in PCLATH
29

(bzw. STATUS,pa0) sind dazu jeweils der Zielseite
anzupassen (siehe auch Abschnitt 2.4.2.3).
2.4.2 Die konditioneile Verzweigung
Die einfachsten konditionellen Verzweigungen
sind die beiden Operatoren btfss und btfsc aus
dem Befehlssatz, auf die sich fast alle weiteren
Fälle abstützen. Im ersteren Fall wird die nachfolgende
Zeile übersprungen (oft ein Sprungbefehl),
wenn ein vorgegebenes Bit im Operanden
gesetzt ist (= 1), im letzteren Fall, wenn es
gestrichen ist (= 0). Daneben gibt es noch zwei
weitere Verzweigungen im Befehlssatz, nämlich
incfsz und decfsz, bei denen die nächste
Zeile übersprungen wird, wenn das Ergebnis
einer Erhöhung bzw. Erniedrigung null wird.
Sie werden vor allem in Schleifen eingesetzt,
wo Laufvariablen hochgezählt werden, in höheren
Programmiersprachen „DO-Loops" genannt.
2.4.2.1 Arithmetische
konditionale Verzweigung
Nicht mehr ganz so einfach wird es, wenn die
Verzweigungsbedingung kein Operanden-Bit,
sondern das Vergleichsergebnis von zwei Registern,
V2 >= VI oder V2 < VI, ist.
Die Verzweigungsbedingung führt dann über
eine Subtraktion der beiden Register, wobei das
Zielregister in den meisten Fällen das Arbeitsregister
W ist, um den Wert beider Register zu
erhalten. Die Abfrage von STATUS,c mit btfss
bzw. btfsc führt dann zur gewünschten Verzwei­
30
VERZW movf Vl.w
subwf V2,v ; W = V2-V1
btfss STATUS,c ; wenn :
goto A2
A1 ; groesser/gleich
; (c=1)
goto CONT
A2 ; kleiner (c=0)
CONT
gung. Würde man statt des c-Bits das z-Bit abfragen,
so entspräche das der Bedingung V2 = V1.
2.4.2.2 Wertbegrenzung
Oft ist die Begrenzung von Registern auf vorgegebene
Minimal- bzw. Maximalwerte gefragt,
insbesondere wenn eine Wertbegrenzung
wie beim Rechnen mit negativen Zahlen oder
mit Tabellen wichtig ist.
MINIM movlw minimum
subvf VAR,v ; W = VAR-minimum
movlw minimum ; W = minimum
btfss STATUS,c ; VAR < minimum (c=0)
movwf VAR ; --—> VAR=W
MAXIM movlw maximum
subvf VAR.w ; W = VAR-maximum
movlw maximum ; W = maximum
btfsc STATUS, c ; VAR > maximum (c=l)
movwf VAR ; - > VAR=W
Der entsprechende Programmabschnitt ist
weitgehend identisch zur arithmetischen Verzweigung.
Der Trick besteht nur darin, dass das Arbeitsregister
W nach der Subtraktion mit subwf
erneut mit dem Minimal- bzw. Maximalwert geladen
wird, was keinen Effekt auf das STATUS-
Register hat. Bei Abfrage von STATUS.c wird
W dann nur in VAR geladen, wenn die Bedingung
erfüllt ist, sonst bleibt VAR unverändert.
Auf diese Weise werden jeweils zwei Maschinenzyklen
verbrauchende Sprunganweisungen
eingespart und die Begrenzung verbraucht bedingungsunabhängig
fünf Maschinenzyklen.
2.4.2.3 Arithmetische
Sprunganweisung
Bei PIC-Mikroprozessoren kann das Register
„PCL" als Low-Byte des Programmzeilenzählers
Ziel einer arithmetischen Operation sein.
Addiert (oder subtrahiert) man daher zu
PCL ein Register SKIP, so springt das Programm
SKIP-1 Zeilen weiter bzw. zurück

CGOTO movlw zblock ; zblock=Zeile/256
movwf PCLATH ; fuer Zeilen > 255
movf SKIP,w
addwf PCL,f ; Zeilenzaehler
; + SKIP
SKIP-2 Zeilen
CONTI ; SKIP-1 te Zeile
(SKIP = 0 ist die der addwf/subwf-Operation
folgende Zeile). Da SKIP gewöhnlich das Ergebnis
vorheriger Rechnungen ist, wird dieser
Programmsprung in höheren Programmiersprachen
als „Computed Goto" bezeichnet.
PCL ist ebenso wie SKIP in der addwf-
Operation als 8-Bit-Register behandelt, was den
Programmsprung auf 255 Zeilen beschränkt.
In der Praxis können PIC-Programme je
nach Programmspeicherplatz aber einige tausend
Zeilen umfassen, weswegen die oberen
Bits des Zeilenzählers (zblock) in das Register
„PCLATH" geladen werden müssen (nach unserer
Nomenklatur im nächsten Abschnitts ist
PCLATH quasi das _hi-Byte des Registers PC),
zblock erhält man durch Division der Zeile, in
der der addwf-Operator steht, durch 256 (für
z.B. Zeile 617 also zblock = 2). Eine Bit-Erweiterung
von SKIP ist sehr umständlich, weswegen
arithmetische Sprunganweisungen praktisch
auf weniger als 255 Zeilen begrenzt sind.
2.4.3 Rechnen mit großen
und mit negativen Zahlen
Wie schon eingangs dieses Kapitels angedeutet,
beziehen sich alle arithmetischen Operationen
des Befehlssatzes auf positive ganze Zahlen im
Wertebereich zwischen 0 und 255. Nun gibt es
ja durchaus Probleme, wo mit größeren Zahlenwerten
als 255 zu rechnen ist, insbesondere nach
einer Multiplikation von zwei Registern. Für
diese Multiplikationen bzw. Divisionen sind
übrigens spezielle Unterprogramme nötig (Microchip-Dokumentation
„Fixed Point Routines"
(AN617)), von denen in meinen Programmen
verschiedentlich Gebrauch gemacht wird.
2.4.3.1 Große Zahlen
Den Bit-Bereich eines Registers kann man
leicht erweitern, indem man für die große Zahl
zwei Teilregister verwendet, nämlich NAMElo
und NAMEhi. Die mit den kleingeschriebenen
Ergänzungen „lo" bzw. „hi" bezeichneten
Teilregister stehen darin für das untere und
obere Byte des 16-Bit-Registers NAME (Wertebereich
0 bis 65535).
Zwei 16-Bit-Register werden dann addiert,
und zwar zuerst die beiden oberen Bytes und
dann die beiden unteren. Ergibt sich bei letzterer
Addition ein Überlauf, d.h. STATUS, c = 1,
so wird das _hi-Register noch um eins erhöht.
Ist Z1 nur ein 8-Bit-Register, so startet die
Addition erst bei ADD8 (für Zllo kann man
dann auch einfach Z1 schreiben). Analog ist
bei Subtraktionen vorzugehen.
ADD16 movf Zlhi,w ; obere Bits
addwf Z2hi,f
ADD8 movf Zllo.w ; untere Bits
addwf Z21o,f ; wenn Z21o>255
btfsc STATUS,c ; d.h. _c=l
incf Z2hi,f ; Z2hi=Z2hi+l
Ein interessanter Aspekt der „großen Zahl"
ist es übrigens, dass ihr hi-Byte gerade dem
Ergebnis einer Teilung durch 256 entspricht.
In allen meinen Programmen, bei denen ein
Referenzwert (z.B. Fahrstufen-Null oder Rudermitte)
durch Mittelung von Registern über
einen gewissen Zeitraum zu bestimmen war,
wird von dieser Tatsache Gebrauch gemacht.
2.4.3.2 Negative Zahlen
Ein PIC-uP rechnet mit positiven ganzen Zahlen.
Bei vielen Problemstellungen kommen aber
auch negative Werte vor, man denke nur an die
„negativen Fahrstufen" bei Rückwärtsfahrten,
die sich aus der negativen Differenz zwischen
aktueller und Referenzimpulslänge ergeben und
31

die eine Umpolung der Fahrmotoren bewirken
sollen. Es ist also zweckmäßig, eine Methode
zu haben, wie elegant auch mit negativen Zahlen
gerechnet werden kann.
Kleine Zahlen
Kann man die Ergebnisse von arithmetischen
Operationen auf 7 Bits, d.h. Werte zwischen 0
und 127, beschränken (z.B. mit den oben angegebenen
MAXIM-Zeilen, Abschnitt 2.4.2.2),
so kann im freien achten Bit eine Vorzeicheninformation
mitgezogen werden.
Nehmen wir zwei 7-Bit-Zahlen Z1 und Z2
mit Z2 > Z1. Subtrahiert man jetzt Z2 von Z1,
so läuft das Resultat über null und Z1 hat damit
einen Wert zwischen 255 und 128 (z.B. 3-5
—> 254) oder anders ausgedrückt, ein gesetztes
höchstes Bit ist ein negatives Vorzeichen. Solange
man den Absolutwert von Z1 nicht benötigt,
kann mit Z1 normal weitergerechnet,
d.h. positive und negative Zahlen addiert bzw.
subtrahiert werden, wobei natürlich die 7-Bit-
Wertbedingung für alle Register inklusive Resultat
erfüllt bleiben muss.
Irgendwann braucht man aber auch den
realen Zahlenwert (Absolutwert). Ist das höchste
Bit null, so ist nichts weiter zu tun.
Andernfalls wird das Register mit dem Zweireiher
NEG8 negiert (gleichbedeutend mit 256
minus Register), wobei das negative Vorzeichen,
wenn nötig, an anderer Stelle (z.B. einem
Flaggenregister) gespeichert werden muss.
32
CONEG movf Z2,v ; NEGATIVE ZAHLEN
subvf Zl.f ; Z1 = Z1 - Z2
movf Z3,v ; 7 Bit Zahl Z3
addwf Zl,f ; Z1 = Z1 + Z3
ABS btfss Z1,7 ; Test des 8. Bits
goto CONTI ; positiv —> Rest
NEG8 comf Zl,f ; Z1 = 255 - Z1
incf Zl.f ; Z1 - Z1 + 1
CONTI
(Für obiges Zahlenbeispiel gilt: 3 - 5 —> 254;
256 - 254 (negieren) —> 2, negatives Vorzeichen
anderswo.)
Große Zahlen
Große Zahlen werden wieder durch _hi- und
_lo-Teilregister dargestellt, wobei das 16. Bit
(d.h. höchste Bit von_hi) das Vorzeichen birgt.
Solange kein Absolutwert benötigt wird, gelten
die gleichen Regeln wie in Abschnitt 2.4.3.1.
Ansonsten ist das 16-Bit-Register zu negieren
(invertieren), wenn VAR_hi,7 = 1 (höchstes
Bit) ist.
NEG16 comf VAR.lo.f ; Negation von
incf VAR.lo.f ; 16-Bit Register
btfsc STATUS,z
decf VAR_hi,f
comf VAR_hi,f
Zur Negation von VAR benötigen wir den
Fünfzeiler NEG16, ein Microchip-Applikationsprogramm.
Das Modul funktioniert natürlich
auch umgekehrt und macht aus einem 15-
Bit-Register mit einem andernorts gespeicherten
negativen Vorzeichen ein negatives von 16
Bit (das höchste Bit von VAR_hi ist 1).
In einigen meiner Programme kommt es
vor, dass die Summation von zwei 7-Bit-Zahlen
mit Vorzeichen (NG1 und NG2) zu einer
Summe führen kann, die größer als 7 Bit ist,
die Darstellung aller Register durch 16-Bit-
Größen aber zu aufwändig wäre.
Hier helfen die Zeilen SUM9, deren Ergebnis
in SUM als 8-Bit-Absolutwert vorliegt,
während das Vorzeichen im nullten Bit
des Haggenregisters FLAG gespeichert ist (das
Bit FLAG,1 darf nicht belegt werden, da es
von SUM9 u.U. benötigt wird). In SUM9
werden zunächst die Vorzeichen der beiden
Summanden abgefragt und gegebenenfalls
FLAG um eins erhöht. FLAG wird ein weiteres
Mal erhöht, wenn es bei der folgenden

SUH9 btfsc NG1,7
incf FLAG,f ; wenn NG1 negativ
btfsc NG2,7
incf FLAG,f ; wenn NG2 negativ
movf NG2,W
addwf NGl,w ; SUM = NG1 + NG2
movlw SUM
btfsc STATUS,c
incf FLAG, f ; wenn > 255
btfss FLAG,0 ; Vorzeichenflagge = 1
comf SUM,f ; Negierung von SUM
incf SUM,f
Addition beider Summanden zum Überlauf
kommt. Der Zustand des nullten FLAG-Bits
ist dann das Vorzeichen von SUM (1 —> negativ),
das für den Absolutwert gegebenenfalls
negiert werden muss. NG1 und NG2 bleiben
für weitere Rechnungen 7-Bit-Zahlen mit Vorzeichen.
2.4.4 Indirekte Adressierung
Wie schon erwähnt, sind Register prozessorintern
nur als Speicherplatzadresse (Zahl) bekannt
und erhalten einen Namen erst im Definitionsblock.
Nun kann es aber programmtechnisch
von Vorteil sein, wenn man ein Register auch
über seinen Speicherplatz ansprechen kann, wobei
man dessen Adresse vorher in einer arithmetischen
Operation ermittelt hat (z. B. wenn I=1
nehme Register A, wenn I = 2 nehme Register B
usw.). Das nennt man dann indirekte Adressierung,
weil das Register nicht mit seinem im
Definitionsblock festgelegten Namen, sondern
indirekt über seine Speicherplatznummer (Adresse)
angesprochen wird. Dazu gibt man dem Ope­
INDIA movlw strw
movwf FSR ; FSR-Startwert
LOOP movlw wert
CONTI
movwf INDF ; Register = Wert
incf FSR,f ; FSR = FSR + 1
movlw endw
subwf FSR,w ; wenn FSR < endw
btfsc STATUS,c
goto LOOP ; > weiter
randen in einer Operation den Namen, „INDF",
wobei dessen Speicherplatzadresse durch den
Wert des FSR-Registers definiert ist, der
wiederum das Ergebnis einer arithmetischen
Operation mit FSR ist. Sowohl FSR als auch
INDF haben als Spezialregister feste Speicherplätze
im RAM und müssen im Definitionsblock
definiert werden (INDF hat den Speicherplatz
„0").
Als Beispiel für indirekte Adressierung nehmen
wir die Zuordnung eines bestimmten Anfangswertes
wert für die Register im RAM-
Bereich von strw bis endw. FSR wird zunächst
mit der Speicherplatznummer des ersten Registers
geladen und dann die Wertzuweisung
mit movlw wert und movwf INDF ausgeführt.
Es folgt die Erhöhung der Speicherplatznummer
um 1. Die Schleife LOOP mit der Wertzuweisung
wird dann so lange durchlaufen, bis
FSR gleich endw ist und somit alle Register
mit Speicherplatznummern zwischen strw und
endw mit wert geladen sind.
2.4.5 Unterprogramme
und Tabellen
Grundsätzlich sind Programme für Mikroprozessoren
rechenzeit- oder speicherplatzkritisch,
d.h., es kommt bei der Programmierung entweder
auf einen zumindest in einigen Abschnitten
möglichst schnellen Code an, was bei PIC-
Mikroprozessoren vor allem die Vermeidung
von Sprunganweisungen bedeutet, oder der
Code kann hinsichtlich des Speicherplatzes an
die Grenzen des entsprechenden Mikroprozessors
stoßen, weswegen man mehrfach vorkommende
Programmabschnitte tunlichst in Unterprogrammen
(Subroutinen) zusammenfasst,
um sie dann an den benötigten Stellen nur
aufzurufen. Da Subroutinen darüber hinaus die
Programmübersichtlichkeit bedeutend verbessern,
ist ihr Einsatz gute Programmierpraxis;
in den verschiedenen Programmen dieses Buches
stehen sie immer in der ersten Hälfte des
Listings.
33

2.4.5.1 Einfache
Unterprogramme
Subroutinen unterscheiden sich bis auf zwei
Ausnahmen nicht von gewöhnlichen Programmabschnitten.
Die Ausnahmen sind:
• Die erste Zeile der Subroutine hat einen Label,
der dem Namen der Subroutine entspricht.
• Subroutinenausgänge sind return- bzw. retlw-
Befehle; es darf keine Sprunganweisungen
aus der Subroutine geben, die diese Befehle
umgehen.
Mikroprozessorintern läuft ein Subroutinenaufruf
wie folgt ab. Mit dem Befehl call wird
die aktuelle Zeilennummer, um eins erhöht,
auf die oberste Zeile eines Stapels (STACK)
geschrieben (TOS = top of Stack) und dann zu
der Zeile gesprungen, wo der Namens-Label
der Subroutine steht. Dort setzt das Programm
die Arbeit fort, bis es auf ein return bzw. retlw
stößt, welches ein Rückladen der Zeilennummer
aus TOS in den Zeilenzähler veranlasst
und damit den Rücksprung ins Hauptprogramm.
Wird innerhalb der Subroutine eine
zweite aufgerufen, so wird deren Zeilennummer
TOS, um bei Rücksprung auch als erste
wieder geladen zu werden.
Bei älteren PIC-Typen (12C509A, 16C505)
ist der STACK nur zwei Schritte tief, d.h., es
können nur zwei Subroutinen verschachtelt
werden. Hier wird außerdem das 9. Bit von
TOS immer null gesetzt, sodass Subroutinen
jeweils in den ersten 256 Zeilen einer Programmseite
(a 512 Zeilen) stehen müssen.
Der Aufruf von Subroutinen kostet vier
zusätzliche Maschinenzyklen (zwei call und
zwei return), weswegen in zeitkritischen Programmabschnitten
auf sie verzichtet werden
sollte, es sei denn, sie werden, wie mein
LEERn, zur Zeitvergeudung bewusst eingesetzt.
Rechenzeitkritisch sind im Rahmen dieses
Buches vor allem einige Drehzahlstellerprogramme.
34
2.4.5.2 Tabellen
Eine spezielle Form des Unterprogramms ist
die Funktion, W = f (VAR) geschrieben, wo in
Abhängigkeit des Registers VAR ein Wert ins
Arbeitsregister geschrieben wird.
TABEL movf VAR,w
addwf PCL,f ; Zeilezaehler + VAR
retlw f(0) ; Ergebnis fuer VAR=0
retlw f(l) ; " " VAR=1
retlw f(n) ; " " VAR=n
Eine solche Funktion programmiert man
als Tabelle, da so ohne viel Aufhebens selbst
die kompliziertesten funktionalen Zusammenhänge
problemlos angegangen werden können.
Die Tabelle besteht im Prinzip aus der schon
im Abschnitt 2.4.2.3 dargestellten arithmetischen
Verzweigung und dem speziellen Rücksprungoperator
retlw, der vor dem Rücksprung
noch den Operanden ins Arbeitsregister lädt.
Da diese Operanden die Funktionswerte
darstellen, erhält man bei jedem Tabellenaufruf
den zu VAR gehörenden Funktionswert.
Bezüglich arithmetische Verzweigung gelten
die schon im Abschnitt 2.4.2.3 erörterten
Limitierungen. Zusätzlich ist bei Tabellen darauf
zu achten, dass VAR innerhalb der in der
Tabelle aufgelisteten Zeilen bleibt, da der Subroutine
andernfalls ihr Rücksprungbefehl retlw
fehlt und sich der uP aufhängen kann.
2.4.6 Timer
Timer sind Zähler, die mittels eines Taktes (gewöhnlich
des Maschinenzyklus) ein Register
hochzählen, prinzipiell also die ständigen Wiederholung
der Operation incf TIMER,f, wobei
der uP so für nichts anderes verwendet werden
könnte. Der Vorteil eines Timers ist es daher,
dass er die Zählung im Hintergrund, also unabhängig
vom Programmablauf, durchfuhren kann.

TIMER movlw t0 ;
movwf TMR0 ; TMR0-t0
movlw optval ; Initialisierung
movwf OPTION_REG
(OPTION)
movf TMR0,w ; Wert-Abfrage
Für die Benutzung des Timers 0 muss dem
Register TMRO zunächst ein Anfangswert zugewiesen
werden, worauf die Timereinheit
selbst initialisiert und gestartet wird, indem ein
Initialisierungswort optval in das Register
OPTION_REG geladen wird (bei älteren PICs
gilt der Operator OPTION). Im Initialisierungswort
sind die unteren 3 Bits (PS0 bis PS2) für
die Definition des Vorteilers reserviert, mit dem
man die Zählfrequenz stark herabsetzen kann;
der Wert des Vorteilers ergibt sich aus der 3-
Bit-Zahl ps zu VORTEILER = 2 (ps+1)
.
Neben dem Vorteiler sind in optval noch
das vierte Bit (PSA) und das sechste Bit T0CS
von Interesse. Ersteres regelt, ob der Vorteiler
für TMR0 (= 0) oder für den Watch Dog Timer,
WDT, (= 1) verwendet werden soll, letzteres
bestimmt den Takt des Timers als internen
Maschinenzyklus (= 0) oder extern eingespeist
am Pin TOCKI (= 1).
Die Zählstand des Timers 0 (Register TMRO)
kann jederzeit abgefragt und zu weiteren Entscheidungen
verwendet werden. Die Destination
in der Abfrage muss dabei allerdings w sein, da
ein Schreiben auf TMRO (Destination f) die Nullsetzung
des Registers OPTION_REG und damit
auch des Vorteilers zur Folge hat und deshalb
von einer Initialisierung gefolgt sein muss.
2.4.7 Watch Dog Timer
und Sleep
2.4.7.1 Watch Dog Timer
Der Watch Dog Timer WDT („Wachhund")
ist ein spezieller Zeitmesser, der den Betreiber
eines uP vor den u.U. fatalen Folgen eines
Programmabsturzes bewahren soll, wie er vor
allem bei Einbrüchen der Betriebsspannung
leicht einmal vorkommen kann.
Der WDT läuft mit einem internen, vom
Maschinentakt unabhängigen Taktgenerator
von rund 14 kHz und braucht damit, im Konfigurationswort
eingeschaltet, rund 18 ms, bis er
von 0 auf 255 hochgezählt hat und es danach
zu einem Zählerüberlauf kommt. Ein WDT-
Überlauf bewirkt einen RESET des Mikroprozessors,
d.h. einen Sprung zu Zeile 0 des Programms,
was dem Abschalten und Neustart
des Mikroprozessors vergleichbar ist. Neben
dem RESET setzt der WDT-Überlauf auch
noch das to-Bit von STATUS, damit der Prozessor
die Fälle Einschalten des uP und WDT-
Reset unterscheiden kann.
Nun ist man natürlich nicht daran interessiert,
dass jede 18 ms ein WDT-Reset ausgelöst
wird, weswegen er mit clrwdt, d.h. durch
Nullen des WDT-Registers, verhindert wird.
clrwdt muss dazu in Schleifen eingebaut werden,
die kürzer als 18 ms sind. Läuft das Programm
normal, so bleibt der WDT-Reset aus.
Der im Zusammenhang mit dem Timer
TMRO beschriebene Vorteiler kann wahlweise
auch für den WDT eingesetzt werden (PSA =
1 in optval), wobei die drei PS-Bits den Vorteiler
hier mit VORTEILER = 2 ps
definieren.
Da er aber nur entweder für TMRO oder WDT
eingesetzt werden kann, läuft der WDT in allen
meinen Programmen ohne Vorteiler.
2.4.7.2 Sleep
Mit dem Befehl sleep kann man einen PIC-uP
schlafen schicken, was bei ihm ein Abschalten
des internen Oszillators und damit jeder Computeraktivität
bedeutet und in einer Reduzierung
seines Energieverbrauchs resultiert.
Vor dem Schlafenschicken sollte man
zunächst die Weckbedingungen festlegen, im
vorliegenden Beispiel aus dem Programm
S2PWM die Änderung an den Schaltereingängen.
Diese Eingänge werden unmittelbar vor
35

dem Schlafengehen noch einmal abgefragt, um
klare Bedingungen zu schaffen.
Ist eine Weckbedingung erfüllt, gönnt man
dem uP noch zwei Mikrosekunden zum Augenreiben
(nop), setzt die Weckbedingung zurück
(keine Interrupts) und fährt im Programm
fort.
2.4.8 Interrupts
Ein Interrupt ist eine spezielle Form von Unterprogramm,
das nicht im gewöhnlichen Programmablauf
durch den call-Operator, sondern
durch ein vom Programmablauf unabhängiges
Ereignis, die „Interrupt-Quelle", ausgelöst wird.
Solche Quellen können je nach PIC-Typ ein
Timer-Überlauf, ein Pegelwechsel an einem
der Eingangspins, ein Signal am externen Interrupt-Pin
(INT) selbst oder ein sonst vom
uP-Hersteller definiertes Ereignis sein.
Bleiben wir als Beispiel beim Timer-Überlauf,
bei dessen Eintreten im gedachten Programm
vom uP bestimmte Aktionen erwartet
werden. Ohne Interrupt müsste man den Timer
im fraglichen Zeitbereich mit movf TMR0,w
36
SLP movlw B'00001000'; erlaubt Waie-up bei
movwf INTCON AenderunganPins
movwf INTCON AenderunganPins sleep ; Prozessor AUS
nop ; AUFWACHEN
nop
TST clrf INTCON ; keine Interrupts
btfsc INTCON,7 ; mit Pruefung
goto TST
; Programmfortsetzung
und Kontrolle von STATUS,z dauernd überwachen
und kann während dieser Zeit nichts
anderes tun. Mit einem Interrupt auf Timer-
Überlauf dagegen wird der uP mit sinnvoller
Arbeit beschäftigt. Tritt das Interrupt-Ereignis,
d.h. der Timer-Überlauf, ein, wird die aktuelle
Befehlszeile noch abgearbeitet. Dann verzweigt
das Programm an die Zeilenadresse „004", dem
einheitlichen Label aller Interrupt-Unterprogramme.
Hier stehen dann die Programmanweisungen,
die der uP im Falle des Interrupt-
Ereignisses durchführen soll. Ähnlich wie bei
Subroutinen werden sie von einer Rücksprunganweisung
retfie abgeschlossen, worauf im
Hauptprogramm an der der letzten Anweisung
folgenden Zeile fortgesetzt wird.
Da das Interrupt-Unterprogramm immer auf
Zeile „004" beginnt, muss bei verschiedenen
Interrupt-Quellen, die unterschiedliche Aktionen
des uP zur Folge haben sollen, zwischen
den einzelnen Quellen unterschieden und dann
entsprechend verzweigt werden. Das ist möglich,
weil jede Interrupt-Quelle auch Erkennungsflaggen
setzt, die eine notwendige Verzweigung
erlauben, doch wird das u.U. schon
bald einmal recht kompliziert und unübersichtlich.
Deshalb kann man Interrupts natürlich
auch abschalten und einige billigere Mikroprozessoren
haben überhaupt keine Interrupt-Möglichkeit.
Auch in meinen Programmen wurde
bisher auf Interrupts verzichtet, weswegen im
Rahmen dieses Buches auf weitere Details der
Interrupt-Technik verzichtet werden kann; es
sei auf die einschlägigen Manuals verwiesen,
insbesondere DS33023A.

3 Programmbeispiele
3.1 Überblick und Erläuterung
eines Ablaufdiagramms am
Beispiel von BLINK
Die in diesem Kapitel vorgestellten PlC-Programme
sind in einzelne Anwendungsgruppen
gegliedert, nämlich Sonderfunktionen, Modellüberwachung,
Drehzahlsteller sowie RC-Anlage.
Alle Programme sind auf meinen Schiffsmodellen
im Einsatz.
Im Folgenden wird die grundlegende Funktion
jedes Programms anhand von Ablaufdiagrammen
erläutert, während seine lesbare und
für eine Übersetzung mit MAPSM geeignete
Form, das .asm File von der Homepage des
vth- Verlags (www.modellwerft.de/downloads)
kostenlos bezogen werden kann.
Zur Erklärung der Ablaufdiagrammsymbolik
nehmen wir uns aber zuerst noch einmal
das Demonstrationsprogramm BLINK vor, dessen
Listing weiter vorne ausgedruckt ist.
Das Programm beginnt mit der Zuweisung
von W an das Kalibrierungsregister OSCCAL
(Zuweisungsrechteck), dem immer angezeigten
ersten Clearen des WDT und einem Sprung
zum Label START (kleiner Kreis). Nach der
Zuweisung der Blinkzeit einer Sequenzeinheit
(FRQ=frequ) und der Definition der Blinksequenz
in den vier Registern BLK1 bis BLKn
kommen wir zur Endlosschleife beginnend mit
dem Label LOOP. Hier wird zunächst der Timer
TMRO zurückgesetzt und dann ebenso wie
der Port GPIO neu definiert. Die Zeitschleife
Ablaufdiagramm des Programms BLINK
37

eginnend mit dem Label WAIT dient dem
Zeitverbrauch, um eine genügend niedrige
Blinkfrequenz zu erzeugen. Dazu verbraucht
das Unterprogramm LEER 10 (abgeschrägtes
Rechteck, in anderen Ablaufdiagrammen auch
für Programmabschnitte (Module) verwendet),
zunächst zehn Maschinenzyklen, bevor in der
arithmetischen Sprunganweisung (Rombus,
innen die Bedingung, außen das Konditionsergebnis)
auf Timer-Überlauf getestet wird; bei
NEIN geht es jeweils direkt zurück nach WAIT.
Die zweite arithmetische Sprunganweisung
erniedrigt FRQ um eins und testet das Ergebnis
auf null (decfsz-Operator), bei NEIN geht
es hier zurück nach LOOP. Nur wenn FRQ-1
= 0 ist, wird BLK1,0 zuerst in den LED-Anschluss-Pin
(GPIO,0) und in STATUS,c geladen.
Dann werden die Bits in allen Blinksequenzregistern
(BLK1 bis BLKn) beginnend
mit BLKn nach rechts geschoben, wodurch die
Bitsequenz umläuft und jedes Bit der Blinksequenzregister
am Punkt BLK1,0 ankommt und
dann den Zustand der LED bestimmt.
Im Musterprogramm definieren die Register
BLK1 bis BLK4, jeweils von rechts nach links
gelesen, die Sequenz eines SOS Morsesignals.
Es können aber auch noch mehr Register mit
jeder beliebigen Sequenz programmiert werden.
3.2 Sonderfunktionen
Beginnen wir jetzt mit den eher einfachen Programmen
für verschiedene Sonderfunktionen.
Da ist zunächst ein Mehrfachschalter mit fünf
Schalterstellungen. Es folgt eine Strangstromerzeugung
für Miniaturschrittmotore zum
Antrieb von Modellradarschirmen, ein Pyrozünder
sowie ein Tongenerator für zwei verschiedene
Signaltypen (Nebelhorn und Zerstörersirene).
Den Abschluss bildet schließlich ein
Programm, das es erlaubt, ein einfaches Schaltersignal
in ein Servosignal umzuwandeln, um
mit einfachen EIN-Stellungen von Schalterbausteinen
Servoauslenkungen beliebiger Art
auslösen zu können.
38
3.2.1 Fünffachschalter
(PENTA-S)
3.2.1.1 Problemstellung
und Funktionsprinzip
Die Zahl der auf einem Modell möglichen Sonderfunktionen
wird in der Regel durch die Zahl
der mit der Fernsteuerung verfügbaren Schaltfunktionen
limitiert. Im Handel erhältliche Ausbausätze
zur Erhöhung der Schalterzahl gehen
schnell ins Geld. Eine Alternative ist der Selbstbau
einer „Magnetorgel", wo ein auf den Ruderarm
eines Servos geklebter kleiner Magnet
verschiedene in seinem Drehkreis angeordnete
Reed-Relais ansprechen kann und so bei entsprechender
Vorgabe am Steuerorgan des Senders
mehrere Funktionen schaltbar macht.
PENTA-S (Fuenffach-Schalter)
Schaltbild des Fünffachschalters PENTA-S
Die uP-Variante der Magnetorgel ist der
von einem PIC-12C509A gesteuerte Fünffachschalter
PENTA-Switch. Seine fünf vom Fahrnetz
versorgten Transistorendstufen vertragen
kurzzeitig auch ohne Kühlung schon mal ein
paar Ampere. Empfängerseitig wird er an einen
freien Servokanal angeschlossen (positiver
Impuls), von wo auch der Betriebsstrom
(5 V) für den uP kommt; die negativen Pole
von Fahr- und RC-Akku müssen dazu verbunden
sein. Die Schaltung lässt sich auf einer
einseitig beschichteten Platine von 4x5 cm mit

Ein fertig bestückter PENTA-S. Links der
uP in einer Fassung, rechts die Reihe der
Schalttransistoren und die Freilaufdioden
Standardbauteilen aufbauen, für die Layout und
Bestückungsplan im Anhang zu finden sind.
Senderseitig ist der Stellweg des Gebers in
sechs Abschnitte zu unterteilen (null und die
fünf Schalter), weswegen hierfür mit Vorteil
ein Schieber eingesetzt wird.
Bekanntlich liefern die Kanalausgänge eines
RC-Empfangers Impulse mit einer variablen
Länge zwischen 1 und 2 ms (siehe Abschnitt
3.4.1). In der variablen Millisekunde
dieses Aktivsignals steckt die Information, die
z.B. ein Servo über den gesamten Schwenkbereich
bewegt. Dem aktiven Signal folgt eine
der Empfängersynchronisation dienende, aber
bezüglich der Servoinformation irrelevante längere
Pause (Passivsignal), die je nach Senderhersteller
zwischen 20 und 40 ms betragen
kann. Misst man nun die Länge des Aktivsignals,
subtrahiert davon die rund 1 ms des konstanten
Teils und teilt den Rest in z.B. sechs
Abschnitte, so kann man ähnlich einer Magnetorgel
jedem dieser Abschnitte eine Schalterstellung
zuordnen, in unserem Beispiel von
null bis fünf. Dabei ist es sinnvoll, die Auslösung
der Schalterstellung jeweils für kurze Zeit
zu verzögern (Konsistenzkontrolle), damit
erstens kurzeitige Signalstörungen unterdrückt
werden und zweitens das beim senderseitigen
Einstellen unvermeidliche Überlaufen anderer
Schalter nicht zu wenn auch nur kurzen, unge­
wollten Schalterstellungen führt. Da der uP
mit dieser Aufgabe aber noch keineswegs ausgelastet
ist, können die einzelnen Schalterstellungen
noch etwas nachbearbeitet werden, z.B.
mit Memoryfunktion (die eingestellte Schalterstellung
bleibt so lange erhalten, bis der
Schalter nach einer anderen Schalterstellung
ein nächstes Mal angesprochen wird) oder mit
Trigger (die Schalterstellung bleibt unabhängig
von der Sendervorgabe nur für kurze Zeit
aktiv).
3.2.1.2 Das Programm
PENTAS.asm
Definieren wir zunächst die Aufgabenstellung
für den Mikroprozessor:
• Bestimmung des konstanten Signalanteils
beim Einschalten des Geräts (senderseitig
muss dazu die kürzeste Kanalimpulslänge
vorgegeben werden)
• Messung der aktuellen Impulslänge, Abzug
des konstanten Signalteils, Division und
daraus schließlich Bestimmung der Schalterstellung
• Konsistenzkontrolle der Schalterstellung für
einige Sekunden
• Weiterbehandlung ausgewählter Schalterstellungen
(Memory bzw. Trigger)
Das Hauptprogramm
Wie das Ablaufdiagramm des Programms PEN­
TA-S zeigt, wird nach dem Einschalten
zunächst der konstante Signalanteil K0 bestimmt
(linker oberer Ast), indem die Subroutine
SCAN 256-mal durchlaufen, die gemessene
Impulslänge im 16-Bit-Register K0 aufsummiert
und mittels alleiniger Verwendung
des hi-Bytes automatisch durch 256 geteilt wird.
Die Summation findet nur bei gültigem RC-
Signal statt (FLAG,0=0), andernfalls wird so
lange neu begonnen, bis 256 Mittelungen am

Generelles Ablaufdiagramm des Programms
PENTA-S
Stück einwandfrei sind. Abschließend sorgt der
Modul MIMAX noch dafür, dass K0 innerhalb
vorgegebener Grenzen bleibt.
Die Endlosschleife des Programms beginnt
am Label LOOP, wo mit SCAN zunächst die
Kanalimpulslänge bestimmt wird. Bei fehlerfreiem
Signal wird dann die konstante Impulslänge
K0 vom Messergebnis KNEW abgezogen
und wenn größer null mit dem Divisionsmodul
DV08L durch kdiv dividiert, sodass sich
aus dem Wertebereich der variablen Kanalimpulslänge
von 1 ms (hier 1.000 : 12 us = 84,
mit 12 us Messeinheit in SCAN) ein Resultat
zwischen null und fünf ergibt. Sicherheitshalber
wird KNEW noch auf fünf begrenzt.
KNEW wird zur Konsistenzprüfung dann
safety Mal mit dem alten Schalterwert KOLD
verglichen, bis es als gültig gilt und zum Label
AUSWRT gesprungen werden kann.
Hier wird dann die eventuelle Bearbeitung
der verschiedenen Schalterstellungen in einer
Schleife mit indirekter Adressierung der Register
S1 bis S5 durchgeführt. Entspricht der
40
Wert von KNEW nicht der Laufvariablen I,
die von 1 bis nswtch (= 5) durchlaufen wird, so
ist die entsprechende Schalterstellung null,
wenn es sich nicht um einen Memoryschalter
handelt, was die entsprechende Flagge in
MFLG anzeigt. Ist dagegen KNEW = I und
handelt es sich um eine neue Schalterstellung,
d.h., die First-Flagge FLAG,1 ist gesetzt, so
wird die FLAG,1 gestrichen, die entsprechende
Schalterstellung null gesetzt, falls die Memoryflagge
nicht gesetzt ist, und dann das unterste
Bit der Schalterstellung invertiert. Im
Normalfall bedeutet das immer Ein-, im Falle
eines Memoryschalters ein Umschalten.
Schließlich wird der aktuellen Schalterstellung
mit der Tabelle TRIGER noch eine Triggerzeit
TRGT zugewiesen. Die Triggerfunktion tritt
allerdings nur in Kraft, wenn TRGT größer
null ist, und wird dann in jedem AUSWRT-
Durchlauf für KNEW=I um eins vermindert,
bis es null ist. In diesem Fall wird die entsprechende
Schalterstellung wieder abgeschaltet
unabhängig davon, ob der entsprechende Senderbefehl
noch ansteht. Abgeschlossen wird
die I-Schleife (Schalterstellungen) mit einer
Linksverschiebung der Bits in MFLG, damit
beim Durchlaufen der I-Schleife jeweils das
zur Schalterstellung gehörende Bit in MFLG,4
abgefragt wird, und mit der Änderung der indirekten
Adresse (FSR) für die Schalterstellungen
Sl bis S5.
Aus den Schalterstellungen wird schließlich
für alle fünf Schalter S. der entsprechende Pegel
für die uP-Pins bestimmt (SOUT) und auf
GPIO kopiert, bevor wieder an den Beginn des
Endlosschleife gesprungen wird.
Subroutine SCAN
Das Ablaufdiagramm der Subroutine SCAN
zeigt zwei Äste, nämlich für den passiven und
den aktiven Signalteil. Zunächst werden KLEN
(Impulslänge) und FLAG,0 (Fehlerflagge) null
gesetzt. Da beim SCAN-Aufruf davon ausgegangen
wird, dass kein Signalimpuls vorliegt

Ablaufdiagramm des PENTA-S-Unterpro-
gramms SCAN
(passiv), wird ein vorhandener Impuls (aktiv)
als Fehler betrachtet und zum Label SC_ERR
gesprungen, wo die Fehlerflagge gesetzt wird.
Ab Label SC_PAS wird der Beginn des Aktivsignals
abgewartet, wobei mit TMRO die Pausenlänge
zwischen den Impulsen überwacht
wird. Hält sich diese nicht in den vorgegebenen
Grenzen
passmn < TMR0 < passmx
so liegt ebenfalls ein Fehler vor und es
wird nach SC_ERR gesprungen. Sonst beginnt
die Impulslängenmessung am Label SC_AKT.
Die Schleife um SC_AKT dauert dank der
Leerroutine LEER7 genau zwölf Zyklen d.h.
12 us (mit 4 MHz internem Takt). Maximal
2 ms Impulslänge ergeben damit einen Wert
von 167 im Register KLEN. Bei längerem Impuls
kann es zu einem Überlauf von KLEN
kommen, was ebenfalls zu einem Sprung nach
SC_ERR führt. Läuft dagegen alles ordnungs­
gemäß, wird TMRO zurückgesetzt und sowohl
Timer als auch der Port GPIO neu initialisiert;
diese Initialisierung kann auch durch Aufruf
von FRAMIN herbeigeführt werden.
Während der Initialisierungsphase des Programms
PENTA-S wird neben der konstanten
Impulslänge K0 auch noch die Länge des RC-
Frames RCFRAM (Länge zwischen den ersten
positiven Flanken von zwei aufeinander folgenden
Impulspaketen) gemessen und im Folgenden
als Zeitbasis verwendet. Die mit TMRO
gemessene Länge des RC-Frame wird in
TMR00 registriert und dann im Hauptprogramm
zu RCFRAM addiert und mittels Verwendung
des High-Bytes durch 256 geteilt.
3.2.1.3 Praktische Hinweise
Einige unter der Überschrift „— Benutzerspezifische
Konstanten —" im Programmkopf zusammengefassten
Parameter müssen vom Benutzer
seiner Anlage angepasst werden. Das gilt
vor allem für die Grenzwerte des RC-Signals
(passmn und passmx), die für die Signalüberwachung
wichtig sind und die falsch vorgegeben
die ordendiche Funktion des PENTA-S verunmöglichen
(Daueralarm). Zwar kann man sehr
niedrige bzw. sehr hohe Werte vorgeben, doch
wird die Signalkontrolle dann sehr unscharf.
Deshalb ist es von Vorteil, die RC-Zykluszeit
des verwendeten Senders mittels eines Oszilloskops
zu messen, d.h. die Zeit zwischen zwei
positiven Ranken an einem beliebigen Kanalausgang.
Man sollte dabei auch die Länge des
variablen Impulsteils überprüfen und
gegebenenfalls den Teiler kdiv anpassen:
kdiv = (KLEN (max) - KLEN (min) ):5
mit KLEN = Impulslänge in ms: 0,012
Die meisten anderen Parameter beziehen
sich auf die persönlichen Bedürfnisse des Anwenders.
Insbesondere sind die Auswahl von
Memoryschaltern (eine „1" der entsprechenden
Flagge, von rechts nach links gelesen) in
41

der Konstanten memory und eventuelle Triggerzeiten
vor der Programmierung des uP festzulegen.
Man kann das Programm natürlich auch auf
mehr Schalterstellungen erweitern, wenn man
z.B. mit dem PIC-16C505 mehr Pins zur Verfügung
hat. Allerdings wird dann die senderseitige
Betätigung u.U. etwas problematisch. Eine
andere Variante auf der Basis des PIC-16C505
wäre das Einlesen von MFLG von einem Port,
womit man dann die Auswahl Normal- oder
MemorySchalter mittels eines DIL-Mehrfachschalters
(Mäuseklavier) bzw. von Jumpern
jederzeit ändern kann, ohne einen IC neu programmieren
zu müssen. Bei Verwendung eines
PIC-16C505 anstelle des hier vorgesehenen PIC-
12C509A muss das Programm PENTAS.asm
allerdings, wenn auch nur geringfügig, modifiziert
werden (z.B. GPIO wird PORTB).
3.2.2 Schrittmotorradarantrieb
(RADAR)
3.2.2.1 Problemstellung
und Funktionsprinzip
Als Antriebsmotoren für Modellradars verwendet
man meist Kleinstgetriebemotoren, die in
direkter Falllinie in den Autbauten versteckt
und über einen Federstahldraht mit dem Schirm
verbunden sind. Eine dazu elegante und kostengünstige
Alternative sind Miniaturschrittmotoren,
wie sie z.B. im elektronischen Uhrenbau
Verwendung finden. Diese naturgemäß kleinen,
leichten und wegen des fehlenden Getriebes ruhigen
Antriebe können, ohne die Optik groß zu
stören, als modelltechnische Darstellung des originalen
Antriebs auch direkt am Antennenschirm
eingebaut werden. Ein Nachteil des Schrittmotors
ist allerdings, dass er eine spezielle Steuerelektronik
benötig, die samt Schrittmotor im
Selbstbau jedoch kaum mehr kostet als der altbewährte
Getriebemotor.
Eine solche Steuerelektronik mit dem PIC-
12C509A stellen wir hier vor. Zum besseren
42
Zwei Miniaturschrittmotorradarantriebe auf
der Insel meines Trägermodells „Shangri-
La". Beide Radarschirme sind auf Ausle­
gern montiert und ließen sich konventio­
nell nur mit großem Aufwand antreiben
Verständnis des entsprechenden Programms
wird zunächst aber noch ein kurzer Blick in die
Welt der Schrittmotoren geworfen.
Der Schrittmotor
Schrittmotoren gibt es erst seit Anfang der 60er-
Jahre. Mit ihnen kann eine Drehbewegung von
wenigen Grad Auflösung ohne spezielle Rückmeldung
erreicht werden, weswegen sie vor
allem in Druckern, Plottern und Robotern verwendet
werden, wo ein definierter Stellweg
verlangt ist. In elektronischen Uhren kommt es
bei minimalen Abmessungen auf langsame
Umdrehungen an, was ebenfalls mit einem
Schrittmotor, wenngleich oft auch leicht ruckelnd,
realisiert werden kann.

Prinzip eines Schrittmotors
Während in den vertrauten Gleichstrommotoren
mit Permanentmagnet eine oder mehrere
stromdurchflossene Spulen in Form eines
Ankers im magnetischen Feld eines Permanentmagneten
(Stator) drehen und damit die
Sache läuft, der Ankerstrom über die Bürsten
nicht nur zugeführt, sondern durch den Kollektor
bei jeder Umdrehung auch mehrfach
umgepolt (kommutiert) werden muss, besteht
ein Schrittmotor aus einem drehenden Permanentmagnetanker
mit den stromdurchflossenen
Spulen (Phasen oder Stränge) als Stator (siehe
Skizze, wo jede Spule jeweils aus zwei gegenüberliegenden
Teilen besteht). Fließt nun in
der Spule I ein Strom (Schritt 1), so dreht sich
der Anker so weit, bis seine beiden Pole den
entsprechenden Polen der Spule am nächsten
sind, und bleibt dann stehen bzw. „rastet" (die
eingeschaltete Spule ist in der Abbildung durch
eine Tönung markiert). Legt man den Strom
nun an Spule II (Schritt 2), so dreht der Anker
dorthin und rastet erneut. Im Schritt 3 dreht
man den Strom in Spule I um (Umkehrung der
Spulenpolung), sodass der andere Pol des Ankers
von der Spule angezogen wird. Im Schritt 4
macht man schließlich dasselbe mit Spule II.
Im einfachsten Fall eines zweipoligen Ankers
hat man durch Beschalten der beiden Spulen
also vier Schritte von je 90° bzw. eine Volldrehung
in vier Rucklern durchgeführt. Glücklicherweiser
haben Schrittmotore immer mehrere
Ankerpole, weswegen ein Schritt in der Praxis
nicht 90°, sondern nur wenige Grad beträgt.
Um einen solchen Schrittmotor langsam
zu drehen, muss man die Spulenumschaltungen
also nur kontinuierlich bei niedrigem Takt
durchführen.
Betriebsart Wavedrive Normal Halbschritt
Takt Spule 1 Sp. 2 Spule 1 Sp. 2 Spule 1 Sp. 2
1 -1 0 -1 -1 -1 0
1.5 -1 -1
2 0 -1 + 1 -1 0 -1
2,5 +1 -1
3 + 1 0 +1 +1 +1 0
3,5 +1 +1
4 0 +1 -1 +1 0 +1
4.5 -1 +1
Dafür gibt es drei gängige Möglichkeiten,
nämlich den Wavedrive-, den Normal- und den
Halbschrittbetrieb, eine Kombination aus den
beiden ersten. Sie sind für eine Drehrichtung in
der Tabelle angegeben, wobei „—1" und „+1"
für die beiden Stromrichtungen und „0" für abgeschalteten
Strom steht.
3.2.2.2 Steuerelektronik
und praktischer Aufbau
Wie dem Schaltbild für den Radarantrieb zu
entnehmen ist, besteht die Steuerelektronik aus
zwei ICs, nämlich dem Mikroprozessor PIC-
12C509A mit internem Oszillator, der für die
Steuerung der Spulenbestromung zuständig ist,
und einem Treiber (TX-4469), der die geringen
Ausgangsströme des uP in Handfestes für den
Schrittmotor umsetzt, hier ein Miniaturtyp (SEI-
KE-6507) mit den Abmessungen O10x11mm
und einer Schrittweite von 18°, was zum nicht
ganz ruckelfreien Antrieb eines direkt auf seiner
Achse befestigten Radarschirms ausreicht.
Schrittmotor Radarantrieb
Schaltbild der Radarschirmantriebselektronik
43

Die Steuerelektronik für einen Radaran­
trieb. Auf der linken Seite der Treiber mit
der Anschlussbuchse für den Schrittmotor
(IC-Sockelleiste), rechts der uP; die rechte
zweipolige Buchse dient der Methodenaus­
wahl (offen bedeutet Halbschrittverfahren)
Die Schaltung ist auf einer einseitig beschichteten
Platine aufgebaut, wobei der Motor
über eine vierpolige IC-Sockelleiste angeschlossen
wird (Layout und Bestückungsplan
im Anhang).
Es liegt nahe, mit dieser Methode auch
mehrere Schirme gleichzeitig anzutreiben. In
diesem Falle ist allerdings für jeden Motor ein
eigener Treiber vorzusehen, denn zumindest
bei mir schlug sowohl die Reihen- als auch die
Parallelschaltung mehrerer Motoren fehl.
3.2.2.3 Das Programm
RADAR.asm
Die Aufgabenstellung für den Mikroprozessor
kann man wie folgt umreißen:
• Erzeugung der geeigneten Schrittfrequenz zur
Erreichung der gewünschten Motordrehzahl
• Definition der Spulenstromrichtung für jeden
Motorschritt durch geeignete Pegel an
den vier Output-Pins
Wie diese Aufgabenstellung erwarten lässt,
besteht das einfache Programm für die Strang­
44
stromerzeugung aus einem Taktgeber sowie
dem Schrittgenerator, der die Bestromung der
beiden Motorspulen nach einer der drei oben
beschriebenen Betriebsarten steuert.
Im Ablaufdiagramm von RADAR.asm besteht
der Schrittgenerator nur aus der Verzweigung
um „GPIO,mode", wo in Abängigkeit des
Pegels am Pin4 des uP entweder das Halbschrittverfahren
(=H) oder der Wavedrive (=L) verwendet
werden kann; anstelle von WAVEDRV
kann man im Code am entsprechenden call auch
NORMDRV einsetzen. Programmiert sind alle
drei Betriebsarten als Tabellenfunktionen
Pinpegel=f(STEP), wobei die Bits des Operanden
von retlw GPIO angepasst sind, d.h., das
nicht als Output programmierbare 4. Bit
Ablaufdiagramm des Programms RADAR

(GPIO,3) ist immer null und die entsprechende
Information steht im 5. Bit (GPIO,4). Die Tabellen
von WAVEDRV und NORMDRV bestehen
aus zwei Vollschritten, um mit den acht
Halbschritten von HALFDRV kompatibel zu
sein. Für das Halbschrittverfahren muss der Zeitfaktor
FAK halbiert werden.
Das Tabellenergebnis wird dann in GPIO
kopiert, indem zunächst in OUT zwischengespeichert,
der GPIO-Inhalt dann nach W kopiert,
wo alle bis auf Bit,3 genullt und
schließlich zu OUT und GPIO addiert werden.
Dieses etwas umständliche Vorgehen ist notwendig,
da GPIO,3, wie gesagt, kein Output
ist und deshalb nicht überschrieben werden
sollte. Schließlich wird der Schrittzähler
„STEP" um eins erhöht und bei Erreichen von
acht gegebenenfalls auf null zurückgesetzt.
Der Rest des Programms dient dem die
Drehzahl des Motors bestimmenden Taktgeber,
der mit einer Doppelschleife aus TMRO
und Multiplikator FAK realisiert wurde. Die
längste Zeit verbringt der uP daher in der mit
dem Label TAKT beginnenden Warteschleife
aus TMRO und FAK. Bei 4 MHz uP-Takt dauert
ein Motorschritt
woraus sich eine Schirmdrehzahl von
ergibt.
Beim Abschluss eines Schritts werden
schließlich für eine kurze Umschaltzeit von 17
x laus Millisekunden alle Stränge abgeschaltet,
bevor es mit einem Rücksprung zum Label
SCHRITT zum Beginn der Endlosschleife zurückgeht.
3.2.2.4 Praktische Hinweise
Die vom Anwender wählbaren Parameter beschränken
sich auf die beiden Konstanten rtcc
und nfak, mit denen die Motordrehzahl definiert
werden kann, im Musterprogramm etwa
30 U/min. Wenn man den internen Taktgenerator
durch einen externen R-C-Generator mit
einem Potenziometer ersetzt, kann man die
Drehzahl des Motors durch Verstellung der
uP-Taktfrequenz auch manuell einstellen, wozu
allerdings eine Änderung der drei fosc-Bits im
Konfigurationswort notwendig ist.
3.2.3 RC-Streichholz (ZUND)
3.2.3.1 Problemstellung
und Funktionsprinzip
Für pyrotechnische Sonderfunktionen auf Modellen
braucht man ein „fernsteuerbares Streichholz",
am einfachsten ein Stück dünnen Widerstanddraht
(00,15 mm Kanthai), der für
wenige Sekunden mit einem hohen Strom belastet
wird, dabei hellrot aufleuchtet und so die
Zündschnur des Feuerwerks entflammt.
Allerdings halten Ausgänge von Schalterbausteinen
die hierfür benötigten hohen Ströme
meist nicht durch, weswegen entweder hoch
belastbare, aber großvolumige Relais oder Leistungstransistoren
die Lösung sind.
Auf meinen inzwischen alle mit einem startbaren
Hubschrauber (siehe ModellWerft, Heft
4/1998) ausgerüsteten Kleinmodellen mit 5-V-
Bordnetz macht ein Leistungstransistor aber
Probleme, da sein Spannungsabfall selbst im
voll durchgesteuerten Zustand schon zu groß
ist. Abhilfe schaffen würde hier ein FET (BUZ-
11) mit seinem sehr niedrigen Durchlasswiderstand
(0,04 Ohm), doch braucht dieser zur
vollen Durchsteuerung leider eine Gate-Spannung
von mehr als 5 V. Glücklicherweise gibt
es nun aber einfache so genannte Spannungsverdreifacherschaltungen,
die die Erzeugung
einer höheren Gate-Spannung mittels hochfrequenter
Wechselspannung erlauben. Neben dieser
ist zur Schonung von Akku und Glühdraht
auch eine Begrenzung der Schaltzeit auf
ungefähr zwei Sekunden angezeigt. Schließlich
45

sollte man aus Sicherheitsgründen eine Auslöseverzögerung
von einigen Sekunden vorsehen,
während der ein Auslösebefehl ungestört
anstehen muss.
3.2.3.2 Elektronische
Schaltung und praktischer
Aufbau
Wie dem Schaltbild zu entnehmen ist, bleibt
die externe Beschaltung des uP sehr bescheiden.
Sein Pin7 (GPIO,0) geht für eine Schaltphase
von rund zwei Sekunden auf positiv,
während der Pin6 (GPIO, 1) und Pin5 (GPIO,2)
mit einer Frequenz von um die 15 kHz ihre
Pegel wechseln und so mit ihrer äußeren Beschaltung
eine ungefähre Spannungsverdreifachung
am Gate des FET ermöglichen. Der steuert
voll durch und lässt den angeschlossenen
Schaltbild des RC-Streichholzes (Pyrozünder)
Der fertige Pyrozünder. Der größte Teil der
Elektronik ist unter dem FET montiert, der
für die Aufnahme etwas angehoben wurde
46
FET PYROZUENDER
Widerstandsdraht hell aufleuchten. Beim 5-V-
Einfachbordnetz sind beide Plusschienen
miteinander verbunden. Es sind auch getrennte
Netze möglich, doch muss eine gemeinsame
Minusmasse existieren. Als Eingangssignal
(Zündbefehl, aktiv LOW) genügt der Ausgang
eines TTL- oder CMOS-Gatters (5 V).
Der Aufbau der Schaltung kann auch „fliegend"
erfolgen, doch verwende ich in meinen
Modellen eine Platine, deren Layout und Bestückungsplan
im Anhang abgedruckt sind. Aus
Platzgründen wird der FET liegend über der
übrigen Elektronik platziert, wobei sich wegen
der kurzen Schaltzeiten eine Kühlung erübrigt.
3.2.3.3 Das Programm
ZUND.asm
Definieren wir nun die von ZUND zu erfüllenden
Aufgaben:
• Feststellung der Störungsfreiheit des Auslösebefehls
über eine definierte Zeit (hier etwa
zehn Sekunden)
• Einschalten des Glühstroms für kurze Zeit
(etwa zwei Sekunden)
• Während der Schaltphase Bereitstellung einer
Wechselspannung hoher Frequenz
(mindestens 10 kHz) an Pin6 und Pin5 (5 ist
dabei immer das Invers von 6) zur Ansteuerung
des Spannungsverdreifachers
• Niedriger Stromverbrauch während der u.U.
langen Wartezeit auf einen Zündbefehl
Wie im Ablaufdiagramm des Programms
ZUND.asm unschwer zu erkennen ist, gliedert
sich das Programm im Wesentlichen in zwei
Schleifenblöcke von jeweils drei Individualschleifen
mit den Laufregistern I, J und K in
beiden Ästen des Bildes. Es beginnt am Label
WART mit der Initialisierung des Ports GPIO
und des Timers, der zwar in dieser Anwendung
selbst nicht benötigt wird, wegen des „wake
up"-Bits für SLEEP aber initialisiert werden
muss. Danach werden alle Ausgänge auf AUS

Ablaufdiagramm des Programms ZUND
gesetzt und ein erstes Mal der Eingang auf seinen
Zustand befragt. Ist dieser passiv, so wird
der uP auf minimalen Stromverbrauch gesetzt
(SLEEP). Natürlich wacht er bei einem Zündbefehl
(Pegelwechsel) am Pin GPIO,3 sofort
wieder auf und beginnt mit der Abarbeitung der
SLEEP folgenden Instruktion. Das ist hier der
Beginn der Signaluntersuchung, die er im Falle
eines aktiven Signals an GPIO,3 schon sofort
begonnen hätte. Im vorliegenden Programm ist
negative Logik programmiert (aktiv = LOW),
eine Logikumkehrung ist im Programm durch
Ersatz mit der durch Semikolon inaktiv gesetzten
Folgezeile möglich.
Die Signalprüfung dient dazu, das unbeabsichtigte
Zünden von Feuerwerk als Folge von
RC-Signalstörungen zu verhindern. Sie besteht
im Wesentlichen aus dem ersten Schleifen­
block (Label STR_ im mittleren und unteren
Teil des linken Astes im Ablaufdiagramm).
Hier wird für die Zeit von
die Störungsfreiheit des Zündbefehls untersucht,
d.h., es darf während keines Schleifenschritts
von jeweils 1,28 ms Länge ein
Wechsel des Signals auftreten, da andernfalls
sofort zum Anfang des Programms (WART)
zurückgesprungen wird. Von dort wird gegebenenfalls
der gesamte Schleifenblock erneut
durchlaufen (als Auslöser am Sender sollte
ein Druckknopf verwendet werden, um ein
Stehenlassen des Zündbefehls auszuschließen).
Erst wenn das Signal t(pruef) Millisekunden
ungestört angestanden hat, springt das Programm
in den „Zündblock" (Label ZND_, rechter
Ast im Ablaufdiagramm), der erneut aus
drei Individualschleifen I, J und K besteht und
dessen Gesamtlänge
beträgt. Zunächst werden die Ausgänge
für die Zündphase eingeschaltet, was GPIO,0
= 1, GPIO,l = 1 und GPIO,2 = 0 (invers von
GPIO,1) bedeutet. Bei jedem frqu-ten Durchlauf
der am häufigsten durchlaufenen K-
Schleife (dafür trägt Loop-Register L Sorge)
werden GPIO,l und GPIO,2 durch eine
EXOR-Verknüpfung des Ports GPIO mit der
Maske W umgepolt (in W sind nur die Bits 1
und 2 eins). Die Frequenz der Wechselspannung
ist damit
oder im Musterfall mit frqu = 5 zu 500/43 =
11,6 kHz; sie kann durch Änderung von frqu
nach oben und unten variiert werden. Eine Rücknahme
des Zündbefehls (GPIO,3 = 1) führt auch
hier zu einem sofortigen Abbruch der Zündung.
47

Mit Abarbeitung der drei Schleifen nach
ungefähr t(zuend) Millisekunden werden zunächst
die Ausgänge abgeschaltet. Dann fragt das Programm
ein letztes Mal den Zündbefehl ab. Steht
dieser immer noch auf aktiv, so wird der Kontroller
schlafen geschickt, bis der Kommandant
am Sender den Zündbefehl zurückgenommen
hat. Danach geht es zum Label WART
und anschließend erneut in schlafende Wartestellung
bis zum nächsten Zündbefehl.
3.2.3.4 Praktische Hinweise
Die Zeitdauer der Signaluntersuchung, die
Zündzeit und die Frequenz der zur Spannungserhöhung
benötigten Wechselspannung können
vom Benutzer durch die Konstanten storlop,
zundlop und frqu bei der Programmierung
definiert werden; sie stehen im Programmkopf
unter „—- Benutzerspezifische Konstanten —".
Die bei meinen Anwendungen negative Logik
des Zündbefehls kann im Programm an den
entsprechenden vier Positionen geändert werden;
die entsprechenden Änderungen sind in
den Folgezeilen durch Semikolon inaktiv gemacht,
das Semikolon muss also lediglich eine
Zeile nach oben gesetzt werden.
3.2.4 Kombination von RADAR
und ZUND (RADZUND)
Das Programm RADZUND.asm ist eine
Kombination der vorherigen Programme
RADAR.asm und ZUND.asm, um bei Kleinmodellen
die Größe der Elektronik und den Bauteilaufwand
zu reduzieren. Das Programm nutzt
im Prinzip die langen Wartezeiten in RADAR,
um zwischendurch schnell noch die Aufgaben
von ZUND zu erledigen. Da eine größere Zahl
von Pins benötigt wird, kommt anstelle des PIC-
12C509A ein PIC-16C505 zum Einsatz, der
ebenfalls mit internem Takt betrieben wird und
der, wie das Schaltbild zeigt, gleich beschaltet ist
wie die entsprechenden Einzelgeräte.
48
RADZND
(Radarantriab & Pyrozuender)
Schaltbild des Radarschirmantriebs und
Pyrozünders für Kleinmodelle RADZUND
RADARANTRIEB
& PYROZUENDUNG
Ablaufdiagramm des Programms RADZUND
Das Ablaufdiagramm von RADZUND ist
zu Beginn (Schrittgenerator) weitgehend identisch
mit RADAR, wenn man einmal davon
absieht, dass wegen ZUND ein paar Register
mehr definiert werden müssen.
Während der langen TMRO-gesteuerten
Wartezeit des Radartaktes ist genügend Zeit, die
Zündlogik abzuarbeiten, was wegen deren Dau-

er im Sekundenbereich allerdings nur abschnittsweise
erfolgen kann; die Flaggen ZFLG,0 und
ZFLG,1 steuern deshalb den jeweiligen Zustand
des Zündteils. Ist kein Zündbefehl vorhanden
(Label Z-OFF), sind beide Flaggen gestrichen
und der Zündkreis (PORTC,l bis 3) abgeschaltet.
Bei anliegendem Zündbefehl dagegen wird
mit der Laufvariablen,J" zunächst die Störungsfreiheit
untersucht, d.h., der Zündbefehl muss
für storlop Radartakte ungestört anliegen, bevor
mit Setzen von ZFLG,0 die Zündung freigegeben
wird. Bei gesetztem ZFLG,0 wird in den
folgenden Radartakten die Zünddauer „J" bis
zundtim hochgezählt, wonach mit ZFLG,1 gesetzt
und die Zündung nebst Zündflagge wieder
abgeschaltet wird.
In der weiteren Wartezeit des Radartaktes
sowie während der kurzen Abschaltphase der
Radarschrittumschaltung erfolgt bei eingeschalteter
Zündung (ZFLG,0=H) die Erzeugung des
höherfrequenten Wechselstroms für den Spannungsverdreifacher
mit der Subroutine VTRI-
PL, bevor in die Endlosschleife der Radarschrittsteuerung
zurückgesprungen wird.
3.2.5 Erzeugung eines Typhonbzw.
Zerstörersirenentons
(DUOSIG)
Es gibt heute schon eine Menge Soundmodule
auf dem Markt, die in der Luxusklasse sogar
auf den Geräuschen der Originale fußen. Digitalisiert,
in EPROMs geladen und im Modell
in Analogsignale umgewandelt, schließlich verstärkt
und über Lautsprecher abgestrahlt, geben
solche Tonerzeuger einen wirklich sehr
realistischen Sound ab. Wie gesagt, das ist die
Luxusklasse, die natürlich auch ihren Preis hat.
3.2.5.1 Problemstellung
und Funktionsprinzip
Mit dem DUOSIG bleiben wir zwar der digitalen
Schallquelle treu, doch stellen wir sie mittels
eines uP PIC-12C509A synthetisch her. Das
Ergebnis ist zugegebenermaßen nicht ganz so
perfekt wie die oben angesprochene Methode
mit Originaltönen, doch viel kostengünstiger.
DUOSIG erzeugt den Ton eines Nebelhorns
(Typhon) und den einer Zerstörersirene,
wobei die Auswahl durch Ansteuerung des betreffenden
EIN-Pins typh bzw. zsig erfolgt.
Ein Typhonsignal beginnt immer mit Zischen,
da der entsprechende Tonerzeuger bei
den Originalen mit Pressluft oder Dampf angeblasen
wird und es zunächst einige Sekunden
dauert, bis das Rohr in Resonanz fällt und
damit den typischen tiefen Hornton erzeugt.
Ein Typhonton besteht deshalb aus den Komponenten
„Zischen" und Resonanzton (

DUO-SIGNALGEBER
Schaltbild des digitalen Signalgenerators
DUOSIG
kereingang hilft ein einfaches RC-Netzwerk,
die vom uP kommenden Rechtecksignale zur
Verbesserung der Tonqualität noch etwas abzurunden.
Naturgemäß ist die Auslegung dieses
Netzwerks stark von der Tonfrequenz abhängig
und wurde hier für die Zerstörersirene
optimiert, wie das entsprechende Oszilloskopbild
verdeutlicht.
Als Lautsprecher kommen Breitbandlautsprecher
mit 4 bis 8 Ohm Impedanz infrage,
die aus modelltechnischen Gründen nicht allzu
groß sein können, aber im unteren Frequenzbereich
trotzdem eine ausreichende Tonqualität
liefern sollten.
Der DUOSIG vor dem Zusammenbau. Links
die Platine, die mit der Bestückung nach
unten auf den Magneten der Lautsprecher­
rückseite aufgesetzt wird
50
Die ganze DUOSIG-Einheit ist auf einer
Platine montiert, die auf der Rückseite des Lautsprechers
Platz hat. Ein entsprechendes Platinenlayout
samt Bestückungsplan ist im Anhang
zu finden. Für das Funktionieren der
Schaltung muss eine positive Massenverbindung
(Pluspol RC-Batterie zu Pluspols Fahrbatterie)
bestehen.
3.2.5.3 Das Programm
DUOSIG.asm
Das Programm DUOSIG.asm gliedert sich,
wie das Ablaufdiagramm zeigt, in drei charakteristische
Abschnitte. In der Mitte ist die
Befehlskette für das abgeschaltete System zu
sehen mit einer Warteschleife (TAUS), die
über den Label S-OFF durchlaufen wird, bevor
der uP den Verstärker abschaltet
(GPIO,vst=H) und in Warteposition geht, bis
Ablaufdiagramm des Programms DUOSIG

Vier Perioden des Typhonsignals vor dem
Verstärkereingang. Gut zu erkennen ist
der reine Ton (durch RC-Netzwerk abge­
rundete Rechtecke), der jeweils den hinte­
ren Teil jeder Halbperiode einnimmt.
Davor der chaotische Signalverlauf des
Zischens
an einem der beiden Befehlseingänge ein
HIGH-Signal anliegt.
Im linken Ast der Diagramms ist der Befehlsablauf
für das Typhon dargestellt. Beim
ersten Aufruf wird es nur initialisiert. In den
folgenden Durchläufen werden dann der Resonanzton
und Zischton hintereinander erzeugt,
Ersterer durch einfache Bitumschaltung
im durch das frequenzbestimmende Register
FRQ festgelegten Takt und Letzterer
mittels Bit-Linksverschiebung im 16-Bit-Register
SR (Schieberegister) und geeigneter
Verknüpfungen der Bits 15,4 und 9. Dadurch
entstehen die Zufallszahlen eines quasiweißen
Rauschsignals, das sich akustisch wie Zischen
anhört.
Während der Mischzeit mix0 werden der
niederfrequente Resonanzton und das Rauschen
gemischt, indem für die Zeit FRQ null und MIX von mix0 —> null)
die LOW- und HIGH-Halbphasen des Tonsignals
mit den hochfrequenten Rauschsignalen
aufgefüllt werden, wie im entsprechenden Oszillogramm
deutlich wird. Abschließend wird
MIX dann um eins vermindert, bis es null
wird.
Die Typhon-Tonfrequenz wird mit der Timer-Schleife
(Label T_WAIT) synchronisiert
und kann mit
und
berechnet werden. tmrf_t kann maximal
205 gesetzt werden, da Typhon maximal 46
Zyklen verbraucht. Die Mischzeit nach dem
Einschalten des Typhons ist schließlich
Auf der rechten Diagrammseite ist der Befehlsablauf
für die Zerstörersirene zu sehen,
die einen hohen Pfeifton erzeugt, dessen Frequenz
gegen Ende noch stark ansteigt, um dann
abrupt abzubrechen.
Im linken Ast des Sirenenteils (Label ZS-
N) bleibt die Sirene während der Phase zwischen
den Sirenensignalen für die Zeit T2
abgeschaltet, im rechten (Label ZS-I) wird
die Initialisierung durchgeführt und im mittleren
erfolgt die Umpolung von GPIO,out
Zerstörersirenensignal vor (unten) und
nach dem RC-Netzwerk. Dank des dem uP
nachgeschalteten RC-Netzwerks ist das
ursprüngliche Rechtecksignal fast ein
Sinus
51

ei jedem Durchlauf, was mit der Taktsynchronisation
mittels Timer TMRO am Ende
der Schleife zu einer konstanten Tonfrequenz
führt. Diese konstante Tonhöhe wird für eine
Zeit T0xT1 gehalten. Danach wird der Startwert
TMRF des Timers TMRO kontinuierlich
bis zum Abbruchwert tmin_k erhöht,
was zu einer Verkürzung der Schleife und
damit zum gewünschten Anstieg der Tonfrequenz
führt. Mit Erreichen von tmin_k wird
die Tonerzeugung T2 Schritte abgeschaltet
und beginnt dann von neuem.
Dank des dem uP nachgeschalteten RC-
Netzwerks ist das erzeugte Signal weitgehend
sinusförmig.
3.2.5.4 Praktische Hinweise
für die Programmierung
Die die Tonhöhen der beiden Signalgeber bestimmenden
Konstanten sind im Programmkopf
wieder unter „— Benutzerspezifische
Konstanten —" zu finden. Ihre Definition richtet
sich naturgemäß etwas nach dem persönlichen
Geschmack und Probieren geht hier wohl
über Studieren. Bezüglich Typhon sollte man
die Konstante tmrf_t nahe ihrem Maximalwert
belassen, da sie für ein hochfrequentes Zischsignal
wichtig ist; die Resonanzfrequenz des
Typhons wird mit tfrq eingestellt.
3.2.6 Schalter zu
Servosignalkonverter
(S2PWM)
3.2.6.1 Problemstellung
und Funktionsprinzip
Im Funktionsmodellbau ist hin und wieder
ein definierter Stellweg gefordert, z.B. für
das Öffnen und Schließen von Klappen bzw.
das Anheben und Absenken von Kranauslegern
oder, bei nur kurzen Stellwegen, das
Auslösen von Schlepphaken oder Katapulten.
52
Als Problemlösung bietet sich entweder ein
Getriebemotor oder ein Servo (Rudermaschine)
an, wobei Letzteres bei den heutigen Preisen
von Standardservos die kostengünstigere
Lösung darstellt. Der Servoeinsatz hat
allerdings den Nachteil, dass zur Ansteuerung
ein Kanalsignal (Analogkanal) benötigt
wird, deren Zahl bei Fernsteuerungen meist
begrenzter ist als die dank Ausbausätzen (oder
PENTA-S) zahlreicheren Schaltfunktionen
(Digitalkanäle). Kann man also die Ein-Aus-
Schalterinformation in ein von der Rudermaschine
lesbares Steuersignal übersetzen, so
liefert ein am Übersetzer angeschlossenes Servo
bei Schalter EIN auch ohne die Belegung
wertvoller Analogkanäle einen einstellbaren
Ausschlag. Die Mikroprozessorschaltung
S2PWM ist ein solcher Übersetzer für maximal
zwei Schaltereingänge. Mit ihr kann ein
Servo in Abhängigkeit eines mit einem DIL-
Mehrfachschalter (Mäuseklavier) vorgebbaren
Methodencodes auf verschiedene Arten
auslenkt werden, nämlich:
Code [000] -> abwechselnder beidseitiger
Triggerausschlag mit nur
einem Schalter
[001] -> beidseitiger Triggerausschlag
mit beiden Schaltern
[010] -> abwechselnder beidseitiger
Ausschlag mit nur einem
Schalter
[011] -> beidseitiger Ausschlag mit
beiden Schaltern
[100] -> abwechselnder Vollausschlag
mit nur einem Schalter
[101] -> Vollausschlag mit beiden
Schaltern
[110] -> abwechselnder, langsamer
Vollausschlag mit nur einem
Schalter
[111] -> langsamer Vollausschlag mit
beiden Schaltern
Codes [000] bis [101] übersetzen ein oder
zwei Schalterinformationen in einen kurzen
Trigger, z.B. zum Auslösen eines Schlepphakens
oder Katapults, oder in einen anhaltenden
Rechts- bzw. Linksausschlag eines Servos.

Beim Zweischalterbetrieb steuert jeder der beiden
Schalter in eine definierte Richtung, während
das Servo im Einschalterbetrieb (nur Sl)
abwechselnd nach beiden Seiten ausschlägt,
wobei die Ausschlaggeschwindigkeit nur vom
verwendeten Servo abhängt. Bei AUS-Stellung
beider Schalter steht das Servo entweder
in Mittelstellung (Codes [000] bis [011]) oder
bei Codes [100] bzw. [101] in der jeweiligen
Endstellung (z.B. zum Öffnen bzw. Schließen
von Klappen).
Mit den Codes [110] und [111] kann man
das Servo auch langsam bewegen, wodurch
das Öffnen bzw. Schließen von Klappen (z.B.
Heckklappe eines Rettungskreuzers) den optischen
Gegebenheiten angepasst werden kann.
Die Auslenkzeit (bzw. die Triggerzeit für Codes
[000] und [001]) kann ebenso wie die Servoneutralstellung
und der minimale bzw. maximale
Ausschlag mit insgesamt drei Trimmern
eingestellt werden.
Liegen keine Schaltbefehle vor, so geht
S2PWM nach wenigen Sekunden schlafen
(sleep), womit der uP und die Signalerzeugung
abgeschaltet werden. Man kann sich natürlich
fragen, ob es auf den im Vergleich zur
verbleibenden Stromrechnung kleinen Minderverbrauch
eines schlafenden Mikroprozessors
nun wirklich ankommt. Eigentlich nein.
Was sleep hier aber interessant macht, ist die
Tatsache, dass auch das Servosignal abgestellt
und damit das Servo stillgelegt wird.
Letzteres ist vor allen dann praktisch, wenn
das Servo am Endausschlag unter Belastung
steht und dann ein mürrisches Brummen hören
lässt.
Wegen der Zahl der benötigten Pins
einerseits und der externen Justiermöglichkeiten
von Servomitte, Ausschlagsspanne und
Auslenkgeschwindigkeit bzw. Triggerhaltezeit
andererseits, die einen uP-internen Analog-digital-Wandler
nötig machen, wird ein PIC-
16C71 eingesetzt, der mit einem externen R-
C-Taktgenerator betrieben wird. Wie das entsprechende
Schaltbild zeigt, ist seine äußere
Beschaltung einfach und besteht aus dem Mäu-
Schaltbild für den Schalter zu Servosignal-
konverter S2PWM-1
S2PWM-1
(justierbar)
Der fertige Schalter zu Servosignalkonver-
ter auf der linken Seite der Platine, wo die
drei Trimmer und das Mäuseklavier zu se­
hen sind. Der Anschluss des Servos er­
folgt hier über eine Sockelleiste mit als
Verpolungsschutz zugelöteter Buchse.
(Das CMOS-IC, die Transistoren und die
beiden Relais gehören zur Flut-/Lenz-Mo-
torsteuerung eines flutbaren Docks und
haben mit dem S2PWM nichts zu tun, der
für das Docktor zuständig ist.)
seklavier mit Pull-down-Widerständen, den drei
Trimmern für die Justierung, dem RC-Oszillator,
den beiden Schaltereingängen (Sl und S2
werden als TTL- bzw. CMOS-Signale angenommen
andernfalls müssen Pull-down-Widerstände
vorgesehen werden) und dem Servoausgang.
53

Der S2PWM kann auf einer kleinen Platine
aufgebaut werden, deren Layout und Bestückungsplan
im Anhang zu finden sind.
3.2.6.2 Das Programm
S2PWM.asm
Für den Mikroprozessor ergeben sich so die
folgenden Aufgaben:
• Lesen der beiden Schalter und des Codes am
Mäuseklavier
• Ausschalten des Prozessors, wenn für mehrere
Sekunden kein Schaltbefehl vorliegt
• Generierung eines PWM-Servosignals anhand
des Methodencodes
Das Hauptprogramm
In der am Label PWM beginnende Endlosschleife
wird das Servosignal generiert, das
analog einem Empfängerkanalsignal einen
LOW-Anteil von 30 ms und einen HIGH-Anteil
von 1 bis 2 ms hat. Die Endlosschleife
besteht, wie der generelle Ablaufplan von
S2PWM.asm zeigt, aus zwei Hauptblöcken,
dem Lese- und Testteil sowie dem kurzen Ausführungsteil
beginnend am Label SIGNAL.
Der Lese- und Testteil fällt in den langen
LOW-Abschnitt des Servosignals. Hier werden
in der Subroutine SERVSET zunächst die Ausschlaggrenzen
sowie Triggerzeit bzw. Auslenkgeschwindigkeit
durch Analog-digital-Wandlung
(ADW) der Pegel an den entsprechenden
Pins ermittelt. Zurück im Hauptprogramm folgen
dann die Abfrage der Schalterstellungen
und des Mäuseklaviers sowie einige Plausibilitätstests;
so dürfen nicht beide Schalter gleichzeitig
EIN sein und die Information von S2 ist
nicht zugelassen, wenn MTH gerade, d.h. das
unterste Bit null ist. Wenn eine langsame Servobewegung
noch läuft (FLAG,2) oder das
AUS-Signal erst sehr kurz ansteht (TAU>0),
springt das Programm zum Label SIGNAL.
54
Generelles Ablaufdiagramm des Programms
S2PWM-1.asm
S2PWM
Generalplan
Bleiben die Schalter weiter aus, so wird der uP
nach kurzer Wartezeit (WTSLP) abgeschaltet
(sleep); er erwacht erst wieder, wenn an einem
der Schaltern ein Signal anliegt.
Bei gültigem Schalter (Label S-ON) wird
zunächst eine Störungsunterdrückung durchgeführt,
d.h., das Signal muss während einer
bestimmten Zeit (SHALT) anstehen, bevor es
gültig erklärt wird. Ist die Schalterstellung neu
(FLAG,0=L), so werden dann je nach Methode
verschiedene Parameter neu definiert und
im Monoschalterbetrieb (gerader MTH-Code)
die Richtung umgeschaltet (alternierender Ausschlag)
sowie bei Triggeranwendung Triggerzeit
und -endflagge zurückgesetzt.
Der Ausführungsteil beginnt mit dem Modul
METHOD, wo anhand der vorgegebenen Methode
die für das Servo notwendige Länge des
Aktivsignals (1 bis 2 ms) bestimmt wird, wäh-

end der wesentlich längere LOW-Abschnitt (30
ms) mit dem Test von TMRO in der S-LOW-
Schleife abgeschlossen wird. Der Timer wird für
den nächsten Frame sofort wieder gestartet und
das aktive Servosignal dann mittels eines 16-Bit-
Registers (ILH) in einer Doppel schleife erzeugt.
Damit die Doppelschleife mit decfsz funktioniert,
muss rLHhi jeweils um eins erhöht werden.
Schließlich folgt die Endlosschleife mit dem
Rücksprung zum Label PWM.
Modul METHOD
Im Modul METHOD wird die Länge des Aktivimpulses
ILH generiert, die aus einem konstanten
Teil und dem variablen Teil ILHB besteht,
die am Schluss der Routine zu einem 16-
Bit-Register addiert werden; ILHhi ist dabei
aus den oben erwähnten Gründen um eins zu
erhöhen.
S2PWM
Modul Method
Ablaufdiagramm des S2PWM-Unterpro-
gramms METHOD
Im linken Ast des Ablaufplans ist die ILH-
Generierung mit unverzögertem Servoauschlag
dargestellt. Ist einer der Schalter gesetzt (SS>0),
so gilt mit ILMI bzw. ILMX, indirekt adressiert
über SSS, der Maximalausschlag. Bei gesetzter
Triggerflagge (FLAG,1) wird der Maximalausschlag
nur für eine Zeit TRTIM gehalten, dann
wird FLAG,1 und SSS auf null zurückgesetzt.
Da SSS=0 bei indirekter Adressierung Mittelstellung
ILMD bedeutet (FSR=SSS+H10), läuft
das Servo nach Ablauf der Triggerzeit wieder in
die Mittelstellung zurück. Das Gleiche gilt bei
Schalterstellung null und MTHS

die Richtung umgeschaltet wird) und waitslp
(= Schalterauszeit vor sleep) im Konstantendefinitionsblock
definiert werden.
Kann man bei bestimmten Anwendungen
auf die Justiermöglichkeit verzichten und genügt
es, die Werte für ILMD, ILMI, ILMX,
DIHL und TGRHLT im Programm selbst vorzugeben,
so reicht auch der kostengünstigere
PIC-12C509A mit internem Taktgeber. Das
dafür modifizierte Programm heißt S2PWM-
O.asm. Es ist bis auf die PORT-Definitionen
und die Subroutine SERVSET mit S2PWMl.asm
identisch.
3.3 Überwachungseinheit
für Modellparameter
(NAVIGUARD)
3.3.1 Problemstellung und
Funktionsprinzip
Durch laufende Überwachung von RC- und
Fahrakkuspannung, der Störungsfreiheit des
RC-Signals und der Leckfreiheit im fahrenden
Schiffsmodell kann der Besitzer rechtzeitig
bei drohendem Unheil gewarnt werden.
NAVIGUARD-Signalscheinwerfer auf dem
Brückennock des Versorgermodells USS
„Yukon". Die Lampe sollte eine Glühbirne
sein, damit man ihr Blinken auch an einem
sonnigen Teich nicht übersehen kann
56
Meine dazu geeignete uP-Schaltung heißt NA­
VIGUARD und untersucht vier Parameter auf
vorzugebende Grenzwerte. Werden einer oder
gar mehrere unterschritten, so gibt es Alarm,
der von meinen Modellen als Morsetelegramm
(Blinksequenz) mittels Signalscheinwerfer geblinkt
wird, aber natürlich auch akustisch angezeigt
werden könnte. Dazu kann bei Aufforderung
eine beliebige fünfte Meldung gesendet
werden. Bei mehreren Alarmen wählt
NAVIGUARD die wichtigste für die Sendung
aus.
Das Morsetelegramm für jede der fünf
Alarmmeldungen steckt direkt im Programm,
bitweise von links nach rechts und zeilenweise
als Tabelle gespeichert, wobei für jede Meldung
(M1 bis M5) eine eigene Tabelle vorhanden
ist. Im Alarmfall wird eine Zeile der entsprechenden
Meldung ausgelesen und steuert
dann anhand des Bitwertes Bit für Bit den
Signalscheinwerfer.
Zur Überwachung der Akkus wird die uP-
Versorgungsspannung (RC-Akkuspannung) im
Verhältnis zu einer stabilisierten Spannung bestimmt,
während der Fahrspannungswert im
Vergleich zur Versorgungsspannung des uP
ermittelt und dann beide mit vorgegebenen
Grenzwerten verglichen werden. Die Suche
nach einem RC-Signalfehler erfolgt durch Ausmessen
eines Kanalimpulses mit zugehöriger
Synchronisationspause, die in definierten Grenzen
bleiben müssen. Ein Servosignal muss daher
am entsprechenden IC-Pin anliegen (es kann
natürlich gleichzeitig auch für ein Servo benutzt
werden). Der Lecksensor schließlich ist
ein hochohmiger Eingang des uP, der bei Wasser
zwischen den Sensorspitzen (Abstand 1 bis
2 mm) auf Masse gezogen wird; das Teichwasser
ist dazu in der Regel leitfähig (= schmutzig)
genug. Als fünfte, freie Meldung wird in
meinen Modellen die Modellstilllegung angezeigt
(siehe Fahrtregler).
Da zur Messung der Akkuspannungen ein
Analog-Digital-Wandler notwendig ist, wird
ein PIC-12C672 eingesetzt, der über einen integrierten
ADW verfügt.

PIC-NAVIGUARD
Schaltbild der Modellüberwachung
NAVIGUARD
3.3.1.1 Elektronische
Schaltung und praktischer
Aufbau
Wie das Schaltbild zeigt, besteht NAVI­
GUARD aus zwei Baugruppen, nämlich der
Elektronik um den uP, die von der RC-Batterie
versorgt wird, und dem Treiber für den Signalscheinwerfer,
der seinen Saft aus der größeren
Fahrbatterie bezieht (im praktischen Betrieb
ist der NAVIGUARD-Treiber eine Stufe in
meinen Schaltertreibern, siehe Abschnitt
3.5.3.1). Anzumerken ist hier, dass die gemeinsame
Masseschiene positiv ist, d.h. die Pluspole
von RC- und Fahrakku miteinander verbunden
sind.
Für die RC-Signalüberwachung muss ein
Servosignal angeschlossen werden. Die RC-
Akkuspannung liegt mit einer Zehnerdiode stabilisiert
am RC-Akkueingang, während die Fahrspannung
über einen Spannungsteiler zugeführt
wird, der je nach Fahrnetzspannung unterschiedlich
dimensioniert werden muss. Der Lecksensor
ist ein hochohmiger uP-Eingang, der mit
390 kOhm auf hohem Potenzial gehalten wird.
3.3.1.2 Das Programm
NAVIGUARD.asm
Definieren wir damit die vom uP im NAVI­
GUARD zu erfüllenden Aufgaben:
Test auf Alarmbedingung der vier Parameter
RC-Signalstörung, Akkuspannung von
RC- bzw. Fahrakku und Leckdetektion
Prioritätsbildung bei Vorhandensein mehrerer
Alarmmeldungen
Gegebenenfalls Senden der entsprechenden
Warnung in Form eines Morsetelegramms,
dessen Zeichen im uP gespeichert sind
Das Hauptprogramm
Das Ablaufdiagramm des Programms NAVI­
GUARD beginnt in der linken unteren Hälfte
mit der Initialisierungsschleife zur Messung
von RCFRAM mit der Subroutine SCAN, die
schon im Zusammenhang mit PENTAS.asm
beschrieben wurde. RCFRAM (Zeit zwischen
NAVIGUARD
Ablaufdiagramm des Programms
NAVIGUARD
57

dem Beginn von zwei Impulspaketen) dient im
weiteren Programmablauf als Taktbasis für die
Blinkfrequenz.
Die Endlosschleife des Hauptprogramms
startet am Label LOOP und verzweigt meist
direkt nach EVAL. In jedem btime-ten Durchlauf
(btime ist der Multiplikator von RCFRAM
für eine sichtbare Signalscheinwerferblinkfrequenz)
jedoch wird zunächst die jeweilige Bit-
Position (ZPOS) in der aktuellen Morsezeile
MORSE der Meldung WARN bestimmt. Das
höchste Bit von MORSE bestimmt dann den
Zustand des Signalscheinwerfers, worauf die
Bits in MORSE um eins nach links verschoben
werden. Am Zeilenende (ZPOS=0) wird sowohl
ZPOS auf 8 gesetzt als auch mit der
Subroutine MELDG durch Tabellenaufruf die
nächste Zeile MORSE der Meldung WARN
bestimmt; wird dort eine Endmarke H'FF',
d.h. alle Zeilen-Bits „1", gefunden, wird der
Zeilenzeiger (ZEILE) auf eins zurückgesetzt
und die Warnungsmeldung neu begonnen.
Am Label EVAL beginnt die Signalauswertung.
Sie besteht aus den fünf Abschnitten
RC-Signalüberwachung (Subroutine SCAN mit
Auswertung der Fehlerflagge), den beiden
ADW-Teilen zur Messung der Spannungen von
RC-Akku und Fahrbatterie und den zwei einfachen
Signalüberwachungen Leckdetektor
(durch Pegeländerung an einem hochohmigen
Eingang infolge der Leitfähigkeit des eingedrungenen
Teichwassers) sowie dem Befehl
für eine Sondermeldung.
In der Subroutine ADW für die Spannungsmessungen
(Analog-Digital-Wandler) wird
zunächst jeweils der uP-interne ADW für den
entsprechenden Eingang (hier GPIO,0 oder
GPIO,l) initialisiert. Da dies ein bisschen dauert,
wird eine „Zeitvergeudungsschleife" durchlaufen
und danach in der Schleife AD1 bzw.
AD2 die eigentliche Spannungsmessung am entsprechenden
Pin durchgeführt, wobei
ADCON0, go bestimmt, wann die ADW beendet
ist. Ihr Ergebnis, ein Wert zwischen null und
255 (255 entspricht der Versorgungsspannung),
ist dann im Register ADRES gespeichert.
58
Im Falle der RC-Spannungsmessung
(GPIO,0) wird das Messergebnis nach Abzug
von 100 auch in VKORR gespeichert und null
gesetzt, wenn das Ergebnis dieser Differenz
negativ ausfallt (VKORR wird zur Korrektur
der Fahrspannungsmessung benötigt). ADRES
wird dann mit dem Grenzwert für die RC-
Akkuspannung rcmax verglichen. Hier gilt es
zu bedenken, das ADRES eine mit einer Zehnerdiode
stabilisierte, konstante Spannung bezogen
auf die variable Versorgungsspannung
des uP ist, wobei Letztere die interessierende
Größe darstellt. Der Messwert ADRES wird
also mit fallender RC-Akkuspannung größer
und der Alarm daher ausgelöst, wenn
ADRES > rcmax
wird.
Die Fahrspannung wird über einen Spannungsteiler
GPIO,1 zugeführt und ebenfalls
mit ADW digitalisiert. Der in ADRES erscheinende
Wert ist dann ein Maß für die
Spannung am Spannungsteilerknoten bezogen
auf die Versorgungsspannung des uP (RC-
Spannung). Bei gleichzeitig fallender RC-
Spannung wird dieses Messergebnis also verfälscht,
weshalb eine Korrektur, d.h. die Addition
von VKORR (siehe oben), nötig ist;
das Additionsergebnis soll 255 nicht übersteigen.
Alarm wird ausgelöst, wenn
(ADRES+VKORR) > fhrmx
wird.
Jede Alarmquelle schreibt gegebenenfalls
ihre Meldungsnummer ins Alarmregister
(MLDP) und überschreibt dort dann eventuelle
andere Nummern. Die Anordnung der einzelnen
Parametertests hinter dem Label EVAL
entscheidet daher nach dem Motto „Wer zuletzt
lacht..." über die Priorität der einzelnen Warnungen.
Im Musterprogramm hat der RC-Signalfehler
die höchste Priorität.
Im alarmfreien Zustand ist MLDP=0. Das
Warnungstextauswahlregister WARN und das

Referenzregister MLDO werden null gesetzt
und der uP springt über den Label WNEW
(neue Warnung) nach Initialisierung von Zeilennummer
und Zeilenzeiger sowie nach Ausschalten
des Signalscheinwerfers direkt zu Beginn
der Endlosschleife zurück. Ist dagegen
eine Meldung vorhanden und ist sie seit avgO
Schleifendurchläufen gleich der Referenzmeldung
MLDO, so wird das Abarbeiten des laufenden
Warnungsmeldung fortgesetzt.
Im Falle einer neuen Warnung also bei
MLDP = MLDO und AVG > avgO
(d.h., ein Alarm muss für längere Zeit
vorliegen), wird WARN=MLDP gesetzt und
mit dem Rücksprung über WNEW direkt mit
dem Senden der neuen Meldung begonnen,
wenn vorher keine Meldung vorlag
(WARN=0), andernfalls wird durch Erhöhung
des Taktteilers MTIM noch eine kurze Pause
eingelegt.
Programmierung der Tabellen
in der Routine MELDG
Die Subroutine MELDG ist als Tabellenaufruf
programmiert, wobei zunächst mit der Meldungsnummer
WARN die aktuelle Tabelle
ausgesucht wird (computed goto). Bei
WARN=0 wird nur eine MORSE-Zeilen mit
Nullen produziert und der Zeilenzähler zurückgesetzt.
Die Morsetelegramme der einzelnen Meldungen
stecken, von links nach rechts gelesen,
in den Tabellen M1 bis M5, wo die Ein- und
Aus-Zustände des Signalscheinwerfers in Zeilen
zu je acht Zeichen so geschrieben sind,
dass sich ein dem vorgegebenen Text entsprechendes
Morsesignal ergibt. Der Parameter
ZEILE sucht dann, wiederum mit computed
goto, die jeweilige Zeile aus und lädt deren
Inhalt beim Routinenrücksprung in das Arbeitsregister
W, von wo es dann in das Register
MORSE kopiert wird.
Bekanntlich besteht ein Morsezeichen aus
einer Reihe von kurzen (Punkt) und langen
Impulsen (Strich), in unserem Fall kurzen und
langen Lichtblitzen, die von Aus-Perioden
(Pausen) unterschiedlicher Länge unterbrochen
sind. Die Längen von Punkt, Strich und
Pausen stehen in einem festen Verhältnis
zueinander, wobei die zeitliche Länge einer
„Einheit" (Punkt) in der Praxis von der Geübtheit
des Gebers oder in unserem Fall von
der unterscheidbaren Blinkgeschwindigkeit
der verwendeten Glühbirne abhängt (beim
NAVIGUARD in der Größenordnung von
rund 0,25 s):
kurzer Impuls (Punkt): eine Einheit [1]
langer Impuls (Strich): drei Einheiten [111]
Pause zwischen
Impulsen: drei Einheiten [000]
Abschluss Buchstabe: plus zwei Einheiten [+00] (total 5)
Abschluss Wort/
Leerzeichen: plus zwei Einheiten [+00] (total 7)
Eine „1" steht hier jeweils für Lampe EIN
und eine „0" für Lampe AUS.
Bezüglich Einzelheiten der Umsetzung von
Buchstaben in Morsezeichen sei auf die Tabelle
verwiesen, wo für alle Buchstaben und Zahlen
das entsprechenden Morsezeichen (Punkt/
Strich) und der jeweilige binäre Datensatz aufgelistet
sind. Als „stop"-Zeichen werden acht
„1" in einer Zeile verwendet.
Für das vorliegende PIC-Programm muss
der Benutzer seine verschiedenen Warnungsmeldungen
anhand der Liste in den Morsecode
übersetzen und dann in Form von Zeilen ä acht
Zeichen (Bits) hinter den retlw-Befehlen der
Tabellen M1 bis M5 einsetzen (im Programm
ist ein allgemein gehaltener Text als Beispiel
programmiert). Dabei sollte man eine Gesamtsumme
von 128 Zeilen nicht überschreiten.
Das Programm NAVIGUARD.asm ist dabei
schon so groß, dass der Programmzeilenzähler
PC größer neun Bits wird, weswegen für das
„computed goto" der Tabellen (siehe Abschnitt
2.4.2.3) das 10. Bit mittels PCLATH-Direktive
ergänzt werden muss.
59

Tabelle Morsezeichen
und ihre binäre Repräsentation
a . - 100011100000
ä 1000111000100011100000
b 11100010001000100000
c -.-. 1110001000111000100000
ch - 11100011100011100011100000
d -.. 1110001000100000
e . 100000
f ..-. 10001000111000100000
g --. 111000111000100000
h .... 100010001000100000
i .. 1000100000
j .--- 100011100011100011100000
k -.- 111000100011100000
I 10001110001000100000
m -- 11100011100000
n -. 111000100000
0 - 11100011100011100000
ö -. 111000111000111000100000
p 1000111000111000100000
q --.- 111000111000100011100000
r .-. 1000111000100000
s ... 10001000100000
t - 11100000
u ..- 1000100011100000
ii ..-- 1000100011100011100000
v 10001000100011100000
w .-- 100011100011100000
x 1110001000100011100000
y -.-- 111000100011100011100000
z --.. 1110001110001000100000
1 .---- 100011100011100011100011100000
2 ..- 1000100011100011100011100000
3 ..-- 10001000100011100011100000
4 100010001000100011100000
5 1000100010001000100000
6 -.... 111000100010001000100000
7 11100011100010001000100000
8 - .. 1110001110001110001000100000
9 - . 111000111000111000111000100000
0 - 11100011100011100011100011100000
10001110001000111000100011100000
. --.-- 1110001110001000100011100011100000
? ..--.. 100010001110001110001000100000
Leerzeichen 0000000
stop 11111111
@K Blinken kurz 10101010101010
®L Blinken lang 11111110000000
@F Lichtblitze 10000001000000
@L Lichtunterbrüche 11111101111110
3.3.2.3 Praktische Hinweise
für die Programmierung
Die einzelnen Grenzwerte, insbesondere für das
RC-Signal und die Akkuspannungen, müssen
vom Anwender seinen Gegebenheiten angepasst
werden. Hinsichtlich des RC-Signals sei auf die
diesbezüglichen Hinweise für den PENTA-S
60
verwiesen. Die entsprechenden Werte für die
Akkuspannungen ermittelt man am einfachsten
durch Versuch, wobei die im Programm angegebenen
Größen durchaus als gute Richtlinien
dienen können; wegen der Streuung der verwendeten
Bauteile (Z-Diode und Widerstände)
ist eine Überprüfung aber ratsam.
Wer über einen FORTRAN-Compiler verfügt,
kann sich die Übersetzung der gewünschten
Meldungen in den entsprechenden Morsetext
sparen, wenn er das auf der ModellWerft-
Homepage (www.modellwerft.de/downloads)
im ,,.for"-Directory vorhandene FORTRAN-
Programm MORSE.for benutzt. Es benötigt als
Input ein File namens „messg.in", für das ein
Muster ebenfalls dort zu finden ist. In dessen
erster Zeile steht die Zahl der gewünschten Meldungen,
gefolgt vom Klartext der Meldungen
(erlaubt sind nur die in der Tabelle angegebenen
Zeichen), die jeweils 79 Zeichen lang sein dürfen.
Bei Ausführung generiert MORSE ein File
„morse.asm", das an entsprechender Stelle nur
noch in NAVIGUARD.asm kopiert werden
muss und auch die nötigen PCLATH- und ORG-
Anweisungen enthält. Teil des Ergebnisses sind
auch die im Kopf jeder Warnung als Kommentar
aufgelisteten Morsecodes der Meldung.
Eine Besonderheit von MORSE.for sind
fünf Sonderzeichen, die alle mit einem „@"
beginnen und mit „@K" (hohe Blinkfrequenz),
„@L" (niedrige Blinkfrequenz), „@F" (Blitze),
„@I" (inverse Blitze) und „@S" (lange
Pausen) bezeichnet sind (in der Morsetabelle
angegeben). Diese Sonderzeichen wurden von
mir für diejenigen Modellbesitzer eingeführt,
die - wie ich selbst - des Morsens nicht so
ganz mächtig sind und daher die verschiedenen
vom Modell geblinkten Warnungen nur
eingeschränkt lesen können.
3.4 Drehzahlsteller
In diesem Abschnitt werden sieben Drehzahlsteller
vorgestellt, die mit Ausnahme des
DCNAUT alle vom Impulstyp sind und mit

einer Taktfrequenz des Motorsignals von etwas
über 2 kHz arbeiten. Ansonsten reicht die
Palette vom Minidrehzahlsteller MONONAUT
mit Brückentreiber für Kleinmotoren und Kleinmodelle
über meinen Standarddrehzahlsteller
MLTNAUT für Mehrwellenmodelle, wo sich
bei Hartrudermanövern zwecks Verbesserung
der Manövrierfähigkeit die Motordrehrichtung
auf einer Modellseite einseitig kehren lässt, bis
zum Drehzahlregler AUTONAUT, der eine
automatische Fahrstufenanpassung eines Modells
an eine externe Regelgröße (z.B. eine
anderes Modell bei Parallelfahrt) möglich
macht. Der Drehzahlsteller DCNAUT dagegen
verzichtet auf ein getaktetes Motorsignal
und gibt stattdessen eine 4-Bit-Zahl an seinen
Treiber weiter, die dieser in eine die Drehzahl
bestimmende, motorinnenwiderstandkompensierte
Klemmspannung für die Antriebsmotoren
umwandelt. Zwei weitere Drehzahlsteller
MODCON kombinieren die Modellüberwachung
NAVIGUARD mit dem Drehzahlsteller
MLTNAUT in einem uP (MODCON-S) und
im MODCON-P zusätzlich noch mit dem AU­
TONAUT. Schließlich ist MODCON-D ein
echter Doppeldrehzahlsteller plus NAVI­
GUARD, wo die beiden Antriebsseiten als
Funktion der Ruderstellung unabhängig
voneinander gedrosselt bzw. beschleunigt werden,
was z.B. auch für Kettenfahrzeuge von
Interesse sein kann.
3.4.1 Einwellen-2-kHz-
Drehzahlsteller für Kleinmodelle
(MONONAUT)
3.4.1.1 Eigenschaften
Der MONONAUT ist ein Drehzahlsteller für
Kleinmotoren und mit Drehzahlstellern auf
Basis modifizierter Servoelektroniken vergleichbar.
Mit Standardbauteilen kann er auf
einer Platine von 23x27 mm aufgebaut werden
(Platinenlayout und Bestückungsplan im An-
Drehzahlsteller MONONAUT für Kleinmo­
delle zusammen mit dem ICPROP-Empfän-
ger auf einer Platine. Der MONONAUT
nimmt dabei das rechte Drittel der Platine
in Anspruch mit dem uP in der unteren
und der Transistorbrücke in der oberen
Bildhälfte. Ganz rechts oben die Buchse
für die Alarm-LED
hang); ich verwende ihn in Verbindung mit
meinem Miniempfänger ICPROP für meine
Kleinmodelle.
Zum Einsatz kommt einmal mehr der kleine
und billige Mini-uP PIC-12C509A mit nur
acht Pins, wobei er dank Verwendung des internen
4-MHz-Taktfrequenzoszillators praktisch
ohne externe Beschaltung auskommt. Die
4 MHz sind ausreichend für einen Motorsignaltakt
von 2,2 kHz und eine RC-Signalauflösung
von 14 us; bei den üblichen 1 ms variabler
RC-Signallänge wird das Signal damit in je
31 Schritte vorwärts bzw. rückwärts unterteilt.
Die Eigenschaften des MONONAUT lassen
sich wie folgt zusammenfassen:
• Taktfrequenz von 2,2 kHz
• Fahrtrichtungsumkehr via Transistorbrücke
für Kleinmotoren bis etwa 600 mA. Für größeren
Antriebsleistungen kann nach geringfügigen
Änderungen im Programm (die dort
angegeben sind) auch eine Treiberstufe mit
Umpolrelais angesteuert werden.
• Die Justierung auf die Nullstellung des Fahrmotors
erfolgt jeweils automatisch beim Einschalten
des Empfängers und nimmt dann
den Wert an, den man am eingeschalteten
Sender als Mittelstellung vorgibt (gewisse
Wertegrenzen können im Programm eingegeben
werden).
61

• Der Motor ist durch ein entsprechendes
LOW-Signal am Enable-Pin des uP unabhängig
von der Impulsvorgabe abschaltbar.
• Anhebung der Motorspannung im unteren
Fahrstufenbereich durch nichtlineare Kennlinie
und Motorkick, d.h. Vorgabe einer leicht
höheren Fahrstufe für wenige Sekunden nach
längerem Motorstillstand, um ihn erst einmal
anzuwerfen.
• Alarmleuchte (LED)
Kontinuierliches Leuchten bei durch Enable
abgeschaltetem Fahrmotor
Schnelles Blinken bei fehlerhaftem RC-
Empfang
Langsames Blinken bei Wasser am Lecksensor
(Wassereinbruch)
• Watch Dog Timer. Die uP-interne Überwachung
durch den Watch Dog Timer verhindert
einen Ausfall des uP (Programmabsturz)
z.B. nach kurzem Einbruch der Versorgungsspannung.
Schaltbild des Kleindrehzahlstellers
MONONAUT (Version Brücke)
Schaltbild des Kleindrehzahlstellers
MONONAUT (Version Treiber)
62
MONONAUT-T
MONONAUT-B
Wie dem Schaltbild (Version „Brücke") zu
entnehmen ist, genügt für die externe Beschaltung
des uP neben einem Siebkondensator ein
Widerstand für den Lecksensor, die Alarm-
LED nebst obligatem Vorwiderstand sowie die
Transistorbrücke für Motoren bis ca. 600 mA
(Kleinmodelle). Bei größeren Modellen und
Motorleistungen gilt die Version „Treiber" mit
Leistungstransistor und Umpolrelais.
3.4.1.2 Problemstellung
und Funktionsprinzip
Die Kanalausgänge eines RC-Empfängers liefern
Impulse von 1 bis 2 ms Länge (Aktivsignal,
t [a,RC] ), gefolgt von einer bezüglich der Information
irrelevanten, rund 30 ms dauernden
Pause (Passivsignal, t [RC]). Das den Fahrstrom
liefernde PWM-Rechtecksignal (PWM = Puls-
Weiten-Modulation) ist dagegen während einer
Periode von, beim MONONAUT, 0,43 ms
Dauer (entsprechend 2,2 kHz Taktfrequenz)
für jeweils ILH x 14 us high und für ILL (31 -
ILH) x 14 us low. Aus dem Duty Cycle genannten
Verhältnis zwischen High- und Low-
Anteilen ergibt sich dann die Drehzahl des
Motors zwischen null (ILH=0) und Vollgas
(ILH=maximum, 31 x 14 us = 0,43 ms).
Der uP steuert die Motorstromtransistorbrücke
(hier Pin6 und Pin7), die je nach Vorgabe
am Sender abwechselnd für ILH Zeiteinheiten
EIN und ILL=(31 - ILH) Zeiteinheiten
AUS geschaltet werden muss, wobei der konkrete
Zustand der beiden Pins während der
EIN-Phase über die Drehrichtung entscheidet.
Die Umschaltung selbst nimmt jeweils nur 2
bis 4us in Anspruch, weswegen die übrige
Zeit zur Ausmessung der Kanalimpulslänge
und, folgend der Bestimmung von ILH, der
Motordrehrichtung sowie für andere Aufgaben
zur Verfügung steht.
Wie man im Oszillogramm von Fahr-
(oben) und Motorimpuls (unten) gut erkennt,
sind die Umschaltzeitintervalle mit 0,43 ms
wesentlich kürzer als die Länge des auszu-

Drehzahlstellersignale: a.) RC-lmpulspa-
ket, b.) Kanalimpuls, c.) Motorsignal
(PWM-Signal)
Die Oszillogramme des MONONAUT.
Unten das Eingangssignal, oben das
Fahrsignal für den Motortreiber
messenden Kanalimpulses (1-2 ms), weswegen
man die in den oben erwähnten SCAN-
Unterprogrammen schon verschiedentlich angewandte
Methode der durchgehenden Zählung
(siehe PENTAS.asm oder
NAVIGUARD.asm) hier leider nicht verwenden
kann. Vielmehr muss die Kanalimpulslänge
abschnittsweise bestimmt werden, um
dazwischen die Treiberstufe umsteuern zu können.
SCAN ist daher hier so aufgebaut, dass
jeder Durchlauf exakt die oben schon erwähn­
ten 14 us, d.h. einen SCAN-Zyklus, dauert,
womit die Kanalimpulslänge als sein Vielfaches
definiert ist. In der langen Pause von 20
bis 30 ms Dauer zwischen den Kanalimpulsen
kann dann das Messergebnis verarbeitet und in
die richtigen Motorstromimpulslängen umgerechnet
werden (Unterprogramm CLCTIM).
MONONAT.asm und auch das weiter unten
beschriebene MULTINAUT.asm sind extrem
zeitkritische Programme, d.h., es kommt darauf
an, dass in bestimmten Programmabschnitten
genaue Vielfache des SCAN-Zyklus verbraucht
werden. Da Verzweigungen zu einem unterschiedlichen
Verbrauch von Maschinenzyklen
führen, wird sowohl in MONONAUT.asm als
auch in MLTNAUT.asm zur Zyklusangleichung
viel Gebrauch von auf den ersten Blick sinnlos
erscheinenden Anweisungen wie dem „Nullbefehl"
nop, goto zur darauf folgenden Zeile
(= Verbrauch von zwei Maschinenzyklen) oder
der Subroutine LEERn gemacht.
3.4.1.3 Das Programm
MONONAUT.asm
Das Hauptprogramm
Wie das generelle MONONAUT-Ablaufdiagramm
zeigt, gliedert sich das Programm in
drei Abschnitte, nämlich die Initialisierung
(links oben), wo zunächst die Mittelstellung
des Kanalimpulses (I0F=Fahrnull) festgelegt
wird, und die beiden die Endlosschleife bildenden
Schleifen LOW- und HIGH, die die
Low- und High-Anteile des PWM-Motorsignals
generieren.
Während der Initialisierung wird SCAN
256-mal durchlaufen, um den Mittelwert der
Kanalimpulslänge bei Sendermittelstellung
(I0F) und die Länge des RC-Frames (RCF­
RAM) zu bestimmen (jeweils als hi-Bytes von
16-Bit-Variablen), wozu der Sender eingeschaltet
sein und auf der gewünschten Mittelstellung
stehen muss. Bei fehlendem oder gestörtem
Signal springt MONONAUT jeweils zum
63

Generelles Ablaufdiagramm des Programms
MONONAUT
Label INIT zurück und wartet mit der Initialisierung,
wobei die Alarm-LED blinkt. IOF wird
abschließend mit im Programm vorgegebenen
Grenzwerten verglichen und gegebenenfalls
innerhalb dieser Grenzen gehalten.
Damit beginnt die aus Low- und High-
Schleife bestehende Endlosschleife, deren
Durchlauf jeweils einem Zyklus des Motorstrom-PWM-Signals
von 0,43 ms Dauer entspricht.
Beide Schleifen „PLOW" (Low-Teil)
und „PHIGH" (High-Teil) sind dabei bis auf
die Motorschaltung identisch. Wir können uns
daher bei der weiteren Betrachtung auf eine
Schleife, z.B. PLOW, beschränken.
Zunächst wird der Watch Dog Timer
(WDT) zurückgesetzt und die RC-Signalfehlerflagge
(RFLG,7) abgefragt, um gegebenenfalls
in den Fehlerteil PLOWE zu springen.
Dann wird die Laufvariable „I" gleich ILL
(bzw. ILH in PHIGH) gesetzt und auf null
geprüft, was einen Sprung in die jeweils an­
64
MONONAUT
Generalplan
dere Schleife zur Folge hätte (Stopp bzw.
Vollgas), ansonsten wird die Transistorbrücke
AUS (beide Pins 0) geschaltet. Eine Prüfung
der Flagge SFLG,2 (RC-Signalpassivflagge)
entscheidet dann den weiteren Verlauf.
Ist das RC-Signal aktiv (SFLG,2=0), d.h.,
befinden wir uns in der Phase der Kanalimpulslängenmessung,
so wird das Fahrimpulslängenregister
FLEN um eins erhöht, wil
bisher ungefähr 14 Maschinenzyklen, d.h. ein
SCAN-Zyklus, verbraucht wurden. Dann wird
in die SCAN-Schleife gesprungen (Label
PLOWL) und die dann noch ILL-1 Mal durchlaufen;
bei ILL-1=0 geht's natürlich gleich in
den HIGH-Block.
Befinden wir uns dagegen im passiven Teil
des RC-Signals (SFLG,2=1), braucht sich der
uP für einige Zeit nicht um die Ausmessung
des Fahrimpulses zu kümmern und kann sich
der Auswertung zuwenden, d.h. der Berechnung
von ILL, ILH und den Pin-Zuständen
nach Vorgabe von FLEN, was in der Routine
CLCTIM geschieht. Für den Aufruf von
CLCTIM müssen allerdings verschiedene Kriterien
erfüllt sein, nämlich:
• SFLG,0=1, d.h., die Flagge für das Kanalimpulsende
muss gesetzt sein, da sonst die FLEN-
Bestimmung noch nicht abgeschlossen ist.
• TMRO < lowmin, d.h., der passive Signalteil
muss noch eine Weile andauern.
• I > ilc_min, da CLCTIM diese Anzahl an
SCAN-Zyklen verbrauchen könnte
Die Zahl der von CLCTIM verbrauchten
SCAN-Zyklen wird im Arbeitsregister übergeben
(retlw) und von I abgezogen. Dann wird
in die SCAN-Schleife (PLOWL bzw.
PHIGHL) gesprungen.
Nach ILL SCAN-Zyklen verzweigt das Programm
in die High-Schleife mit Label PHIGH,
die bis auf die Zuweisung von ILH zur Schleifenvariablen
I und das Schalten des Fahrsignals
auf EIN (high-Schaltung einer der beiden
Pins je nach Motordrehrichtung) gleich aufgebaut
ist wie die Low-Schleife.

Wie schon in den anderen gleichnamigen
SCAN-Modulen wird auch hier bei der Entdeckung
von Fahrimpulsstörungen eine Fehlerflagge
(RFLG,7) gesetzt, die zu Beginn der
Low- bzw. High-Schleifen eine Verzweigung
in die Fehlerteile (Label PLOWE bzw. PHIG-
HE) veranlasst. Eine Abfrage des Timers TMRO
mit Warteschleife sorgt dort zunächst für die
Einhaltung der RC-Framelänge auch bei Signalfehlern
(z.B. bei TMRO < passm). Dann
wird ignore-mal der Fehler ignoriert und mit
den alten Fahrstufenwerten ILL und ILH weitergearbeitet,
bevor der Fahrmotor gestoppt,
ILH=0 und ILL=31 gesetzt (Routine M_AUS),
ein schnelles Blinken der Alarm-LED veranlasst
und zurück in die Endlosschleife gesprungen
wird. Jede Unregelmäßigkeit im RC-Signal
führt so schon nach kurzer Zeit zum Maschinenstopp,
ohne dass allerdings schon die
kleinste Unterbrechung ein Maschinenstottern
bewirkt.
Am Beginn jeder Hauptschleife von maximal
0,43 ms Länge wird wie schon gesagt der
Watch Dog Timer (WDT) zurückgesetzt, was
bei normalem Programmablauf den WDT-Reset
verhindert (siehe Abschnitt 2.4.8.1). Sollte
sich das Programm jedoch einmal aufhängen,
z.B. wegen eines kurzzeitigen Einbruchs in der
Versorgungsspannung, so kommt es schon bald
zum WDT-Reset und damit zum Rücksprung
zur Programmzeile null. Die gesetzte STA-
TUS-Flagge to hilft dann, den Programmteil
Vorlauf zu überspringen (Label WDTEX) und
sich sofort wieder der Drehzahlkontrolle des
Fahrmotors zuzuwenden; man kann davon ausgehen,
dass die Werte von I0 und RCFRAM
erhalten bleiben.
Modul SCAN
SCAN dient der Bestimmung der Fahrimpulslänge.
Da dieser, wie gesehen, erheblich länger
als die Periode des PWM-Signals ist, kann
die Messung nur schrittweise zwischen den
PWM-Umschaltungen erfolgen. SCAN besteht
Ablaufdiagramm des MONONAUT-Unter-
programms SCAN
MONONAUT
MODUL SCAN
daher aus zwei Sektionen (passiv und aktiv)
mit je zwei Untergruppen „in Arbeit" und
„Start", die durch Flaggen selektioniert werden.
SCAN bestimmt zunächst immer die Sektion,
in der es gerade tätig ist, indem der Level
des Kanalimpulses an GPIO,4 (Pin3 des uP)
bestimmt wird. Bei GPIO,4=0 wird im Passivteil
des Moduls weitergearbeitet, wo es als
Nächstes zu entscheiden gilt, ob das Passivsignalmodul
vom vorherigen SCAN-Aufruf
bereits in Arbeit ist oder neu begonnen werden
muss. Dazu dient die Abfrage der SCAN-
Flagge SFLG,2. Ist sie 0, d.h. neu, so werden
SFLG,2 und SFLG,0 = 1 sowie SFLG,3 = 0
gesetzt und der Timer TMRO mit Vorteiler
256 zur Passivsignallängenmessung initialisiert.
Das Setzen der Flagge SFLG,0 bedeutet
dabei, dass ein RC-Impulspaket abgearbeitet,
d.h. die Länge des Fahrimpulses während der
vergangenen SCAN-Aufrufe gemessen wurde,
was, wie oben gesehen, ein Kriterium für
den CLCTIM-Aufruf ist.
Im laufenden Passivzyklus (SFLG,2=1)
wird nur der Zähl stand des Timers (TMRO)
geprüft. Ist sein Wert größer als der zulässige
65

Maximalwert passmx, so ist das RC-Signal
fehlerhaft und die Fehlerflagge RFLG,7 wird
gesetzt.
Bei neuem, aktivem Fahrimpuls
(GPIO,4=l, SFLG,3=0) wird in Start (aktiv)
verzweigt und SFGL,3=1, SFLG,2=0 und der
„Messwert" FLEN=0 gesetzt, um in den folgenden
Durchläufen („in Arbeit") bei jedem
SCAN-Aufruf um eins erhöht zu werden. Tritt
dabei ein Überlauf auf (FLEN > 255, entsprechend
3,5 ms), wird ebenso wie bei TMRO <
passmn, d.h. zu kleiner Pause zwischen den
Kanalimpulsen, die Fehlerflagge (RFLG,7) gesetzt.
Sie wird damit immer gesetzt, wenn eine
der Bedingungen nicht erfüllt ist:
oder
FLEN < 255
(passmn und passmx müssen an die verwendete
RC-Anlage angepasst werden).
SCAN ist mit Leerbefehlen nop oder zusätzlichen
goto (zwei Maschinenzyklen) so ausgelegt,
dass jeder der vier möglichen Durchläufe
genau 14 Maschinenzyklen, d.h. 14 us,
dauert (ein SCAN-Zyklus), womit die Messung
der Fahrimpulslänge nichts anderes ist als
das Zählen der SCAN-Durchläufe; bei aktivem
RC-Signal wird FLEN in jedem SCAN-
Durchlauf daher gerade um eins, entsprechend
14 us, erhöht.
SCAN ist zwar wie eine Subroutine aufgebaut,
wird aber im Programm dreimal explizit
verwendet (Labels SCL_, SCH_ und SI_), da
der Aufruf einer Subroutine allein schon vier
Maschinenzyklen erfordert, die Länge eines
SCAN-Zyklus also von 14 us auf 18 us steigen
würde. Dies hätte sowohl eine schlechtere Auflösung
bei der Impulslängenmessung als auch
eine niedrigere PWM-Signalfrequenz zur Folge.
In der Initialisierungsschleife ist SCAN
geringfügig modifiziert.
66
Subroutine CLCTIM
Ist die Länge des Fahrimpulses ausgemessen
(d.h. SFLG,0 =1), können daraus während der
langen Impulspause die Register ILL und ILH
des PWM-Signals und der Zustand der beiden
Ausgangspins im EIN-Zustand (Drehrichtung)
bestimmt werden, was in der Subroutine
CLCTIM geschieht.
Ablaufdiagramm des MONONAUT-Unter-
programms CLCTIM
MONONAUT
Modul CLCTIM
Von der mit SCAN bestimmten Fahrimpulslänge
(FLEN) wird zunächst die Mittelstellung
IOF abgezogen. Nach dieser Subtraktion
ist FLEN eine 7-Bit-Zahl mit Vorzeichen
(siehe Abschnitt 2.4.3.2), die auf max_F (bzw.
max_iF bei negativem Wert) limitiert wird.
FLEN durchläuft dann die Glättung, wo der
Mittelwert aus aktuellem und drei FLEN-Werten
zu früheren Zeitpunkten gebildet wird:

ILH = (FLEN + GSUM)/4
mit GSUM = G2 + Gl + GO
(GSUM und FLEN sind hierin 7-Bit-Zahlen
mit Vorzeichen, die Addition eine 9-Bit-
Addition nach Abschnitt 2.4.3.2).
Nach jedem isksten CLCTIM-Aufruf wird
GSUM neu berechnet und die vier G-Werte
verschoben:
GSUM = GSUM -GO,
GO

Je nach Verzweigung verbraucht CLCTIM
unterschiedlich viele Maschinenzyklen. Durch
Leerbefehle (nop), Sprungbefehle zur folgenden
Zeile (zwei Zyklen) oder den Aufruf der
Subroutine LEERn wurde aber dafür gesorgt,
dass sich jeweils Vielfache von 14 (ein SCAN-
Zyklus) ergeben. Die Zahl der verbrauchten
SCAN-Zyklen wird dann beim Rücksprung
mit retlw an das Arbeitsregister übergeben und
anschließend vom Laufregister „I" (Maß der
PWM Duty Cycles) abgezogen, wodurch das
PWM-Signal durch den CLCTIM-Aufruf unbeeinflusst
bleibt; es gibt einfach weniger
SCAN-Aufrufe in der PLOW- bzw. PHIGH-
Schleife. Falls innerhalb von CLCTIM eine
Verzweigung gerade 14 Zyklen verbraucht,
wird das Register I u.U. schon in CLCTIM
angepasst.
3.4.1.4 Praktische Hinweise
Einige unter der Überschrift „— Benutzerspezifische
Konstanten —" im Programmkopf
zusammengefasste Parameter müssen vom Benutzer
u.U. seiner Anlage angepasst werden.
Das gilt vor allem für die Grenzwerte des RC-
Signals (passmn und passmx), die für die Signalüberwachung
wichtig sind und die, falsch
vorgegeben, die ordentliche Funktion des MO-
NONAUT verunmöglichen (Daueralarm).
Zwar kann man sehr niedrige bzw. sehr hohe
Werte vorgeben, doch wird die Signalkontrolle
dann sehr unscharf. Es ist daher von
Vorteil, die RC-Zykluszeit (t RC) des verwendeten
Senders mittels eines Oszilloskops zu
messen, d.h. Zeit zwischen zwei positiven
Flanken an einem beliebigen Kanalausgang.
Man sollte dabei auch prüfen, ob der aktive
Signalanteil t a,RC mittels Steuerknüppel zwischen
1 ms und 2 ms variiert werden kann
mit einer Mittelstellung bei ungefähr 1,5 ms
(Standard der meisten RC-Anlagen). Die hier
ermittelten Werte haben eventuell Einfluss
auf die Parameter iO_min, iO_max, und max_F
bzw. max_iF.
68
Die meisten anderen Parameter sind Sache
des persönlichen Geschmacks des Anwenders,
ihre jeweilige Bedeutung ist im Kommentar
angegeben.
Bezüglich der Tabelle FKNLI können Anwender,
die über einen FORTRAN-Compiler
verfugen, mein Programm knn.for vom ".for"-
Directory der ModellWerft-Homepage (www.
modellwerft.de/downloads) einsetzen, das eine
in mono.asm kopierbare Tabelle als Funktion
von fünf Eingabeparametern imax (maximales
ILH, Ausgabe), imax_S (maximales LLH, Eingabe),
xoffs (Totbereich), yoffs (erster ILH-
Wert größer null) und a (Koeffizient für Exponentialfunktion)
erzeugt. Die Form der Kennlinie
wird dabei durch a bestimmt, wobei positive
Werte das Resultat lange tief halten und
gegen Ende schnell ansteigen lassen, negative
Werte dagegen zu Beginn stark erhöhen.
3.4.2 Standardmehrwellen-
2-kHz-Drehzahlsteller
(MULTINAUT)
3.4.2.1 Eigenschaften
MULTLNAUT ist ein Drehzahlsteller für Mehrwellenmodelle
mit einer Taktfrequenz von 2,2
KHz, wobei seine Besonderheit die Einbeziehung
der Ruderinformation ist. Das erlaubt
einerseits, bei Hartrudermanövern (Rudervollausschlag)
die Drehrichtung der dem Ruderausschlag
zugewandten Antriebsmotoren automatisch
umzukehren, was bei Schiffsmodellen
ein, "Drehen auf dem Teller" möglich macht,
andererseits eine automatische Reduzierung der
Fahrstufe bei stärkerer Kurvenfahrt, was die
Krängung eines Schiffsmodells herabzusetzen
hilft („Antikräng"). Diese automatischen Ruderunterstützungen
sind natürlich durch LOW-
Pegel an den entsprechenden Enable-Pins abschaltbar,
entweder durch Jumper oder durch
eine Schaltfunktionen der Fernsteuerung. Auch
kann der Drehzahlsteller selbst inaktiviert werden,
was beim gleichzeitigen Einsatz mehrerer

Modelle mit nur einem Sender gestattet, einzelne
Modelle außer Betrieb zu setzen. Ein
HIGH-Pegel an einem weiteren uP-Eingang
erlaubt die Abschaltung der äußeren Wellen
bei Vierwellenanlagen.
Die automatische Ruderunterstützung macht
die Auswertung sowohl des Ruder- als auch des
Fahrsignals nötig. Für das Funktionieren des
MULTINAUT ist es dazu nötig, dass der Fahrsignalimpuls
unmittelbar auf den Ruderimpuls folgt.
Die generellen Eigenschaften des MULTI­
NAUT sind mit denen des MONONAUT identisch,
darüber Hinausgehendes lässt sich wie
folgt zusammenfassen:
• Bei Hartrudermanövern entweder individuelle
Umpolung der Fahrmotoren einer Modellseite
oder leichte Reduzierung der Fahrstufe
(Antikräng)
• Durch ein entsprechendes HIGH-Signal am
QUAD-Disable-Eingang des uP können die
äußeren Wellen bei Vierschraubenmodellen
abgeschaltet werden. Dazu ist der Treiber
entsprechend auszulegen.
• High-Signal am Alarmpin bei RC-Signalfehlern
• MULTINAUT setzt voraus, dass das Fahrsignal
unmittelbar auf das Rudersignal folgt.
3.4.2.2 Praktischer Aufbau
Wie dem Gesamtschaltbild zu entnehmen ist,
braucht man für den Einsatz des MULTINAUT
auch noch einen Treiber (rechter Schaltbildteil),
der einerseits den für den Betrieb der
Fahrmotoren hohen Strom liefert und
andererseits die beiden Umpolrelais enthält,
die bei Rückwärtsfahrt beide und bei Hartrudermanövern
jeweils eine Motorseite zusätzlich
umpolen (bei Fahrt zurück würde ein angezogenes
Relais also wieder abfallen).
Der Treiber ist bei mir ein eigenes Bauteil,
das in der Nähe der Fahrmotoren untergebracht
und über eine fünfadrige Verbindungsleitung
mit der Elektronik verbunden ist, die sich im
PIC DUONAUT
mit Temperaturueberwachung
Schaltbild des Mehrwellendrehzahlstellers
MULTINAUT für den Zweiwellenbetrieb
(DUONAUT)
Empfängergehäuse befindet. Damit alles funktioniert,
müssen die Pluspole von RC- und
Fahrakku als gemeinsame Masseleitung
miteinander verbunden sein (nur an einer Stelle
direkt von Akku zu Akku und nicht im
Treiber!).
Der Eingangsspannungsteiler dient der
Übersetzung der 5-V-Pegel des uP auf die
Fahrnetzspannung, indem das Fahrsignal um
Die Elektronikplatine des MULTINAUT
(rechts) zusammen mit der NAVIGUARD-
Modellüberwachung (links). Die Platine ist
Teil meiner RC-Empfänger
69

Mein Standarddrehzahlstellertreiber für
Ströme bis zu 6 Ampere. Links der Treiber­
stecker und der CMOS für die Pegelumset­
zung, in der Mitte zwei FETs mit ihren
Kühlkörpern und angeschraubtem NTC
und rechts die beiden Umpolrelais mit den
Sicherungen dazwischen
den Umschaltpunkt des CMOS-Gatters
schwankt; die Dimensionierung des Spannungsteilers
ist deshalb von der Fahrspannung
abhängig (12-V-Werte in Klammern)
und funktioniert nicht bei Fahrnetzspannungen
wesentlich über 12 V; man muss dann
Transistorinverter einsetzen.
Nach einem FET-Hitzetod in Teichmitte
wurden meine Treiber mit einer Temperaturüberwachung
des FET-Kühlkörpers nachgerüstet.
Sie nutzt den bei Temperaturerhöhung
auf über 100°C um mehr als eine Zehnerpotenz
fallenden Widerstand eines NTC, um den
Spannungspegel am entsprechenden CMOS-
Gatter auf LOW gehen zu lassen und damit
den Treiber abzustellen. Ist die Kühlkörpertemperatur
wieder abgefallen, kippt das CMOS-
Gatter wieder zurück und die Fahrt kann fortgesetzt
werden.
Für die Ströme meiner Modellantriebe genügen
meist ein bis zwei FETs (BUZ-11 o.Ä.).
Bei größerem Bedarf können aber auch noch
mehr FETs parallel geschaltet werden; man
sollte dann allerdings darauf achten, dass auch
die Umpolrelais die entsprechenden Ströme
verkraften können.
70
3.4.2.3 Das Programm
MLTNAUT.asm
Das Hauptprogramm
Wie im Ablaufdiagramm des MULTINAUT zu
sehen ist, ist seine Logik der des MONONAUT
sehr ähnlich. Allfälligen Abweichungen sind im
Wesentlichen auf die gleichzeitige Auswertung
des Rudersignals zurückzuführen.
Im Initialisierungsteil muss daher neben
RCFRAM und IOF auch der Rudermittelwert
von I0R bestimmt werden, weswegen ein von
MONONAUT-SCAN geringfügig abweichender
Modul SCAND eingesetzt wird.
Die Endlosschleife des Hauptprogramms
besteht auch hier aus den beiden höherfrequenten
Motorsignalhalbzyklen PLOW und PHIGH.
Gegenüber MONONAUT geändert hat sich
eigentlich nur die Pin-Steuerung für die beiden
Fahrsignale (innere und äußere Wellen) und
für die beiden Umpolrelais. In der Aktivphase
Generelles Ablaufdiagramm des Programms
MULTINAUT
MULTINAUT
Generalplan

des RC-Signals (Flagge SFLG,2=0) wird die
gerade gemessene Variable, RLEN oder FLEN,
mittels indirekter Adressierung um eins erhöht;
der Wert von FSR wird dazu im Modul SCAND
definiert. Im passiven Teil des RC-Signals
(SFLG,2= 1) erfolgt die Auswertung in der Routine
CLCTIM, wo die wesentlichen Unterschiede
zu MONONAUT zu finden sind.
Modul SCAND
Im Gegensatz zum MONONAUT-SCAN muss
im Modul SCAND sowohl die Länge des Ruder-
als auch des Fahrimpulses bestimmt werden.
Mit Ausnahme der zweiten Impulslängenmessung,
die zwei Verzweigungen mehr not-
MULTINAUT
Modul SCAND
Ablaufdiagramm des MULTINAUT-Unter-
programms SCAND
wendig macht, läuft allerdings alles gleich wie in
SCAN. Die Fehlerflagge (RFLG,7) wird gesetzt,
wenn eine der Bedingungen nicht erfüllt ist:
passmn < T RC, Pause < passmx
oder
RLEN < 255
oder
FLEN < 255
Jeder der sechs verschiedenen SCAND-
Durchläufe erfordert wieder genau 14 Maschinenbefehle,
entsprechend einer Zeitdauer von
14 us.
Modul CLCTIM
CLCTIM berechnet aus den Signallängen
FLEN und RLEN die Fahrstufe und die Stellung
der Motorumpolrelais für beide Wellenseiten.
Es wird in der PWM-Low- bzw. -High-
Schleife des Hauptprogramms zu den gleichen
Bedingungen wie im Programm MONONAUT
aufgerufen. Auch sind die ersten Abschnitte
von CLCTIM bis zum Label CRUD nahezu
identisch zur gleichnamigen MONONAUT-
Subroutine, weshalb hier nicht mehr darauf
eingegangen werden muss.
MULTINAUT Modul CLCTIM
Ablaufdiagramm des MULTINAUT-Unter-
programms CLCTIM
71

Erst ab CRUD weicht der Programmablauf
von dem in MONONAUT signifikant ab,
kommt doch hier der Einfluss der Ruderstellung
ins Spiel, die in den auf CRUD folgenden
Befehlen zunächst ermittelt wird. Der Pegel
am PORTB,renab entscheidet dann darüber,
ob ein Rudereinfluss gegebenenfalls via Motorumpolung
(linker Pfad im Ablaufdiagramm)
oder via Fahrstufenreduzierung (rechter Pfad)
erfolgt.
Im Falle Motorumpolung, d.h. einem HIGH
am Pin PORTB,renab, wird geprüft, ob ein
Hartrudermanöver vorliegt, d.h. der Ruderausschlag
zur Einschaltung größer rdein bzw. zur
Abschaltung kleiner rdaus ist; diese Hysterese
verhindert ein Flattern der Relais in der Nähe
des Umschaltpunktes. Liegt kein Hartruderausschlag
vor (RFL,5=0), gilt die generelle
Relaisstellung nach Maßgabe der Fahrtrichtungsflagge
für beide Relais, d.h., sie ziehen
bei RFLG,0=1 (= Rückwärtsfahrt) an. Bei einem
Hartrudermanöver (RFLG,5=1) wird
zuerst die zur entsprechenden Ruderseite gehörende
Maske erstellt, die dann mittels EXOR-
Verknüpfung der Relaisstellung (IOL0) zur einseitigen
Umpolung der betreffenden Seite führt.
Bei PORTB,renab=L verzweigt das Programm
zum Label C_KNRG (Antikräng), wo
dann geprüft wird, ob PORTB,akre=H ist (bei
mir ein Jumper) und ob sowohl die Fahrstufe
(> ilhmin) als auch der Ruderausschlag genügend
groß sind, um eine Fahrstufenreduktion
zu rechtfertigen. Gegebenenfalls wird dann mit
der Tabelle RKNLI aus dem Ruderwert ein
Abzug für die Fahrstufe bestimmt; auch diese
Differenz darf nicht unter die Eingriffsfahrstufe
ilhmin fallen. RKNLI ist eine Exponentialfunktion,
die erst bei vollem Ruderausschlag
nennenswerte Fahrstufenabzüge erzeugt.
Um Motoren und Relais bei Umschaltungen
zu schonen (bei Hartrudermanövern passiert
das öfter auch in hohen Fahrstufen), erfolgt
die Umpolung jeweils nur bei Motorstillstand.
Dies gewährleistet der dem Label
C_OUT folgende Programmabschnitt, wo
zunächst die alte Relaisstellung (IOL1) mit der
72
aktuellen (IOL0) verglichen wird. Sind sie
gleich, d.h., ist keine Umpolung nötig, werden
aus IOL0 die Pin-Pegel im Low- (IOL) und im
High-Teil (IOH) des PWM-Zyklus bestimmt.
Beim Vierwellenmodell können mit einem
HIGH am Pin PORTB,qdisa und entsprechendem
Treiber noch die Außenwellen abgeschaltet
werden.
Bei einer Motorumpolung sind IOL0 und
IOL1 ungleich. Die Fahrstufe wird dann null
gesetzt und nach nmpl0 Durchläufen das Relais
umgeschaltet, d.h., IOL wird mit dem aktuellen
IOL0 und nicht dem alten IOL1 geladen.
Schließlich wird nach nmpl Durchläufen
IOL1 gleich IOL0 gesetzt, wodurch die Gleichheitsbedingung
beim nächsten Durchlauf
wieder erfüllt ist und die Motoren damit normal
arbeiten.
Der verzweigungsabhängige Verbrauch von
Maschinenzyklen wurde erneut mit nop, goto
oder der Subroutine LEERn auf ein Vielfaches
eines SCAND-Zyklus eingestellt und wird
schließlich via retlw an das Hauptprogramm
übergeben.
3.4.2.4 Praktische Hinweise
für die Programmierung
Im Programmkopf sind unter der Zeile „—
Benutzerspezifische Konstanten —" wieder die
Parameter zusammengefasst, die vom Benutzer
u.U. definiert werden sollten. Das sind neben
den schon beim MONONAUT benötigen
Größen (z.B. die RC-Signalkenngrößen passmn
und passmx) hier vor allem die Parameter,
die sich auf den Rudereinfluss beziehen, zum
einen also der Hartruderausschlag rdenein bzw.
rdenaus, zum anderen die Fahrstufe ilhmin, ab
der Antikräng angewendet werden soll. Außerdem
muss der Rudereinfluss in der Subroutine
„RKNLI" programmiert werden, wofür
das Fortranprogramm rnn.for auf der Modell-
Werft-Homepage (Directory „for") verwendet
werden kann. Es funktioniert ähnlich wie
knn.for für die Tabelle FKNLI.

Die in MLTN.asm angegebenen Werte sind
für meine Anlage und für meine Modelle optimiert.
3.4.3 Mehrwellen-
Gleichstromdrehzahlsteller
(DCNAUT)
3.4.3.1 Problemstellung
und Funktionsprinzip
Die bisher beschriebenen Impulsdrehzahlsteller
steuern Gleichstrommotoren durch unterschiedlich
lange Impulse von nahezu Nennspannung.
Die resultierende Motordrehzahl
ist daher, besonders im unteren Drehzahlbereich,
stark vom verwendeten Motor (Trägheit
des Ankers, genereller Aufbau), aber auch
von seiner augenblicklichen Belastung abhängig.
Die im unteren Drehzahlbereich oft
nicht befriedigenden Laufeigenschaften wurden
im MONONAUT bzw. MULTINAUT
daher mittels der Funktion „FKNLI" künstlich
verbessert.
Beim Gleichstrommotor mit Permanentmagnet,
dem im Modellbau gängigen Antriebsmotor,
setzt sich die Klemmspannung aus der
so genannten Gegen-EMK (Elektro-Motorische-Kraft),
die mit zunehmender Drehzahl
ansteigt, und aus der Spannung zusammen, die
am Innen widerstand der Motorwicklungen ab­
Schaltbild des Gleichstromdrehzahlstellers
DCNAUT
PIC DCNAUT
fällt. Letzterer Spannungsabfall ist proportional
dem durch die Wicklungen fließenden
Strom und damit zur Motorbelastung. Bei gleicher
vorgegebener Klemmspannung dreht der
Motor unter Belastung also langsamer, ein für
einen Drehzahlsteller wenig erwünschter Effekt.
Kann dagegen der Spannungsabfall in
den Motorwicklungen kompensiert werden, so
wird die Motordrehzahl direkt proportional zur
vorgegeben Klemmspannung. Man erhält so
einen Drehzahlsteller, der die Motordrehzahl
weitgehend unabhängig von dessen Belastung
steuert und sich durch ein weitgehend lineares,
besonders in unteren Drehzahlbereichen positiv
auswirkendes Stellverhalten auszeichnet.
Ein solcher Drehzahlsteller ist DCNAUT,
der mit seinem Treiber eine belastungskompensierte
Klemmspannung in 15 diskreten
Fahrstufen erzeugt. Seine übrigen Eigenschaften
sind die gleichen wie beim MULTINAUT
für Zweiwellenmodelle, d.h., es gibt einen
Ruderstellungseinfluss auf die Fahrstufe (Antikräng)
bzw. die individuelle Motordrehrichtungsumkehr
bei Hartrudermanövern.
Auch beim DCNAUT ist es nötig, dass
der Fahrsignalimpuls unmittelbar auf den Ruderimpuls
folgt.
Wie das DCNAUT-Schaltbild zeigt, besteht
er wieder aus zwei Baugruppen, nämlich
der Elektronik um den PIC-16C505, die Ruder-
und Fahrimpuls so aufbereitet, dass an
ihren Ausgangspins die Fahrstufe als 4-Bit-
Zahl sowie die Steuersignale für die beiden
Umpolrelais anliegen. Im Treiber wird die 4-
Bit-Fahrstufeninformation dann in eine Gleichspannung
zwischen null und Fahrspannung
umgewandelt (Digital-Analog-Wandlung mit
R-2R-Leiter (DAW)) und steht dann nach Leistungsverstärkung
als Klemmspannung für die
Motoren zur Verfügung. Mit dem Leistungswiderstand
in der Motorleitung wird dabei auch
der Motorstrom gemessen, der dann der Kompensation
der Wicklungsverluste dient, wobei
die Wirksamkeit dieser Kompensation mit dem
Potibeeinflusst werden kann; sie ist etwas vom
Motortyp abhängig.
73

Für die Leistungstransistoren wurden Germanium-Typen
mit geringer Sättigungsspannung
ausgewählt, um die Spannungsverluste
klein zu halten, was besonders bei einem
6-V-Bordnetz wichtig ist. Die Widerstände
in den Eingangsleitungen dienen der Spannungstransformation
von 5 V (PIC, RC) auf
12V (Fahr), beim 6-V-Netz sind sie nicht
nötig. Zudem ist auch ein NTC vorhanden,
der die Kühlkörpertemperatur der Leistungstransistoren
überwacht, gegebenenfalls den
DAW auf null setzt und damit den Drehzahlsteller
bis zur Abkühlung ausschaltet. Der
Kühlkörper muss übrigens wesentlich größer
sein als bei den Impulstreibern gleicher Leistung,
da die Endstufe als variabler Widerstand
arbeitet und deshalb u.U eine Menge
Wärme produziert. Dies ist neben dem größeren
Bauteileaufwand ein weiterer Nachteil
des DCNAUT gegenüber den Impulsdrehzahlstellern.
Die allgemeinen Eigenschaften des
DCNAUT sind weitgehend identisch mit denen
des MULTINAUT. Die Abweichungen
lassen sich wie folgt umreißen:
• Vorgabe eine belastungskompensierten
Gleichstromklemmspannung in 15 diskreten
Fahrstufen und damit weitgehend lineares
Stellverhalten
• Signalverzögerung durch zeitbestimmte Glättung
von Ruder- und Fahrimpuls
3.4.3.2 Das Programm
DCNAUT.asm
Das Hauptprogramm
Wie dem allgemeinen Ablaufdiagramm zu entnehmen
ist, unterscheidet sich das Programm
DCNAUT signifikant vom zuvor diskutierten
MLTNAUT. Wegen Wegfalls des hochfrequenten
Motorimpulses kann die gesamte Impulslängenbestimmung
während der kurzen
Aktivphase des RC-Signals, die Rechenarbeit
74
Generelles Ablaufdiagramm des Programms
DCNAUT
DCNAUT
Generalplan
nachher in der relativ lange Impulspause
durchgeführt werden.
Auch hier werden zunächst die Mittenwerte,
in vorliegenden Fall des Ruder- und
des Fahrsignals (IOR und IOF), mit der Subroutine
SCAN bestimmt und auf vernünftige
Werte limitiert; ist das RC-Signal gestört (Fehlerflagge
FLAG,7), so beginnt DCNAUT erneut
mit der Mittenfestlegung (jeweiliger
Rücksprung zum Label INIT). Die Subroutine
FRAMIN, ein Teil von SCAN, initialisiert
zu Beginn Ports, Timer und ein paar Register.
Die Endlosschleife startet am Label LOOP,
wo mit der Subroutine SCAN die Längenbestimmungen
von Ruder- (RLEN) und Fahrimpuls
(FLEN) durchgeführt werden. Bei einem
Signalfehler (Label RC_ERR), der u.U.
nicht die gesamte Länge eines RC-Frames
ausschöpft, wird jeweils auf RCFRAM synchronisiert
und dann ignore-mal mit den bestehenden
Werten weitergefahren, bevor die

Motoren und Relais im Unterprogramm AUS
abgeschaltet werden; kurze Signalunterbrechungen
werden so ignoriert.
Bei fehlerfreiem Signal und eingeschaltetem
Drehzahlsteller (PORTB,fena=H) erfolgt
die Auswertung während der langen passiven
Phase zwischen den Kanalimpulsen. Dazu
werden nach Abzug der Signalmittenwerte
(IOR bzw. IOF) im Gegensatz zum MLTNAUT
hier beide Signale geglättet bzw. je nach Wahl
von isks_R und isks_F verzögert (Modul
GLATT). Da IOR und IOF in Bank -1- des
Datenspeichers stehen, ist eine Bankumschaltung
erforderlich, die beim 16C505
ausnahmsweise mit dem 5. Bit des FSR- Registers
durchgeführt wird.
Ist die resultierende Fahrstufe größer f_on,
so erfolgt die weitere Fahrstufen- und Relaisstellungsberechnung
in Modul FAHRT, ist
sie kleiner als f_off, so wird der Fahrstrom
abgeschaltet. Dazwischen ist die Fahrstufe
fmin, wenn ihr vorheriger Wert größer, und
null, wenn auch der vorherige Wert null war
(Hysterese); im Gegensatz zum Ablaufdiagramm
des MULTINAUT ist die Logik der
Hystereserechnung übrigens hier explizit dargestellt.
Subroutine SCAN
Die Subroutine SCAN ist ähnlich aufgebaut
wie die gleichnamigen Unterprogramme in
PENTAS.asm oder NAVIGUARD.asm, nur
dass hier sowohl RLEN als auch FLEN bestimmt
werden müssen. Die RLEN- bzw,
FLEN-Auflösung beträgt einheitlich 12 p (mit
LEERn beeinflussbar), um wegen der Rechnung
mit negativen Zahlen während der Glättung
den Maximalwert, gerechnet von einer
Mittelstellung von 1,5 ms, nicht über 42 ansteigen
zu lassen.
Am Ende von SCAN erfolgt jeweils eine
Initialisierung der Ports und des Timers
TMRO. Diese Initialisierung kann auch durch
ein call von FRAMIN veranlasst werden.
D C N A U T
Subroutine SCAN
Ablaufdiagramm des DCNAUT-Unterpro-
gramms SCAN
Subroutine FAHRT
Die Subroutine FAHRT entspricht weitgehend
dem Auswertungsteil des MULTINAUT-
CLCTTM-Unterprogramms (beginnend am Label
C_RUD). Da das Anlaufverhalten von
Gleichstrommotoren beim DCNAUT besser
ist als bei Impulsdrehzahlstellern, wurde auf
einen Motorkick verzichtet. Anstelle der Funktion
FKNLI wird die Divisionsroutine DV08L
(aus Microchip-Unterlagen) eingesetzt, die die
Vierersumme aus der Glättung durch eine Konstante
fdiv so teilt, dass das Ergebnis immer im
Wertebereich zwischen 0 und 15 (4 Bit) bleibt;
die Relation Kanalimpulslänge zu Klemmspannung
ist damit beim DCNAUT linear.
Die Relaissteuerung inklusive der individuellen
Motorumpolung bei Hartrudermanövern
sowie Antikräng und kurzfristige Motorabschaltung
bei Relaisschaltungen gleichen den entsprechenden
Programmabschnitten in MULTI­
NAUT- CLCTIM.
75

Ablaufdiagramm des DCNAUT-Unterpro-
gramms FAHRT
Da die genaue Verarbeitungsdauer beim
DCNAUT keine Rolle spielt, solange sie in der
passiven RC-Signalphase erledigt werden kann,
ist eine Zyklusanpassung unnötig, was das Programm
übersichtlicher macht.
3.4.3.3 Praktische Hinweise
für die Programmierung
Im Programmkopf sind unter der Zeile
„— Benutzerspezifische Konstanten —" wieder
die Parameter zusammengefasst, die vom Benutzer
u.U. neu definiert werden sollten. Das
sind neben den zur RC-Signalfehlererkennung
benötigen Größen passmn und passmx hier
vor allem der Parameter fdiv, der der Impulslänge
der RC-Anlage so angepasst werden
muss, dass maximal die Zahl 15 an den Treiber
übergeben werden kann.
76
DCNAUT
Modul Fahrt
Die den Rudereinfluss bestimmenden Parameter
sind identisch zu denen im MULTI­
NAUT. Allerdings ist das Maximum in Tabelle
RKNLI sowie ilhmin deutlich kleiner zu
wählen, da die Reduktion hier von einem Maximum
von 15 ausgeht (im Gegensatz von 31
im MULTINAUT).
3.4.4 Automatische
Fahrstufenregelung
(AUTONAUT)
Alle oben beschriebenen Drehzahlsteller dienen
dazu, eine vom Modellkapitän gewünschte
und am RC-Sender eingestellte Fahrstufe im
Modell in eine Motordrehzahl umzusetzen und
damit die verlangte Modellgeschwindigkeit zu
erzeugen. Nun sind aber Fälle denkbar, wo die
Modellgeschwindigkeit nicht von außen vorgegeben
ist, sondern sich an bestimmte Gegebenheiten
automatisch anpassen soll. Ein solcher
Fall ist z.B. bei meinem Modell der USS
„Yukon" die Parallelversorgung, wo der parallel
zum Klienten fahrende Versorger sich
jeweils automatisch an die Geschwindigkeit
seines neben ihm fahrenden Klienten anpassen
und immer auf gleicher Höhe mit ihm bleiben
soll; der zu regelende Parameter ist hier also
„gleiche Höhe". Im Beispielfall wird der Para-
Transferleine zwischen zwei meiner Model­
le bei der Darstellung der Treibstoffüberga­
be. Der Trimmer sitzt im Bauteil am Kopf
der Übergabestation 1. Am Klienten ist die
Transferleine unter dem Flugdeck fixiert

meter mit einem als Spannungsteiler geschalteten
Trimmer ermittelt, der an die modelltechnische
Darstellung der die Treibstoffschläuche
für die Kerosinübergabe tragenden Transferleine
(Federstahldraht) gekoppelt ist. Verändert
sich nun die Stellung des Versorgers gegenüber
dem Klienten, so wird der Trimmer
mit der Folge einer Spannungsänderung verstellt.
Bei abfallendem Versorger wird dann
seine Geschwindigkeit so lange erhöht, bis er
wieder gleichauf ist, und wird andernfalls gesenkt
bzw. konstant gehalten. Ein anderes Beispiel
wäre die automatische Tiefensteuerung
eines dynamisch tauchenden U-Boot-Modells,
wo der Regler die Fahrstufe zurücknimmt, wenn
der Tiefensensor (Druckmesser) zu große
Tauchtiefe anzeigt, und sie erhöht, wenn das
Modell zu hoch ist; der zu regelnde Parameter
ist in diesem Fall der hydrostatische Druck in
einer bestimmten Tauchtiefe.
3.4.4.1 Problemstellung
und Funktionsprinzip
Aufgabe des im folgenden beschriebenen Fahrstufenreglers
AUTONAUT ist es, den Antrieb
eines Modells in Bezug auf einen in Form
einer Spannung am entsprechenden Pin des
Mikroprozessors anliegenden Parameters so zu
steuern, dass die Regelabweichung, d.h. die
Differenz zwischen Ist- und vorgegebenem
Sollwert, null bleibt. Dabei ist es für die Funktion
des Reglers im Prinzip egal, welcher Parameter
konkret geregelt wird, solange er als
Spannung am Eingangs-Pin dargestellt werden
kann.
Nach Messung der jeweilige Regelabweichung
(ERR) bestimmt AUTONAUT den Duty
Cycle (PIDRES) eines PWM-Signals, der leistungsverstärkt
die Fahrmotoren bestromt und
so die nötige Fahrstufe erzeugt, damit ERR
wieder null werden kann. Als Rechengrundlage
kommt dabei ein so genannter PID-Regler
(Proportional-Integral-Differenzial-Regler)
zum Einsatz, bei dem sich, wie schon der Name
andeutet, die resultierende Fahrstufe aus drei
Gleichungstermen zusammensetzt:
PIDRES = Fx[Px ERR
+I x | ERR dt + D x dERR/dt]
worin
F ein allgemeiner Umrechnungsfaktor,
ERR = POSR - POSA die Regelabweichung
(POSA = aktuelle und POSR = Referenzposition)
und
P, I, D die Koeffizienten des Proportional-,
Integral- und Differenzialterms sind.
Der Proportionalterm sorgt für eine der Regelabweichung
proportionale Korrektur der
Fahrstufe, während der I-Term (Integralanteil)
die Regelabweichung akkumuliert, um so kleine,
dauerhafte Regelabweichungen zu erfassen
(ändert sich in unserem Beispiel die Fahrstufe
des Klienten, so muss diese Änderung dauerhaft
berücksichtigt werden). Schließlich erfasst
der D-Term (Differenzialanteil) die Änderungsgeschwindigkeit
der Regelabweichungen und
verhindert so ein Überschießen des Reglers,
weil schnellen Änderungen der Regelgröße
schon frühzeitig gegengesteuert wird.
Während die Berechnung des Proportionalterms
eine einfache Multiplikation ist, werden
für Integral- und Differenzialbildung von
ERR bezüglich der Zeit einfachste numerische
Verfahren eingesetzt, nämlich Summation für
den Integral- und Differenzbildung für den Differenzialterm.
Mit PIDRES wird zuletzt ein PWM-Signal
mit einer Taktfrequenz von rund 1 kHz sowie
ein Richtungssignal für die Umpolrelais erzeugt,
das über den zum normalen Drehzahlsteller
gehörenden Leistungstreiber die Fahrmotoren
steuert (AUTONAUT läuft bei mir
parallel zum MULTINAUT, der abgeschaltet
wird, wenn ersterer in Betrieb geht).
Da die Regelgröße als variable Spannung
anliegt, muss der zu verwendende uP-Typ über
einen integrierten Analog-Digital-Wandler verfügen.
Bezüglich Pin-Zahl genügt allerdings
ein Minimum, weswegen sich für den AU-
77

TONAUT der 8-Pin-uP PIC-12C672 anbietet,
der dank seines internen Taktoszillators ohne
externe Beschaltung auskommt.
3.4.4.2 Das Programm
AUTON.asm
Das Hauptprogramm
Im Ablaufdiagramm des AUTONAUT lassen
sich zwei Programmbereiche unterscheiden.
Auf der linken Seite beginnt das Programm
mit der Festlegung des Reglersollwertes, wozu
der Spannungswert am entsprechenden Eingang
mittels der schon aus obigen Anwendungen
bekannten Subroutine ADW digitalisiert
und dann 256-mal zu POSR gemittelt wird.
Die J-Schleife wird dabei durch den Timer
Generelles Ablaufdiagramm des Programms
AUTONAUT
78
AUTONAUT
Generalplan
synchronisiert, der jeweils mit einem Startwert
von 102 beginnt, um im Zusammenhang mit
dem Vorteiler in optvl0 eine Gesamtmittelungszeit
von 10 s zu realisieren. POSR wird abschließend
auf im Programm vorgebbare Grenzen
limitiert.
Nach der Initialisierung verschiedener Register
beginnt die Endlosschleife am Label
PWM, wo nach Initialisierung von Port und
Timer GPIO,rgler abgefragt wird, mit dem
AUTONAUT ein- bzw. abgeschaltet werden
kann. Im abgeschalteten Zustand wird der uP
schlafen geschickt, wacht bei einer Änderung
an GPIO,rgler aber sofort wieder auf.
Aus dem Duty Cycle PIDRES werden im
eingeschalteten Zustand zunächst die Lowbzw.
High-Anteile des PWM-Signals festgelegt
und aus dem PIDRES-Vorzeichen
(FLAG,sdi) die Ansteuerung des Umpolrelais
bestimmt.
Damit kommen wir zur rechten Seite des
Ablaufdiagramms, wo das PWM-Motorsignal
mit den beiden Signalanteilen LOW- (Label
PWM_L0) und HIGH- Phase (Label
PWM_H0) erzeugt wird, wobei zur Synchronisierung
der Timer TMRO dient. Um der Subroutine
PID genügend Zeit zur Berechnung
von PIDRES zu geben, wird sie im jeweils
längeren PWM-Signalteil aufgerufen. Mit dem
Rücksprung zum Label PWM ist dann ein
PWM-Impuls abgeschlossen.
Subroutine PID
Das Unterprogramm PID berechnet den Duty
Cycle des PWM-Signals (Fahrstufe) sowie dessen
Vorzeichen (Fahrrichtung). Es beginnt mit
der Bestimmung der Regelabweichung ERR,
hier ERRN (= ERR neu) genannt, also der Differenz
zwischen der Referenz (POSR) und der
aktuellen Regelgröße (POSA). POSA, die
Spannung am Pin7 des uP, wird bei jedem
PID-Durchlauf mit der Subroutine ADW digitalisiert,
während POSR der Wert von POSA
kurze Zeit nach Inbetriebsetzung des AU-

Ablaufdiagramm des AUTONAUT-Unterpro-
gramms PID
TONAUT (Initialisierung) ist. Der Absolutwert
von ERRN wird dann auf errlim limitiert
und ist null für Werte kleiner errofs.
Im P-Term (Proportionalterm) wird ERRN
mit dem Wichtungsfaktor P multipliziert und
auf plim begrenzt, wobei das Resultat, Ppo,
eine 7-Bit- Variable mit Vorzeichen ist.
Um auf einfache Weise für den Faktor P
auch Dezimalzahlen realisieren zu können, ist
er in der Form
P = potp
AUTONAUT
P I D
programmiert, da eine Multiplikation mit
anschließender mehrfacher Division durch zwei
(= Rechtsschiebung der Bits) mit einer geringen
Zahl von Maschinenzyklen durchzuführen
ist. Diese Multiplikation mit kp, die Division
p o t p durch 2 und die Begrenzung auf plimit werden
in der Subroutine GAIN durchgeführt.
Die Integration der Regelabweichung wird
durch Aufsummierung von dPit erreicht, wobei
nur jeder kadiv-te PID-Durchlauf für die
Addition verwendet wird. kadiv ist eine 8+4-
Bit-Variable, deren untere Bits (KIDVO) einen
festen Startwert von 16 haben. dPit selbst ist
von der Regelabweichung ERRN abhängig:
Der Integralterm Pit ist eine 7-Bit-Variable
mit Vorzeichen, weshalb er einen Wert von
127 nicht übersteigen und auf aclim bzw.
aclim_n limitiert werden muss.
Das Differenzial des D-Terms wird durch
Differenzenbildung aus altem (ERRO) und neuem
ERRN über einem Zeitschritt durchgeführt
(9-Bit-Addition mit negativem ERRO), der ein
Vielfaches der PWM-Zykluszeit ist, weswegen
die Differenz wiederum nur jedes kddiv-te
Mal berechnet wird; wie kadiv ist auch kddiv
eine 8+4-Bit-Variable mit KDDV0=16. Die
Differenz wird dann mittels GAIN mit dem
Wichtungsfaktor
multipliziert und auf dlim limitiert; auch
das resultierende Pdf ist eine 7-Bit-Variable
mit Vorzeichen.
Schließlich werden alle drei Terme addiert
(9-Bit-Addition) und das Ergebnis in Absolutwert
und Vorzeichen aufgespalten. Das Vorzeichen
(FLAG,sdi) dient dabei der Steuerung der
Umpolrelais. Der Absolutwert (PIDRES) erhält
einen Totbereich (PIDRES=0) und einen Startwert
pdstrt (minimaler Wert im EIN-Zustand).
Schließlich wird er auf pwdcyc begrenzt.
3.4.4.3 Praktische Hinweise
für die Programmierung
Wie schon aus der Programmbeschreibung hervorgeht,
gibt es eine Reihe offener Parameter,
die der Benutzer der Antriebsanlage seines
Modells anpassen muss; im Programmkopf sind
sie wieder unter der Zeile „— Benutzerspezifische
Konstanten —" aufgelistet.
Jeder der drei PID-Terme hat eigene Wichtungfaktoren
und Konstanten, die das Gesamtregelverhalten
des AUTONAUT im konkreten
Fall bestimmen. Generell gilt wohl, dass hier
Probieren über Studieren geht, weswegen für
den AUTONAUT während längerer Zeit ein
löschbarer uP eingesetzt werden sollte. Einige
grundsätzliche Dimensionierungsregeln kann
man aber angeben:
79

• Proportionalterm P
Je einflussreicher er mit kp und plimit gemacht
wird, desto schneller folgt das System, macht
es andererseits aber auch instabiler.
• Intergralterm I
Ein durch zu kleines potk und kadiv sowie zu
großes aclim großzügig dimensionierter Einfluss
des I-Terms führt zu Instabilität, wogegen
ein zu geringer Einfluss es dem Regler
verunmöglicht, dauerhafte Regelabweichungen
nachzuführen.
• Differenzialterm D
Der D-Term hilft Instabilitäten zu dämpfen.
Die Konstante D ist daher zu erhöhen, wenn
der Regler durch großen Einfluss von P- und/
oder I-Term zum „Überschießen" neigt.
3.4.5 Modell-Controller
(MODCON-S, -P und -D)
Die drei MODCON-Drehzahlsteller -S, -P und
-D sollen den Abschnitt Drehzahlsteller abschließen.
Allen drei Typen ist gemeinsam,
Die im Empfängergehäuse untergebrachte
MODCON-Platine. Gut sichtbar die Dreier­
buchse des Jumpers für die EEPROM-Initi-
alisierung; der Jumper für die Antikräng­
option ist unter dem Kabelbaum erkenn­
bar. Der Transistor dient der Sensitivitäts-
verbesserung des Leckdetektors
80
dass jeweils mehrere der oben schon beschriebenen
Programme im MODCON-Programm
zusammengefasst sind, das dann auf einem PIC-
16F672 bzw. -16F676 läuft. Diese beiden PIC-
Typen im DIP-28-Gehäuse sind schon etwas
großvolumiger als die bisher verwendeten Mikroprozessoren.
Ihr für unsere Anwendung
wesentlicher Vorteil ist es aber, dass sie über
ein bzw. zwei vom Programmablauf unabhängige
PWM-Generatoren verfügen, die die Erzeugung
eines hochfrequenten PWM-Motorsignals
sehr einfach gestalten und uns daher alle
komplizierten Verschachtelungen, wie z.B. des
SCAND-Moduls in MULTINAUT, ersparen.
Darüber hinaus sind beide Mikroprozessoren
vom entwicklerfreundlichen „F"-Typ, d.h., sie
sind jederzeit mit einer neueren Programmversion
überschreibbar. Auch ist ein nichtflüchtiger
Datenraum vorhanden, der das dauerhafte
Speichern der Ruder- und FahrimpulsnuUwerte
(IOR und IOF) sowie des RC-Frames (RCF-
RAM) erlaubt, weshalb eine Justierung bei folgenden
Modelleinsätzen entfallen kann. Ein
Nachteil der beiden Mikroprozessoren ist es
allerdings, dass sie über keinen internen Takt
verfügen, dieser vielmehr extern, am besten
mit einem 4-MHz-Quarz erzeugt werden muss.
Alle drei MODCON-Versionen können auf
der gleichen Platine aufgebaut werden, deren
Layout und Bestückungsplan im Anhang wiedergegeben
ist.
3.4.5.1 MODCON-S
Der Modell-Controller MODCON-S kombiniert
die Modellüberwachung NAVIGUARD
mit den Eigenschaften eines dem MLTNAUT
vergleichbaren Drehzahlstellers.
Der Treiber ist identisch mit dem des
MULTINAUT und seine Schaltung deshalb
im entsprechenden Schaltbild nicht wiedergegeben.
Bezüglich des im Empfänger untergebrachten
Elektronikteils sind die zwei Schalter
zu erwähnen (in der praktischen Ausführung
Jumper), mit denen die Initialisierung bzw. der

Schaltbild der Elektronik der Modell-Cont­
rollers MODCON-S bzw. MODCON-P. Im
Falle MOOCON-S ist das Reglerpoti nicht
angeschlossen
PIC MODCON
Antikräng abgestellt werden können; bei der
ersten Inbetriebnahme des MODCON-S muss
die Initialisierung natürlich möglich sein, damit
die entsprechenden Werte in den nichtflüchtigen
Datenbereich des Mikroprozessoren
geschrieben werden können.
Die Beschaltung des NAVIGUARD-Teils
mit Spannungsstabilisierung mittels Z-Diode
(RC-Spannung) und Spannungsteiler (Fahrspannung)
entspricht der beim Originalgerät,
doch wurde der Lecksensor durch die Transistorstufe
empfindlicher gemacht.
Wie das generelle Ablaufdiagramm des
MODCON-S verdeutlicht, beginnt das Programm
mit einer umfangreicheren Funktionsfehlersuche,
wird doch einerseits auf WDT-
Überlauf, andererseits aber auch auf „brown
out", d.h. nur kurzer Abfall der Versorgungsspannung
unter einen im uP vorgegebenen
Grenzwert, untersucht (PCON). Liegt einer dieser
Fälle vor, so wird die Bestimmung von
Mittenwerten und RC-Framelänge ebenso übersprungen
wie bei mittels Jumper abgeschalteter
Initialisierung (PORTA,eeprm).
Die Endlosschleife beginnt am Label LOOP
mit dem Aufruf der Subroutine SCAN, die im
Aufbau gleich der im Programm DCNAUT ist.
Wird dort kein Fehler gefunden, geht es in die
Auswertung (Label AUSWERT), andernfalls
nach RC-ERR, wo die laufende Fabrstufe noch
für ignore Durchlaufe gehalten wird, bevor die
Fahrmotoren abgeschaltet werden.
Für die Auswertung wird zunächst eine
Glättung sowohl des Ruder- als auch des Fahrsignals
durchgeführt, wobei unterschiedliche
Verzögerungswerte (isks_R und isks_F) vorgegeben
werden können. Der Fahrnull-Bereich
wird auch hier mit einer Hysterese zwischen
f_on und f_off festgelegt. Nach nstops Nullstellungen
werden die Umpolrelais abgeschaltet
(falls sie von einer Rückwärtsfahrt angezogen
sind) und die Motorkickflagge gesetzt
(KISTRT).
Im Fahrfall wird der Modul FAHRT
durchlaufen, der den Motorkick, die ruderstellungsabhängige
Relaisumpolung sowie den
„Antikräng" enthält, wie wir sie schon von
den obigen Drehzahlstellerprogrammen her
kennen, wobei eine Zyklusanpassung entfal-
Generelles Ablaufdiagramm des Programms
MODCON-S
MODCON-S
Generalplan
81

len konnte, da der Programmteil nicht zeitkritisch
ist. Durch Laden der Fahrstufe in das
Registers CCPR1L wird der Duty Cycle des
PWM-Generators festgelegt, der dann im Hintergrund
des Programmablaufs die entsprechenden
an Pin 13 des Mikroprozessors ausgegebenen
Motorimpulse erzeugt. Die Festlegung
der PWM-Frequenz und das Starten des
Generators erfolgt bei jedem Durchlauf von
AUS durch Laden der Konstante ccpcon in
das Register CCP1CON. Weil die gemeinsame
Masse für RC- und Fahrakku in meinen
Anlagen der Pluspol ist (negative Logik), gilt
für den Duty Cycle (DC).
DC = knlimx - Fahrstufe
DC = 0 bedeutet somit Vollgas,
und DC >= knlimx heißt stopp.
Der die Endlosschleife beschließende Programmteil
GUARD ist weitgehend identisch
mit dem Programm NAVIGUARD.
3.4.5.2 MODCON-P
Der Modell-Controller MODCON-P ist ein
MODCON-S mit integriertem AUTONAUT
(Modul AUTON). Im entsprechenden Ablaufdiagramm
ist daher nur der kurze, zu MOD­
CON-S unterschiedliche Abschnitt dargestellt.
Der Befehl für die automatische Regelung ist
mit einer Memorylogik ausgestattet, FLAG,5
bleibt also so lange im jeweiligen Zustand, wie
nicht ein neuer H-Pegel an PORTB,prgl anliegt.
Bei FLAG,5=H wird dann anstelle der
Glättung des FLEN-Wertes das Modul AU­
TON aufgerufen und im GUARD-Modul eine
6. Meldung gesendet, dass das Modell jetzt im
Automatikmode arbeitet.
AUTON ist praktisch identisch mit der Subroutine
PID im Programm AUTONAUT und
liefert als Ergebnis ein alternatives FLEN, mit
dem dann im Rest des Programms wie im
MODCON-S weitergerechnet wird.
82
Ablaufdiagramm-Modifikationen des MOD­
CON-P bezüglich des Programms MODCON-S
3.4.5.3 MODCON-D
MODCON-P
Modifikation
Wie das Schaltbild des MODCON-D-Treibers
verdeutlicht, sind hier im Unterschied zum Standardtreiber
zwei individuelle Impulsverstärker
vorhanden, mit dem zwei unterschiedliche Motorimpulse
verarbeitet und den jeweiligen Relaissätzen
der beiden Motorseiten zugeführt werden
können. Die dazu notwendigen, unabhängig
laufenden PWM-Generatoren sind im für
den MODCON-D verwendeten PIC-16C876
vorhanden, der ansonsten gleich beschaltet ist
wie der PIC-16C872 des MODCON-S.
Auch für MODCON-D werden im entsprechenden
Ablaufdiagramm nur die Abweichungen
zu MODCON-S dargestellt. Nur wenn der
Rudereinfluss aktiviert ist (PORTA,renab=H)
und der Ruderausschlag größer rdwirk ist, werden
im Programmteil DOPPEL nicht nur die
entsprechenden Umpolrelais angesteuert, son-

PIC MODCONT/D
Treiber
Schaltbild des MODCON-D-Treibers. Der
Elektronikteil ist bis auf den weiteren An-
schluss an Pin12 des 16F876 mit dem von
MODCON-S bzw. MODCON-P identisch
MODCON-D
Modifikation
Ablaufdiagramm-Modifikationen des MOD­
CON-D bezüglich des Programms MODCON-S
dern auch die Fahrstufe auf beiden Modellseiten
in Abhängigkeit der Ruderstellung individuell
beeinflusst. Dabei haben die beiden unabhängig
laufende PWM-Generatoren des PIC-
16C876 zwar die gleiche Impulsfrequenz, aber
u.U. unterschiedliche Duty Cycles.
Die Bestimmung der beiden individuellen
Fahrstufen FAHR bb und FAHR sb folgt der Beziehung:
FAHR bb = FAHR + dFAHR
(Backbordmotoren)
und
FAHR[sb] = FAHR - dFAHR
(Steuerbordmotoren)
wobei dFAHR der ruderstellungsabhängige
Fahrstufenunterschied zwischen den beiden
Modellseiten ist:
FAHR hat einen Wertebereich von -124
bis +124 und RUDER einen entsprechenden
von -168 bis +168 (wegen der Glättung jeweils
4 x SCAN-Resultat).
Das Ablaufdiagramm des Programmteils
DOPPEL zeigt hierzu die programmtechni-
Ablaufdiagramm des MODCON-D-Unterpro-
gramms DOPPEL
83

Generelles Ablaufdiagramm des MODCON-
D-Unterprogramms DTYCYC
schen Einzelheiten. Zur Berechnung von
dFAHR nach obiger Beziehung ist zunächst
eine 8x8-Bit-Multiplikation mit 16-Bit-Resultat
und dann eine 16:8-Bit-Division mit 8-Bit-
Resultat notwendig, wozu die Microchip-Routinen
UMUL0808L bzw. UDIV1608L verwendet
werden; das Zwischenergebnis steht dabei
in einem 16-Bit-Register (FBB), während
dFAHR ein 8-Bit-Register ist.
Je nach Ruderstellung wird dFAHR dann
zu FBB und FSB addiert bzw. subtrahiert. FBB
und FSB sind 15-Bit-Register mit Vorzeichen
und werden in der Routine DTYCYC
hintereinander in PWM-Duty-Cycles und Relaisstellungen
übersetzt. Die jeweilige Fahrstufe
wird dazu mit der Kennlinientabelle FKN-
LI dem Motorverhalten angepasst und
schließlich in die Register CCPR1L bzw.
CCPR2L geladen, wo sie den Duty Cycle des
entsprechenden PWM-Generators bestimmt.
Gegebenenfalls wird ein Fahrmotor aber auch
für nmpl x RC_frame Sekunden gestoppt, wenn
für den entsprechenden Motor gerade eine
84
MODCON
DTYCYC
Umkehr der Motordrehrichtung eingetreten ist,
d.h. das Vorzeichen von FBB bzw. FSB gewechselt
hat.
Die Adressierung verschiedener Register
in DTYCYC erfolgt indirekt.
Ist PORTA_renab = L, d.h. der Rudereinfluss
abgeschaltet, so wird der Modul EIN­
FACH durchlaufen, der dem MODCON-S-
Modul FAHRT äquivalent ist; den Registern
CCPR1L und CCPR2L wird dann der gleiche
Wert zugeteilt.
3.5 Enkoder und Dekoder
für eine RC-Anlage
3.5.1 Problemstellung
Prinzipiell kann man eine Fernsteuerungsanlage
in sechs Funktionsblöcke unterteilen. Im Sender
befinden sich die ersten drei, nämlich die Geber
in Form von Steuerknüppeln bzw. Schieber und
Drehknöpfen, der Informationsgenerator, neudeutsch
Enkoder genannt, und der HF-Sender,
der die Information mittels Funk zu senden erlaubt.
Im Empfänger sind dann die drei restlichen
Funktionsblöcke HF-Empfänger zum Empfang
der Information, Informationsauswertung
(Dekoder) und schließlich die Empfängerperipherie
in Form von Servos, Drehzahlstellern
und Schaltstufen zu finden.
Die Information wird in preisgünstigen
Anlagen durch Impulsabstände, d.h. die Abstände
zwischen zwei, im AM-Fall, kurzen HF-
Signalabschaltungen (pulse position mode
(PPM), übertragen. Die einzelnen Befehlsinformationen
(Kanäle) werden dann einfach
hintereinander gehängt und bilden das Impulspaket,
das von einer längeren, der Synchronisation
des Empfängers dienenden Pause abgeschlossen
wird. Impulspaket und Synchronisationspause
zusammen bilden den RC-Frame,
der eine konstante Dauer von um die 30 ms
hat. Bei Computeranlagen hingegen werden
die Geberstellungen mittels Binärcode (PCM)
übermittelt, also Ein-/Aus-Tastungen des HF-

Trägers je nach Wert einzelner Bits, wozu die
Geberinformation erst einmal digitalisiert werden
muss. Da mit den die Geberstellungen repräsentierenden
Zahlen auch eine Checksumme
gesendet wird, die im Empfänger überprüft
und gegebenenfalls als fehlerhaft identifiziert
werden kann, ist diese Sendeart weniger störungsanfällig
als die analoge Übermittlung
durch Impulspausen variabler Länge.
Im Dekoder des Empfängers wird die Gesamtinformation
dann wieder auf die einzelnen
Kanäle verteilt. wobei bei PPM-Modulation
die Synchronisationspause den jeweiligen
Beginn festlegt. Hier können dann auch die
einzelnen Kanalsignale von einem Servo bzw.
Drehzahlsteller direkt genutzt werden, während
bei PCM-Modulation die übertragenden
Zahlen erst wieder in von Servos lesbare Impulslängen
übersetzt werden müssen.
Von den sechs Funktionsblöcken einer RC-
Anlage eignen sich Enkoder und Dekoder gut
für den Einsatz eines Mikroprozessors. Zum
Schluss dieses Buches wenden wir uns daher
noch einem Senderenkoder (NVENKO) und
dem zugehörigem Empfängerdekoder (NVDE-
KO) zu, mit denen das simultane Steuern von
zwei Modellen möglich ist, wobei zwei weitere
Modelle noch in Bereitschaft liegen und
wahlweise aktiviert werden können. Jedes Modell
verfügt dabei über zwei Analogfunktionen
für Lenkung und Fahrstufe und je 15 Schaltfunktionen
(bei meinen Modellen sind es wegen
der einfacheren Beschaffbarkeit von Zwölfstufenschaltern
nur zwölf).
Auf die HF-Module in Sender und Empfänger
soll hier nicht eingegangen werden. Ich verwende
in meinem Muster einen alten 27-MHz-
AM-Sender und AM-Empfänger auf Basis des
IC TCA-440, die ich schon seit mehr als 25
Jahren benutze. Man kann im Schiffs- und Automodellbau
aber auch fertig aufgebaute 433,92
MHz-Module einsetzen, die weder HF-Justierungsarbeiten
noch eventuelle postalische Genehmigungen
benötigen. So habe ich z. B. in
einem zweiten Muster die Module TX2 (Sender)
und RX2 (Empfänger) von Radiometrix
Frontseite des Sen­
ders. Oben der
Hauptschalter und
die Alarm-LED. Auf
jeder Senderseite
ein Drehknopf
(Lenkung)und
Schieber (Fahrstu­
fe), ein Zwölfstufen
mit Auslöseschal­
ter und darüber der
Modellsektor für je
ein Modell
eingesetzt, die im Text und auch nach Herstellerangabe
im Freien eine in der Praxis ausreichende
Reichweite von etwa 300 m haben.
Wie das entsprechende Bild verdeutlicht, ist
bei meinem Sender die Frontplatte vertikal in
zwei Hälften geteilt. Auf jeder Seite befindet
sich ein Drehknopf für die Lenkung, ein Schiebepotenziometer
für die Fahrmotoren und ein
Zwölfstufenschalter nebst Ein-Aus-Schalter für
die Aktivierung von Sonderfunktionen. Ein kleiner
Schiebeschalter auf jeder der beiden Hälften
oberhalb der Stufenschalter erlaubt darüber hinaus
die Umschaltung zwischen zwei Modellen;
ein Modell ist dann jeweils in Bereitschaft, während
das andere gefahren werden kann.
So viele Modelle lassen sich mit dem NAVI-
CONT-Sender gleichzeitig kontrollieren,
wobei zwei jeweils fahren können und die
beiden anderen in Bereitschaft liegen (das
U-Boot ist im Schlepp eine Fahrmodells)
85

Jedes der beiden aktiven Modelle hat zwei
analoge Funktionen (Lenkung und Fahrstufe)
sowie einen 4-Bit-Schalter (=15 Schaltfunktionen)
zur Verfügung. Zur Umschaltung zwischen
aktivem und in Bereitschaft liegendem
Modell wird noch eine weitere 2-Bit-Schaltfunktion
benötigt. Insgesamt besteht die zu
übertragende Information damit aus zwei mal
zwei Analogkanälen, zwei 4-Bit-Schaltkanälen
und zwei 2-Bit-Modellselektoren.
NVENKO/NVDEKO benutzt eine Mischung
aus den beiden oben angesprochenen
Modulationsarten PPM und PCM. Die Analoginformationen
(zwei Ruderstellungen und
zwei Fahrstufen) werden als PPM-Signal codiert,
während die zwei Schalterstellungen (2
mal 4 Bit), die beiden Modellselektoren (2 mal
2 Bit) und das Paritäts-Bit für die Übertragungssicherheit
in PCM übertragen werden.
3.5.2 Enkoder für RC-Sender
(NVENKO)
3.5.2.1 Schaltung
Ein uP vom Typ PIC-16F872 generiert das Impulspaket
im RC-Sender. Er wird mit einem Takt
von 10 MHz betrieben und erlaubt so, falls er­
Schaltbild des Enkoders NVENKO für mei­
nen AM-Sender nebst äußerer Beschat­
tung. Bei Einsatz eines TX2-Sendermoduls
entfällt der Spannungsregler (5V Betriebs­
spannung) und der Trapezformer. Stattdes­
sen wird der TX2 (Pin5) direkt an PIN 18
des uP angeschlossen.
86
Sender Enkoder
Der geöffnete
Sender, zu se­
hen sind die
Senderplatine
mit Radiometrix-
TX2-Sendermo-
dul (rechts) und
der uP (links)mit
seinen verschie­
denenAn­ schlüssen
wünscht, eine Menge zusätzliche Rechenarbeit
in den Impulspaketpausen wie z.B. exponentielle
Steuerkennlinien, Mischung von Steuersignalen
usw.; diese zusätzlichen Programmteile sind
im Musterprogramm allerdings nicht vorhanden,
da ich sie für meine Anwendungen nicht benötige.
Eine Spannungsüberwachung des Senderakkus
löst bei sich leerendem Akku Alarm aus, der
durch eine blinkende LED angezeigt wird.
Das Schaltbild zeigt den Impulsteils des Senders.
Der uP erhält seine Versorgungsspannung
von einem Spannungsregler, der in meinem Fall
die 9-V-Versorgungsspannung des HF-Teils auf
den 5-V-uP-Betrieb herunterregelt und seinen
Arbeitstakt von einem Quarzoszillator.
Die Potenziometer der Analogsignalgeber,
zwei Drehpotis für die Lenkung und zwei Schiebepotis
für die Fahrstufen, sind zusammen mit
alle Dioden 1N4148
Schaltbild einer Diodenmatrix für die Hex-
zu Binärcodierung

Oszillogramm eines mit NVENKO modulier­
ten AM-Sendersignals
ihren zugehörigen Trimmern als Spannungsteiler
geschaltet. Die beiden 4-Bit-Digitalschalter
sind mit ihren Pull-down-Widerständen direkt
an die entsprechenden Pins des Mikroprozessoren
angeschlossen. Gewöhnliche Stufenschalter
wie die leicht erhältlichen Zwölfstufer müssen
mit einer Diodenmatrix an ihren Ausgängen
allerdings noch zu Codierschaltern umgebaut
werden. Auch die Ausgänge der beiden Schiebeschalter
für die Modeliselektoren sind über
pull-downs direkt an den entsprechenden Pins
angeschlossen; sie haben die Codes „0l" für das
eine und „10" für das andere Modell.
Die Akkuspannung wird dem uP über einen
Spannungsteiler zugeführt, dessen Knotenspannung
mit fallender Akkuspannung gegenüber
der geregelten und damit konstanten uP-Versorgungsspannung
abfällt, was dann uP-intern ausgewertet
werden kann und gegebenenfalls zum
Blinken einer Alarm-LED führt.
Am Signalausgang des uP sorgt dann noch
eine Transistorentkopplungsstufe für eine leichte
Abrundung der Rechtecksignale (Trapezformer),
bevor es zum Modulatoreingang der HF-
Stufe geht.
3.5.2.2 Das Programm
NVENKO.asm
Das Ablaufdiagramm zeigt die Funktion des
Programms NVENKO.asm. Die Endlosschleife
beginnt hier am Label NEWPAK, umfasst
so fast das gesamte Programm und startet, wie
gewohnt, mit der Initialisierung der Ports. Auch
der Timer muss initialisiert werden, weil TMRO
zwischendurch um framdi reduziert werden
muss, um mit der gegebenen Taktfrequenz einen
genügend langen RC-Frame zu erreichen
(> 256). Eine erste Analog-Digital-Wandlung
von RA4 dient der Überwachung der Akkuspannung
und führt bei einer Unterschreitung
zum Alarm, d.h. einer niederfrequenten Wechselspannung
am Alarm-Pin, die eine angeschlossene
LED blinken lässt.
Der Rest der linken Kolonne im Ablaufdiagramm
beschreibt das Einlesen der Analog- und
Digitalinformation, d.h. die Analog-digital-Wandlung
der vier Poti-Spannungen in einer Schleife
mit indirekter Adressierung und die direkte Abfrage
der mit den Schaltern (Stufenschalter und
Modeilselektoren) verbundenen Pins.
In der Mitte des Ablaufdiagramms beginnend
mit dem Label SYNCHR wird der RC-
Frame erzeugt, indem so lange gewartet wird,
bis der Timer nach Überlauf wieder null wird.
NVENKO
Ablaufdiagramm des Programms NVENKO
S7

Mit dem Label FRAME startet die Erzeugung
des Impulspakets, wozu für die Analogsignale
einmal mehr die indirekte Adressierung
zum Einsatz kommt. Für jeden der vier
Analogkanäle beginnt das Signal mit der Erzeugung
des 0,4 ms dauernden Impulses durch
High-Schaltung des Senders (SNDOFF, bei
Amplitudenmodulation entspricht das der im
entsprechenden Oszillogramm erkennbaren
HF-Abschaltung). Danach wird der Sender für
konstante 0,6 ms und dann für eine weitere,
vom jeweiligen Analog wert (INDF) abhängige
Zeit LOW geschaltet (HF ein bei Amplitudenmodulation).
Das Viererpaket der Analogkanäle
wird mit einem weiteren 0,4 ms dauernden
Impuls abgeschlossen.
Es folgt in der DIGBIT-Schleife die Übertragung
der 12 Bits des 2x2-Modellselektors
MDSEL und des 2x4-SWITCH (Schalter 1
untere, Schalter 2 obere 4 Bits), indem der Sender
je nach Wert des Bits MDSEL,3 für 0,5 ms
High bzw. Low geschaltet wird (Subroutinen
SNDOFF bzw. SNDON) und danach alle Bits
in MDSEL und SWITCH jeweils um eine Stelle
nach links verschoben werden.
Das gleiche Verfahren wird dann auch noch
für das Parity-Bit angewendet, das vor dem
Abschlussimpuls von ebenfalls 0,4 ms gesendet
wird. Das Parity-Bit ist das nullte Bit der
Summe aller -1 - Bits in MDSEL und SWITCH
und dient dem Test der Übertragungsgüte.
3.5.2.3 Praktische Hinweise
Unter der Überschrift „— Benutzerspezifische
Konstanten —" sind im Programmkopf wieder
einige Parameter aufgelistet, die vom Benutzer
den eigenen Wünschen angepasst werden können.
Da ist zunächst der Unterspannungsalarm
für den Senderakku, der mit vakku justiert und
dessen Blinkfrequenz mit blink definiert werden
kann. Aber auch die Signalcharakteristika
können hier modifiziert werden, was dann
allerdings auch Einfluss auf die entsprechenden
Größen in NVDEKO.asm hat.
SS
Programmteile für eine eventuelle weitere
Bearbeitung der Eingabewerte, z.B. Mixer oder
exponentielle Ruderkennlinien, müssten vor
dem Label SYNCHR ins Programm
NVENKO.asm eingefügt werden. Hierfür steht
noch einige Rechenzeit zur Verfügung, die im
Muster noch in der Synchronisationswarteschleife
vergeudet wird.
3.5.3 Signaldekoder
für RC-Empfänger (NVDEKO)
Die vom Demodulator des Fernsteuerempfängers
kommenden Information wird mit einem
PIC-16C505 mit internem Taktoszillator dekodiert.
Das benötigte Programm heißt NV­
DEKO und spaltet das mit NVENKO codierte
Impulspaket wieder in die vier Analog-
(zweimal Lenkung und zweimal Fahrstufe) und
drei Digitalinformationen (Modeilselektor und
zwei 4-Bit-Schalter) auf. Durch zwei am Empfängergehäuse
angebrachte Schiebeschalter
wird jeweils entschieden, welches Analogsignalpaar
sowie welcher der beiden 4-Bit-Schalter
vom Empfänger verwendet wird (Schalter
AS) bzw. welches der beiden Modelle einer
Senderseite mit einem MDSEL-Befehl stillgelegt
bzw. aktiviert wird (Schalter MS). Zwei
Modelle mit gleichem AS müssen dann also
verschiedene MS-Stellungen haben, um abwechselnd
betrieben werden zu können. Auf
Oszillogramm des Signals am Demodula-
torausgang eines meiner AM-Empfänger
(zum Sendersignal kompatibel)

Ein 433-MHz-Empfänger mit dem Radiome-
trix-RX2-Empfängermodul auf der oberen
Empfängerhälfte. Darunter der NVENKO-uP
und außen am Gehäuserand die beiden
Umschalter. Die Buchsenleiste neben dem
uP dient der Verbindung mit einer MOD-
CON- bzw. MULTINAUT/NAVIGUARD-Plati­
ne, die kopfüber im Empfängergehäuse an­
geordnet wird
einem stillgelegten Modell werden Ruder- und
Schalterinformationen unterdrückt, wobei im
Falle der Schalterinformation allerdings Ausnahmen
möglich sind, die im Programm (Subroutine
DISABLE) definiert werden können
(die Fahrstufeninformation wird in meinen
Anlagen nicht unterdrückt, da das in den angeschlossenen
Geräten eine RC-Fehlermeldung
auslösen würde). Alle Schalterstellungen können
nach Maßgabe einer programminternen
Tabelle (TRGPOS) auch als Trigger, d.h. mit
begrenzter EIN-Zeit, ausgegeben werden.
Die beiden Analogausgänge des uP werden
direkt zur Ansteuerung von Servo und
Drehzahlsteller verwendet. Wegen der begrenzten
Anzahl von I/O-Pins gehen die Schalterstellungen
als 4-Bit-Zahl über ein mehradriges
Flachbandkabel an den Treiber, ein separates
Bauteil, das in meinen Modellen auch räumlich
vom Empfänger getrennt ist. Daneben individuell
ausgegeben werden die Schalterstellungen
-1- (R_enable) und -2- (Memoryschalter),
die auf meinen Vierwellenmodellen zur
zeitweisen Abschaltung der äußeren Wellen
verwendet werden. Auch MDSEL wird als Pin
F_enable separat geführt, da es ebenfalls in
meinen Drehzahlstellern benötigt wird.
3.5.3.1 Schaltung
Das Schaltbild zeigt den Dekoderteil des Empfängers
und den Digitaltreiber, also den Teil
der Schaltung, der die jeweiligen im Dekoder
festgestellten Schalterstellungen dann in handfeste
Ströme für die Schaltung der Sonderfunktionen
umsetzt.
Das vom Demodulator des Empfängers
kommende RC-Signal wird am Schmitt-Trigger-Eingang
des uP eingespeist, alle anderen
Pins sind Ausgänge, wobei die beiden Analogsignale
direkt genutzt werden können.
Der Treiber wandelt die vom Dekoder
kommende 4-Bit-Zahl in Einzelsignale um,
die so verstärkt werden, dass sie zum Schalten
größerer Lasten (einige Ampere) verwendet
werden können. Die 4-Bit-Zahl wird dazu
zunächst in 15 Einzelsignale umgewandelt,
wozu zwei CMOS-ICs und ein Gatter benötigt
werden. Die Stromverstärkung besorgt
dann für jede Schalterstellung eine eigene
Transistorstufe, der wegen der in meinen Anlagen
positiven Massenschiene ein Inverter
vorgeschaltet werden muss; im Schaltbild sind
der Einfachheit halber nur zwei Endstufen
dargestellt.
Wie schon erwähnt, erlaubte die begrenzte
Anzahl von IC-Pins nur einen Memoryschalter,
was bei vielen Anwendungen zu wenig ist,
will man Sonderfunktionen oft doch für längere
Zeit ein- bzw. ausschalten. Im Treiber wurden
daher weitere „Memorys" auf konventionelle
Art mit Flipflops realisiert (zwei Flip-
DEKODER-Treiber
Schaltbild des Dekoders NVDEKO und der
notwendigen Schaltertreiber
89

flops in einem CMOS-4027), wofür ein Beispiel
in der rechten unteren Schaltbildhälfte
eingezeichnet ist.
3.5.3.2 Das Programm
NVDEKO.asm
Wie das Ablaufdiagramm des Programms
NVDEKO.asm zeigt, besteht es aus drei charakteristischen
Abschnitten, nämlich dem Lesen
der RC-Information (linke Bildseite), der
Auswertung und Ausgabe der Schalterinformation
in der Mitte sowie der Ausgabe der Analoginformation
in der unteren rechten Bildseite.
Mit dem Label SYNCHO beginnt die Auswertung
des RC-Signals, wobei zunächst der
Beginn der Information durch Bestimmung der
Pausenlänge mit dem Timer TMRO ermittelt
wird. Ist das LOW-Signal kürzer als smin, liegt
keine Pause vor, ist es länger als smax, ist das
RC-Signal gestört und das Programm verzweigt
zum Fehlerabschnitt (Label RCERR).
TMRO zwischen smin und smax deutet auf
die richtige Synchronisationspause hin und das
Programm kann mit der mittels indirekter Adressierung
durchgeführten Auswertung der Analoginformation
beginnen. Zunächst wird der HIGH-
Impuls ausgemessen (Subroutine EVIPHIGH), der
eine Länge von mindestens 0,29 ms haben sollte,
um nicht als fehlerhaft erkannt zu werden; die
Kanalinformation (INDF) wird der Länge des
HIGH-Impulses entsprechend 40 (= 0,4 ms) gesetzt.
Danach wird INDF bis zum folgenden
HIGH-Impuls in 10-us-Schritten hochgezählt. Bei
einem Überlauf von INDF liegt ein Signalfehler
vor (Kanalsignal zu lang), weswegen das Programm
ebenfalls nach RCERR verzweigt. Nach
ordnungsgemäßer Impulslängemessung wird das
Ergebnis noch auf Plausibilität untersucht
impmn < INDF < impmx
und andernfalls die Fehlerflagge gesetzt,
was nach Abarbeitung der vier Analogkanäle
ebenfalls zum Sprung nach RCERR führt.
90
Generelles Ablaufdiagramm des Programms
NVDEKO
NVDEKO
Generalplan
Sonst werden die 12 Bits der Schalterinformation
verarbeitet, indem in der Subroutine
PEGEL der jeweilige Signalpegel über eine
längere Zeitdauer bestimmt und W beim Rücksprung
je nach Pegelwert null oder eins gesetzt
wird. W wird dann zu DIGS_c addiert, was
einer W-abängigen Änderung des nullten Bits
von DIGS_c gleichkommt. Gleichzeitig wird
W zum Parity-Bit (PARBIT) addiert. Die
Schleife mit dem Startlabel BITNEXT wird
zwölfmal durchlaufen, wobei die Bits in
DIGS_c und MDSL_c jeweils um eins nach
links verschoben werden (das erste eingelesene
Bit ist daher schließlich MDSL_c,3, das
oberste gültige Bit).
Zum Abschluss wird noch das Parity-Bit
gelesen (I), das mit dem beim Einlesen ermittelten
Wert PARBIT identisch sein muss,

andernfalls liegt ein Fehler der Digitalübertragung
(FLAG,1) vor.
Mit der Prüfung des abschließenden, 0,4
ms dauernden HIGH-Impulses ist das Lesen
des Impulspakets beendet (Label RCEND),
wonach der Timer zurückgesetzt wird, um die
Länge der Synchronisationspause ermitteln zu
können. Bei fehlerfreiem Signal (FLAG,0=L)
beginnt am Label SELEC die Auswertung mit
der Wahl der für den jeweiligen Empfänger
gültigen Analoginformation anhand des Auswahlschalters
AS.
Ist auch die Übertragung der Schalterinformationen
fehlerfrei (FLAG,1=L), werden anhand
von AS auch der gültige 4-Bit-Schalter
und der Modellselektor MDSL_c festgelegt.
Dessen Wert muss für hld_M RC-Frames stabil
sein (Störungsunterdrückung), bevor er in der
weiteren Modellselektion verwendet wird, wo
in Abhängigkeit des Auswahlschalters MS und
des Wertes von MDSL_c das Modell entweder
stillgelegt (FLAG,4=L und PORTB,fen=L) oder
aktiviert wird.; FLAG,4 sorgt hier uP-intern für
die Abschaltung des Rudersignals und die Unterdrückung
von Schalterstellungen, PORTB,fen
ist ein Ausgangssignal des uP, das in meinen
Drehzahlstellern zur Fahrmotorabschaltung verwendet
werden kann.
Analog zu MDSL_c wird, beginnend am Label
PRUEF2, auch für den 4-Bit-Schalter DIGS_c
eine Störungsunterdrückung durchgeführt, die hier
in Abhängigkeit der Schalterstellung allerdings
unterschiedlich lang ausfallen kann (Tabelle
STORU). Ist sie erfolgreich, so wird einmal die
Tabelle TRIGER aufgerufen, wo für die betreffende
Schalterstellung eine Triggerzeit bestimmt
wird; Triggerzeit null bedeutet kein Trigger. Dann
wird die Subroutine SWITCH aufgerufen, in der
ausgewählte Schalterstellungen noch speziell bearbeitet
werden (Trigger, Flipflop).
Im Modul ANALOG werden schließlich
die Servo- bzw. Drehzahlstellersignale erzeugt,
indem der jeweilige uP-Pin für jeweils LRD x
10 us bzw. LFH x 10 us aktiv gemacht wird.
LRD und LFH sind dabei die Werte, die bei
der Analogsignalmessung in 10-ps-Schritten
hochgezählt wurden. Bei gesetzter FLAG,4
(Modell abgeschaltet) wird die Ausgabe des
Rudersignals übersprungen.
NVDEKO unterscheidet zwei Signalfehler,
nämlich den Analog- und den Digitalsignalfehler
(FLAG,0 bzw. FLAG, 1). Im Falle eines Analogsignalfehlers
geschieht errskp RC-Frames
nichts, d.h., das Programm gibt während dieser
Zeit die alten Analogsignale aus, unterdrückt
aber die Digitalinformation. Danach werden
Ruder- und Fahrsignale abgestellt und gewartet,
bis das RC-Signal wieder in Ordnung ist.
Ist nur die Digitalinformation gestört
(FLAG,1=H), so wird diese einfach nicht bearbeitet.
Das Modell kann während dieser Zeit
normal gesteuert werden, verfügt aber über
keine Sonderfunktionen.
3.5.3.3 Praktische Hinweise
Unter der Überschrift „— Benutzerspezifische
Konstanten —" sind im Programmkopf wieder
einige Parameter aufgelistet, die sich vom Benutzer
anpassen lassen. Mit dig_r und dig_ff
können die Schalterstellungen definiert werden,
die an einzelnen Pins gesondert ausgegeben werden,
in meinen Empfängern ein Schaltbefehl für
die Aktivierung der Ruderunterstützung meiner
Drehzahlsteller (R_enable) und eine Schalterstellung
mit Memoryfunktion. Einzelne Schalterstellungen
lassen sich, wie schon erwähnt, in
der Tabelle TRIGER auch als Trigger definieren;
wird hier eine Null gesetzt, ist die entsprechende
Schalterstellung kein Trigger.
In der Tabelle DISABL können Schalterstellungen
definiert werden, die abweichend von
der Norm auch bei nur in Bereitschaft liegendem,
aber abgeschaltetem Modell aktiv bleiben.
Mit der Tabelle STORU kann schließlich
für jede Schalterstellung eine individuelle
Schaltverzögerung vorgegeben werden, die
auch der Störungsunterdrückung dient; bei sicherheitsrelevanten
Schalterstellungen (z.B.
dem Zünden von Feuerwerk), sollte man diesen
Wert nicht zu klein wählen.
91

4 Anhang
4.1 Literatur
Es ist nicht meine Absicht, die reichliche Literatur
zum Thema Mikroprozessoren oder
Schiffmodell auch nur zum Teil aufzulisten.
Ich will mich vielmehr auf einige wenige Bücher
und Zeitschriften beschränken, die ich
selber öfter konsultiere oder mehr oder weniger
regelmäßig durchblättere.
Ob die zitierte Literatur in Deutsch oder
Englisch ist, ersieht man fast immer aus dem
Titel.
4.1.1 Zeitschriften
• Elektor. Elektor-Verlag, Aachen
(erscheint monatlich in Deutsch)
• ModellWerft. Verlag für Technik und
Handwerk, Baden-Baden
(erscheint monatlich in Deutsch)
• Schiffsmodell. Neckar-Verlag,
Villingen-Schwenningen
(erscheint monatlich in Deutsch)
4.1.1 Handbücher (Manuals)
• Kohtz, Dieter: Messen, Steuern und Regeln
mit PIC-Mikrokontrollern. Franzis Verlag,
1998, ISBN 3-7723-6154-4
92
• Microchip: MPLAB (IDE, Simulator,
Editor) User's Guide, Report DS51025D,
Microchip Technology Inc., 2000
(download von www.microchip.com)
• Microchip: MP ASM (with MPLINK and
MPLIB) User's Guide, Report DS33014F,
Microchip Technology Inc., 1997
• Microchip: PICmicro Mid-Range MCU
Family Reference Manual, Report
DS33023A, Microchip Technology Inc.,
1997 (download von www.microchip.com)
• Microchip: Fixed Point Routines (AN617), Report
DS00617B, Microchip Technology Inc.,
1996 (download von www.microchip.com)
• Microchip: PIC12C5XX Datenblatt, Report
DS40139E, Microchip Technology Inc.,
1999 (download von www.microchip.com)
• Microchip: PIC12C67X Datenblatt, Report
DS30561 A, Microchip Technology Inc.,
1997 (download von www.microchip.com)
• Microchip: PIC16C505 Datenblatt, Report
DS40192C, Microchip Technology Inc.,
1999 (download von www.microchip.com)
• Microchip: PIC16C71X Datenblatt, Report
DS30272A, Microchip Technology Inc.,
1997 (download von www.microchip.com)
• Microchip: PIC16F872 Datenblatt, Report
DS30221 A, Microchip Technology Inc.,
1999 (download von www.microchip.com)
• Microchip: PIC16F87X Datenblatt, Report
DS30292C, Microchip Technology Inc.,
2001 (download von www.microchip.com)

4.2 Platinenlayouts und Liste der Programme auf der CD-ROM
4.2.1 Platinenlayouts und Bestückungspläne
4.2.1.1 Platinenlayout und Bestückungsplan für PENTA-S
4.2.1.2 Platinenlayout und Bestückungsplan für RADAR
4.2.1.3 Platinenlayout und Bestückungsplan für ZUND
4.2.1.4 Platinenlayout und Bestückungsplan für DUOSIG
93

4.2.1.5 Platinenlayout und Bestückungsplan für S2PWM
4.2.1.6 Platinenlayout und Bestückungsplan für MONONAUT
4.2.1.7 Platinenlayout und Bestückungsplan für MODCON
94

4.2.2 Liste der Programme
auf der ModellWerft-Homepage
www.modellwerft.de/downloads
4.2.2.1 PIC-Sourceprogramme
(.asm)
autonaut.asm
1 -kHz-PWM-Fahrstufenregler für automatische
Fahrstufenanpassung eines Modells an eine Regelgröße
blink.asm
Demonstration für den Programmaufbau.
BLINK erzeugt ein Blinksignal beliebig wählbarer
Sequenz und Frequenz (im Muster ist
eine SOS-Blinkfolge programmiert).
dcnaut.asm
Die Fahrstufe wird als 4-Bit-Zahl ausgegeben
und mit einem speziellen Treiber in eine belastungskompensierten
Klemmspannung umgewandelt
(DA-Wandler). Mit Logikpegel abschaltbare
Ruderunterstützung bei Hartrudermanövern
durch individuelle Umpolung der dem
Ruderausschlag zugewandten Welle oder Drehzahlreduzierung
bei Hartrudermanövern (Antikräng)
bei abgeschalteter Ruderunterstützung.
duosig.asm
Synthetische Erzeugung eines Typhonsignals
und einer Zerstörersirene
mdc_d.asm
Kombiniert zwei Impulsdrehzahlsteller mit der
Modellüberwachung NAVGUARD. Bei größeren
Ruderausschlägen können so nicht nur
die Umpolrelais, sondern auch die Fahrstufen
der beiden Motorseiten individuell beeinflusst
werden.
mcd_p.asm
Kombiniert einen Impulsdrehzahlsteller mit
Ruderunterstützung (MLTNAUT) mit der Modellüberwachung
NAVGUARD und dem Automatikregler
AUTONAUT
mdc_s.asm
Kombiniert einen Impulsdrehzahlsteller mit
Ruderunterstützung (MLTNAUT) mit der Modellüberwachung
NAVGUARD
mltnaut.asm
2-kHz-Drehzahlsteller mit durch Logikpegel
abschaltbarer individueller Umpolung der dem
Ruderausschlag zugewandten Welle (Ruderunterstützung)
bzw. Drehzahlreduzierung bei
Hartrudermanövern (Antikräng) bei abgeschalteter
Ruderunterstützung, Anfahrverbesserung
durch Motorkick, Alarmausgabe von RC-Signalfehler
nebst Abschaltung und durch weiteren
Logikpegel abschaltbare äußere Wellen bei
Vierwellenmodellen
mono.asm
Mit Logikpegel abschaltbarer 2-kHz-Drehzahlsteller.
Ansteuerung des Fahrmotors erfolgt
entweder via Transistorbrücke (Motorleistungen
bis etwa 600 mA) oder nach Modifizierung
im Programm via Leistungstreiber
und Umpolrelais; mit „Motorkick" zur Anfahrverbesserung,
Leckdetektion und Alarmausgabe
bei RC-Signalfehler (Blinken).
navgrd.sm
Überwacht modellrelevante Parameter wie RCund
Fahrakkuspannungen, Leck und RC-Signalstörungen
und blinkt im Alarmfall ein entsprechendes
Morsetelegramm über einen Signalscheinwerfer
nvdeko.asm
Empfängersignaldekoder für die mit NVEN-
KO erzeugten Steuersignale
nvenko.asm
Senderenkoder zur gleichzeitigen Steuerung von
zwei aktiven und zwei in Bereitschaft liegenden
Modellen, wobei zwischen aktiven und in Bereitschaft
liegenden Modellen jederzeit umgeschaltet
werden kann. Jedes Modell verfugt dabei
über zwei analoge (Lenkung und Fahrstufe) und
15 digitale, d.h. Schaltfunktionen.
95

pentas.asm
Fünffachschalter aus einem Servosignal (elektronische
Magnetorgel)
radar.asm
Erzeugung der vier Strangsignale zur Ansteuerung
von Miniaturschrittmotoren zum Antrieb
von Modellradarschirmen
radznd.asm
Eine speziell für den Einsatz im 5-V-Bordnetz
von Kleinmodellen entwickelte Kombination
von RADAR.asm und ZUND.asm
s2pwm-0.asm
Wie s2pwm-l, jedoch ohne Justierungsmöglichkeit
des Servoausschlags oder der Servolaufzeit
s2pwm-l.asm
Programm erzeugt aus Ein-Aus-Schaltersignalen
Impulsketten zur Ansteuerung eines Servos,
das dann Sonderfunktionen auf Modellen
betätigen kann. Durch Selektion an einem
„Mäuseklavier" können verschiedene Auslenkarten
(Trigger, Ausschlag aus Servomitte sowie
Ausschlag nach beiden Seiten) eingestellt
werden.
zund.asm
Erzeugt die Gatespannung für den FET-Leistungstreiber
zur Stromschaltung eines Glühdrahtes.
ZUND beinhaltet eine Störungsunterdrückung,
die Begrenzung des Glühzeit auf
wenige Sekunden und eine Verdreifachung
96
der Gatespannung bei niedrigen Betriebsspannungen.
4.2.2.2 FORTRAN-
Unterstützungsprogramme
(.for)
knn.for
Programm erzeugt die Motorkennlinientabelle
FKNLI in einer direkt in verschiedene Drehzahlstellerprogramme
kopierbaren Form. Parametereingabe
direkt im Code. Das Ausgabefile
ist „knn.asm".
k-rnn.for
Programm erzeugt die Tabellen FKNLI (Motorkennlinie)
und RKNLI (Rudereinfluss) in
einer direkt in die MODCON-Programme kopierbaren
Form. Parametereingabe direkt im
Code. Das Ausgabefile ist „dnn.asm".
morse.for
Programm erzeugt den Morsecode von im File
„messg.in" vorgegebenen Meldungen und gibt
ihn in einer direkt in NAVGRD bzw. MOD-
CON kopierbaren Form auf dem File
„morse.asm" aus.
rknn.for
Programm erzeugt die Rudereinflusstabelle
RKNLI in einer direkt in verschiedene Drehzahlsteller-
Programme kopierbaren Form. Parametereingabe
direkt im Code. Das Ausgabefile
ist „rnn.asm".

Funktionen und Sonderfunktionen
einfach schalten
PIC-Mikroprozessoren im Schiffsmodell
Sonderfunktionen im Schiffsmodell - dazu braucht man heute keine
komplizierten Schaltungen zusammenlöten, ein programmierbarer
Mikroprozessor genügt.
Dirk Lübbesmeyer bietet in diesem Buch das ganze Know-how, wie
man moderne Mikroprozessoren für Sonderfunktionen einsetzen
kann. Zunächst werden die Grundlagen erklärt und die zur
Programmierung notwendige Hard- und Software beschrieben, dann
geht es um die Erstellung von eigenen Mikroprozessorprogrammen.
Ein umfangreicher Teil stellt dann viele unterschiedliche
Anwendungen vor, z.B. Fünffachschalter aus einem Funktionssignal,
Schrittmotorsteuerung für einen Radarschirm, Typhon- und
Sirenensignalgenerator, Überwachung von Akkuspannungen,
diverse Drehzahlsteller, Mehrmodellsteuerung und einiges mehr.
Alles wird auch dem elektronisch weniger versierten Modellbauer
ausführlich erklärt, dazu sind die Schaltungen, Platinenlayouts und
Bestückungspläne abgebildet und auf der Homepage
www.modellwerft.de im Bereich Downloads findet man alle
beschriebenen Programme.
VTH-Fachbuch
Best.-Nr. 310.2119-Preis: 13,00 € [D]
ISBN 3-88180-719-5