Cours:TPS 2103 tp1

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Éléments de correction


Nous avons abordé la programmation des cartes arduino au premier semestre en utilisant des fonctions de haut niveau ce qui, bien que pouvant simplifier certaine tâche, présente un certain nombre de limitation.

L'objectif de ces TPs est de découvrir le fonctionnement du µcontrôleur Atmega328p et d'en explorer les possibilités.

Nous commencerons simplement de façon analogue au premier TP du module M1102 en configurant des e/s (il est sans doute utile de jeter un coup d’œil au lien précédent !).

Ex 1: mise en jambe !

On considère la led f5. La patte correspondante (PB5) sera donc une sortie (commande) pour le µcontrôleur. On configure donc le registre de direction de la façon suivante :

DDRB bit 7 6 5 4 3 2 1 0
Valeur 0 0 1 0 0 0 0 0

On rappelle la connexion des LEDs et couleur avec les PORTs correspondants pour le shield de l'IUT de Troyes :

Numéro f5 f4 f3 f2 f1 f0 p1 p0
Couleur r o v r o v v r
Arduino Pin 13 12 11 10 9 8 7 6
Port Arduino UNO PB5 PB4 PB3 PB2 PB1 PB0 PD7 PD6
Port Arduino LEONARDO PC7 PD6 PB7 PB6 PB5 PB4 PE6 PD7

Question.jpg Compléter le programme suivant pour que la led s'allume et s'éteigne pendant 500ms

Remarque : On utilisera astucieusement l'opérateur ^

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

int main()
{
   DDRB |= ... ;         // configuration des e/s (registre de direction DDRx) sur le port D.
   while(1)
   {
      PORTB ???? ;          // on modifie en conséquence l'état de la sortie
      ....                  // il faudra utiliser la fonction _delay_ms() !
   }
}
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Version simple pour la led f0


#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

int main()
{  // setup()
   DDRB |= 1<<PB0 ;         // configuration des e/s (registre de direction DDRx) sur le port D.
   // loop() 
   while(1)   {
     PORTB &=~ (1<<PB0) ;          // mise à zéro de la sortie
     _delay_ms(500);
     PORTB |= 1<<PB0 ;         // mise à un de la sortie
     _delay_ms(500);
   }
   return 0;
}

Notez encore la présence de deux parties différentes dans ce programme :

  • ancien setup()destiné à la configuration des PORTs et exécuté une seuls fois
  • ancien loop() matérialisé ici par while(1) exécuté en permanence (boucle infinie)

Ex 2: plusieurs leds ...

Plusieurs leds simultanées

Question.jpg Modifier le programme précédent pour ajouter une deuxième led (f1) s'allumant et s'éteignant au même rythme

Question.jpg Faire en sorte que les 2 leds soient allumées en alternance

Les limites ...

On souhaite avoir 2 rythmes différents pour le clignotement. L'une des leds aura une période de 1s (2x500ms), et l'autre led de 200ms (2x100ms).

On constate aisément que le rapport entre les périodes est de 5, on choisira un "delay" de boucle de 100ms et il suffira de ne changer l'état de la 2ème led que toutes les 5 itérations, suivant le principe suivant :

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

int main()
{
   uint8_t n=0;
   // configuration
   ...
   while(1)
   {
      n++;
      PORTx .....;
      if (n==Nb)   // toutes les Nb itérations
      {
         ...
         n=0;
      }
      _delay_ms(???); // un seul delay dans le programme
   }
   return 0;
}

Comme le commentaire l'indique le programme ne doit comporter qu'un seul delay !!! Il faut donc bien le choisir !

Question.jpg Écrire le programme répondant au cahier des charges

Question.jpg Essayer ensuite de modifier le programme pour avoir un changement d'état toutes les 225ms pour l'une des leds et 190ms pour l'autre.

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principe :


Il faut trouver un commun diviseur aux 2 périodes, que l'on nommera T.

Ensuite, il suffit d'utiliser 2 variables n1 et n2, telles que :

  • 225=n1.T
  • 190=n2.T

Ex 3: bouton et led

Nous considérons pour le moment le bouton A et la led de droite (p0).

Le tableau suivant donne les caractéristiques utiles sur les 4 boutons poussoirs d'entrée pour le shield de l'IUT :

Bouton Position Arduino Pin Port Interruption Niveau logique si bouton appuyé
A Bas Gauche 2 PD2 int0 1
D Haut Gauche 3 PD3 int1 1
B Bas Droite A0 PC0 0
C Haut Droite A1 PC1 0

Question.jpg Complétez le programme suivant pour que la led s'allume si le bouton est appuyé

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include <avr/sfr_defs.h>
int main()
{
   DDRD |= .... ;                 // configuration des e/s (registre de direction DDRx) sur le port D.
   while(1)
   {
     if ( bit_is_set(PIND,???? ) )    // on observe l'état de l'entrée
           PORTD ..... ;          // on modifie en conséquence l'état de la sortie
     else
           PORTD ..... ;
   }
}


Il vous reste moins d'1h pour terminer le TP, passez à la partie suivante !

Question.jpg On ajoute un 2ème bouton (bp B) et une 2ème led (led p1) et modifier le programme pour que :

  • si le bp B est appuyé, la led p0 s'allume
  • la led p1 ne s'allume que si les 2 boutons sont appuyés
  • dans les autres cas, les leds sont éteintes.

Ex 4: Changement d'état

Entrées et interruptions

Nous allons utiliser une interruption, dont vous devez comprendre le fonctionnement en lisant ce lien !

Todo.jpg Commencer par comprendre et exécuter le code donné en exemple

Question.jpg Modifier le programme pour que la led(p0) ne change d'état qu'à l'appui sur le bouton poussoir, et non à chaque changement d'état

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EICRA


Il suffit pour cela de choisir le bon mode de déclenchement dans le registre EICRA

Et pour 2 leds ??

Question.jpg Adapter le programme précédent en ajoutant le bouton D (INT1) et une led au choix avec un fonctionnement identique (chaque bouton commande 1 led)

Autre possibilité

Bien évidemment 2 interruptions peuvent modifier la même variable/registre :

Question.jpg On souhaite que l'appui sur le bouton A allume la led p0 et l'appui sur le bouton D l'éteigne. Écrire le programme.



Ex 5: Drapeaux

Les drapeaux sont très utilisés avec les fonctions d'interruption. Le principe est de positionner une variable à une valeur particulière au sein de l'interruption et de faire un test sur cette valeur dans le programme principal, exemple :

#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>

volatile unsigned char chg = 0; // les variables partagées entre interruption et programme principale doivent être de type volatile

ISR(INT0_vect)    // programme d'interruption : le programme principal est interrompu,
{                 // l'interruption exécutée et ensuite le programme principal continue normalement son exécution
   chg = 1;       // on positionne le drapeau/flag
}

int main()
{
  DDRB |= (1<<PB0);      // configuration de PB0 en sortie
  cli();          // arrêt des interruptions
  EICRA |= (1<<ISC00);     // mode de déclenchement de l'interruption
  EIMSK |= (1<<INT0);     // choix des interruptions actives
  sei();          // autorisation des interruptions
  while(1)
  {
    if (chg == 1)
    {
      PORTB ^= (1<<PB0);
      chg=0;
    }
  }
}

Premier usage

Question.jpg Modifier le programme précédent pour :

  • Ne déclencher l'interruption que sur un appui du bouton A
  • Incrémenter le drapeau à chaque interruption
  • Changer l'état de la led tous les 5 appuis

Clignotement

Question.jpg Écrire le programme répondant au cahier des charges suivant :

  • Faire clignoter une led
  • Chaque appui sur A double la fréquence de clignotement
  • Chaque appui sur D divise par 2 la fréquence de clignotement

Attention, il faut ajouter obligatoirement __DELAY_BACKWARD_COMPATIBLE__ :

#include <avr/io.h>
#define __DELAY_BACKWARD_COMPATIBLE__
#include <util/delay.h>
#include <avr/interrupt.h>

Complément : Changement d'état sans interruptions

Explication

Malheureusement, toutes les entrées ne peuvent déclencher une interruption spécifique.

Dès lors, il peut être utile de changer de technique pour détecter les changements d'état des entrées.

C'est ce que nous proposons d'étudier dans cette parties.

Passé Présent

On souhaite maintenant changer l'état de la led (p0) à chaque appui sur le bouton poussoir A (PD2).

On rappelle comme vu en module M1103 que l'une des méthodes repose sur la notion de présent et passé.

Question.jpg Le code suivant (à compléter) répond à ce cahier des charges

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include <avr/sfr_defs.h>
uint8_t etatPresent=0,etatPasse=0;
unsigned char etatSortie=0;
int main()
{
   DDRD |= (1<<...);            // configuration des e/s
   while(1)
   {
      etatPasse=etatPresent;
      if ( bit_is_clear(PINx,....) )                  // si le bouton est relâché
           etatPresent = 0;
      else etatPresent = 1;

      if ((etatPresent != 0) && (etatPasse == 0))   PORTD ^= (1<<...);  // modifier la sortie associée à la led p0
   }

}
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Ou plus compact :



#include <avr/sfr_defs.h>
uint8_t etatPresent=0,etatPasse=0;
unsigned char etatSortie=0;

int main()
{
   DDRD |= (1<<...);            // configuration des e/s
   while(1)
   {
      etatPasse=etatPresent;
      etatPresent = bit_is_set(PIND,.... );                        // 2 valeurs possibles pour etatPresent : 0 ou "différent de 0"
      if ((etatPresent != 0) && (etatPasse == 0))   PORTD ^= (1<<..);  // modifier la sortie associée à la led p0
   }

}

Utilisation

En utilisant ce principe, écrire le programme répondant à la question suivante :

Question.jpg La led (à choisir) s'allume à l'appui sur le bouton B, et s'éteint à l'appui sur C

Prolongement possible : Grafcet