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AVR, avr-gcc, CAN, CPLD, Elektronik, Mikrocontroller, MSP430, PIC, Roboter, Schaltungen, Sensoren, Software, Testboards

RS232 Servocontroller S8IO

Tags: AVR, Software
Stand: 25. Oktober 2006, 17:03
19 Kommentar(e)

Es hat sich gezeigt, dass niemand einen Servocontroller gleichzeitig per RS232 und I2C ansteuern will. Warum auch? Der logische Schritt war also diese Funktionalität zu trennen und dafür die einzelnen Versionen zu überarbeiten. Außerdem kam der Wunsch auf, auch I/O-Pins steuern zu können. Das Ergebnis daraus ist also S8IO.

Features

• Ansteuern von 8 Servos
• normaler Drehbereich 1 bis 2ms
• erweiterter einstellbarer Drehbereich (im Bereich von 0.5 bis 2.5ms, normal: 0.8 bis 2.2ms) für jedes Servo wählbar
• Angabe eines Offset für die Servopositionen möglich
• Abspeichern der aktuellen Servopositionen und Anfahren dieser Position nach einem Reset
• 5 Pins als Ein- und Ausgänge nutzbar
• Möglichkeit den Zustand der IO-Pins zu speichern und nach einem Reset wieder herzustellen
• einstellbare Baudrate (2400 bis 115.2k Baud je nach Taktfrequenz)
• Überprüfung des EEproms beim starten auf Korruption und notfalls das laden von Default-Werten
• kompatibel mit AT90S2313 und ATTiny2313 mit 4, 7.3728 und 8 MHz Takt (bei ATTiny2313 und niedrigen Baudraten auch mit internem Oszillator)

Wie man sieht wurde der Funktionsumfang des RNKC10 gehörig aufgestockt. Dafür ist der AVR jetzt auch zu fast 97% Prozent belegt wenn man alle Funktionen aktiviert. An- und abschalten lassen sich diese im Quelltext per einfachen #defines.

Anschlüsse

Als Quarzfrequenzen für Q1 werden 4, 7.3728 und 8 MHz unterstüzt. Bei niedrigen Baudraten und Verwendung des ATTiny2313 ist es möglich dessen internen Oszillator mit 8 MHz zu benutzen und damit den Quarz komplett wegzulassen. Bis zu welcher Baudrate das funktioniert hängt vom dem jeweiligen AVR ab und müsste selbst ausprobiert werden. Alles bis 19,2k Baud sollte aber mit Einschränkungen möglich sein darstellen.

Bei der Wahl des Quarzes sollte man vor allem überlegen welche Baudraten man verwenden will (siehe Baudraten Tabelle).

Protokoll

Die Baudrate beträgt in der Grundeinstellung 9600 Baud, kann aber im Betrieb bzw. beim neu kompilieren geändert werden.

Die Übertragung beginnt immer mit einem Synchronisationsbyte, in diesem Fall das Raute Zeichen (#, 0x23 als ASCII-Zeichen), gefolgt von einem Byte das die Funktion auswählt. Folgende Zeichen können genutzt werden:

Zeichen	Hex-Wert	Funktion
S	0x53	Servoposition setzten
s	0x73	Servoposition auslesen
O	0x4F	IO-Pins als Ausgang setzten
I	0x49	Zustände der Eingangspins lesen
C	0x43	erweiterte Konfiguration

Servoposition setzen

‘#S’ + Nummer + Position des Servos

Es wird als zuerst die Adresse des Servos gesendet. Die Adressen von 0 bis 7 stellen dabei den normalen Drehbereich der Servos dar, über die Nummern 8 bis 15 erreicht man die gleichen Servos, allerdings im erweiterten Drehbereich.

Servo Adresse 0 und 8 sprechen also beide das Servo an PORTB.0 an.

Danach wird in einem Byte die Soll-Position des Servos gesendet.

Beispiel

Um das Servo 2 auf Position 10 (0x0a) zu bringen müsste man folgendes senden:

0x23 0x53 0x02 0x0a

Servoposition auslesen

‘#s’ + Nummer des Servos

Auch hier muss noch die Servo-Adresse gesendet werden. Man bekommt daraufhin ein Byte mit der aktuellen Position zurück.

IO-Pins als Ausgang setzen

‘#O’ + Maske + Zustand

Um auch nur einzelnen Pins als Ausgangs setzen zu können wird hier mit Masken gearbeitet. Es wird also zuerst eine Maske gesendet in der alle Pins die als Ausgang gesetzt werden sollen markiert sind, und erst dann die jeweiligen Zuständen der Pins.
Es werden somit auch nur die Pins die in der Maske gesetzt waren wirklich als Ausgänge geschaltet, alle andere behalten ihre aktuelle Funktion.

In der folgenden Tabelle ist der Zusammenhang zwischen den Bytes und dem Ergebnis dargestellt:

Maske.n	Zustand.n	Pin.n
0	x	vorherige Funktion
1	0	Ausgang mit Low-Pegel
1	1	Ausgang mit High-Pegel

Beispiel

Bit.3 (= 0x08 als Maske) auf High-Pegel setzen:

0x23 0x4F 0x08 0x08

Zusätzlich Bit.6 auf High-Pegel und Bit.2 auf Low-Pegel:

0x23 0x4F 0x4C 0x48

weitere Beispiele:

IO_2 (Pin 6) Ein   : 0x23 0x4F 0x04 0x04
IO_2 (Pin 6) Aus   : 0x23 0x4F 0x04 0x00
IO_3 (Pin 7) Ein   : 0x23 0x4F 0x08 0x08
IO_3 (Pin 7) Aus   : 0x23 0x4F 0x08 0x00
IO_4 (Pin 8) Ein   : 0x23 0x4F 0x10 0x10
IO_4 (Pin 8) Aus   : 0x23 0x4F 0x10 0x00
...                  ...

Zustände der Eingangspins lesen

‘#I’ + Maske

Auch hier muss zuerst eine Maske gesendet werden die angibt welche Pins als Eingang geschaltet werden sollen. Daraufhin bekommt man ein Byte mit dem aktuellen Zustand der Eingangspins zurück. Alle Bits die in der Maske nicht gesetzt werden waren sind auch in diesem Byte nicht gesetzt.

Beispiel

Zustand von Bit.2 und Bit.4 lesen:

0x23 0x49 0x14
=> sendet (Eingangswert & 0x14) zurück

erweiterte Konfiguration

Hier sind wiederum folgende Funktionen möglich:

Zeichen	Hex-Wert	Funktion
V	0x56	Version anzeigen
S	0x53	erweiterten Drehbereich einstellen
s	0x73	aktuelle Servopositionen im EEprom speichern
o	0x6F	aktuellen Zustand der IO-Pins speichern
O	0x4F	Servo Offset einstellen
B	0x42	Baudrate einstellen

Version anzeigen

‘#CV’

Liefert zwei Bytes mit der aktuellen Version des Codes zurück. Das erste Byte gibt dabei die Stelle vor dem Komma an, das zweite dementsprechend die Stelle hinter dem Komma.

Aktuell ist “1.0”.

erweiteren Drehbereich einstellen

‘#CS’ + Nummer des Servos + Min. Wert (2 Byte) + Max. Wert (2 Byte)

Über dieses Kommando kann man direkt die mimalen und maximalen Timerwerte, die zur Erzeugung der Servoimpulse benutzt werden, setzen.

ACHTUNG: Wird ein zu großer Bereich gewählt kann dies dazu führen das das Servo in den Endanschlag fährt und somit beschädigt wird. Wenn man also den größtmöglichen Drehbereich braucht sollte man sich langsam an diesen herantasten!

Die Syntax ist dabei immer ‘#CS’ + Nummer des Servos + Min. Wert (2 Byte) + Max. Wert (2 Byte). Die passenden Werte für den Minimal und den Maximal Wert lassen sich zum Beispiel per AVRClac berechnen.
Verwendet wird Timer 1 im Overflow-Interrupt-Modus mit einem Prescaler von Eins. Damit ergeben sich zum Beispiel folgende Werte:

Impulslänge	4 MHz	7,3728 MHz	8 MHz
0,5 ms	0xf830	0xf19a	0xf060
0,8 ms	0xf380	0xe8f6	0xe700
1,0 ms	0xf060	0xe334	0xe0c0
1,5 ms	0xe890	0xd4cd	0xd120
2,0 ms	0xe0c0	0xc667	0xc180
2,2 ms	0xdda0	0xc0a4	0xbb40
2,5 ms	0xd8f0	0xb800	0xb1e0

Die neu gesetzten Werte sind erst nach einem Reset des Mikrocontrollers aktiv, bleiben aber auch ohne Spannung erhalten!

Sobald man als einen der Werte 0xffff sendet werden bei nächsten Reset wieder die Default-Werte für das Servo (0,8 bis 2,2 ms) gesetzt.

Beispiel

Um den Drehbereich auf 0,5 bis 2,5 ms auszudehnen muss folgendes gesendet werden (bei 4 MHz):

0x23 0x43 0x53 0x00 0xd8 0xf0 0xf8 0x30

aktuelle Servopositionen speichern

‘#Cs’

Speichert alle Servopositionen im EEprom und stellt sie bei einem Rest des Mikrocontrollers wieder her.

aktuellen Zustand der IO-Pins speichern

‘#Co’

Macht das gleiche wie das Servopositionen speichern, nur für die IO-Pins.

Servo-Offset einstellen

‘#CO’ + Nummer + Offset

Ermöglicht einen Offset im Bereich von -128 bis 127 zu definieren, der jeweils auf die Servoposition addiert wird. Somit lässt sich zum Beispiel die Nullposition noch genau justieren.

ACHTUNG: Größere Werte sollten eher durch das Umsetzen des Servohebels erreicht werden, da sich ansonsten der mögliche Drehbereich einschränkt.

Baudrate einstellen

‘#CB’ + Baudrate

Hier muss noch ein Byte gesendet werden das die einzustellende Baudrate definiert. Folgende Tabelle zeigt die Möglichkeiten:

Byte	Baudrate	Verfügbar bei
		4 MHz	7,3728 MHz	8 MHz
0	2400	ja	ja	ja
1	4800	ja	ja	ja
2	9600	ja	ja	ja
3	14,4k		ja	ja
4	19,2k	ja	ja	ja
5	28,8k		ja
6	38,4k		ja	ja
7	57,6k		ja
8	115,2k		ja

Beispiel

Folgender Befehl ändert die Baudrate auf 19,2k Baud:

0x23  0x43 0x42 0x04

Lizenz

Der Quelltext zu S8IO steht unter der GNU General Public License (GPL). Eine Kopie der GPL liegt dem Projekt bei.

Downloads:

s8io.zip [25.57 kB]

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