ITG-ABI 19/20 22.05.2020 Teil 1 Lösungsvorschlag Aufgabe 2 Jalousiesteuerung

2.1 Schaltnetz und Schaltwerk (12P)

Zustandsdiagramm
Richtige Lösung

Jalousiensteuererung soll mit Schaltwerk realisiert werden in ein Schaltwerk gehen diese Signale rein:

Endschalter TO (oben), TU (unten) und Taster TH (hoch) TR (runter) und WA (Windalarm). Signale pos. Logik.

Ausgänge sind MH (Motor hoch) und MR (Motor runter).

2.1.3 Zustandsdiagramm

Verwirrend könnte in der Aufgabenstellung die Vorgabe von einem Zustand Z0 mit else-Transition sein. Zustände sollten möglichst aussagekräftig benannt werden. Nur Transitionen, die aus einem Zustand herausführen müssen angegeben werden.

Else-Transitionen, die im selben Zustand verbleiben sind meiner Auffassung nach sinnfrei.

 

Typische Schüler-Lösung mit Denkfehlern:

Zustandsdiagramm
Lösung mit Denkfehlern
  1. Tansitionsbedingungen sind nicht disjunkt:
    Wohin würde aus Ruhe gesprungen werden, wenn WA und TR gilt?
  2. Motor steht in Endposition nicht sicher still:
    Angenommen Jalousie ist oben und TO gilt. Windalarm WA wird ausgelöst. Jetzt würde immer zwischen Ruhe und Hoch hin und her gesprungen werden bei 50Hz Eingangs-Takt bekäme der Motor weiter mit einem 25Hz-Signal 50% Energie, den Endschalter zu überfahren!

2.1.4 Zustandsübergangstabelle

WA TH TR TO TU

n

akt. Zustand

n+1

folg. Zustand
0 0 1 x 0 Ruhe (Z0) Runter
0 1 0 0 x Hoch
1 x x 0 x Hoch
else Ruhe
x x x 0 x Hoch (Z1) Hoch
x x x 1 x Ruhe
x x x x 0 Runter (Z2) Runter
x x x x 1 Ruhe

In der Zustandsübergangstabelle müssen alle vorkommenden Eingangs-Kombinationen des Vorbereitungsschaltnetzes aufgeführt sein.

Durch die x auf der linken Seite können Zeilen zusammengefasst werden, dabei müssen die damit erfassten Kombinationen disjunkt zu den anderen Zeilen bleiben, es darf keine Kombination doppelt erfasst werden. Im Lösungsvorschlag ist dies geschehen, an der grünen Stelle in der Tabelle steht dort ein x, hier wurde dafür eine 0 verwendet um die Überschneidung zu vermeiden.

Mit der else-Zeile werden alle restlichen Kombinationen für Ruhe erfasst.

Hier nicht erfasste weitere Kombinationen werden als Dont-Care zur Minimierung verwendet.

2.2 Mikrocontroller Teil (18P)

Verwendeter µC: ATMEL AVR 8 Bit RISC.

Zuordnungen zum µC ATmega16

Systemtakt 1MHz Zylkuszeit 1µs.

TA (auf) PB1 MC PC3 L3 Motor
TZ (zu) PB0 PC2 L2
    PC1 L1
    PC0 L0
SN (Nacht) PD3 (INT1)      
ST (Tag) PD2 (INT0)      
SZ (zu) PD1      
SO (offen) PD0      

2.2.1 Tabelle für Schrittmotormuster 1P

unsigned char tab[] = {0b1001,0b110,0b0110,0b0011};

2.2.2 UP warten20ms 3P

Hardwaretimer ohne ISR verwenden. 16 Bit Timer1 mit Systemtakt 1µs auf 19999 zählen lassen, dabei pollen.

void warten20ms(){
  TCNT1=0; // Zähler auf 0
  TCCR1B |= 1; // rennt mit Systemtakt
  while(TCNT1 < 19999); // warten
}

Lösung mit 8 Bit Timer 0: 20000/256 = 78,125. Vorteiler Takt / 256, Timer zählt dann 78 Schritte.

void warten20ms(){
  TCNT0 = 0; // Zähler auf 0
  TCCR0B |= 4; // Systemtakt / 256
  while(TCNT0<77); // warten 0..77
}

Lösung mit 16 Bit Timer und Abfrage Vergleichsflag, entspricht dem Lösungsvorschlag.

void warten20ms(){
  TCNT1 = 0;                 // Zähler löschen
  TCCR1B |= 1;               // Zähler rennt mit Systemtakt
  OCR1A = 19999;             // Vergleichsregister setzen
  TIFR &= ~(1<<OCF1A);       // Vergleichsflag löschen
  while(!(TIFR&(1<<OCF1A))); // warten bis Flag gesetzt
}

2.2.3 UP oeffneSchritt() Struktogramm 3P

Globale Variable: unsigned char index

Struktogramm

2.2.4 UP init() zur Initalisierung ext. Interrupts 2P

void init(){
  MCUCR |= (1<<ISC01) | (1<<ISC11); // fallende Flanken
  GIMSK |= (1<<INT0) | (1<<INT1);   // Interrupts einschalten
  sei();                            // globale ISR Freigabe
}

2.2.5 main() Struktogramm 4P

Struktogramm

2.2.6 ISRs 3P

ISR(INT0_vect){
  ganzOeffnen();
}
ISR(INT1_vect)(
  ganzSchliessen();
}

2.2.7 Timer mit oder ohne Interrupt für 2.2.2 2P

Mit Polling auf den Timerwert oder dem Timervergleichs- oder Überlaufflag ist das Hauptprogramm während dieser Zeit blockiert. Bei einer ISR-Lösung mit Timerinterrupt wird das Hauptprogramm nur kurz zum Weiterschalten der Schritte unterbrochen.

Soll Strom gespart werden, wäre eine ISR-Lösung die Vorraussetzung den µC auch während der 20ms zwischen den Schritten in den Schlafmodus schicken zu können, beim Polling müsste er wach bleiben.