Кухонный таймер (таймер печки)
Продолжаем работу над печкой. Попробуем реализовать таймер: пользователь должен иметь возможность задать время работы печки; по истечению этого времени печка должна выключиться. Такой таймер похож на обычный кухонный (в принципе, это он и есть, только вместо добродушной хозяюшки и печенек у нас будут брутальный инженер и платы) – поэтому для того, чтобы отличать этот таймер от таймеров/счётчиков микросхемы, мы будем использовать термин «кухонный таймер» или «таймер печки».
Работа с кухонным таймером у нас будет делиться на две подзадачи:
- постоянный обратный отсчёт в течение всего времени активности (когда печка находится в режиме отображения текущей температуры/настройки температуры или в режиме отображения текущего значения таймера)
- отображение значения таймера (в режиме отображения текущего значения таймера)
Эти две задачи отличаются, во-первых, тем, что первая требует точности относительно времени – а это значит, что она будет выполняться в прерывании – а вторая требует регулярных извещений о том, что значение кухонного таймера изменилось (будет выполняться в основном цикле и получать на вход посылку о изменении значения).
Итак, сначала рассмотрим первую задачу: контроллер должен отслеживать, включен ли таймер печки, и если он включён – то проверять, не пора ли уменьшить его значение (в минутах); также нужно следить, если таймер печки дошел до нуля – тогда нужно сообщать основной программе о необходимости выключения контроллера. Вся эта работа требует точности, поэтому будет проводиться в прерывании; так как таймер измеряется в минутах, то мы используем «длительный» часовой таймер микросхемы, который вызывается раз в 1/16 с.
Прикинем примерную структуру таймера и прерывание:
//структура для виртуальной машины таймера печки
typedef struct
{
//посылки не являются битовыми полями, поскольку происходит запись в прерывании!
volatile uint8_t ftIsOn; //флаг включения печки
volatile uint8_t ftOnExpired; //посылка об срабатывании таймера и необходимости выключения
volatile uint8_t ftOnValueChange; //посылка об изменении значения таймера печки
uint16_t ftValue; //текущее значение
uint16_t ftChangeCounter; //счётчик для изменения значения таймера
} TVMFurnaceTimer;
//прерывание для работы с таймером (изменение значения, остановка таймера)
void FurnaceTimerInterrupt()
{
if (VMFurnaceTimer.ftIsOn) //если таймер включён
{
if (VMFurnaceTimer.ftChangeCounter < CLOCK_TIMER_INTERRUPTS_PER_MINUTE) //если минута ещё не прошла - просто увеличиваем счётчик
VMFurnaceTimer.ftChangeCounter++;
else //если нужно уменьшить значение таймера
{
VMFurnaceTimer.ftChangeCounter = 0; //обнуляем счётчик
VMFurnaceTimer.ftValue--; //уменьшаем значение
VMFurnaceTimer.ftOnValueChange = 1; //отсылаем посылку об изменении значения
if (VMFurnaceTimer.ftValue == 0) //если таймер отработал
{
VMFurnaceTimer.ftIsOn = 0; //выключаем
VMFurnaceTimer.ftOnExpired = 1; //посылаем сообщение о том, что таймер сработал
}
}
}
}
Помним, что ключевое слово «volatile» используется, когда мы хотим запретить оптимизацию кода с участием данных переменных. Сама структура содержит флаг и посылки, переменную для хранения текущего значения таймера и переменную для хранения счётчика, который отсчитывает минуту до изменения значения таймера. При этом все наши посылки и флаги являются отдельными байтовыми переменными, а не битовыми полями - это связано с тем, что операции с битовыми полями не атомарны; тогда при чтении и, тем более, записи таких полей в основной программе нам придётся запрещать на время прерывания, что не очень хорошо.
Также стоит обратить внимание, что переменные, хранящие значение кухонного таймера и значение его счётчика - двухбайтовые; поэтому в основной программе нам однозначно придётся запрещать прерывания при работе с ними.
Теперь посмотрим, что мы вообще делаем в прерывании: сначала при каждом вызове прерывания мы накручиваем некоторый счётчик, который отсчитывает нам минуту в реальном времени; максимальное значение счётчика, соответственно, равно количеству вызовов прерывания в минуту.
По достижению максимального значения счётчика (минута прошла!) мы уменьшаем значение нашего таймера и возводим соответствующую этому событию посылку; также мы проверяем, а не дошёл ли он до нуля – и если это случилось, то мы останавливаем кухонный таймер и посылаем сообщение об этом; в основном цикле контроллер должен прочитать это сообщение и дать команду на выключение контроллера.
С прерыванием разобрались. Теперь посмотрим виртуальную машину отображения таймера печки (запоминаем, что машина не самого таймера, а только его отображения! Сам кухонный таймер реализован именно в прерывании!)
С самой машиной все очень просто – если пришла посылка об изменении значения, то отображаем это значение на дисплее и очищаем посылку.
Но для того, чтобы работать с этой виртуальной машиной, нужно её ещё инициализировать – а весь процесс инициализации будет заключаться в том, что мы отображаем текущее значение на дисплее и очищаем посылку об изменении значения таймера (то есть то же самое, что мы делаем в самой машине, только без условия – это нужно для того, что если у нас, например, таймер не включён – печка работает постоянно – то на дисплее отобразилась информация об этом).
Так. Добавим ещё немного удобных функций, которые позволят нам включать-выключать таймер и инициализировать его, и библиотека готова. Заголовочный файл:
#ifndef FURNACE_TIMER_H
#define FURNACE_TIMER_H
#include "stdint.h"
#include "SegmentDisplay.h"
#include "Timings.h"
//структура для виртуальной машины таймера печки
typedef struct
{
//посылки не являются битовыми полями, поскольку происходит запись в прерывании!
volatile uint8_t ftIsOn; //флаг включения печки
volatile uint8_t ftOnExpired; //посылка об срабатывании таймера и необходимости выключения
volatile uint8_t ftOnValueChange; //посылка об изменении значения таймера печки
uint16_t ftValue; //текущее значение
uint16_t ftChangeCounter; //счётчик для изменения значения таймера
} TVMFurnaceTimer;
extern TVMFurnaceTimer VMFurnaceTimer;
//прерывание для работы с таймером (изменение значения, остановка таймера)
void FurnaceTimerInterrupt();
//виртуальная машина для отображения текущего значения таймера печки
void FurnaceTimerShowMachine();
//инициализация машины для отображения текущего значения таймера печки
void FurnaceTimerShowMachineInit();
//инициализация всего таймера печки
void FurnaceTimerInit();
//запуск таймера
void FurnaceTimerOn();
//остановка таймера
void FurnaceTimerOff();
//устанавливает текущее значение таймера
#pragma inline=forced
void FurnaceTimerSetValue(uint16_t NewValue);
//возвращает текущее значение таймера
#pragma inline=forced
uint16_t FurnaceTimerGetValue();
#endif
Файл "FurnaceTimer.c":
#include "FurnaceTimer.h"
TVMFurnaceTimer VMFurnaceTimer;
//прерывание для работы с таймером (изменение значения, остановка таймера)
void FurnaceTimerInterrupt()
{
if (VMFurnaceTimer.ftIsOn) //если таймер включён
{
if (VMFurnaceTimer.ftChangeCounter < CLOCK_TIMER_INTERRUPTS_PER_MINUTE) //если минута ещё не прошла - просто увеличиваем счётчик
VMFurnaceTimer.ftChangeCounter++;
else //если нужно уменьшить значение таймера
{
VMFurnaceTimer.ftChangeCounter = 0; //обнуляем счётчик
VMFurnaceTimer.ftValue--; //уменьшаем значение
VMFurnaceTimer.ftOnValueChange = 1; //отсылаем посылку об изменении значения
if (VMFurnaceTimer.ftValue == 0) //если таймер отработал
{
VMFurnaceTimer.ftIsOn = 0; //выключаем
VMFurnaceTimer.ftOnExpired = 1; //посылаем сообщение о том, что таймер сработал
}
}
}
}
//инициализация всего таймера печки
void FurnaceTimerInit()
{
VMFurnaceTimer.ftIsOn = 0;
VMFurnaceTimer.ftOnExpired = 0;
VMFurnaceTimer.ftOnValueChange = 0;
__disable_interrupt();
VMFurnaceTimer.ftValue = 0;
VMFurnaceTimer.ftChangeCounter = 0;
__enable_interrupt();
}
//запуск кухонного таймера - если значение > 0
void FurnaceTimerOn()
{
//очищаем посылки таймера печки
VMFurnaceTimer.ftOnExpired = 0;
VMFurnaceTimer.ftOnValueChange = 0;
__disable_interrupt();
VMFurnaceTimer.ftChangeCounter = 0;
VMFurnaceTimer.ftIsOn = (VMFurnaceTimer.ftValue != 0); //если значение таймера не равно нулю (т.е. таймер не должен быть выключен), то включаем его
__enable_interrupt();
}
//остановка таймера
void FurnaceTimerOff()
{
VMFurnaceTimer.ftIsOn = 0;
}
//устанавливает текущее значение таймера
#pragma inline=forced
void FurnaceTimerSetValue(uint16_t NewValue)
{
__disable_interrupt();
VMFurnaceTimer.ftValue = NewValue;
VMFurnaceTimer.ftChangeCounter = 0;
__enable_interrupt();
}
//возвращает текущее значение таймера
#pragma inline=forced
uint16_t FurnaceTimerGetValue()
{
uint16_t currTimerValue;
__disable_interrupt();
currTimerValue = VMFurnaceTimer.ftValue;
__enable_interrupt();
return currTimerValue;
}
//виртуальная машина для отображения текущего значения таймера печки
void FurnaceTimerShowMachine()
{
//если пришла посылка об изменении значения таймера - отображаем значение и очищаем посылку
if (VMFurnaceTimer.ftOnValueChange)
{
DisplayShowTimerValue(FurnaceTimerGetValue()); //отображаем текущее значение таймера на дисплее
VMFurnaceTimer.ftOnValueChange = 0; //очищаем посылку об изменении значения таймера (текущее значение уже отобразили)
}
}
//инициализация машины для отображения текущего значения таймера печки
void FurnaceTimerShowMachineInit()
{
DisplayShowTimerValue(FurnaceTimerGetValue()); //отображаем текущее значение таймера на дисплее
VMFurnaceTimer.ftOnValueChange = 0; //очищаем посылку об изменении значения таймера (текущее значение уже отобразили)
}
Обратите внимание, перед вспомогательными функциями FurnaceTimerSetValue и FurnaceTimerGetValue, которые соответственно задают и возвращают текущее значение таймера добавлена директива
#pragma inline=forced
Эта директива позволяет встраивать содержимое функции в то место, где она вызывается (если у нас включена оптимизация, конечно) – обычно это увеличивает скорость работы: ведь всякий раз, когда вызывается обычная функция, необходимо выполнить серию инструкций для формирования вызова функции, вставки аргументов в стек и возврата значения из функции; тело же inline-функции просто подставляется в каждую точку вызова.
Естественно, что если inline-функция большая по объему, да ещё и часто вызывается в коде, то общий объём скомпилированного файла будет пухнуть на глазах – поэтому обычно встраиваются только небольшие по объёму функции. Подробнее о inline-функциях можно прочитать тут.
Также мы добавили функцию для отображения значения таймера печки в библиотеку семисегментного дисплея:
//отображение значения таймера на дисплее
void DisplayShowTimerValue(uint16_t Value)
{
char buff[7];
int8_t currBuffIndex;
buff[6] = 0;
buff[5] = 'T';
buff[4] = ' ';
if (Value == 0) //если таймер выключен - пишем "On"
{
buff[2] = 'O';
buff[3] = 'N';
currBuffIndex = 1;
}
else
{
//заполняем строку справа налево от младшего разряда к старшему
//если таймер включён - отображаем три возможных разряда
currBuffIndex = 3;
while (Value > 0)
{
buff[currBuffIndex] = Value % 10 + '0';
Value = Value / 10;
currBuffIndex--;
}
}
//оставшееся начало строки заполняем пробелами
for(; currBuffIndex >= 0; currBuffIndex--)
buff[currBuffIndex] = ' ';
DisplayShowStr(buff);
}
Ну и в основном файле мы не забываем добавить функцию в прерывание и пишем простенькую программу для проверки работы библиотеки:
//прерывание таймера 2 на часовом кварце
#pragma vector = TIMER2_OVF_vect
__interrupt void ClockTimerInterrupt(void)
{
LogicalButtonMachineInterrupt(); //работа с счётчиком длительности нажатия для логических кнопок
EncoderCounterMachineInterrupt();
FurnaceTimerInterrupt();
}
...
void main( void )
{
DDRB = 0;
PORTB = 0;
DDRD = 0;
PORTD = 0;
DDRC = 0;
PORTC = 0;
DisplayInit();
FurnaceTimerInit();
VMFurnaceTimer.ftValue = 3;
FurnaceTimerOn();
FastTimerInit();
ClockTimerInit();
FurnaceTimerShowMachineInit();
while(1)
{
FurnaceTimerShowMachine();
//если таймер сработал - выводим на дисплей сообщение о выключении
if (VMFurnaceTimer.ftOnExpired)
{
VMFurnaceTimer.ftOnExpired = 0;
DisplayShowStr("OFF");
while (1);
}
}
}
Автор - Moriam =ˆˆ=