Mikrokontrolery_ARM_cz12.pdf

K U R S

Mikrokontrolery z rdzeniem

ARM, część 12

Porty GPIO

Budowa portów GPIO

Mikrokontrolery LPC213x posia-

dają dwa 32–bitowe porty wejścia/

wyjścia P0 i P1, przy czym port

P1 ma wyprowadzone tylko najstar-

sze 16 bitów (P1.16…P1.31). Z por-

tu P0 nie ma wyprowadzonej linii

P0.24, natomiast port P0.31 może

pełnić tylko funkcję wyjścia. Porty

P0 i P1 są dwukierunkowe i mają

maksymalną wydajność prądową

rzędu 45 mA zarówno od plusa

jak i minusa napięcia zasilającego.

W przypadku, gdy linie portu skon-

ﬁgurowane są jako wejściowe, port

P0 nie posiada rezystorów podcią-

gających, natomiast port P1 wypo-

sażony jest w rezystory podciągają-

ce o wartości 60…300 kV. Każdy

z pinów może pełnić również rolę

jednej z trzech funkcji alternatyw-

nych zapewniając podłączenie we-

wnętrznych układów peryferyjnych

na przykład wyprowadzenie prze-

twornika A/C. Podobnie jest w in-

nych mikrokontrolerach, jak AVR

czy 8051, gdzie każdy port wej-

ścia/ wyjścia może również pełnić

rolę wyprowadzenia wewnętrznego

układu peryferyjnego, jednak za-

zwyczaj jest to pojedyncza funkcja.

Domyślnie po zerowaniu mikrokon-

trolera wszystkie piny pełnią rolę

portów I/O i są skonﬁgurowane

w kierunku wejściowym. Za rolę,

jaką pełni dane wyprowadzenie

mikrokontrolera odpowiedzialne są

rejestry PINSELx. Port P0 posiada

dwa rejestry konﬁguracyjne PIN-

W poprzednich odcinkach zajmowaliśmy się

układami peryferyjnymi mającymi bezpośredni

wpływ na pracę rdzenia mikrokontrolera.

Omówiliśmy także przykładowy plik startowy

konﬁgurujący powyższe układy oraz

inicjalizujący pamięć mikrokontrolera zgodnie

ze standardem ANSI C/C++.

Tematem bieżącego odcinka będą porty wejścia/wyjścia (GPIO)

mikrokontrolerów LPC213x, które umożliwiają bezpośrednie

sterowanie układami podłączonymi do wyprowadzeń mikrokontrolera.

SEL0 (0xE002 C000) oraz PINSEL1

(0xE002 C004) natomiast port P1

z uwagi że ma wyprowadzonych

tylko 16 najstarszych bitów po-

siada, jeden rejestr konﬁguracyjny

PINSEL2 (0xE002 C014) . Do kon-

ﬁguracji każdego bitu portu P0

wykorzystywane są dwa bity z re-

jestru PINSELx. Na rys. 29 przed-

stawiono budowę jednej linii portu

P0 (P0.1).

W zależności od stanu bitów

[3..2] rejestru PINSEL0 port linia

P0.1 mikrokontrolera pełni rolę

portu wejścia/wyjścia (00b), wejścia

RxD pierwszego portu szeregowe-

go (01b), wyjścia PWM (10b), lub

wejścia przerwania zewnętrznego

(11b) Zastosowanie dodatkowych

rejestrów oraz multipleksera wybo-

ru funkcji alternatywnej jest bardzo

interesującym rozwiązaniem, ponie-

waż nie musimy konﬁgurować por-

tów wejścia/wyjścia w odpowiednim

kierunku. Wybranie funkcji alter-

natywnej spowoduje automatyczne

ustawienie linii portu w kierunku

odpowiadającym pełnionej funkcji.

W tab. 17 przedstawiono wszystkie

funkcje, jakie mogą pełnić poszcze-

gólne linie portu P0 wraz z odpo-

wiednią kombinacją bitów rejestrów

PINSEL0 oraz PINSEL1 potrzebną

do ustawienia odpowiedniej funk-

cji.

ce amatorskiej nie będziemy wyko-

rzystywać. Za sterowanie funkcjami

alternatywnymi portu P1 odpowie-

dzialny jest rejestr PINSEL2, który

zawiera bity konﬁguracyjne pokaza-

ne w tab. 18 .

Po wyzerowaniu mikrokontro-

lera badany jest stan linii P1.26

i P1.20. W przypadku, gdy linia

P1.26 podczas zerowania znajdzie

się w stanie niskim wówczas in-

terfejs DEBUG jest włączany. Na-

tomiast, gdy linia P1.20 podczas

zerowania będzie się znajdować

w stanie niskim, wówczas włączo-

ny będzie interfejs TRACE. Ponie-

waż linie portu P1 posiadają re-

zystory podciągające, pozostawienie

ich nie podłączonych spowoduje

że domyślnie po zerowaniu inter-

fejs DEBUG i TRACE będzie wy-

łączony. Linie mikrokontrolera po

zerowaniu domyślnie pracują jako

porty I/O więc gdy chcemy sko-

rzystać z wybranych funkcji alter-

natywnych portu musimy odpo-

wiednio skonﬁgurować go poprzez

zapis odpowiednich wartości do

rejestrów PINSELx. Na przykład,

jeżeli chcemy skorzystać z portu

szeregowego UART0, który wyko-

rzystuje linie RxD0 i TxD0, należy

ustawić odpowiednie bity w reje-

strze PINSEL0:

#deﬁne PINTXD0 0x01

#deﬁne PINRXD0 (0x01<<2)

PINSEL0 |= PINTXD0 | PINRXD0; //Linie

P0.0 I P0.1 jako TxD0 i RxD0

Porty mikrokontrolerów LPC213x

w przeciwieństwie do mikrokontro-

W przypadku portu P1 sytuacja

jest dużo prostsza, ponieważ jedy-

ną funkcją alternatywną jaką pełni

ten port, jest interfejs debugowania

i śledzenia, którego raczej w prakty-

Rys. 29.

Elektronika Praktyczna 11/2006

K U R S

Tab. 17. Funkcje pełnione przez poszczególne linie portu P0

spowoduje ustawienie wszystkich

linii portu P0 w stan niski.

Rejestr IO0SET ( 0xE00028004 )

oraz IO1SET ( 0xE00028014 ) umożli-

wia ustawienie wybranych linii I/O

w stan wysoki („1”) bez zmiany sta-

nu pozostałych linii. Na przykład

instrukcja IO0SET=0x80 spowoduje

ustawienie P0.7 w stan wysoki bez

zmiany stanu pozostałych linii.

Rejestr IO0CLR ( 0xE00028004 )

oraz IO1CLR ( 0xE00028014 ) umoż-

liwia ustawienie wybranych linii

I/O w stan niski („0”) bez zmiany

stanu pozostałych linii. Wpisanie

1 na wybranym bicie powoduje

wyzerowanie odpowiadająego bitu

w porcie I/O. Na przykład instrukcja

IO0CLR=0x80 spowoduje ustawie-

nie P0.7 w stan niski bez zmiany

stanu pozostałych linii.

Jak więc widzimy sterowanie

portami I/O mikrokontrolera jest

bardzo proste. Aby odczytać za-

wartość linii wejścia/wyjścia mi-

krokontrolera, wystarczy skonﬁgu-

rować wybraną linię jako wejścio-

wą za pomocą rejestru kierunku

IOxDIR, a następnie odczytać stan

wybranej linii z rejestru IOxPIN.

Natomiast jeżeli chcemy ustawić

wybrane linie w odpowiedni stan

wystarczy za pomocą rejestru IO-

xDIR ustawić wybrane linie jako

wyjściowe i za pośrednictwem par

rejestrów IOxSET, IOxCLR lub IO-

xPIN ustawić odpowiednie bity.

Zastosowanie rejestrów IOxSET

i IOxCLR jest bardzo wygodne po-

nieważ możemy ustawić lub ska-

sować wybrane bity portu bez

wcześniejszego ich odczytywania.

W przypadku, gdy chcemy zmie-

nić całą zawartość danego portu,

wygodniej będzie skorzystać z re-

jestru IOxPIN, który od razu usta-

wi cały port zgodnie z zawartością

rejestru. Wszystko wygląda bardzo

kolorowo, jednak jest jeden drobny

mankament charakterystyczny dla

mikrokontrolerów LPC213x. Mia-

nowicie rejestry wejścia/wyjścia są

umieszczone w obszarze rejestrów

VPB do których dostęp odbywa

się za pomocą stosunkowo wolnej

magistrali urządzeń peryferyjnych

VPB, w wyniku czego rdzeń po-

trzebuje dodatkowych cykli, aby

przesłać zawartość tego obszaru

pamięci do rejestru ogólnego prze-

znaczenia. Efektem tego jest bardzo

wolny dostęp do porów I/O mikro-

kontrolera. Dla porównania AVR

z zegarem 16 MHz potraﬁ szybciej

Port Rejestr PINSELx 00b 01b 10b 11b

P0.0 PINSEL0 [1:0] P0.0 TxD0 PWM1 –

P0.1 PINSEL0 [3:2] P0.1 RxD0 PWM3 EINT0

P0.2 PINSEL0 [5:4] P0.2 SCL0 CAP0.0 –

P0.3 PINSEL0 [7:6] P0.3 SDA0 MAT0.0 EINT1

P0.4 PINSEL0 [9:8] P0.4 SCK0 CAP0.1 AD0.6

P0.5 PINSEL0 [11:10] P0.5 MISO0 MAT0.1 AD0.7

P0.6 PINSEL0 [13:12] P0.6 MOSI0 CAP0.2 AD1.0

P0.7 PINSEL0 [15:14] P0.7 SSEL0 PWM2 EINT2

P0.8 PINSEL0 [17:16] P0.8 TxD1 PWM4 –

P0.9 PINSEL0 [19:18] P0.9 RxD1 PWM6 EINT3

P0.10 PINSEL0 [21:20] P0.10 RTS1 CAP1.0 AD1.2

P0.11 PINSEL0 [23:22] P0.11 CTS1 CAP1.1 SCL1

P0.12 PINSEL0 [25:24] P0.12 DSR1 MAT1.0 AD1.3

P0.13 PINSEL0 [27:26] P0.13 DTR1 MAT1.1 AD1.4

P0.14 PINSEL0 [29:28] P0.14 DCD1 EINT1 SDA1

P0.15 PINSEL0 [31:30] P0.15 RI1 EINT2 AD1.5

P0.16 PINSEL1 [1:0] P0.16 EINT0 MAT0.2 CAP0.2

P0.17 PINSEL1 [3:2] P0.17 CAP1.2 SCK MAT1.2

P0.18 PINSEL1 [5:4] P0.18 CAP1.3 MISO MAT1.3

P0.19 PINSEL1 [7:6] P0.19 MAT1.2 MOSI CAP1.2

P0.20 PINSEL1 [9:8] P0.20 MAT1.3 SSEL EINT3

P0.21 PINSEL1 [11:10] P0.21 PWM5 AD1.6 CAP1.3

P0.22 PINSEL1 [13:12] P0.22 AD1.7 CAP0.0 MAT0.0

P0.23 PINSEL1 [15:14] P0.23 – – –

P0.24 PINSEL1 [17:16] – – – –

P0.25 PINSEL1 [19:18] P0.25 AD0.4 AOUT –

P0.26 PINSEL1 [21:20] P0.26 AD0.5 – –

P0.27 PINSEL1 [23:22] P0.27 AD0.0 CAP0.1 MAT0.1

P0.28 PINSEL1 [25:24] P0.28 AD0.1 CAP0.2 MAT0.2

P0.29 PINSEL1 [27:26] P0.29 AD0.2 CAP0.3 MAT0.3

P0.30 PINSEL1 [29:28] P0.30 AD0.3 EINT3 CAP0.0

P0.31 PINSEL1 [31:30] P0.31 (Out) –

–

lerów rodziny 51 są w pełni dwu-

kierunkowe. Do sterowania portami

służą następujące rejestry SFR:

Rejestr kierunku IO0DIR (0xE-

00028008) (port P0), IO1DIR (0xE-

00028018) (port P1) umożliwia wy-

bór kierunku pracy wybranej linii

I/O. Ustawienie bitu w tym rejestrze

powoduje, że odpowiadająca mu

linia I/O pełni rolę wyjścia, nato-

miast jego wyzerowanie powoduje,

że wybrana linia pełni rolę wejścia.

Na przykład wykonanie operacji

IO0DIR=0x02; spowoduje ustawie-

nie linii P0.1 jako wyjściowej.

Rejestr IO0PIN (0xE0028000)

oraz IO1PIN (0xE0028010) umoż-

liwia odczytanie oraz ustawienie

stanu wybranej linii I/O. W przy-

padku, gdy wybrany pin skonﬁgu-

rowany jest jako wejściowy odczyt

tego rejestru jest bezpośrednim

odzwierciedleniem stanu sygna-

łów elektrycznych panujących na

tym pinie, natomiast, gdy wybra-

na linia skonﬁgurowana jest jako

wyjściowa, odczytanie tego reje-

stru powoduje odczytanie stanu

wewnętrznych przerzutników portu

i odzwierciedla stan w jakim znaj-

duje się wybrana linia wyjściowa.

Zapis do tego rejestru w przypad-

ku gdy wybrana linia skonﬁguro-

wana jest jako wyjściowa powodu-

je wystawienie stanów logicznych

odzwierciedlających stan rejestru

na odpowiednich pinach mikro-

kontrolera. Na przykład IO0PIN=0,

Elektronika Praktyczna 11/2006

K U R S

Tab. 18.

Bit Nazwa

Opis

Wart. pocz.

LED0 i wylacz LED1

LEDSET = LED0;

LEDCLR = LED1;

}

[1:0] –

Zarezerwowane

Sprawdzanie wciśnięcia klawi-

sza odbywa się poprzez odczy-

tanie rejestru IO0PIN (KEYPIN),

natomiast włączanie i wyłączanie

diod odbywa się poprzez wpisa-

nie jedynki na wybranym bicie

w rejestrze IO1SET (LEDSET) gdy

chcemy załączyć wybraną dio-

dę (linia portu przyjmie wówczas

stan wysoki) i poprzez wpisanie

jedynki na wybranym bicie w reje-

strze IO1CLR (LEDCLR) gdy chce-

my wyłączyć wybraną diodę (linia

portu przyjmie wówczas stan ni-

ski). Sprawdzanie wciśnięcia stanu

klawisza S2 oraz załączenie diody

LED1 i wyłączenie LED0 odbywa

się w sposób analogiczny jak po-

przednio. Dla pokazania sposobu

sterowania wyjściami za pomocą

rejestru IOxPIN działanie fragmen-

tu programu odpowiedzialnego za

wykrycie wciśnięcia klawisza S3

jest trochę inne. Wykrywane jest

zbocze opadające na linii klawisza

S3 (P0.6) poprzez porównanie bie-

żącego i poprzedniego stanu klawi-

sza:

//Jezeli zbocze opadajace na S3 to

zmien stan LED2

key = KEYPIN & S3;

if (pkey && !key)

{

LEDPIN ^= LED2;

}

pkey = key;

W przypadku, gdy zostanie wy-

kryte zbocze, stan linii P1.18

(LED2) jest zmieniany na przeciw-

ny za pomocą operacji XOR na re-

jestrze LEDPIN (P1PIN).

Uruchamiając ten program mo-

żemy zauważyć że nie jest on od-

porny na drgania styków. Nie ma

to znaczenia w przypadku reakcji

na klawisz S1 i S2, ponieważ gdy

linia danego portu jest już skaso-

wana lub ustawiona, to ponowne

skasowanie lub ustawienie tej sa-

mej linii nie spowoduje żadnych

efektów. Natomiast w przypadku

wciśnięcia klawisza S3 stan linii

portu zmieniany jest na przeciw-

ny. Możemy więc zauważyć wielo-

krotne zmiany stanu diody LED2.

Modernizację programu tak, aby

był odporny na drgania zestyków

pozostawiam Czytelnikowi jako

ćwiczenie do samodzielnego wyko-

nania.

Lucjan Bryndza, EP

lucjan.bryndza@ep.com.pl

[2] GPIO/DEBUG

0 – Linie P1.26..P1.31 pracują jako porty IO

1 – Linie P1.26..P1.31 skonﬁgurowane są jako port

DEBUG

~P1.26

[3] GPIO/TRACE

0 – Linie P1.25..P1.16 pracują jako porty IO

1 – Linie P1.25..P1.16 skonﬁgurowane są jako port

DEBUG

~P1.20

[31:4] –

Zarezerwowane

–

zmieniać stan linii portu I/O niż

LPC213x pracujący z częstotliwo-

ścią 60 MHz. Konstruktorzy Philip-

sa szybko zauważyli ten problem

i w mikrokontrolerach LPC214x ob-

szar portów wejścia/wyjścia został

podłączony bezpośrednio do ma-

gistrali lokalnej i porty te zostały

nazwane szybkimi portami GPIO.

W mikrokontrolerach LPC214x re-

jestry te nie zostały bezpośrednio

przeniesione pod nowy obszar, tyl-

ko dodano nowy zestaw rejestrów,

a stare rejestry dla kompatybilności

wstecznej nadal znajdują się na

swoim miejscu. Sposób korzystania

z tych rejestrów zostanie przedsta-

wiony w ostatnim odcinku cyklu,

który będzie poświecony w całości

nowemu LPC214x.

co ułatwi późniejsze zmiany oraz

wpłynie na większą przejrzystość

kodu:

#deﬁne LEDDIR IO1DIR //Rejestr ki-

erunku LED

#deﬁne LEDSET IO1SET //Rejestr

ustawiający bity LED

#deﬁne LEDCLR IO1CLR //Rejestr

kasujący bity LED

#deﬁne LEDPIN IO1PIN //Rejestr

portu LED

#deﬁne KEYDIR IO0DIR //Rejestr

kierunku klawiszy

#deﬁne KEYPIN IO0PIN //Rejestr

portu klawiszy

#deﬁne LEDY (0xFF<<16) //Wszystkie

LEDY P.16..P1.24

#deﬁne LED0 (1<<16) //P1.16 – Di-

oda LED0

#deﬁne LED1 (2<<16) //P1.17

– Dioda LED1

#deﬁne LED2 (4<<16) //P1.18

– Dioda LED2

#deﬁne S1 0x10 //P0.4 – Klawisz S1

#deﬁne S2 0x20 //P0.5 – Klawisz S2

#deﬁne S3 0x40 //P0.6 – Klawisz S3

Działanie programu rozpoczyna

się w funkcji main od ustawie-

nia rejestrów kierunku. Bity portu

P1.16…P1.18 odpowiedzialne za

sterowanie diodami LED ustawia-

ne są w kierunku wyjściowym, na-

tomiast linie portu do których są

podłączone klawisze S1, S2, S3

ustawiane są jako wejściowe:

//Kierunek dla ledow wyjście

LEDDIR |= LEDY;

//Kierunek dla klawiszy wejście

KEYDIR &= ~(S1|S2|S3);

Operacja ustawienia linii portu

P0.4...P0.6 nie są niezbędne, po-

nieważ po wyzerowaniu mikrokon-

troler ustawia wszystkie linie I/O

w kierunku wejściowym. Tak samo

w programie tym nie ustawiamy

w ogóle bitów rejestru PINSELx,

ponieważ domyślnie po zerowaniu

do linii wejściowych podłączone

są porty GPIO. Po tej czynności

program wchodzi do pętli nieskoń-

czonej while (1){…}, w której

sprawdzane jest wciśnięcie klawi-

sza S1 (stan niski) i w przypadku

jego naciśnięcia włączana jest dio-

da LED0 oraz wyłączana LED1:

if (!(KEYPIN & S1))

{

//!Jezeli wcisniety S1 to zalacz

Trochę praktyki – przykładowy

program

Mając już odpowiednią dawkę

wiedzy teoretycznej zajmiemy się

teraz napisaniem prostego progra-

mu mającego na celu zapozna-

nie się z rejestrami portów GPIO.

Oczywiście i w tym przypadku bę-

dziemy korzystać z zestawu uru-

chomieniowego ZL6ARM. Działanie

programu będzie następujące: po

wciśnięciu przycisku S1 zostanie

zapalona dioda LED0 oraz wyłą-

czona dioda LED1; po wciśnięciu

przycisku S2 dioda LED0 zgaśnie,

natomiast dioda LED1 zostanie za-

palona. Po wciśnięciu klawisza S3

stan diody LED3 zostanie zmienio-

ny na przeciwny. W programie tym

wykorzystamy omawiane we wcze-

śniejszych odcinkach pliki starto-

we, dlatego nie będziemy się już

nimi tutaj zajmować. Przykładowy

program można także ściągnąć ze

strony EP ( ep5a.zip ) i zaimporto-

wać do środowiska Eclipse . Pisanie

programu rozpoczynamy od zdeﬁ-

niowania stałych odpowiadających

bitom poszczególnych diod, przy-

cisków oraz portów do których są

podłączone diody LED i klawisze,

Elektronika Praktyczna 11/2006

K U R S

Program drugi – wyświetlacz

LCD

Kolejnym programem jaki na-

piszemy w ramach ćwiczeń z por-

tami GPIO będą procedury obsłu-

gi znakowego wyświetlacza LCD

(HD44180). Procedury te będziemy

intensywnie wykorzystywać w dal-

szej części kursu. W różnych cza-

sopismach o tematyce elektronicznej

obsługa znakowego wyświetlacza

LCD była poruszana wielokrotnie.

Dlatego aby nie powielać tych sa-

mych schematów tym razem biblio-

teka ta zostanie napisana w nieco

odmienny sposób za pomocą pro-

gramowania obiektowego C++. Nie

będziemy tutaj szczegółowo oma-

wiać aspektów działania wyświe-

tlacza LCD, a zainteresowanych od-

syłam do EdW 11/97. W zestawie

ZL6ARM linie D0.D7 LCD podłą-

czone są do portu P1.16…P1.23.

Linia E podłączona jest do portu

P0.30 natomiast RS do portu P0.31.

W zestawie niestety nie przewidzia-

no możliwości sterowania linią R/

W przez co niemożliwe jest odczy-

tywanie stanu wyświetlacza, dlatego

po wysłaniu każdego znaku i rozka-

zu musimy odczekać pewien okres

czasu tak aby wybrana operacja

została wykonana. Prawie wszystkie

komendy wykonywane są w czasie

do 120 ms poza rozkazem czysz-

czenia wyświetlacza który może za-

jąć maksymalnie 4,8 ms. Za obsłu-

gę LCD odpowiedzialna jest klasa

CLcdDisp , której deklaracja znajduje

się w pliku CLcdDisp.h natomiast

deﬁnicja została umieszczona wpli-

ku CLcdDisp.c . Metody (funkcje)

i obiekty (zmienne) zadeklarowane

z modyﬁkatorem private mogą być

używane tylko wewnątrz klasy, co

zapewnia ukrycie ich przed użyt-

kownikiem końcowym. W sekcji tej

zapisano stałe związane z wyświe-

tlaczem LCD takie jak przypisanie

bitów odpowiedzialnych za linię E

i RW wyświetlacza oraz stałe zwią-

zane z komendami kontrolera LCD.

Klasy, Obiekty, oraz programowanie zorientowane

obiektowo w skrócie

Pisząc w języku C program, który dotyczy jakiś re-

alnych obiektów na przykład regulatora temperatury,

tablicy świetlnej, sterownika akwariowego musimy

wszelkie zależności i wielkości zamienić na zestaw

luźnych liczb i funkcji operujących na danych. Na

przykład w zmiennej ﬂoat temp trzymamy tem-

peraturę bieżącą, przy czym tylko my wiemy że

jest to temperatura zadana. Równie dobrze liczbę

reprezentującą temperaturę moglibyśmy podstawić

do jakiejś innej funkcji realizującą całkiem inne

zadanie a kompilator nawet nie zaprotestowałby

tylko wyliczyłby jakieś bzdury. Natomiast otaczający

nas świat nie składa się z luźnych liczb i funkcji

tylko z obiektów. Na przykład wspomniany regulator

temperatury jest obiektem, który z kolei zawiera

w sobie obiekty takie jak wyświetlacz LCD, czujnik

temperatury, czy klawiaturę. Właśnie język C++

pozwała nam działać w sposób obiektowy umożli-

wiając budowanie modeli rzeczywistych obiektów,

a nie luźnego zestawu liczb oraz funkcji. Każdy

model posiada zestaw danych (pól) oraz zachowań

(metod). Na przykład wyświetlacz LCD posiada

dane w postaci tekstu do wyświetlenia oraz zacho-

wania (metody) takie jak wyczyszczenie wyświetla-

cza, wypisanie liczby, czy przesunięcie kursora na

wskazaną pozycję. Zbierając te wszystkie dane i za-

chowania w jedną całość budujemy konkretny typ

(klasę) wyświetlacza LCD. Wymyśliliśmy więc opis

umożliwiający zbudowanie konkretnego egzemplarza

(obiektu) wyświetlacza LCD, nie jest to jeszcze ża-

den konkretny wyświetlacz. Deﬁnicja klasy wjęzyku

C++ ma następującą postać:

class budowany_typ

public : //

Specyﬁkator dostepu

budowany_typ();

//Konstruktor klasy

~budowany_typ();

//Destruktor klasy

metoda1();

ﬁnicji klasy zamknęliśmy wszelkie pola i meto-

dy klasy co nazywamy enkapsulacją danych.

W deklaracji klasy znajdują się także specyﬁka-

tory dostępu public, protected, private . Etykieta

private oznacza że pola i metody znajdujące

się pod nią dostępne są tylko z wnętrza klasy.

Etykieta protected oznacza że pola i metody

znajdujące się pod nią są dostępne dla klas

dziedziczonych od tej klasy. (O dziedziczeniu bę-

dziemy jeszcze mówić przy innej okazji) . Nato-

miast etykieta public oznacza że pola i metody

dostępne są wewnątrz jak i na zewnątrz klasy.

Zastosowanie specyﬁkatorów dostępu pozwala

ukryć przed użytkownikiem końcowym wszelkie

mechanizmy wewnętrzne klasy. Po prostu użyt-

kownik korzystający np. z klasy wyświetlacza

LCD nie powinien mieć dostępu do metody

przesyłającej na magistralę bajt danych, metoda

ta powinna być wywoływana tylko przez inne

metody z wnętrza klasy. W sekcji public widzimy

metodę której nazwa jest identyczna jak nazwa

klasy jest to tak zwany konstruktor klasy, który

jest specjalną metodą wywoływaną w momencie

tworzenia obiektu danej klasy. Umożliwia nam

to wykonanie pewnych czynności zanim obiekt

danej klasy powstanie. Np. tworząc obiekt klasy

wyświetlacz LCD w konstruktorze będziemy ini-

cjalizować wyświetlacz tak aby był on w stanie

wyświetlać znaki. Tworząc na przykład klasę

pojemnika na liczby w konstruktorze tej klasy

alokować będziemy pamięć do przechowywa-

nia tych liczb. W konstruktorze nie ma żadnej

magii jest to po prostu zwykła funkcja której

osobliwością jest to że jest ona wywoływana

w momencie tworzenia obiektu danej klasy. Ana-

logiczną funkcją do konstruktora, wywoływaną

w momencie niszczenie obiektu danej klasy jest

destruktor klasy wywoływany w momencie gdy

obiekt danej klasy przestaje istnieć. Destruktor

deklarujemy poprzedzając metodę o takiej samej

nazwie jak klasa znakiem ~ . Na przykład we

wspomnianym wcześniej pojemniku na liczby

destruktor będzie zawierał funkcje dealokacji

pamięci którą wcześniej przydzieliliśmy w kon-

struktorze. Deﬁnicję klasy najczęściej tworzymy

w plikach nagłówkowych *.h. Natomiast deklara-

cję poszczególnych metod możemy zawrzeć we

wnętrzu deﬁnicji ciała samej klasy np.

class mojaklasa

public : //

Specyﬁkator dostepu

int metoda1(int a)

{

return a*a + mx;

}

int mx;

};

Wówczas metoda ta zostanie potraktowana jako

metoda inline i zostanie rozwinięta w miejscu

wywołania. Metody zawierające więcej niż kilka

linijek kodu powinny być zadeklarowane w pli-

kach *.c. w sposób następujący.

Zwracany_typ Nazwa_klasy::NazwaMetody(ar-

gumenty)

{

//Ciało metody

}

Widzimy że nazwę metody poprzedza nazwa

klasy zakończona specyﬁkatorem dostępu :: co

określa że dana metoda należy do danej klasy.

Na przykład we wspomnianym wcześniej przy-

kładzie klasy mojaklasa zadeklarowanie metody

klasy w pliku *.c wygląda następująco:

int mojaklasa::metoda1(int a)

{

return a*a + mx;

}

To o czym wcześniej mówiliśmy było tylko de-

ﬁnicją klasy określającą sposób wjaki ona była

zbudowana. Sama deﬁnicja klasy nie deklaru-

je żadnych obiektów (egzemplarzy) tej klasy.

Utworzenie konkretnych obiektów danej klasy

odbywa się w taki sam sposób jak tworzenie

obiektów typów wbudowanych np. int a,b,c,d;

spowoduje utworzenie 4 obiektów typu int o na-

zwach a b c d. Tak samo napisanie mojaklasa

a,b,c,d ; spowoduje utworzenie czterech obiek-

tów o nazwach a b c d klasy mojaklasa . Należy

sobie uzmysłowić że utworzenie 4 obiektów

klasy mojaklasa spowoduje utworzenie 4 od-

dzielnych kompletów danych dla poszczególnych

obiektów danej klasy. Natomiast metody operu-

jące na tych składnikach deﬁniowane są tylko

jednokrotnie. Każda metoda do pól danej klasy

odwołuje się za pomocą wskaźnika this , który

pokazuje na konkretny egzemplarz danej klasy.

Na przykład we wspomnianej wcześniej meto-

dzie metoda1() odwołanie do pola mx będącego

składnikiem danej klasy odbywa się za pomo-

cą wskaźnika this następująco: return a*a +

this–>mx. Wskaźnik ten jest tutaj wywoływany

niejawnie przez kompilator, ale my czasami bę-

dziemy z niego świadomie korzystać. Odwołanie

do wybranego pola danej klasy odbywa się

za pomocą znaku kropki. Na przykład wpisanie

b=a.mx spowoduje przepisanie pola mx obiektu

a do zmiennej b. Natomiast wywołanie metod

na rzecz konkretnego obiektu odbywa się po-

przez wpisanie po kropce danej metody. Na

przykład c.metoda1(4 ) spowoduje wywołanie

metoda1() działającej na danych będących skła-

dowymi obiektu b.

metoda2();

protected : //Spe-

cyﬁkator dostepu

metoda3();

private : //Spe-

cyﬁkator dostepu

int pole1;

ﬂoat pole2;

};

Zdeﬁniowane własnej klasy nie jest trudne naj-

pierw występuje tutaj słowo kluczowe class na-

stępnie występuje nazwa klasy po czym klamra

a w niej ciało klasy. W ciele klasy deklarujemy

wszelkie metody (zachowania) i pola (dane) kla-

sy. Jest to bardzo ważny aspekt bowiem w de-

100

Elektronika Praktyczna 11/2006

K U R S

//Funkcja opozniajaca

void Delay( unsigned int del);

//Wysyla do portu

void PortSend( unsigned char

data, bool cmd= false );

//Pin E P0.30

static const unsigned int E =

0x40000000;

//Pin RW P0.31

static const unsigned int RS =

0x80000000;

//Maska danych

static const unsigned int DMASK =

0x00FF0000;

//Domyslne sprzetowe

static const unsigned int DELAY_HW

= 15;

//Opoznienie komend

static const unsigned int DELAY_CMD

= 3000;

//Opoznienie dla CLS

static const unsigned int DELAY_CLS

= 30000;

//Komendy wyswietlacza

enum {CLS_CMD=0x01,HOME_

CMD=0x02,MODE_CMD=0x04,ON_CMD=0x08,

SHIFT_CMD=0x10,FUNC_CMD=0x20,CGA_

CMD=0x40,DDA_CMD=0x80};

//Komenda MODE

enum {MODE_R=0x02,MODE_L=0,MODE_

MOVE=0x01};

//Komenda SHIFT

enum {SHIFT_DISP=0x08,SHIFT_

R=0x04,SHIFT_L=0};

//Komenda FUNC

enum {FUNC_8b=0x10,FUNC_4b=0,FUNC_

2L=0x08,

FUNC1L=0,FUNC_5x10=0x4,FUNCx7=0};

};

void CLcdDisp::Delay( unsigned int

del)

{

asm volatile

(

“dloop%=:”

“subs %[del],%[del],#1\t\n”

“bne dloop%=\t\n”

: :[del]”r”(del)

);

}

if (cmd) LCDCCLR = RS;

else LCDCSET = RS;

Metoda PortSend służy do wysy-

łania pojedynczego bajtu danych do

wyświetlacza LCD została ona zade-

klarowana następująco:

void PortSend( unsigned char data, bo-

ol cmd= false );

Jako parametr data przekazujemy

instrukcję lub daną którą chcemy

wysłać do wyświetlacza LCD. Gdy

parametr cmd przyjmie wartość fal-

se oznacza to, że liczba przekaza-

na jako data zinterpretowana będzie

jako znak do wyświetlenia, w prze-

ciwnym przypadku przesłana dana

stanowić będzie rozkaz. W języku

C++ możemy deklarować metody

i funkcję z parametrami domyślny-

mi. W przypadku gdy wywołamy

funkcję bez drugiego argumentu pa-

rametr cmd przyjmie wartość false,

natomiast gdy drugi parametr bę-

dzie określony podczas wywołania

argument domyślny będzie ignoro-

wany. Mechanizm ten został stwo-

rzony w celu zastąpienia funkcji ze

zmienną listą argumentów (…) zna-

ną z języka C, pozwala on zapew-

nić większą kontrolę nad przekazy-

wanymi argumentami. Działanie tej

metody jest następujące: Najpierw

sygnał E ustawiany jest w stan 0

w efekcie czego wyświetlacz ignoru-

je wszystkie stany pojawiające się

na liniach danych wyświetlacza.

Linie D0..D7 wyświetlacza LCD są

zerowane poprzez ustawienie bitów

16.23 w rejestrze IO1CLR. Do portu

IO1SET przesyłana jest zawartość

zmiennej data przesuniętej o 16 bi-

tów w lewo. W wyniku tych dwóch

operacji linie P1.16..P1.23 przyj-

mują wartość zgodną z zawartością

zmiennej data bez zmiany pozosta-

łych bitów portu.

//E=0

LCDCCLR = E;

//Data = 0;

LCDDCLR = DMASK;

//Wyslij dane

LCDDSET = (( unsigned int )data) <<

16;

Następnie na linii E generowany

jest dodatni impuls w wyniku które-

go następuje zapisanie danych lub

instrukcji do wyświetlacza LCD.

//Ustaw Enable

LCDCSET = E;

Delay(DELAY_HW);

//Skasuje enable

LCDCCLR = E;

Wszystkie metody zadeklarowane

jako public dostępne są dla użyt-

kownika i stanowią zewnętrzny in-

terfejs klasy. Klasa CLcdDisp zawie-

ra następujące składowe publiczne:

public :

CLcdDisp();

~CLcdDisp();

void Write( const char *str);

void Write( char zn);

void Write( unsigned int licz);

//Wyczysc wyswietlacz

void Clear( void );

//Zalacz wylacz kursor

void SetCursor( unsigned char cmd);

void GotoXY( unsigned char

x, unsigned char y);

template < class T> CLcdDisp& opera-

tor <<(T obj)

{

Write(obj);

return * this ;

}

CLcdDisp& operator <<(pos obj)

{

GotoXY(obj.mx,obj.my);

return * this ;

}

CLcdDisp jest domyślnym kon-

struktorem klasy i jest on wywo-

ływany podczas tworzenia nowego

obiektu danej klasy. W konstrukto-

rze napisano procedurę inicjaliza-

cji wyświetlacza LCD. Inicjalizacja

rozpoczyna się od ustawienia linii

RS,E i D0..D7 oraz odczekania kil-

kudziesięciu milisekund na ustabili-

zowanie napięcia zasilającego:

//Konstruktor klasy obslugi wyswie-

tlacza LCD

CLcdDisp::CLcdDisp()

{

//Linie E i RS jako wyjsciowe

LCDCDIR |= E|RS;

LCDCCLR = E|RS;

//Linia danych jako wyjsciowa

LCDDDIR |= DMASK;

Delay(100000);

Następnie trzykrotnie wysyłana

jest komenda ustawiająca wyświe-

tlacz w tryb 8 bitowy

PortSend(FUNC_CMD|FUNC_8b, true );

Delay(DELAY_CLS);

PortSend(FUNC_CMD|FUNC_8b, true );

Delay(DELAY_CMD);

PortSend(FUNC_CMD|FUNC_8b, true );

Delay(DELAY_CMD);

po czym następuje ustawie-

nie wyświetlacza tak aby praco-

wał w rozdzielczości 5x7 załączenie

wyświetlacza, wyczyszczenie oraz

ustawienie kurosa w pozycji po-

czątkowej. Kolejnymi metodami pu-

blicznymi są metody Write służące

do wypisania na wyświetlaczu po-

jedynczego znaku, łańcucha teksto-

wego, oraz liczby stałoprzecinkowej.

Umieszczono tu także dwie me-

tody: Delay , odpowiedzialną za ge-

nerowanie opóźnień, oraz PortSend

wysyłającą bajt danych do wyświe-

tlacza Lcd . Pętla opóźniająca zosta-

ła napisana w asemblerze, aby było

możliwe dokładne określenie czasu

jej wykonania. Jako argument meto-

dy podajemy liczbę która następnie

jest ładowana do któregoś z reje-

strów ogólnego przeznaczenia w któ-

rym następuje cykliczne odejmowa-

nie liczby jeden, aż do momentu

gdy rejestr ten osiągnie wartość 0.

Przeładowanie nazw funkcji i metod

Programując w języku C przyzwyczailiśmy się

że w programie może być tylko jedna funkcja

o takiej samej nazwie. W języku C++ nato-

miast może istnieć więcej niż jednak funkcja

lub metoda w obrębie klasy posiadająca taką

samą nazwę pod warunkiem że posiada ona

inną listę argumentów. Inaczej rzecz mówiąc

kompilator C++ rozpoznaje funkcje lub me-

todę nie tylko po samej nazwie ale też po

liście argumentów. Na przykład w C gdybyśmy

chcieli napisać funkcję do wyświetlania po-

szczególnych typów danych na wyświetlaczu

LCD musielibyśmy dla każdego typu zdeﬁnio-

wać funkcję o innej nazwie: WriteInt(int w);

WriteStr(char *s); WriteChar(char c); W mo-

mencie gdy chcieliśmy wypisać konkretny typ

danej na przykład int musieliśmy wywołać

funkcję WriteInt(). W języku C++ możemy na-

tomiast zdeﬁniować trzy funkcje otakiej samej

nazwie Write z inną listą argumentów np. tak:

Write(int w); Write(char *s); Write(char c);

W momencie wywołania funkcji nie musimy

się zastanawiać którą wersję funkcji chce-

my wywołać po prostu piszemy Write(„Text”)

a kompilator sam na podstawie listy argumen-

tów ustali że trzeba wywołać funkcję Write-

(char *s);

Po przesłaniu danych na linię

D0..D7 następuje ustawienie linii

RS w odpowiedni stan w zależno-

ści od tego czy dane przesłane na

magistrale zinterpretowane zostaną

jako rozkaz (stan wysoki) albo znak

do wyświetlenia (stan niski)

//Skasuj lub ustaw RS

Elektronika Praktyczna 11/2006

101

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: