Mikrocontroller.net - Benutzerbeiträge [de]

AD-Wandler

2016-08-24T07:43:21Z

132.252.9.110:

Die Abkürzung AD-Wandler steht für einen Analog-Digital-Wandler (teilweise auch ADU, Analog-Digital-Umsetzer; im Englischen ADC Analog-Digital-Converter). Dieser wandelt eine [[analog|analoge]] Größe, meist eine Spannung, in einen [[digital|digitalen]] Wert um. Das Gegenstück ist der [[DA-Wandler]].

Die Auflösung mit der die analoge Größe gemessen wird bewegt sich zwischen 1 (Komparator) und 24 [[Digitaltechnik|Bit]]. Den durch die Wandlung entstehenden Fehler zwischen dem tatsächlichen Wert und dem ausgegebenen (gewandelten) Wert nennt man [[Quantisierung|Quantisierungsfehler]]. Er entsteht durch die unvermeidbare Rundung. Ferner entsteht durch die Nichtlinearität des Bauteils ebenfalls ein Fehler.

Der Wandlungsvorgang benötigt immer eine gewisse Zeit, während der die Eingangsgröße konstant bleiben muss. Das gilt auch für den Flash-ADC, da nicht alle Komparatoren gleich schnell sind. Hierfür werden sogenannte 'Track and Hold' bzw. 'Sample and Hold' Schaltungen verwendet, welche das Eingangssignal "einfrieren" während die AD-Wandlung läuft.

== Verfahren ==

* '''Flash- oder Parallel-Wandler:''' verwenden für jeden Ausgangswert einen Komparator. Dadurch sind sie sehr schnell, aber auch teuer und stromhungrig. Flash-Wandler werden unter anderem in [[Oszilloskop#Digitale Oszilloskope|Digitalen Oszilloskopen]] eingesetzt.
* '''Sukzessive Approximation (SAR)''': Stufenweise Annäherung, Wägeverfahren. Benötigt einen [[DA-Wandler]], mit dem man sich Bit für Bit an die zu messende Spannung herantastet.
** Der interne AD-Wandler eines [[AVR]] verwendet diese Methode
* '''Single Slope, Dual Slope Verfahren:''' Werden meist in Multimetern oder ähnlichen Messgeräten verwendet da sie billig sind, wenig Strom brauchen und gute Linearitäten besitzen. Im Prinzip wird hier die Spannungsmessung über eine Zeitmessung realisiert (Zeitmessung des Auf- und Entladen eines Kondensators).
* '''Delta Sigma''': Vor allem für sehr genaue Messungen (24 Bit). Preisgünstig herstellbar, da nur ein Komparator und Logik-Elemente benötigt werden, dafür recht langsam. Werden vor allem im Audio-Bereich eingesetzt.
* '''Spannungs-Frequenz-Umsetzer''': Hier steuert die Eingangsspannung einen Oszillator, dessen Ausgangsfrequenz möglichst linear von der Eingangsspannung abhängt (Frequenzmodulation).
* '''Nachlauf-Verfahren''': Es wird auch hier ein DAC benötigt, der von einem Auf-Abwärtszähler gesteuert wird. Ein Komparator steuert ob auf- oder abwärts gezählt wird.

== Kenngrößen ==

Als Kenngrößen gibt es bei einem ADC bedeutend mehr als nur die [[Auflösung und Genauigkeit | Auflösung]]. Z.B. wäre es nicht schlecht, wenn er keine sogenannten 'Missing-Codes' hätte. Hier fehlen einfach gewisse Ausgangswerte, die Kennline hat Sprünge.

Weiters wichtig ist die Linearität. Es kann sein, dass die Kennlinie nichtlinear ist (Kennlinie Ausgangscode-Eingangsspannung gebogen) oder aber die einzelnen Stufen sind nicht gleich groß.

Außerdem wichtig sind Eingangsrauschen, Samplingzeit und Stromverbrauch.

==Praxis==

=== Große Spannungen messen ===

Will man einen AD-Wandler dazu nutzen große Spannungen zu messen, so behilft man sich mit einem [[Spannungsteiler]] nach Masse. So wird erreicht, dass die maximale Eingangsspannung bzw. Referenzspannung des AD-Wandlers nicht überschritten werden. Über das bekannte Widerstandsverhältnis kann dann per Software vom AD-Wert auf die gemessene Spannung zurückgeschlossen werden.

=== Negative Spannungen messen ===

Will man nun negative Spannungen messen, steht man vor dem Problem, den AD-Wandler keinen negativen Spannungen aussetzen zu dürfen. Hier hilft auch ein [[Spannungsteiler]] nach Masse nicht weiter. Es ist jedoch genausogut möglich, einen Spannungsteiler auf eine positive Spannung, z. B. die Betriebsspannung des AD-Wandlers zu beziehen. Um verlässliche Messwerte zu erhalten, darf die Bezugsspannung nicht schwanken, sollte also z. B. von einem Spannungsregler oder besser noch von einer [[Spannungsreferenz]] wie z. B. LM336 erzeugt werden.

<pre>
Vcc
---
|
+-+
| | R1
+-+
|
+---o Uadc
|
+-+
| | R2
+-+
|
Uin- o---+
</pre>

<math>\mathrm{U_{adc}=(V_{CC}-U_{in-}) \cdot \frac{R_2}{R_1+R_2} + U_{in-}}</math>

<math>\mathrm{U_{in-}=\frac{U_{adc}-V_{CC} \cdot \frac{R_2}{R_1+R_2}}{1-\frac{R_2}{R_1+R_2}}}</math>

Bei differentieller Messung sind Bezugsspannungsschwankungen theoretisch kein Problem, praktisch bildet man aber eine Art Wheatstone-Brücke nach, sodass durch die Toleranzen der Widerstände große Abweichungen auftreten können, wenn sich die Bezugsspannung ändert (z. B. Batteriebetrieb).

Siehe auch im Forum:
*[http://www.mikrocontroller.net/forum/read-1-173727.html Mit AD-Wandler negative Spannungen messen]
*[http://www.mikrocontroller.net/topic/78480 Vcc gegen interne Referenz messen] (AVR)
*[http://www.mikrocontroller.net/topic/214334#2131984 Forumsbeitrag]: Berechung der Auflösung und des Messwerts, immer durch 2^N und nicht 2^N-1
*[http://www.mikrocontroller.net/topic/261692#2715803 Forumsbeitrag] Warum man manchmal auch durch 2^N-1 dividieren will

=== Wechselspannung mit AC-Kopplung messen ===

In manchen Fällen, zum Beispiel bei Audio-Signalen, interessiert man sich nicht für den Gleichspannungsanteil (DC), sondern nur für den Wechselspannungsanteil (AC) eines Signals. In diesem Fall kann man durch einen Kondensator in Reihe eine sogenannte AC-Kopplung herstellen. Näheres dazu im Beitrag [http://www.mikrocontroller.net/topic/90989#new AC Kopplung wie groß muss der Kondensator sein?].

=== Genaues Messen und Fixed-Point Arithmetik ===

Siehe Forumsbeitrag [http://www.mikrocontroller.net/topic/170454#1630106 ADC und Fixed-Point Arithmetik] von Bernd N. und den Artikel [[Festkommaarithmetik]].

Zitierte Appnotes:
* [http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2559.pdf AVR120: Characterization and Calibration of the ADC on an AVR] (PDF)
* [http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc8003.pdf AVR121: Enhancing ADC resolution by oversampling] (PDF)

== Externe AD-Wandler Bausteine ==
=== ADC I2C/TWI BUS ===
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/182614 12x12 Bit ADC MAX1238]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/182614 12x10 Bit ADC MAX1138]
* [http://www.jtronics.de/platinen.html 12x8 Bit ADC MAX1038]
* [http://www.maxim-ic.com/datasheet/index.mvp/id/1890 8 x 12bit ADC MAX127]

=== ADC SPI BUS ===
* [http://www.mikrocontroller.net/part/TLC549 1x8 Bit TLC549], sukzessive Approximation
* [http://www.mikrocontroller.net/part/MCP3551 1x22 Bit MCP3551], Delta Sigma

=== ADC UART BUS ===
*

=== ADC CAN BUS ===
*

== Weblinks ==

* [http://www.tu-ilmenau.de/mhe/lehre/interfacetechnik/ Vorlesung Interfacetechnik] von Dr.-Ing. Norbert Hirt an der TU Ilmenau
* [http://www.ti.com/tool/adcpro Simulationssoftware für AD Wandler]

[[Category:Bauteile]]
* [http://www.embedded.com/design/212101523 The ABC's of A-D converter latency] by Bonnie Baker, Texas Instruments (via Embedded.com)
* [http://www.embedded.com/design/multicore/217700911?printable=true Writing software drivers for analog to digital converters], By Mark Thoren and Leo Chen, Linear Technology Corp., Embedded.com, ([[I2C]])

AD-Wandler

2016-08-24T07:20:12Z

132.252.9.110: Änderung

Die Abkürzung AD-Wandler steht für einen Analog-Digital-Wandler (teilweise auch ADU, Analog-Digital-Umsetzer; im Englischen ADC Analog-Digital-Converter). Dieser wandelt eine [[analog|analoge]] Größe, meist eine Spannung, in einen [[digital|digitalen]] Wert um. Das Gegenstück ist der [[DA-Wandler]].

Die Auflösung mit der die analoge Größe gemessen wird bewegt sich zwischen 1 (Komparator) und 24 [[Digitaltechnik|Bit]]. Den durch die Wandlung entstehenden Fehler zwischen dem tatsächlichen Wert und dem ausgegebenen (gewandelten) Wert nennt man [[Quantisierung|Quantisierungsfehler]]. Er entsteht durch die unvermeidbare Rundung. Ferner entsteht durch die Nichtlinearität des Bauteils ebenfalls ein Fehler.

Der Wandlungsvorgang benötigt immer eine gewisse Zeit, während der die Eingangsgröße konstant bleiben muss. Das gilt auch für den Flash-ADC, da nicht alle Komparatoren gleich schnell sind. Hierfür werden sogenannte 'Track and Hold' bzw. 'Sample and Hold' Schaltungen verwendet, welche das Eingangssignal "einfrieren" während die AD-Wandlung läuft.

== Verfahren ==

* '''Flash'''- oder Parallel-Wandler verwenden für jeden Ausgangswert einen Komparator. Dadurch sind sie sehr schnell, aber auch teuer und stromhungrig. Flash-Wandler werden unter anderem in [[Oszilloskop#Digitale Oszilloskope|Digitalen Oszilloskopen]] eingesetzt.
* '''Sukzessive Approximation (SAR)''': Stufenweise Annäherung, Wägeverfahren. Benötigt einen [[DA-Wandler]], mit dem man sich Bit für Bit an die zu messende Spannung herantastet.
** Der interne AD-Wandler eines [[AVR]] verwendet diese Methode
* '''Single Slope, Dual Slope Verfahren:''' Werden meist in Multimetern oder ähnlichen Messgeräten verwendet da sie billig sind, wenig Strom brauchen und gute Linearitäten besitzen. Im Prinzip wird hier die Spannungsmessung über eine Zeitmessung realisiert (Zeitmessung des Auf- und Entladen eines Kondensators).
* '''Delta Sigma''': Vor allem für sehr genaue Messungen (24 Bit). Preisgünstig herstellbar, da nur ein Komparator und Logik-Elemente benötigt werden, dafür recht langsam. Werden vor allem im Audio-Bereich eingesetzt.
* '''Spannungs-Frequenz-Umsetzer''': Hier steuert die Eingangsspannung einen Oszillator, dessen Ausgangsfrequenz möglichst linear von der Eingangsspannung abhängt (Frequenzmodulation).
* '''Nachlauf-Verfahren''': Es wird auch hier ein DAC benötigt, der von einem Auf-Abwärtszähler gesteuert wird. Ein Komparator steuert ob auf- oder abwärts gezählt wird.

== Kenngrößen ==

Als Kenngrößen gibt es bei einem ADC bedeutend mehr als nur die [[Auflösung und Genauigkeit | Auflösung]]. Z.B. wäre es nicht schlecht, wenn er keine sogenannten 'Missing-Codes' hätte. Hier fehlen einfach gewisse Ausgangswerte, die Kennline hat Sprünge.

Weiters wichtig ist die Linearität. Es kann sein, dass die Kennlinie nichtlinear ist (Kennlinie Ausgangscode-Eingangsspannung gebogen) oder aber die einzelnen Stufen sind nicht gleich groß.

Außerdem wichtig sind Eingangsrauschen, Samplingzeit und Stromverbrauch.

==Praxis==

=== Große Spannungen messen ===

Will man einen AD-Wandler dazu nutzen große Spannungen zu messen, so behilft man sich mit einem [[Spannungsteiler]] nach Masse. So wird erreicht, dass die maximale Eingangsspannung bzw. Referenzspannung des AD-Wandlers nicht überschritten werden. Über das bekannte Widerstandsverhältnis kann dann per Software vom AD-Wert auf die gemessene Spannung zurückgeschlossen werden.

=== Negative Spannungen messen ===

Will man nun negative Spannungen messen, steht man vor dem Problem, den AD-Wandler keinen negativen Spannungen aussetzen zu dürfen. Hier hilft auch ein [[Spannungsteiler]] nach Masse nicht weiter. Es ist jedoch genausogut möglich, einen Spannungsteiler auf eine positive Spannung, z. B. die Betriebsspannung des AD-Wandlers zu beziehen. Um verlässliche Messwerte zu erhalten, darf die Bezugsspannung nicht schwanken, sollte also z. B. von einem Spannungsregler oder besser noch von einer [[Spannungsreferenz]] wie z. B. LM336 erzeugt werden.

<pre>
Vcc
---
|
+-+
| | R1
+-+
|
+---o Uadc
|
+-+
| | R2
+-+
|
Uin- o---+
</pre>

<math>\mathrm{U_{adc}=(V_{CC}-U_{in-}) \cdot \frac{R_2}{R_1+R_2} + U_{in-}}</math>

<math>\mathrm{U_{in-}=\frac{U_{adc}-V_{CC} \cdot \frac{R_2}{R_1+R_2}}{1-\frac{R_2}{R_1+R_2}}}</math>

Bei differentieller Messung sind Bezugsspannungsschwankungen theoretisch kein Problem, praktisch bildet man aber eine Art Wheatstone-Brücke nach, sodass durch die Toleranzen der Widerstände große Abweichungen auftreten können, wenn sich die Bezugsspannung ändert (z. B. Batteriebetrieb).

Siehe auch im Forum:
*[http://www.mikrocontroller.net/forum/read-1-173727.html Mit AD-Wandler negative Spannungen messen]
*[http://www.mikrocontroller.net/topic/78480 Vcc gegen interne Referenz messen] (AVR)
*[http://www.mikrocontroller.net/topic/214334#2131984 Forumsbeitrag]: Berechung der Auflösung und des Messwerts, immer durch 2^N und nicht 2^N-1
*[http://www.mikrocontroller.net/topic/261692#2715803 Forumsbeitrag] Warum man manchmal auch durch 2^N-1 dividieren will

=== Wechselspannung mit AC-Kopplung messen ===

In manchen Fällen, zum Beispiel bei Audio-Signalen, interessiert man sich nicht für den Gleichspannungsanteil (DC), sondern nur für den Wechselspannungsanteil (AC) eines Signals. In diesem Fall kann man durch einen Kondensator in Reihe eine sogenannte AC-Kopplung herstellen. Näheres dazu im Beitrag [http://www.mikrocontroller.net/topic/90989#new AC Kopplung wie groß muss der Kondensator sein?].

=== Genaues Messen und Fixed-Point Arithmetik ===

Siehe Forumsbeitrag [http://www.mikrocontroller.net/topic/170454#1630106 ADC und Fixed-Point Arithmetik] von Bernd N. und den Artikel [[Festkommaarithmetik]].

Zitierte Appnotes:
* [http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2559.pdf AVR120: Characterization and Calibration of the ADC on an AVR] (PDF)
* [http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc8003.pdf AVR121: Enhancing ADC resolution by oversampling] (PDF)

== Externe AD-Wandler Bausteine ==
=== ADC I2C/TWI BUS ===
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/182614 12x12 Bit ADC MAX1238]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/182614 12x10 Bit ADC MAX1138]
* [http://www.jtronics.de/platinen.html 12x8 Bit ADC MAX1038]
* [http://www.maxim-ic.com/datasheet/index.mvp/id/1890 8 x 12bit ADC MAX127]

=== ADC SPI BUS ===
* [http://www.mikrocontroller.net/part/TLC549 1x8 Bit TLC549], sukzessive Approximation
* [http://www.mikrocontroller.net/part/MCP3551 1x22 Bit MCP3551], Delta Sigma

=== ADC UART BUS ===
*

=== ADC CAN BUS ===
*

== Weblinks ==

* [http://www.tu-ilmenau.de/mhe/lehre/interfacetechnik/ Vorlesung Interfacetechnik] von Dr.-Ing. Norbert Hirt an der TU Ilmenau
* [http://www.ti.com/tool/adcpro Simulationssoftware für AD Wandler]

[[Category:Bauteile]]
* [http://www.embedded.com/design/212101523 The ABC's of A-D converter latency] by Bonnie Baker, Texas Instruments (via Embedded.com)
* [http://www.embedded.com/design/multicore/217700911?printable=true Writing software drivers for analog to digital converters], By Mark Thoren and Leo Chen, Linear Technology Corp., Embedded.com, ([[I2C]])

AVR-Tutorial: Interrupts

2016-08-18T05:52:50Z

132.252.9.110: Schriftart verändert

==Definition==

Bei bestimmten Ereignissen in Prozessoren wird ein sogenannter '''Interrupt''' ausgelöst. Interrupts machen es möglich, beim Eintreten eines Ereignisses sofort informiert zu werden, ohne permanent irgendeinen Status abzufragen, was teure Rechenzeit kosten würde. Dabei wird das Programm unterbrochen und ein Unterprogramm aufgerufen. Wenn dieses beendet ist, läuft das Hauptprogramm ganz normal weiter.

'''==Mögliche Auslöser=='''

Bei Mikrocontrollern werden Interrupts z. B. ausgelöst wenn:

* sich der an einem bestimmten Eingangs-Pin anliegende Wert von High auf Low ändert (oder umgekehrt)
* eine vorher festgelegte Zeitspanne abgelaufen ist ([[Timer]])
* eine serielle Übertragung abgeschlossen ist ([[UART]])
* ...

Der ATmega8 besitzt 18 verschiedene Interruptquellen. Standardmäßig sind diese alle deaktiviert und müssen über verschiedene IO-Register einzeln eingeschaltet werden.

==INT0, INT1 und die zugehörigen Register==

Wir wollen uns hier erst mal die beiden Interrupts '''INT0''' und '''INT1''' anschauen. INT0 wird ausgelöst, wenn sich der an PD2 anliegende Wert ändert, INT1 reagiert auf Änderungen an PD3.

Als erstes müssen wir die beiden Interrupts konfigurieren. Im Register '''MCUCR''' wird eingestellt, ob die Interrupts bei einer steigenden Flanke (low nach high) oder bei einer fallenden Flanke (high nach low) ausgelöst werden. Dafür gibt es in diesem Register die Bits '''ISC00''', '''ISC01''' (betreffen INT0) und '''ISC10''' und '''ISC11''' (betreffen INT1).

Hier eine Übersicht über die möglichen Einstellungen und was sie bewirken:

<center>
{| {{Tabelle}}
|- style="background-color:#ffddcc"
! ISC11 o. ISC01 || ISC10 o. ISC00 ||Beschreibung
|-
|align="center" | 0
|align="center" | 0
||Low-Level am Pin löst den Interrupt aus
|-
|align="center" | 0
|align="center" | 1
||Jede Änderung am Pin löst den Interrupt aus
|-
|align="center" | 1
|align="center" | 0
||Eine fallende Flanke löst den Interrupt aus
|-
|align="center" | 1
|align="center" | 1
||Eine steigende Flanke löst den Interrupt aus
|-
|}
</center>

Danach müssen diese beiden Interrupts aktiviert werden, indem die Bits '''INT0''' und '''INT1''' im Register '''GICR''' auf '''1''' gesetzt werden.

Die Register '''MCUCR''' und '''GICR''' gehören zwar zu den IO-Registern, können aber nicht wie andere mit den Befehlen '''cbi''' und '''sbi''' verwendet werden. Diese Befehle wirken nur auf die IO-Register bis zur Adresse 0x1F (welches Register sich an welcher IO-Adresse befindet, steht in der Include-Datei, hier "m8def.inc", und im Datenblatt des Controllers). Somit bleiben zum Zugriff auf diese Register nur die Befehle '''in''' und '''out''' übrig.

==Interrupts generell zulassen==

Schließlich muss man noch das Ausführen von Interrupts allgemein aktivieren, was man durch einfaches Aufrufen des Assemblerbefehls '''sei''' bewerkstelligt.

==Die Interruptvektoren==

Woher weiß der Controller jetzt, welche Routine aufgerufen werden muss wenn ein Interrupt ausgelöst wird?

Wenn ein Interrupt auftritt, dann springt die Programmausführung an eine bestimmte Stelle im Programmspeicher. Diese Stellen sind festgelegt und können nicht geändert werden:

<center>
{| {{Tabelle}}
|- style="background-color:#ffddcc"
! Nr. || Adresse || Interruptname || Beschreibung
|-
|align="center" | 1
|align="center" | 0x000
|align="center" | RESET
||Reset bzw. Einschalten der Stromversorgung
|-
|align="center" | 2
|align="center" | 0x001
|align="center" | INT0
||Externer Interrupt 0
|-
|align="center" | 3
|align="center" | 0x002
|align="center" | INT1
||Externer Interrupt 1
|-
|align="center" | 4
|align="center" | 0x003
|align="center" | TIMER2_COMP
||Timer/Counter2 Compare Match
|-
|align="center" | 5
|align="center" | 0x004
|align="center" | TIMER2_OVF
||Timer/Counter2 Overflow
|-
|align="center" | 6
|align="center" | 0x005
|align="center" | TIMER1_CAPT
||Timer/Counter1 Capture Event
|-
|align="center" | 7
|align="center" | 0x006
|align="center" | TIMER1_COMPA
||Timer/Counter1 Compare Match A
|-
|align="center" | 8
|align="center" | 0x007
|align="center" | TIMER1_COMPB
||Timer/Counter1 Compare Match B
|-
|align="center" | 9
|align="center" | 0x008
|align="center" | TIMER1_OVF
||Timer/Counter1 Overflow
|-
|align="center" | 10
|align="center" | 0x009
|align="center" | TIMER0_OVF
||Timer/Counter0 Overflow
|-
|align="center" | 11
|align="center" | 0x00A
|align="center" | SPI_STC
||SPI-Übertragung abgeschlossen
|-
|align="center" | 12
|align="center" | 0x00B
|align="center" | USART_RX
||USART-Empfang abgeschlossen
|-
|align="center" | 13
|align="center" | 0x00C
|align="center" | USART_UDRE
||USART-Datenregister leer
|-
|align="center" | 14
|align="center" | 0x00D
|align="center" | USART_TX
||USART-Sendung abgeschlossen
|-
|align="center" | 15
|align="center" | 0x00E
|align="center" | ADC
||AD-Wandlung abgeschlossen
|-
|align="center" | 16
|align="center" | 0x00F
|align="center" | EE_RDY
||EEPROM bereit
|-
|align="center" | 17
|align="center" | 0x010
|align="center" | ANA_COMP
||Analogkomparator
|-
|align="center" | 18
|align="center" | 0x011
|align="center" | TWI
||Two-Wire Interface
|-
|align="center" | 19
|align="center" | 0x012
|align="center" | SPM_RDY
||Store Program Memory Ready
|}
</center>

So, wir wissen jetzt, dass der Controller zu Adresse 0x001 springt, wenn '''INT0''' auftritt. Aber dort ist ja nur Platz für einen Befehl, denn die nächste Adresse ist doch für INT1 reserviert. Wie geht das? Ganz einfach: Dort kommt ein Sprungbefehl rein, z. B. '''rjmp interrupt0'''. Irgendwo anders im Programm muss in diesem Fall eine Stelle mit interrupt0: gekennzeichnet sein, zu der dann gesprungen wird. Diese durch den Interrupt aufgerufene Routine nennt man '''Interrupthandler''' (engl. '''I'''nterrupt '''S'''ervice '''R'''outine, '''ISR''').

==Beenden eines Interrupthandlers==

Und wie wird die Interruptroutine wieder beendet? Durch den Befehl '''reti'''. Wird dieser aufgerufen, dann wird das Programm ganz normal dort fortgesetzt, wo es durch den Interrupt unterbrochen wurde. Es ist dabei wichtig, daß hier der Befehl '''reti''' und nicht ein normaler '''ret''' benutzt wird. Wird ein Interrupt Handler betreten, so sperrt der Mikrocontroller automatisch alle weiteren Interrupts. Im Unterschied zu '''ret''', hebt ein '''reti''' diese Sperre wieder auf.

==Aufbau der Interruptvektortabelle==

Jetzt müssen wir dem Assembler nur noch klarmachen, dass er unser '''rjmp interrupt0''' an die richtige Stelle im Programmspeicher schreibt, nämlich an den Interruptvektor für '''INT0'''. Dazu gibt es eine Assemblerdirektive. Durch '''.org 0x001''' sagt man dem Assembler, dass er die darauffolgenden Befehle ab Adresse 0x001 im Programmspeicher platzieren soll. Diese Stelle wird von '''INT0''' angesprungen.

Damit man nicht alle Interruptvektoren immer nachschlagen muss, sind in der Definitionsdatei m8def.inc einfach zu merkende Namen für die Adressen definiert. Statt 0x001 kann man z. B. einfach '''INT0addr''' schreiben. Das hat außerdem den Vorteil, dass man bei Portierung des Programms auf einen anderen AVR-Mikrocontroller nur die passende Definitionsdatei einbinden muss, und sich über evtl. geänderte Adressen für die Interruptvektoren keine Gedanken zu machen braucht.

Nun gibt es nur noch ein Problem: Beim Reset (bzw. wenn die Spannung eingeschaltet wird) wird das Programm immer ab der Adresse 0x000 gestartet. Deswegen muss an diese Stelle ein Sprungbefehl zum Hauptprogramm erfolgen, z. B. '''rjmp RESET''' um an die mit '''RESET:''' markierte Stelle zu springen.

Wenn man mehrere Interrupts verwenden möchte, kann man auch, anstatt jeden Interruptvektor einzeln mit .org an die richtige Stelle zu rücken, die gesamte Sprungtabelle ausschreiben:

<syntaxhighlight lang="avrasm">
.include "m8def.inc"

.org 0x000 ; kommt ganz an den Anfang des Speichers
rjmp RESET ; Interruptvektoren überspringen
; und zum Hauptprogramm
rjmp EXT_INT0 ; IRQ0 Handler
rjmp EXT_INT1 ; IRQ1 Handler
rjmp TIM2_COMP
rjmp TIM2_OVF
rjmp TIM1_CAPT ; Timer1 Capture Handler
rjmp TIM1_COMPA ; Timer1 CompareA Handler
rjmp TIM1_COMPB ; Timer1 CompareB Handler
rjmp TIM1_OVF ; Timer1 Overflow Handler
rjmp TIM0_OVF ; Timer0 Overflow Handler
rjmp SPI_STC ; SPI Transfer Complete Handler
rjmp USART_RXC ; USART RX Complete Handler
rjmp USART_DRE ; UDR Empty Handler
rjmp USART_TXC ; USART TX Complete Handler
rjmp ADC ; ADC Conversion Complete Interrupthandler
rjmp EE_RDY ; EEPROM Ready Handler
rjmp ANA_COMP ; Analog Comparator Handler
rjmp TWSI ; Two-wire Serial Interface Handler
rjmp SPM_RDY ; Store Program Memory Ready Handler

RESET: ; hier beginnt das Hauptprogramm
</syntaxhighlight>

Hier ist es unbedingt nötig, bei unbenutzten Interruptvektoren statt des Sprungbefehls den Befehl '''reti''' (bzw. '''reti nop''', wenn jmp 4 Byte lang ist) reinzuschreiben. Wenn man einen Vektor einfach weglässt stehen die nachfolgenden Sprungbefehle sonst alle an der falschen Adresse im Speicher.

Wer auf Nummer sicher gehen möchte kann aber auch alle Vektoren einzeln mit .org adressieren:

<syntaxhighlight lang="avrasm">
.include "m8def.inc"

.org 0x000
rjmp RESET
.org INT0addr ; External Interrupt0 Vector Address
reti
.org INT1addr ; External Interrupt1 Vector Address
reti
.org OC2addr ; Output Compare2 Interrupt Vector Address
reti
.org OVF2addr ; Overflow2 Interrupt Vector Address
reti
.org ICP1addr ; Input Capture1 Interrupt Vector Address
reti
.org OC1Aaddr ; Output Compare1A Interrupt Vector Address
reti
.org OC1Baddr ; Output Compare1B Interrupt Vector Address
reti
.org OVF1addr ; Overflow1 Interrupt Vector Address
reti
.org OVF0addr ; Overflow0 Interrupt Vector Address
reti
.org SPIaddr ; SPI Interrupt Vector Address
reti
.org URXCaddr ; USART Receive Complete Interrupt Vector Address
reti
.org UDREaddr ; USART Data Register Empty Interrupt Vector Address
reti
.org UTXCaddr ; USART Transmit Complete Interrupt Vector Address
reti
.org ADCCaddr ; ADC Interrupt Vector Address
reti
.org ERDYaddr ; EEPROM Interrupt Vector Address
reti
.org ACIaddr ; Analog Comparator Interrupt Vector Address
reti
.org TWIaddr ; Irq. vector address for Two-Wire Interface
reti
.org SPMRaddr ; SPM complete Interrupt Vector Address
reti

.org INT_VECTORS_SIZE
RESET: ; hier beginnt das Hauptprogramm
</syntaxhighlight>

Statt die unbenutzten Interruptvektoren mit '''reti''' zu füllen könnte man sie hier auch einfach weglassen, da die '''.org'''-Direktive dafür sorgt dass jeder Vektor in jedem Fall am richtigen Ort im Speicher landet.

==Beispiel==
So könnte ein Minimal-Assemblerprogramm aussehen, das die Interrupts INT0 und INT1 verwendet. An die Interrupt Pins können zb Taster nach bewährter Manier angeschlossen werden. Die Interrupts werden auf fallende Flanke konfiguriert, da ja die Taster so angeschlossen sind, dass sie im Ruhezustand eine 1 liefern und bei einem Tastendruck nach 0 wechseln.

[http://www.mikrocontroller.net/sourcecode/tutorial/extinttest.asm Download extinttest.asm]

<syntaxhighlight lang="avrasm">
.include "m8def.inc"

.def temp = r16

.org 0x000
rjmp main ; Reset Handler
.org INT0addr
rjmp int0_handler ; IRQ0 Handler
.org INT1addr
rjmp int1_handler ; IRQ1 Handler

main: ; hier beginnt das Hauptprogramm

ldi temp, LOW(RAMEND)
out SPL, temp
ldi temp, HIGH(RAMEND)
out SPH, temp

ldi temp, 0x00
out DDRD, temp

ldi temp, 0xFF
out DDRB, temp

ldi temp, (1<<ISC01) | (1<<ISC11) ; INT0 und INT1 auf fallende Flanke konfigurieren
out MCUCR, temp

ldi temp, (1<<INT0) | (1<<INT1) ; INT0 und INT1 aktivieren
out GICR, temp

sei ; Interrupts allgemein aktivieren

loop: rjmp loop ; eine leere Endlosschleife

int0_handler:
sbi PORTB, 0
reti

int1_handler:
cbi PORTB, 0
reti
</syntaxhighlight>

Für dieses Programm braucht man nichts weiter als eine LED an PB0 und je einen Taster an PD2 (INT0) und PD3 (INT1). Wie diese angeschlossen werden, steht in [[AVR-Tutorial: IO-Grundlagen|Teil 2]] des Tutorials.

Die Funktion ist auch nicht schwer zu verstehen: Drückt man eine Taste, wird der dazugehörige Interrupt aufgerufen und die LED an- oder abgeschaltet. Das ist zwar nicht sonderlich spektakulär, aber das Prinzip sollte deutlich werden.

Meistens macht es keinen Sinn, Taster direkt an einen Interrupteingang anzuschließen. Das kann bisweilen sogar sehr schlecht sein, siehe [[Entprellung]]. Häufiger werden Interrupts in Zusammenhang mit dem UART verwendet, um z. B. auf ein empfangenes Zeichen zu reagieren. Wie das funktioniert, wird im Kapitel über den [[AVR-Tutorial:_UART|UART]] beschrieben.

==Besonderheiten des Interrupthandlers==

Der Interrupthandler kann ja mehr oder weniger zu jedem beliebigen Zeitpunkt unabhängig vom restlichen Programm aufgerufen werden. Dabei soll das restliche Programm auf keinen Fall durch den Interrupthandler negativ beeinflusst werden, das heißt das Hauptprogramm soll nach dem Beenden des Handlers weiterlaufen als wäre nichts passiert. Insbesondere muss deshalb darauf geachtet werden, dass im Interrupthandler Register, die vom Programmierer nicht ausschließlich nur für den Interrupthandler reserviert wurden, auf dem Stack gesichert und zum Schluss wieder hergestellt werden müssen.

Ein Register, das gerne übersehen wird, ist das '''Status Register'''. In ihm merkt sich der Prozessor bestimmte Zustände von Berechnungen, z. B. ob ein arithmetischer Überlauf stattgefunden hat, ob das letzte Rechenergebnis 0 war, etc. Sobald ein Interrupthandler etwas komplizierter wird als im obigen Beispiel, tut man gut daran, das '''SREG''' Register auf jeden Fall zu sichern. Ansonsten kann das Hinzufügen von weiterem Code zum Interrupthandler schnell zum Boomerang werden: Die dann möglicherweise notwendige Sicherung des '''SREG''' Registers wird vergessen. Überhaupt empfiehlt es sich, in diesen Dingen bei der Programmierung eines Interrupthandlers eher vorausschauend, übervorsichtig und konservativ zu programmieren. Wird dies getan, so vergeudet man höchstens ein bischen Rechenzeit. Im anderen Fall handelt man sich allerdings einen Super-GAU ein: Man steht dann vor einem Programm, das sporadisch nicht funktioniert und keiner weiss warum. Solche Fehler sind nur sehr schwer und oft nur mit einem Quäntchen Glück zu finden.

Im Beispiel wäre zwar das Sichern und Wiederherstellen der Register '''temp''' und '''SREG''' nicht wirklich notwendig, aber hier soll die grundsätzliche Vorgehensweise gezeigt werden:

<syntaxhighlight lang="avrasm">
.include "m8def.inc"

.def temp = r16

.org 0x000
rjmp main ; Reset Handler
.org INT0addr
rjmp int0_handler ; IRQ0 Handler
.org INT1addr
rjmp int1_handler ; IRQ1 Handler

main: ; hier beginnt das Hauptprogramm

ldi temp, LOW(RAMEND)
out SPL, temp
ldi temp, HIGH(RAMEND)
out SPH, temp

ldi temp, 0x00
out DDRD, temp

ldi temp, 0xFF
out DDRB, temp

ldi temp, (1<<ISC01) | (1<<ISC11) ; INT0 und INT1 auf fallende Flanke konfigurieren
out MCUCR, temp

ldi temp, (1<<INT0) | (1<<INT1) ; INT0 und INT1 aktivieren
out GICR, temp

sei ; Interrupts allgemein aktivieren

loop: rjmp loop ; eine leere Endlosschleife

int0_handler:
push temp ; Das SREG in temp sichern. Vorher
in temp, SREG ; muss natürlich temp gesichert werden

sbi PORTB, 0

out SREG, temp ; Die Register SREG und temp wieder
pop temp ; herstellen
reti

int1_handler:
push temp ; Das SREG in temp sichern. Vorher
in temp, SREG ; muss natürlich temp gesichert werden

cbi PORTB, 0

out SREG, temp ; Die Register SREG und temp wieder
pop temp ; herstellen
reti
</syntaxhighlight>

==Siehe auch==
* [[Interrupt]]: Interrupts in C
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/353715?goto=3945222#3945222 Forumsbeitrag]: Flexible Verwaltung von Interruptroutinen ohne zentrale Interrupttabelle

----

{{Navigation_zurückhochvor|
zurücktext=LCD|
zurücklink=AVR-Tutorial: LCD|
hochtext=Inhaltsverzeichnis|
hochlink=AVR-Tutorial|
vortext=Vergleiche|
vorlink=AVR-Tutorial:_Vergleiche}}

[[Category:AVR-Tutorial|Interrupts]]