SPI

Über den SPI-Bus wer­den so­wohl die Mess­wer­te der Sen­ke ab­ge­ru­fen als auch der Soll­wert über den DAC ein­ge­stellt.

Der SPI_STC-In­ter­rupt (Serial Trans­fer Com­plete) über­trägt pau­sen­los und kon­ti­nu­ier­lich den Sen­de­puf­fer und schreibt die Emp­fan­ge­nen Da­ten in den Emp­fangs­puf­fer.

Bei 7.3728 MHz wird er mit ei­ner Fre­quenz von ca. 12.2 kHz auf­ge­ru­fen und be­nö­tigt et­wa 900 µs um den kom­plet­ten Puf­fer zu sen­den.

Die­se Zeit be­stimmt auch die ma­xi­ma­le Re­ak­tions­zeit auf kri­ti­sche Er­eig­nis­se (SOA!). Es kann schlimms­ten­falls 1.8 ms dau­ern bis Eload da­r­auf re­agiert.

Timer Interrupt

Für al­le zeit­ge­steu­er­ten Ak­tio­nen löst Timer 0 mit ei­ner Fre­quenz von 800 Hz ei­nen In­ter­rupt aus.

An­fäng­lich hat­te ich hier nur 100 Hz vor­ge­se­hen doch es er­wies sich als zu lang­sam für den En­co­der. Die­ser hat sei­ne Schalt­flan­ken näm­lich, aus mir un­ver­ständ­li­chen Grün­den, nicht zwi­schen den Steps, son­dern wäh­rend­des­sen und er­zeugt da­mit wäh­rend ei­nes Klicks zwei Flan­ken. Mit 10 ms zwi­schen den Ab­tas­tun­gen ist das nicht zu­ver­läs­sig mach­bar.

Wa­rum ich nicht den Pin Change In­ter­rupt be­nutzt ha­be se­hen sie hier.

Tastatur

Die Tas­ta­tur wird über ei­ne Call­back-Funk­tion al­le 10 ms per Timer-In­ter­rupt ge­scannt. Die 10 ms be­stim­men gleich­zei­tig die Ent­prell­zeit für die Tas­ten­drü­cke (10ms×Anzahl_der_Scan­lines).

Für den En­co­der reicht das nicht, die­ser wird al­le 1.25 ms ab­ge­tas­tet um kei­nen Step zu ver­pas­sen.

Jeder Tas­ten­druck und je­de En­co­der-Ak­tion wird in ei­nen Puf­fer ge­schrie­ben und kann vom Haupt­pro­gramm mit­tels getKey() ab­ge­fragt wer­den, was die­sen Puf­fer Zei­chen für Zei­chen wie­der leert. En­co­der-Ak­tio­nen wer­den durch die Spe­zial-Codes KEY_ROTUP und KEY_ROTDOWN über­mit­telt. Ein Druck des En­co­der-But­tons wird als KEY_ENTER über­mit­telt könn­te aber na­tür­lich bei Bedarf auch ei­nen ei­ge­nen Code aus­lö­sen. Im Mo­ment ist es je­doch nur sinn­voll, dass der En­co­der-But­ton die glei­che Ak­tion aus­löst wie auch die <En­ter>-Tas­te (#) des Key­boards.

Menüs

Ein simp­les zei­len­orientier­tes Me­nü wur­de im­ple­men­tiert. Um auch mehr als drei Me­nü­ein­trä­ge zu er­lau­ben (die Ti­tel­leis­te und das ei­gent­li­che Me­nü) wur­de es scroll­fähig ge­stal­tet. Ein Me­nü kann da­mit bis zu 127 Ein­trä­ge um­fas­sen. Das wä­re na­tür­lich als UI un­taug­lich aber mehr als drei sind schon ab und zu nö­tig... An­wäh­len ei­nes Me­nü­punk­tes ruft ei­ne ent­spre­chen­de Call­back-Funk­tion auf wel­che die ent­spre­chen­de Funk­tio­na­li­tät re­a­li­siert. Wenn die Call­back-Funk­tion NULL ist wird das Me­nü be­en­det und kehrt zur auf­ru­fen­den Funk­tion zu­rück. Das Haupt­me­nü soll­te das nicht tun, wenn­gleich die Haupt­schlei­fe in die­sem Falle das Haupt­me­nü er­neut star­ten wür­de aber das wä­re nur be­las­tend für den User.
Der Auf­ruf ei­nes Me­nüs hält das auf­ru­fen­de Pro­gramm bis zu sei­nem En­de an. Flags (wie Timer- oder Kom­mu­ni­ka­ti­ons­flags) wer­den fort­an in­ner­halb der Me­nü-Schlei­fe ab­ge­han­delt.

Ein Me­nü­punkt star­tet i.d.R. ei­nen Screen oder ein wei­te­res (Sub-) Me­nü, der/das sei­ner­seits die Pro­gramm­aus­füh­rung bis zu sei­nem En­de an­hält. Er/es ist in die­ser Zeit eben­falls für die Be­ar­bei­tung der Flags ver­ant­wort­lich.

Die Rou­ti­ne doFlags wird da­zu nach je­dem Sleep auf­ge­ru­fen und er­le­digt al­les nö­ti­ge.

Son­der­ak­tio­nen wie z.B. die Ka­li­brie­rung, der Fer­ti­gungs­test oder die Pro­gram­mie­rung von Zeit­kon­stan­ten kön­nen nur über den USB-An­schluss durch­ge­führt wer­den. Na­tür­lich könn­te auch ein ent­spre­chen­des Me­nü ent­wor­fen wer­den aber we­gen der Sel­ten­heit die­ser Er­eig­nis­se wä­re das nur Ver­schwen­dung von Res­sour­cen.

PROGMEM

Soll dass Me­nü samt sei­ner Kom­po­nen­ten (der Me­nü­ein­trä­ge) im Flash oder im RAM ge­hal­ten wer­den?
Es gibt Ar­gu­men­te für bei­des. Ein Me­nü im RAM kann vom Haupt­pro­gramm je­der­zeit an­ge­passt, um zu­sätz­li­che Ein­trä­ge er­gänzt oder um nicht sinn­vol­le Op­tio­nen ge­kürzt wer­den. Aller­dings ist der Spei­cher­ver­brauch be­trächt­lich, wenn un­ser Sys­tem nur zwei Ki­lo­bytes RAM be­sitzt.

Ich ha­be das Me­nü so pro­gram­miert, dass es kom­plett im Flash-Spei­cher ge­hal­ten wird. Dy­na­misch er­schei­nen­de oder ver­schwin­den­de Ein­trä­ge hal­te ich oh­ne­hin für eher ir­ri­tie­rend (in der Hil­fe steht, drü­cken sie .. um et­was zu tun, aber wa­r­um .. nicht er­scheint oder aus­ge­graut ist sagt sie nicht).

Screens

Die Be­dien­ober­flä­che ist in ein­zel­ne Bild­schir­me (Screens), auf­ge­ru­fen durch ein Me­nü oder auch di­rekt durch ei­nen an­de­ren Screen, auf­ge­teilt.

Wenn ein Screen auf­ge­ru­fen wird, hält er die Haupt­schlei­fe bis zu sei­nem En­de an. Die Haupt­schlei­fe re­du­ziert sich des­halb auf ei­ne Rei­he von Screens oder Sub­me­nues, die nach­ein­an­der auf­ge­ru­fen wer­den, evtl. ab­hän­gig vom Rück­ga­be­wert des je­weils vor­he­ri­gen.

Ein Screen wird nor­ma­ler­wei­se durch Drü­cken des En­ter- oder Cancel- But­tons durch den Be­nut­zer be­en­det. Es kann aber auch ein Time­out vor­ge­ge­ben wer­den, wie es z.B. beim Be­grü­ßungs­bild­schirm sinn­voll ist.

Es ist da­her nicht ga­ran­tiert, dass die Haupt­schlei­fe in­ner­halb ei­ner be­stimm­ten Zeit durch­läuft. Tat­säch­lich läuft die Haupt­schlei­fe im Ide­al­fall über­haupt nicht durch son­dern stoppt mit dem Auf­ruf des Haupt­me­nüs, das nie­mals be­en­det wer­den soll­te.

Flags wie z.B. das Se­kun­den­flag oder Kom­mu­ni­ka­ti­ons­flags wer­den in­ner­halb des Screens ab­ge­han­delt.

Ein Screen ent­hält Wid­gets wie Texte, But­tons oder Ein­ga­be­fel­der.

Die­se sind in ei­ner C-Struct zu­sam­men­ge­fasst. Jedes die­ser Wid­gets wird nach­ein­an­der auf das Dis­play ge­schrie­ben, was nor­ma­ler­wei­se nur ein ein­zi­ges Mal nö­tig wä­re.

Ein Au­to­re­fresh-Widget wur­de ein­ge­führt um bei­spiels­wei­se Mess­wer­te an­zu­zei­gen, die sich auch oh­ne User-In­ter­ven­tion än­dern kön­nen. Die­se wer­den et­wa drei­mal pro Se­kun­de ak­tu­a­li­siert. Die­se Fre­quenz kann der Be­nut­zer op­tisch noch er­fas­sen und er­mög­licht doch ra­sche Re­ak­tio­nen auf un­er­war­te­te Än­de­run­gen. We­sent­lich hö­he­re Fre­quen­zen wür­den nur als stö­ren­des Flim­mern oh­ne zu­sätz­li­chen In­for­ma­tions­ge­halt wahr­ge­nom­men, we­sent­lich nied­ri­ge­re wür­den die Re­ak­tions­fä­hig­keit ver­rin­gern und den Be­nut­zer un­ge­dul­dig wer­den las­sen.

2..3 Hz sind da­für ein gu­ter Wert. Falls Ihr Gerät un­ter nied­ri­gen Um­ge­bungs­tem­pe­ra­tu­ren ar­bei­ten muss evtl. auch we­ni­ger, da das Dis­play dann trä­ger wird und ra­sche Än­de­run­gen nicht les­bar ab­bil­den kann.

Screen Ma­nu­al Test

Die­ser Screen dient zum ma­nu­el­len Test der Quel­le un­ter kon­stan­ter Last. Der Strom kann über die Tas­ta­tur ein­ge­ge­ben wer­den und/oder durch Drehen des En­co­ders.

Set Point: 1.2340A
1.234A 12.345V
15.23W 10.00Ω
TIC=27.4 THS:78.9 <

Set Point ist da­bei der ein­ge­stell­te Soll­wert. In der Zei­le da­r­un­ter wird der tat­säch­­li­che Strom und die an­lie­gen­de Span­nung an­ge­zeigt. Da­run­ter se­hen Sie die da­r­aus be­rech­ne­te Ver­lust­leis­tung der Sen­ke (nicht not­wen­di­ger­wei­se der Quel­le wenn da noch ohm­sche An­tei­le vor­han­den sind!) so­wie um­ge­rech­net, den Wi­der­stand den die Quel­le sieht. Darin ent­hal­ten ist auch der Leis­tungs­ver­lust in der Si­che­rung da der Span­nungs­ab­fall über die­ser mit ge­mes­sen wird. Un­be­rück­sich­tigt bleibt, da un­be­kannt, die Leis­tung über der rest­li­chen Ver­ka­be­lung, so dass die Strom­quel­le tat­säch­­lich et­was mehr Leis­tung ein­speist. In der drit­ten Zei­le se­hen wir die Tem­pe­ra­tur des Kühl­kör­pers (THS=Temp Heat Sink) so­wie die Tem­pe­ra­tur im Ge­häu­se (TIC=Temp Inside Case). Das <-Zei­chen ist der (ab­ge­kürz­te) Back-But­ton mit dem die­ser Screen be­en­det wer­den kann.

In die­sem Screen kann, so­fern nicht ge­ra­de das Set Point-Widget be­ar­bei­tet wird, je­der­zeit durch Drü­cken von 0..9 ei­ner der zehn Pre­sets auf­ge­ru­fen wer­den oder, falls wir uns im Set Point Widget be­fin­den, der Strom durch Drehen des In­kre­men­tal-Ge­bers in Schrit­ten der ak­tu­el­len Cur­sor­po­si­tion er­höht oder ver­rin­gert wer­den.

Der Preset 0 ist auf 0 mA ge­setzt und kann nicht ver­än­dert wer­den. So ist es stets mög­lich, den Strom durch drü­cken der 0-Tas­te schnell ab­zu­schal­ten falls die Si­tu­a­tion dies er­for­dert.

Ein lan­ger Druck ei­ner Zif­fern­tas­te (au­ßer 0) spei­chert den ak­tu­el­len Strom als den ent­spre­chen­den Preset.

Die­ser Screen eig­net sich sehr gut um die Strom­quel­le an ih­ren Gren­zen oder mit­tels der Pre­sets ge­gen Last­sprün­ge zu tes­ten.

Einstellen der Presets

Die zehn Pre­sets kön­nen über die USB-Schnitt­stel­le per Kom­man­do di­rekt in mA ein­ge­stellt wer­den. Al­ter­na­tiv kön­nen Sie auch in der Stan­dard-An­zei­ge durch lan­ges Drü­cken ei­ner Zif­fern­tas­te auf den ak­tu­ell ein­ge­stell­ten Wert ge­setzt wer­den.

Sie wer­den dann di­rekt im EEPROM ver­ewigt und ste­hen auch nach ei­nem Neu­start des Ge­räts zur Ver­fü­gung.

Status-Anzeige

Die Sta­tus-An­zei­ge sieht so aus:

1.234A 12.345V
15.23W 10.00Ω
THS=78.9°C TIC=23.4°C
P12=11.3V P5=4.93V

Auch hier se­hen wir die an­lie­gen­de Span­nung, den flie­ßen­den Strom, die Ver­lust­leis­tung in der Sen­ke so­wie den äqui­va­len­ten Wi­der­stand, den die Sen­ke für die Strom­quel­le dar­stellt. Zu­sätz­lich se­hen wir die Tem­pe­ra­tu­ren am Kühl­kör­per so­wie im Ge­häu­se und au­ßer­dem die Span­nun­gen P12 und V_CC (P5)

Der Stat-Screen wird durch Drü­cken ei­ner be­lie­bi­gen Tas­te be­en­det und führt zu­rück zum Me­nü.

Das bringt uns in ei­ne Zwick­müh­le. Ei­ner­seits sol­len Ver­tip­per kei­ne un­ge­woll­te Än­de­rung des Stro­mes be­wir­ken, an­de­rer­seits soll mit dem En­co­der in Echt­zeit ei­ne Fein­jus­ta­ge des Stro­mes mög­lich sein. Was soll al­so pas­sie­ren, wenn der User ein paar Stel­len tippt und dann am En­co­der dreht? Die ak­tu­el­le Soft­ware macht fol­gen­des:

Wenn Zif­fern­tas­ten ge­drückt wer­den, wird der Wert des Fel­des ent­spre­chend ge­än­dert, der tat­säch­­lich flie­ßen­de Strom wird je­doch noch nicht ge­än­dert. Beim Drehen des En­co­ders wird der Wert in der ak­tu­el­len Cur­sor­po­si­tion um eins er­höht/er­nied­rigt und der Strom ent­spre­chend ein­ge­stellt, selbst wenn der Wert vor­her durch Zif­fern-Ein­ga­be ge­än­dert wur­de.

Beim Ver­las­sen des Fel­des nach links (durch Drü­cken von Cancel) wird der Wert vor dem Be­tre­ten wie­der her­ge­stellt und der Strom ent­spre­chend ein­ge­stellt.

Beim Ver­las­sen des Fel­des nach rechts (durch Drü­cken von En­ter) wird der ein­ge­stell­te Wert als Strom ge­setzt.

Das kann durch­aus be­wusst aus­ge­nutzt wer­den um Last­sprün­ge ma­nu­ell zu er­zeu­gen: Stel­len Sie den Strom für das En­de des Last­sprungs zu­nächst ein und ver­las­sen Sie das Feld mit En­ter. Dann be­tre­ten Sie das Feld er­neut und stel­len Sie den Wert für den Be­ginn des Last­sprungs mit dem En­co­der ein. Wenn Sie nun das Feld mit Cancel ver­las­sen wird der Strom schlag­ar­tig auf den ur­sprüng­li­chen Wert zu­rück­ge­stellt und Sie ha­ben ih­ren Last­sprung!

USB

Die USB-Schnitt­stel­le ist na­tür­lich gal­va­nisch vom Rest der Schal­tung iso­liert um Rück­wir­kun­gen und mög­li­cher­wei­se fa­ta­le Schlei­fen­strö­me über den steu­ern­den PC (des­sen Mas­se ja im Re­gel­fall ge­er­det ist) zu ver­hin­dern.

Die Tren­nung ist bis zu ei­nem Wert von 500 V= zwi­schen der Eload-Mas­se und USB-GND ga­ran­tiert.

Be­ach­ten Sie, dass auch Tran­si­en­ten die­sen Wert nicht über­schrei­ten dür­fen! USB-Mas­se und Schal­tungs-Mas­se sind mit 450 kΩ || 2,2 nF mit­ein­an­der ver­bun­den.

Senden über den USB er­folgt klas­sisch über ei­nen Sen­de­puf­fer im Gerät. Bei ein­ge­hen­den Da­ten wer­den die­se ge­sam­melt bis ein LF ein­trifft. Dann wird die ge­sam­te Zei­le als Be­fehl aus­ge­wer­tet. Der Host soll­te kei­ne wei­te­ren Da­ten sen­den bis er die Ant­wort auf die­sen er­hält da sonst Zei­chen ver­lo­ren ge­hen kön­nen.

Entschuldigung :-)

Für den Rest die­ser Sei­te bin ich lei­der aus nicht mehr nach­voll­zieh­ba­ren Grün­den ins Eng­li­sche ge­rutscht. Ich las­se es aber so bis das Eload-Ka­pi­tel ei­nen vor­läu­fig end­gül­ti­gen Zu­stand er­reicht hat. Sorry for any inconvenience...