PIC-Lernbeispiel: LCD-Uhr

Schaltung

Das Display ist mit  7 Leitungen am Port B angeschlossen.  Ein Schalter ist zwischen RB1 und Masse angeschlossen. Die Schaltung entspricht der LCD-Tastatur-Platine , verbunden mit der 16F84-Testplatine oder der 16F84-Miniplatine .

Weitzere Infos zu Dotmatrix-Displays findet man hier .

Besonderheiten
Dieses Lernbeispiel entstand eigentlich als Kalibrierhilfe für den 50-MHz-Frequenzzähler. Es eignet sich aber auch als Lernbeispiel. Ich bin aber einige Kompromisse eingegangen:

• als Prozessor verwende ich einen PIC16F84, da ich den im Frequenzzähler auch einsetze (16F628 geht auch, wenn Konfiguration angepasst wird),
• der Takt ist 10 MHz, das ist für eine Uhr unnötig hoch, entspricht aber dem Takt des Frequenzzählers,
• es fehlen Tasten zur Zeiteinstellung, es gibt lediglich eine 00:00:00-Taste, die die Uhr auf Mitternacht setzt

Das große Problem
Um mit einem 16F84 aus dem PIC-Takt einen langsamen Uhrentakt zu erzeugen steht nur der Timer0 zur Verfügung. Dieser arbeitet dabei als 256:1-Frequenzteiler. Ein kleineres Teilerverhältnis ist nicht möglich, da dafür nach jedem Überlaufen des Timers0 das Register TRM0 mit einem Voreinstellwert beschrieben werden müsste. Dabei wird aber automatisch der Vorteiler auf 0 zurückgesetzt, und dem Timer0 für 2 Takte das Zählen verboten. Als Folge gängen einige Takte beim Zählen verloren. Das ist für eine präzise Uhr unzulässig.

Lösung Nr. 1
Der PIC-Takt beträgt 10 MHz. der Zyklustakt beträgt folglich 2,5 MHz.
Wenn der Timer0 ohne Vorteiler arbeitet, liefert er 9765,625 Interrupts pro Sekunde. Der Ausgangstakt des Timer0 ist also KEIN Vielfaches von 1 Hz. Folglich lässt sich eine 1-Hz-Takt daraus nicht durch einfaches Teilen erzeugen.
Die einzige Lösung besteht darin, dass man immer abwechselnd 7 Sekunden der Länge 9766 Interrupts und 1 Sekunde der Länge 9763 Interrupts abzählt. Die 8 Sekunden  sind dann zusammen genau 78125 Interrupts lang, und das entspricht dem richtigen Wert (8 x 9765,625 = 78125 = (7 x 9766) + 9763 ).
In einer solchen Uhr sind zwar alle Sekunden zu lang (1,0000384 s)  oder zu kurz (0,99973 s), der Gangfehler ist aber nie größer als 0,3 ms. Das merkt keiner.

Lösung Nr.2
Wenn man den Timer0 ohne Vorteiler benutzt, dann kann man TMR0 beschreiben, ohne das man sich um einen zurückgesetzten Vorteiler Gedanken machen muss. Der einzige Mess(Zähl-)fehler  besteht dann darin, dass nach dem Beschreiben von TMR0 der Timer0 zwei Zyklen lang nicht zählt. Das kann man aber schon dadurch kompensieren, dass man in TMR0 einen Wert einschreibt, der um 2 größer ist, als nötig.
Nun lässt sich der Timer0 also z.B. als 250:1-Teiler benutzen. Es kommen aber weitere Probleme hinzu. Wenn man den Timer0 ohne Vorteiler betreibt, schafft man es nicht, den TMR0 mit einem neuen Wert zu beschreiben, während der noch nach dem Überlauf auf 0 steht. Man muss also die Zahl, die man in den TMR0 hineinschreibt, auch noch um die Zahl der Zyklen verringern, die vom Timer0-Überlauf bis zum Beschreiben des TMR0 vergehen. Das ist ziemlich heikel.

Programmablauf

• Zuerst wird der PIC initialisiert, d.h. die Ports werden eingestellt.
• Zur Vorbereitung wird dann das Diplay initialisiert.
• der Timer0 wird so eingestellt, dass er 9765,625 mal pro Sekunde einen Interrupt auslöst
• bei jedem 9766ten bzw. 9763ten Interrupt wird die Zeit um 1 Sekunde erhöht
• In einer Endlosschleife wird nun der Taster abgefragt, und überprüft, ob die Zeit  um 1 Sekunde erhöht wurde

- wenn eine Taste gedrückt wird, dann wird die Zeit auf 00:00:00 gesetzt
- wenn die Zeit verändert wurde, wird das Display aktualisiert.

Programmlisting

• Assemblerlisting + HEX-File (3 kByte)