Tester Loconetu a hran Loconetu

U tohoto projektu jsem poprvé narazil na pravý multitasking u RISC procesoru, kdy jsem chtěl v reálném čase řešit několik věcí, čistě jen přes přerušení. Ale Atmel RISC procesory tohle nemají rády a moc se mi to nedařilo. Kámen úrazu je v tom, že když běží jedno přerušení, tak jsou zablokována všechna ostatní. Tohle mají Atmelácké CISC procesory mnohem lépe vyřešeno prioritami přerušení a možnostmi zanořeného přerušení. Takže jsem musel změnit přístup a udělat to sekvenční. Proste jednotlivé úlohy se budou řešit postupně v čase a stejně tak vyhodnocovat. V zásadě je to úplně jedno, protože pokud je tam chyba, tak je zcela určitě cyklická a ukáže se časem. Ten čas je ovšem velmi rychlý a měření probíhají v milisekundách, takže to vypadá kontinuálně. Původně jsem chtěl, aby každý paket DCC a každý paket Loconetu byl vyhodnocený, ale z výše uvedeného principu se to nedalo udělat.

Absolutní prioritou bylo měření náběžných hran Loconetu, které jsou vlivem zdroje proudu 15mA mnohem náchylnější na strmost hran. Princip měření spočívá v dvou rozhodujících bodech, přes které musí narůstající napětí projít. Zvolil jsem vstup, který reaguje na překročení napětí 1,5V na pinu PD2. Následně změřím čas na dosažení druhé úrovně, realizované komparátorem na pinech PB0 a PB1. Na pinu PB0 je nastaveno napětí 4.5V a tak překlopeni příznaku {ACSR.ACO} nastane projetím přes 4.5V na pinu PB1. Rychlost je teda přímo úměrná hodnotě napočítané v Timer1. Měření je poměrně kritické, protože když procesor běží na 20MHz a strojový cyklus je 50nS, tak počet napočítaných impulsu je při rychlosti 3V/uS = 20. Proto smyčka která to vykonává, musela být vytvořená v kombinaci ASM a Bascom Basic.

  Zmeraj:
    Enable Ovf1                      'povoleni preruseni
    Stop Timer1                      'stop časovač 1
    Timer1 = 0                       'vynulovani časovače 1
    cbi Gpior0,0                     'nulovani příznaku přetečeni 
    sbis acsr,aco                    'test na neprepnuty  komparátor 
    Return                           'komparátor nahozen, návrat  
    sbic pind,2                      'musí byt 0
    Return                           'Loconet je v ‚1‘ , návrat 
   Xx:
    sbis pind,2                      'cekame na hranu hore
    rjmp xx
    start Timer1                     'spusteni citace 1
   Xxx:
    sbic Acsr,aco                     'cekame na preteceni komparatoru
   rjmp xxx
    Timing = Timer1                   'uschovani hodnoty Timer1 
    sbic gpior0,0                     'test na preteceni TCNT1
     Return                           'nesviti nic, pretečeni citace oznamuje velky problem
   Select Case Timing
      Case 0 To 120
        Portb = &B0111_1000       'velmi kvalitni hrana, lepsi nez 0,5V/uS, sviti green
      Case 121 To 170
        Portb = &B0111_0100       'hrana lepsi nez 0,35V/us až 0,5V/uS, sviti 1. red
      Case 170 To 300
        Portb = &B0110_1100       'hrana  horsi nez 0,35V/us do  0,2V/uS, sviti 2. red
      Case 301 To 600
        Portb = &B0101_1100       'hrana  0,2V/us do  0,1V/us ,sviti 3. red
      Case 601 To 1200
        Portb = &B0011_1100       '0,1V/uS  do  0,05V/uS , sviti 4. red
       Case Else
        Portb = &B0000_0100       'horší než 0,05V/uS , sviti všechny red
    End Select
   Tam:
    Waitms 5                          'viditelnost  údaje na led diodach
   Portb = &B0111_1100            'zhasnuti ledek
   Disable Ovf1   
Return

Původně byl problém s zaseknutím v nekonečné smyčce, ale to jsem ošetřil přes test PIND.2, který mne vyhodí, pokud není v „0“. Pokud je v „0“ , tak je velmi vysoký předpoklad, ze bude následovat přechod na „1“ a ten se ihned přeměří.

Teď bych měl asi začít úplně od začátku a ukázat schéma mého testeru.

Schéma je na první pohled dost nesrozumitelné, ale to se jen zdá. Z principu se dá rozdělit na dvě části, analog a procesorová část. Analog se skládá z testování DCC a zároveň jako zdroj napájení pro digitální část a úprava signálu pro procesor. Analog je okolo vstupní zásuvky RJ12, kde jsou dvojice LED diod, které ukazují stav a chyby DCC. Pin číslo 1 a 6 zásuvky RJ12 je zapojen do země na pinech 2 a 5 přes kapacitu, která zajišťuje ukazování střídavé složky DCC. Dále je tam omezovací odpor a Zener diody, které zabezpečují, aby to svítilo, jen když je tam nad 6V. Diody LED10 a 11, odpor R16 a Zener diody D7,8 zabezpečují, aby led diody svítily při napětí vyšším než 13V. Tohle je dost víceúčelové a ukazuje to možné chyby rozvodu DCC. Protože nejsou spojeny země na pinech 2 a 5 , tak je možné testovat průchodnost přes tyto piny.

Chyby rozvodu DCC
1. nesviti jedna z diod LED10,11 > zaseknutý booster v jedné poloze, fázi.
2. nesvítí obě diody LED 10,11, ale svítí bočné LED diody > malé napětí DCC
3. nesviti dvojice nad pinem 1 nebo 6. Pokud nesvití LED10,11je neprůchozí příslušný pin 1 nebo 6. Pokud svití LED10,11 je neprůchozí pin 2 nebo 5 (zem).
4. nesvití nic, je to všechno špatně. ;)

Měl jsem obavy, či posunutí země o 0.75V nebude dělat problémy při zpracování digitálu, ale to bylo zbytečné, dokonce mam dojem, ze to zvýšilo šumovou ochranu. Loconet vstup je jednoduchý, přes vstup RxD kontroluje procesor sběrnici a v případě chybného paketu (EXOR) blikne modrá dioda LED5. Kontrola se děje sekvenčně a procesor si vybírá náhodně pakety, které otestuje. Pokud klesne rychlost posílání paketů pod 50 za vteřinu, tak vlastně kontroluje všechny.

DCC je kontrolované na pinu ICP, který zachytává stav Timer1 do záchytného registru a program ho následně vyčte a zpracuje do bitů, bajtů, paketů. Potom zkontroluje cheksum a v případě nesprávnosti, blikne modrá LED13.

Modrá LED12 je perlička, ta blikne při používání 5bajtovych paketů DCC, kdy teda oznamuje, že DCC centrála neběží na plný výkon a není možné jí řídit více, než asi 60 lokomotiv v reálném čase.

Teď to nejdůležitější, měření hran Loconetu. Na to slouží LED diody 6,7,8,9,14, které ukazují, jak Loconet pracuje a jeho pracovní podmínky. Minimální rychlost hran Loconetu je 0,35V/uS při náběžné hraně a 0,75V/uS při sestupné hraně. Podle mých zkušeností je kritická hrana nahoru, kdy zdroj proudu 15mA musí nabít kapacitu vedeni, přes odporovou složku. Indukčnost zanedbávám, při tohle kmitočtu je nedůležitá. Nepočítám s tím, že by se projevila sériová nebo paralelní rezonance LC a nebo odrazy na vedení (λ/4), na chování Loconetu. Mám pět diod, mezi které musím rozdělit indikaci stavu, Loconet hran. Tady jsem to opravdu mockrát předělával a rozhodoval se, jaké hodnoty jsou pro nás zajímavé. Nakonec jsem došel k názoru, že indikovat dobrý stav je somarina a je pro nás mnohem důležitější indikace nefunkčnosti a jak moc je to pokažené. Proto všechno do hodnoty rychlosti 0,5V/uS považuji za dobré a svítí zelená dioda. Teda pokud přeběhne 6V rychleji než za 12 uS, to je rychlost 0,5V/uS, tak to považuji za vyhovující a funkční. Na to musí Timer1 napočítat 120 impulsu vnitřního oscilátoru. Potom je rozsah od 0,35V/uS do 0,5V/uS, tohle už považuji za hraniční stav a další rozšiřování layoutu za velmi problematické. Další děleni je po 0.1V a ukazuje to, jak moc to je špatné a co je potřebné a možné udělat.

Dalo to dost laborování a testoval jsem spoustu kapacit od 2.2nF do 1uF. Hranice použitelnosti je při kapacitě 120nF, ale ta je hodně závislá na odporové složce. Každý Ohm je znát a velmi snižuje obslužnost vedení. Příkladem je odpor 6.8Ω a kapacita 33nF, kdy už dochází k časům pod 0,3V/uS. Takže největší problém dělají přechodové odpory a až potom kapacita vedení. Z toho vyplývá, že by se asi vyplatilo vyrobit tester přechodových odporů kabelů a tvrdě vyřazovat kabely s vyššími hodnotami. Velký problém je, že se to přičítává a vlastně ten špatný kabel může být jen jeden a pokud je na začátku vedení, tak je to fatální. Při realizaci měřiče kabelů by bylo asi důležité měřit piny 1,2,5,6 při proudech okolo 100mA a piny 3,4 při proudu 15mA.

Nejvíc mne překvapilo, jak je Loconet závislý na odporové složce vedení. Sběrnice exne při sériovém odporu mezi 80-100Ω, bez ohledu na kapacitu. Čím nižší je odporová složka, tak tím víc je Loconet odolný proti paralelní kapacitě. Naprosto ideální jsou odpory do 2Ω, tehdy ani kapacita 100nF není kritická. Ale vzrůst odporu nad 5Ω a současná kapacita 33nF je už na hranicí povoleného. Proto tento tester až tak nesplnil moje očekávání, protože neměří to naprosto klíčové a to je reálný odpor sběrnice Loconet. Změří sice hranu Loconetu velmi přesně, ale nevíme, zda je to přílišnou kapacitou nebo zvětšeným odporem vedení.

Další věc, která mne překvapila jsou zdroje proudu. Poznám dva typy a to se stabilizátorem a s dvojici PNP tranzistorů. Vždycky jsem si myslel, ze ty se stabilizátorem jsou lepší, ale musím přiznat chybu a uznat, že ty dvojtranzistorové jsou lepší. Zdroj proudu se stabilizátorem je velmi pomalý a přepnutí z nečinnosti do činnosti mu trvá až 3uS a to je pro nás opravdu hodně. Dvojtranzistorové zdroje proudu jsou rychlé, ale mají jinou nevýhodu a to, že zesilovací parametr ‚h21e‘ musí byt v rozmezí 60 až 250. Jinak tam vznikají neskutečné zákmity a nestability. Třeba Minibox má zdroj proudu s 78L05 a je to kurnik poznat. Ještě štěstí, že to je jen pro 8 ovladačů, jinak by měl velké problémy. Takže všechny centrály Loconetu, které používají 78Lxx , nejsou moc vhodné pro rozlehlý layout.

Nakonec trošku kritiky,

Chtěli jsme testovat mimo ježdění na setkání v Žilině, v čase, kdy by to ničemu a nikomu nemohlo vadit. Nebylo nám to dovoleno odzkoušet z důvodu obavy, že jim tam něco pokazíme a že z principu nedovolují zapojovat amatérské věci do layoutu. V Žilině mne to zarazilo tím více, že vyloučení amatérských věcí je podraz a to v tom, ze třeba rozčtvorky na LoconetBoxy, je můj amatérský návrh a osazovali je amatéři z toho samého klubu. Navíc všechny Fredy a Fredi jsou taky amatérské návrhy a osazovali je amatéři, takže zákaz neprofi zařízení je jen myšlenkový kotrmelec z neznalosti problematiky. Proto si nepřeji, aby se moje zařízení používaly nebo půjčovaly tomuto klubu. Je jasné, že časem budou mít problémy, protože věci stárnou, ale pokud se nepodíleli na vývoji, tak nemají nárok na výsledky.