Daf\u00fcr brauchen wir nicht viel Code und das Oszi-Bild zeigt:<\/p>\n
Das Programm macht also, was es soll. Es schreibt ein Rechtecksignal mit eine Periodenl\u00e4nge von 11.4 \u00b5s (meistens!). Man sieht links, dass die Rechecke nicht „pr\u00e4zise“ sind (das Oszi mittelt \u00fcber mehrere Bilder). D.h. die Periodenl\u00e4nge ist meistens 11.4\u00b5s aber manchmal eben doch nicht (man spricht hier auch von „Jitter“). Woher kommt das? Der Mikrokontroller tut eben zwischendurch auch andere Dinge (z.B. hat er interne Timer, die, wenn sie abgelaufen sind Aktionen (sogenannte Interrupts) ausl\u00f6sen – damit werden z.B. Zeiten gemessen). Das brauchen wir aber nicht – wir wollen ja nur unseren Ausgang setzen und r\u00fccksetzen. Also schalten wir die Interrupts aus (ACHTUNG: Wie beschrieben funktioniert dann Verschiedenes, wie die Zeitmessung nicht mehr!, also Achtung wenn man das in einem gr\u00f6\u00dferen Programm macht):<\/p>\n Und siehe da:<\/p>\n Das Rechteck ist nun sauber! (auch \u00fcber l\u00e4ngere Zeiten, ich hab das entsprechende Bild nicht hier her getan) kommt das raus:<\/p>\n Ein sauberes Rechteck, dass jetzt etwas schneller ist. Die Periodendauer ist 10.68\u00b5s mit einer High-Zeit von 5.12 \u00b5s und einer Low-Zeit von 5.56 \u00b5s. Ist also eine Frequenz von 93.6 kHz.<\/p>\n Moment! Der Arduino hat eine Taktfrequenz von 16 MHz und das Schnellste was wir zusammenbringen sind nicht mal 100 kHz? – das kann doch nicht sein, oder?<\/p>\n Warum ist das so? – naja, die kleinen Befehle digitalWrite() sind in Wahrheit wohl gar nicht so klein. Und wir wissen ja nicht so genau, was der Compiler daraus macht und was dann der Mikrokontroller zu tun hat – aber offensichtlich eine ganze Menge. Sonst w\u00fcrde er nicht so lange brauchen.<\/p>\n Um schneller zu werden, m\u00fcssen wir mal kurz \u00fcberlegen, was eigentlich intern im Mikrokontoller passiert. Dort gibt es sogenannte Register, deren Inhalt z.B. auf die PINs \u00fcbertragen wird. Wenn wir ins Datenblatt f\u00fcr den ATmega328 (das ist der Mikrokontroller auf dem Arduino Uno Board) schauen, finden wir dort, dass das Register mit dem Namen PORTB daf\u00fcr zust\u00e4ndig ist. Das Register ist f\u00fcr die PINS 8-13 zust\u00e4ndig. Wenn wir hier das sechste Bit auf 1 setzten, wird auch der Ausgang \u00a0high gesetzt. Das probieren wir gleich mal aus:<\/p>\n Zu beachten ist hier, dass wir auch die anderen BITs in dem Register ver\u00e4ndern (also auch andere Ausg\u00e4nge). Das k\u00f6nnte st\u00f6ren! Bei unserem einfachen Beispiel tut es das aber nicht.<\/p>\n Als Ergebnis erhalten wir:<\/p>\n Hurra! Durch diese \u00c4nderung im Programm sind wir um mehr als den Faktor 10 schneller geworden und sind jetzt schon bei \u00fcber 1 MHz!<\/p>\n Geht es noch schneller?<\/p>\n Wo liegt eigentlich jetzt das Problem? Bei einer Taktfrequenz von 16 MHz ist ein Taktzyklus 62.5 ns lang. Das ist auch ziemlich genau die Zeit, die das High-Signal dauert. Das Low Signal ist deutlich l\u00e4nger – hier wird der Ausgang zuerst auf LOW gesetzt und dann wird im Programm zum Anfang gesprungen – das Springen vom Ende der Schleife zum Anfang d\u00fcrfte also relativ lange dauern. Wenn wir das Programm etwas modifizieren und am Ende mit einer GoTo-Anweisung zur\u00fcckspringen (ja, ich wei\u00df, bei manchen ist das GoTo verp\u00f6nt, weil es schlechter Stil sei!) dann:<\/p>\n sieht das pl\u00f6tzlich so aus:<\/p>\n![\"NewFile5\"](\"https:\/\/i0.wp.com\/www.twobears.at\/universe\/diy\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2015\/11\/NewFile5.png?ssl=1\")
<\/a><\/p>\nint LED = 13; \/\/Der Pin mit der internen LED ist 13\n\nvoid setup() {\n pinMode(LED,OUTPUT); \/\/Der LED-Pin wird als Ausgang festgelegt\n noInterrupts(); \/\/Alle Interrupts werden ausgeschaltet\n}\n\nvoid loop() {\n digitalWrite(LED,HIGH); \/\/Der Ausgang LED wird HIGH gesetzt\n digitalWrite(LED,LOW); \/\/Der Ausgang LED wird LOW\n}<\/pre>\n<\/a><\/p>\n
\nJetzt habe ich aber noch einen kleinen „Fehler“ in das Programm eingebaut, der den Ablauf etwas verz\u00f6gert!
\nHabt Ihr ihn gefunden?
\nDie Variable LED ist tats\u00e4chlich eine Variable, d.h. sie k\u00f6nnte sich im Programmablauf \u00e4ndern. Der Mikrokontroller schaut also bei jedem digitalWrite was da jetzt im Speicher steht, wohin er schreiben mu\u00df. Tats\u00e4chlich brauchen wir hier aber eine Konstante (hier ersetzt der Compiler vor dem Upload jedes LED durch 13 d.h. im Programm im Mikrokontroller kommt die Variable LED gar nicht mehr vor – macht nicht viel Unterschied, aber wenn wir es \u00e4ndern:<\/p>\nint const LED = 13; \/\/Der Pin mit der internen LED ist 13\n\nvoid setup() {\n pinMode(LED,OUTPUT); \/\/Der LED-Pin wird als Ausgang festgelegt\n noInterrupts(); \/\/Alle Interrupts werden ausgeschaltet\n}\n\nvoid loop() {\n digitalWrite(LED,HIGH); \/\/Der Ausgang LED wird HIGH gesetzt\n digitalWrite(LED,LOW); \/\/Der Ausgang LED wird LOW\n}<\/pre>\n<\/a><\/p>\nint const LED = 13; \/\/Der Pin mit der internen LED ist 13\n\nvoid setup() {\n pinMode(LED,OUTPUT); \/\/Der LED-Pin wird als Ausgang festgelegt\n noInterrupts(); \/\/Alle Interrupts werden ausgeschaltet\n}\n\nvoid loop() {\n PORTB = B00100000; \/\/Der Ausgang LED wird HIGH gesetzt\n PORTB = B00000000; \/\/Der Ausgang LED wird LOW\n}<\/pre>\n<\/a><\/p>\nint const LED = 13;\n\nvoid setup() {\n pinMode(LED,OUTPUT); \/\/Der LED-Pin wird als Ausgang festgelegt\n noInterrupts(); \/\/Alle Interrupts werden ausgeschaltet\n}\n\nvoid loop() {\n start:\n PORTB = B00100000; \/\/PIN13 wird HIGH gesetzt (und alle anderen im Register auf LOW)\n PORTB = B00000000; \/\/PIN13 wird LOW (und alle anderen im Register!)\n goto start;\n}<\/pre>\n