PES-Demos

Interaktive Technik-Demos für das THM-Modul Praktikum Eingebettete Systeme (PES).

Website (nach dem ersten erfolgreichen Deployment): https://kreutzm.github.io/PES-Demos/

Enthaltene Demos

Timer & PWM (interaktives Lernlabor)

Interaktive Einstiegssimulation für einen STM32F429 mit einem explizit gewählten Taktprofil:

• Interaktiver STM32F429-RCC-Taktbaum mit SYSCLK, HPRE, PPRE1, PPRE2 und TIMPRE
• TIM1 (16 Bit, APB2) und TIM2 (32 Bit, APB1): Timer-Takte dynamisch aus dem Clock-Tree berechnet
• Fünfstufiger Frequenzpfad TIMxCLK → PSC → CNT → ARR → PWM mit Frequenzen und Zeitdauern
• Interaktiver PSC-Innenteiler: +1 Eingangstakt, bis zum nächsten CNT-Tick springen und ÷4-Beispiel (PSC=3)
• Register PSC, ARR und CCR2 sowie Frequenz und Duty-Cycle
• Synchronisiertes Zeitdiagramm für CNT-Zähler, CCR2 und PWM Mode 1
• Einzelschritt (+1 Tick), Sprung zur Compare-Schwelle, Überlauf, Start/Pause, Zeitraffer
• Einsteiger-Voreinstellung mit ARR=9, CCR2=3 zur Herleitung von 30 % Duty-Cycle
• Erklärung der momentanen LED-Aktivität gegenüber einer gemittelten Helligkeitsdarstellung
• PWM-Polarität und konzeptioneller Bezug zu TIM1_CH2 / PE11 / DOT
• HAL-Konfigurationsausschnitt und Unit-Tests

Warum PSC + 1? Der Prescaler zählt von 0 bis PSC und erzeugt nach PSC + 1 Timer-Eingangstakten einen Zählschritt. Der CNT-Zähler zählt von 0 bis ARR und erzeugt nach ARR + 1 Zählschritten eine PWM-Periode. Im Labor kannst du die einzelnen Eingangstakte durchklicken (Voreinstellung „PSC = 3“). Der interne PSC-Wert gilt als bereits geladen; echte PSC-Schreibzugriffe werden erst mit dem Timer-Update-Ereignis wirksam (STM32F429 RM0090).

Wichtig: Wiedergabe und Zeitraffer verwenden eine bewusst verlangsamte, von der echten Timer-Taktfrequenz unabhängige Lernzeit. Der Taktbaum geht von einer bereits korrekt konfigurierten Systemtaktquelle aus und modelliert weder PLL/Overdrive noch das Umschalten der RCC-Register zur Laufzeit. Der Timer-Kern ist eine didaktische Teilsimulation. Er bildet noch keine vollständige Peripherie ab; insbesondere Preload/Update-Events, Output-Enable (CCxE, MOE), kompletter Clock-Tree und GPIO-Multiplexing sind noch nicht simuliert. Der angezeigte C-Code ist kein vollständiges lauffähiges Firmwareprojekt.

Lokal ausführen

Voraussetzung: Node.js 22.12 oder neuer.

npm ci
npm run dev

Überprüfen und bauen:

npm run typecheck
npm run test
npm run build

Die Abhängigkeiten werden über die eingecheckte package-lock.json festgelegt. CI und lokale reproduzierbare Builds verwenden npm ci.

Veröffentlichung

Die Website wird unter /PES-Demos/ gebaut. Der Workflow .github/workflows/ci-pages.yml prüft Pull Requests und veröffentlicht bei Pushes nach main die Version auf GitHub Pages, wenn in den Pages-Einstellungen GitHub Actions als Veröffentlichungsquelle ausgewählt ist.

Weiterentwicklung

Die Demo-Bibliothek ist bewusst in src/demos/ modular aufgebaut, damit später ADC-, Interrupt- und weitere PES-Demos ergänzt werden können.

Qualitätssicherung / Browser-Tests

Die GitHub-Actions-CI führt nach jedem Pull Request und Push auf main folgende Prüfungen aus:

• npm ci, TypeScript, Vitest und Vite-Produktionsbuild.
• Playwright mit Chrome Stable auf GitHub Actions (lokal: Chromium): Desktop (1440 × 900) und Mobilgerät (Pixel-7-Profil), Smoke-Tests der Startseite, Timer-/PWM-Interaktionen, Taktbaum/TIMPRE, Prescaler und horizontale Layout-Überbreite.
• Screenshots: vollständige PNGs im Actions-Artefakt visual-screenshots. Kompakte JPEG-Previews liegen im selben Artefakt unter previews/ und können über den GitHub-Connector für eine optische Prüfung heruntergeladen werden. Screenshots werden bei jedem Lauf erzeugt, nicht nur bei Fehlern.
• Playwright HTML-Report & Traces: Artefakt playwright-report, Aufbewahrung 30 Tage.
• Lighthouse CI: separater, zunächst nicht blockierender Audit für Performance, Accessibility und Best Practices auf beiden Hauptansichten. HTML-/JSON-Berichte im Artefakt lighthouse-report.

GitHub Pages wird erst veröffentlicht, wenn Unit-/Build- und Playwright-Browserprüfungen erfolgreich waren. Lighthouse ist bewusst vorerst nur beratend, um durch schwankende Messwerte keine Veröffentlichungen zu blockieren.

Lokal nach npm ci und npm run build:

npx playwright install chromium
npm run test:e2e
npx playwright show-report

Die Playwright-Konfiguration startet dafür automatisch vite preview auf Port 4173. Screenshots stammen aus der gebauten Produktionsversion, nicht aus dem Entwicklungsserver.

Der GitHub-Runner bringt Google Chrome Stable bereits mit. Der Playwright-Job verwendet ihn dort direkt, statt Chromium erneut herunterzuladen. Lokal verwendet Playwright nach npx playwright install chromium die eigene Chromium-Version.

Review-Korrekturen: Issue #7 / Timer-Register und Begriffe

• Registertreue: ARR-Änderungen verändern CCR2 nicht. Beispiel ARR 9→19 bei CCR2=3: 30 %→15 % Tastverhältnis.
• Unabhängiges CCR2: Der Vergleichswert ist innerhalb seiner 16-/32-Bit-Registerbreite unabhängig von ARR. Bei CCR2>ARR bleibt OC2REF im hier betrachteten aufwärtszählenden PWM-Modus 1 durchgehend aktiv; das Zeitdiagramm zeigt keine fingierte Abschaltflanke.
• Eindeutige Sprache: »Timer-Eingangstaktimpuls« für den Eingang, »CNT-Zählschritt« für den geteilten Zähler, »periodischer CNT-Rücksprung ARR→0« und »OC2REF« für das interne Referenzsignal. Ereignisse und Frequenzen werden getrennt benannt.
• Transparentes Reset-Verhalten: Register-/RCC-Änderungen pausieren und starten die Simulation mit CNT/Prescalerphase=0. Voreinstellungen überschreiben zusätzlich Timer, RCC-Profil, Register und Wiedergabemodus; die unmittelbar vorherige Konfiguration mit Zählerstand kann wiederhergestellt werden.
• Regressionstests: Neue Unit-Tests und Playwright-End-to-end-Szenarien prüfen ARR-/CCR2-Unabhängigkeit, PWM-Grenzfälle, Reset und Preset-Rückkehr.

Diese Anpassungen betreffen die bestehende Laboransicht. Der geplante geführte Lernmodus folgt als separates Issue/PR.

Geführter Timer-Einstieg (Issue #9)

Der Timer/PWM-Demonstrator startet mit einem geführten Einstiegsmodus. Vier kurze Experimente behandeln in der Reihenfolge Prescaler (PSC), periodischen CNT-Rücksprung (ARR), internes PWM-Referenzsignal OC2REF (CCR2) und PWM-Frequenz. Eine Antwortauswahl regt jeweils zur Vorhersage an; nach der anschließenden Simulation folgt die Beobachtung und eine Erklärung.

Die Lernkonfiguration verwendet TIM1, Standard-RCC, PSC=3, ARR=9, CCR2=3. Die Simulation selbst verwendet dieselbe Timer- und Prescalerberechnung wie das freie Labor (keine zweite Hardware-Engine). Ein Wechsel zum freien Labor stellt dessen zuvor eingestellte Register und das RCC-Profil wieder her. Im freien Labor bleiben RCC-Taktbaum, Prescaler-Pipeline, Register-/PWM-Steuerung, LED-Modell, Zeitdiagramm und HAL-Ausschnitt erhalten.

Der geführte Modus ist ein didaktisches Angebot, keine Speicherung oder Benotung persönlicher Lernfortschritte. Abgebildet sind weiterhin die im freien Labor dokumentierten Hardwarevereinfachungen.

Free-Lab-Navigation und Responsive-Verhalten (Issue #11)

Im freien Labor erscheinen Registersteuerung, CNT-Zähler, Zeitdiagramm und Kennwerte zuerst. Danach folgen die vollständigen Vertiefungen für RCC-Taktbaum und Prescaler; ihre Rechen- und Eingabefunktionen bleiben unverändert. Die Sprungnavigation bedient die Bereiche ohne Routenwechsel (die Anwendung nutzt Hash-Routing) und bewegt den Tastaturfokus zum gewählten Abschnitt. Aus den Vertiefungen gibt es einen direkten Rückweg zu den Registern.

Register-Eingaben referenzieren ihre Erklärtexte über aria-describedby; mobile Layouts, Textgrößen und Tasten sind auf 320 bis 1280 px ausgerichtet. E2E prüft die Navigation, die unabhängige ARR/CCR2-Bearbeitung und die horizontale Breite in beiden Modi. Diese Änderungen betreffen Layout/Bedienbarkeit, nicht die Timer-Berechnungen.

Virtuelles DOT an PE11: Signalweg (Issue #5)

Der Abschnitt „Virtuelles DOT · PE11“ besitzt ein standardmäßig geschlossenes, per Tastatur zugängliches Ausklappfeld mit einem dynamischen Signalweg und einer Zustandstabelle. Er trennt das interne OC2REF-Signal, die Ausgangspolarität TIM_OCPOLARITY_LOW, den elektrischen PE11-Pegel und die low-aktive DOT-Anzeige.

• PWM Mode 1: OC2REF = 1 für CNT < CCR2 (gemeinsamer Berechnungspfad pwmActive).
• Bei TIM1_CH2 mit OCPolarity LOW entspricht OC2REF=1 einem LOW-Pegel an PE11; eine low-aktive DOT-Leitung lässt das gewählte Segment dann leuchten.
• Die physikalische Darstellung gilt nur bei TIM1 und unter Annahme aktivierter Ausgangsfreigaben CC2E/MOE, AF1-Konfiguration sowie einer aktivierten Anzeigenstelle über CNTL1…CNTL4. Diese Voraussetzungen sind in der Website nicht dynamisch modelliert. TIM2_CH2 ist nicht mit DOT/PE11 verbunden.
• Das Blockschaltbild ist eine didaktische Funktionsdarstellung, kein elektrischer Stromlaufplan und behauptet keine zusätzlichen physischen Inverter. Der tatsächliche Treiber-/Multiplex-Strompfad des 8-Segment-Adapterboards ist nicht rekonstruiert.
• Primärquelle der Praktikumshardware: Praktikum Eingebettete Systeme – Praktikumsanleitung, Technische Hochschule Mittelhessen, Version 1.6 vom 13.10.2026, Kap. 7.1.1, Druckseiten 28–29/79 (low-aktive Segmentleitungen, CNTL1…CNTL4, Verweis auf das 8-Segment-Board-Schematic), sowie Kap. 7.6.3, Druckseiten 51–52/79 (TIM1_CH2 → AF1 → PE11 → DOT). Die konkrete Kurs-PDF liegt in den Praktikumsressourcen, nicht als öffentlich verlinkte Kopie in diesem Repository.
• Offizielle Hardwaredokumente: ST STM32F429-Datenblatt, Pin-/AF-Tabelle (PE11 / TIM1_CH2), Waveshare Open429Z-D – Ressourcen inkl. Basisschaltplan und Waveshare 8 SEG LED Board – Ressourcen inkl. Adapterschaltplan. Das vorliegende Open429Z-D-Basisschaltbild von 2014 belegt nicht den vollständigen Strompfad des Adapterboards; dieser wurde für die Demo nicht elektrisch rekonstruiert.

Das vorhandene OC2REF-Zeitdiagramm und die Simulations-Engine bleiben unverändert; die Tabelle bietet die alternative synchrone Darstellung der drei Pegel-/LED-Ebenen und reagiert auf CNT, CCR2 und Timerwechsel.

TIM2-Darstellung: Das geschlossene Ausklappfeld und beide LED-Widgets weisen ausdrücklich auf die fehlende Verbindung zu DOT/PE11 hin. Die TIM1-Pegeltabelle wird bei ausgewähltem TIM2 nicht angezeigt, damit keine hypothetischen PE11-HIGH-/LOW-Werte als aktueller TIM2-Pegel missverstanden werden.