Задача: Разработаем программу управления одним светодиодом. При нажатии на кнопку светодиод горит, при отпускании гаснет.
Для начала разработаем принципиальную схему устройства. Для подключения к микроконтроллеру любых внешних устройств используются порты ввода-вывода. Каждый из портов способен работать как на вход так и на выход. Подключим светодиод к одному из портов, а кнопку к другому. Для этого опыта мы будем использовать контроллер Atmega8 . Эта микросхема содержит 3 порта ввода-вывода, имеет 2 восьмиразрядных и 1 шестнадцатиразрядный таймер/счетчик. Также на борту имеется 3-х канальный ШИМ, 6-ти канальный 10-ти битный аналого-цифровой преобразователь и многое другое. По моему мнению микроконтроллер прекрасно подходит для изучения основ программирования.
Для подключения светодиода мы будем использовать линию PB0, а для считывания информации с кнопки воспользуемся линией PD0. Схема приведена на рис.1.
Рис. 1
Через резистор R2 на вход PD0 подается плюс напряжения питания, что соответствует сигналу логической единице. При замыкании кнопки напряжение падает до нуля, что соответствует логическому нулю. В дальнейшем R2 можно исключить из схемы, заменяя его на внутренний нагрузочный резистор, введя необходимые настройки в программе. Светодиод подключен к выходу порта PB0 через токоограничивающий резистор R3. Для того чтобы зажечь светодиод надо подать в линию PB0 сигнал логической единицы. Задающий тактовый генератор будем использовать внутренний на 4MHz, так как в устройстве нет высоких требований к стабильности частоты.
Теперь пишем программу. Для написания программ я использую программную среду AVR Studio и WinAvr. Открываем AVR Studio, всплывает окошко приветствия, нажимаем кнопку "Создать новый проект" (New project), далее выбираем тип проекта - AVR GCC, пишем имя проекта например "cod1", ставим обе галочки "Создать папку проекта" и "Создать файл инициализации", нажимаем кнопку "Далее", в левом окошке выбираем "AVR Simulator", а в правом тип микроконтроллера "Atmega8", нажимаем кнопку "Финиш", открывается редактор и дерево категорий проекта - начальные установки закончены.
Для начала добавим стандартный текст описаний для Atmega8 с помощью оператора присоединения внешних файлов: #include
синтаксис директивы #include
#include <имя_файла.h>
#include “имя_файла.h”
Угловые скобки < и > указывают компилятору, что подключаемые файлы нужно сначала искать в стандартной папке WinAvr с именем include. Двойные кавычки “ и “ указывают компилятору начинать поиск с директории, в которой хранится проект.
Для каждого типа микроконтроллера есть свой заголовочный файл. Для ATMega8 этот файл называется iom8.h, для ATtiny2313 - iotn2313.h. В начале каждой программы мы должны подключать заголовочный файл того микроконтроллера, который мы используем. Но есть и общий заголовочный файл io.h. Препроцессор обрабатывает этот файл и в зависимости от настроек проекта включает в нашу программу нужный заголовочный файл.
Для нас первая строчка программы будет выглядеть вот так:
#include
Любая программа на языке Си должна обязательно содержать одну главную функцию. Она имеет имя main. Выполнение программы всегда начинается с выполнения функции main. У функции есть заголовок - int main(void) и тело - оно ограниченно фигурными скобками {}.
int
main(void)
{
тело функции
}
В тело функции мы и будем добавлять наш код. Перед именем функции указывается тип возвращаемого значения. Если функция не возвращает значение - используется ключевое void .
int - это целое 2-х байтное число, диапазон значений от - 32768 до 32767
После имени функции в скобках () указываются параметры, которые передаются функции при ее вызове. Если функция без параметров - используется ключевое слово void . Функция main содержит в себе набор команд, настройки системы и главный цикл программы.
Далее настраиваем порт D на вход. Режим работы порта определяется содержимым регистра DDRD (регистр направления передачи информации). Записываем в этот регистр число "0x00" (0b0000000 - в двоичном виде), кроме кнопки к этому порту ничего не подключено, поэтому настраиваем весь порт D на вход. Настроить порт поразрядно можно записав в каждый бит регистра числа 0 или 1 (0-вход, 1-выход), например DDRD = 0x81 (0b10000001) - первая и последняя линия порта D работают на выход, остальные на вход. Необходимо также подключить внутренний нагрузочный резистор. Включением и отключением внутренних резисторов управляет регистр PORTx, если порт находится в режиме ввода. Запишем туда единицы.
Настраиваем порт B на выход. Режим работы порта определяется содержимым регистра DDRB . Ничего кроме светодиода к порту B не подключено, поэтому можно весь порт настроить на выход. Это делается записью в регистр DDRB числа "0xFF". Для того чтобы при первом включении светодиод не загорелся запишем в порт B логические нули. Это делается записью PORTB = 0x00;
Для присвоения значений используется символ "=" и называется оператором присваивания, нельзя путать со знаком "равно"
Настройка портов будет выглядеть так:
DDRD = 0x00;
PORTD = 0xFF;
DDRB = 0xFF;
PORTB = 0x00;
Пишем основной цикл программы. while ("пока" с англ.) - эта команда организует цикл, многократно повторяя тело цикла до тех пор пока выполняется условие, т. е пока выражение в скобках является истинным. В языке Си принято считать, что выражение истинно, если оно не равно нулю, и ложно, если равно.
Команда выглядит следующим образом:
while
(условие)
{
тело цикла
}
В нашем случае основной цикл будет состоять лишь из одной команды. Эта команда присваивает регистру PORTB инвертируемое значение регистра PORTD .
PORTB = ~PIND; //взять значение из порта D, проинвертировать его и присвоить PORTB (записать в PORTB)
// выражения на языке Си читаются справа налево
PIND регистр ввода информации. Для того, чтобы прочитать информацию с внешнего вывода контроллера, нужно сначала перевести нужный разряд порта в режим ввода. То есть записать в соответствующий бит регистра DDRx ноль. Только после этого на данный вывод можно подавать цифровой сигнал с внешнего устройства. Далее микроконтроллер прочитает байт из регистра PINx . Содержимое соответствующего бита соответствует сигналу на внешнем выводе порта. Наша программа готова и выглядит так:
#include
В языке Си широко используются комментарии. Есть два способа написания.
/*Комментарий*/
//Комментарий
При этом компилятор не будет обращать внимание на то что написано в комментарии.
Если используя эту же программу и подключить к микроконтроллеру 8 кнопок и 8 светодиодов, как показано на рисунке 2, то будет понятно что каждый бит порта D соответствует своему биту порта B . Нажимая кнопку SB1 - загорается HL1, нажимая кнопку SB2 - загорается HL2 и т.д.
Рисунок 2
В статье были использованы материалы из книги Белова А.В. "Самоучитель разработчика устройств на AVR"
Доброго времени суток. Продолжим. После того, как мы ознакомились с процессом отладки написанной нами программы в «atmel studio» и виртуально собрали схему с одним светодиодом в «proteus», пришло время собрать схему в «железе» и прошить микроконтроллер.
Для программирования опытного экземпляра (atmega 8 ) будем использовать программатор USBASP. Он выглядит следующим образом:
К разъему будет подключатся шлейф, в который подключаются джамперы, что в свою очередь будут подключены к гнездам макетной платы, на которой установлен микроконтроллер:
Первый вывод отмечен на разъеме стрелочкой.
После того, как разобрались с программатором. Переходим к сбору схемы в «железе». Монтируем микроконтроллер на макетную плату. Напоминаю — первая ножка отмечена на МК маленьким кружком.
Задача состоит в том, чтобы соединить выводы программатора с выводами «камня».
Подключаем джамперы в 10 контактный разъем. Задействуем следующие выводы MOSI, RST, SCK, MISO, VTG (VCC), GND.
Надеюсь вы уже скачали datasheet на atmega8. Если нет, его можно скачать . Смотрим на распиновку выводов микроконтроллера.
Соединяем джамперы со следующими выводами:
- VCC к 7 выводу МК;
- SCK к 19 выводу МК;
- MISO к 18 выводу МК;
- MOSI к 17 выводу МК;
- GND (10 вывод программатора) к 8 выводу МК;
- RST к 1 выводу МК;
Для дальнейшем успешной работы, операционная система при первом запуске шайтан-машины (программатора) предложить установить необходимые для работы устройства драйвера.
При работе с экспишкой проблем возникнуть не должно. Скачиваем . Создаём папку, в которую распаковываем скаченный архив. После чего в мастере установки оборудования указываем путь на папку с разархивированным драйвером.
Если вы работаете в windows 7 или выше, могут возникнуть небольшие трудности. Драйвера для программатора достаточно старые, поэтому у них нет цифровой подписи. При попытке установить такой драйвер операционка выдаст, что-то на подобии этого *
«Не удается проверить цифровую подпись драйверов, необходимых для данного устройства. При последнем изменении оборудования или программного обеспечения могла быть произведена установка неправильно подписанного или поврежденного файла либо вредоносной программы неизвестного происхождения. (Код 52)».
Чтобы исправить ситуацию нужно отключить проверку цифровой подписи драйвера. Описывать способы отключения не буду (у каждого своя операционная система), их можно найти в интернете.
После того, как отключите проверку подписи, в мастере установки оборудования укажите путь на папку с разархивированным драйвером.
Надеюсь у вас всё получилось и программатор готов к работе.
Переходим к сбору схемы со светодиодом.
Для прошивки микроконтроллера будем использовать программу «avrdudeprog». Она лежит в общем архиве.
Выбираем atmega8 из списка микроконтроллеров. После того, как выбрали МК появиться окошко, которое известит о том, что фьюзы и Lock биты установлены по умолчанию.
Затем открываем вкладку фьюзы (Fuses). Простыми словами Fuses - это конфигурационные настройки МК, с которыми лучше не играть. Для случая, когда вы приобрели такой же контроллер, как я и у вас нет внешнего кварцевого резонатора (вы используете внутренний генератор тактовой частоты), выставляете точно такие галочки, как представлены на картинке. Обязательно возле пункта «инверсные» должна стоять галочка.
Выставленные настройки «командуют» Atmega8A выполнять свою работу при условии тактирования от внутреннего генератора (частота тактирования 8 МГц). Для того, чтобы настройки вступили в силу нужно нажать кнопку «Программирование». Но перед нажатием еще два раза проверьте все ли выставили должным образом.
Возвращаемся на страницу «Program».
После того, как мы уже сообщили программе, какой именно микроконтроллер будем шить, выбираем файл прошивку, которую написали в прошлом уроке. Она имеет расширение HEX. Находится в папке «Debug»
Перед тем, как прошивать «камушек» нажимаем на кнопку «Стереть все». Это обезопасит вас от непонятных ошибок (вдруг камень уже шили):
Наслаждаемся результатом своей работы 🙂 Продолжение следует…
Всем привет. Как и обещал, с сегодняшнего дня начинаем изучать программирования AVR микроконтроллеров (на примере Atmega8). Тем же читателям, которым интересно программирование платы ардуино, не волнуйтесь, статьи по данному направлению будут продолжаться 🙂 .
Можно задать логичный вопрос, почему из ряда других микроконтроллеров (далее — МК) в качестве подопытного выбран именно МК AVR . На это есть несколько причин:
- МК AVR повсеместно доступны;
- У них достаточно невысокая цена;
- В интернете можно найти много бесплатных программ, что помогут при работе с данными МК.
- Кроме этого, существует великое множество написанных статей и форумов, на которых можно задать вопросы по данным МК AVR.
Как говорил ранее, в качестве подопытного будем использовать МК Atmega8 . Почему именно его?
Данный микроконтроллер может похвастаться наличием 3 портов ввода/вывода. Кроме этого он довольно дешевый.
Под портами, понимают шины данных, которые могут работают в двух противоположных направлениях (то бишь на вывод и на ввод).
У Atmega8 3 порта. Порт B состоит из 8 ножек-выводов (нумерация 0,1,2,3,4,5,6,7). Порт С состоит из 7 ножек-выводов (нумерация 0,1,2,3,4,5,6). Порт D состоит из 8 ножек-выводов (нумерация 0,1,2,3,4,5,6,7).
Запитывать микроконтроллер можно от 3,3 и 5 В. При напряжении питания 5 В максимальная частота тактирования составляет 16 МГц, а при напряжении питания 3,3 В – максимальная частота тактирования 8 МГц. Пока не будем заморачиваться относительно частот тактирования.
Питания подаётся на 7 ножку-вывод, а «земля» подводится к 8 ножке.
Скачивается бесплатно. Скачали, установили, запустили 🙂
Первое, с чего следует начать знакомство с Atmel Studio – это создание проекта.
Выбираем File -> new -> project .
Откроется окно выбора. Выбираем папку «Browse», в которой будем сохранять написанные проекты. Папку для проектов создал заранее.
Присваиваем имя проекту, в моём случае lesson_avr_1
Обратите внимание на галочку «create directory for solution». Если отметка стоит, то в той папке, которую мы выбрали для сохранения проектов, будет создана отдельная папка под текущий проект.
На этом всё – проект создан.
Займемся настройкой созданного нами проекта. Нажимаем Projest -> lesson_avr_1 properties или (alt+F7)
Переходим на вкладку Tool. Выбираем – симулятор. Совершенные нами действия сделают возможным отлаживать написанный код. Сохраняем изменения. Можно сохранить изменения в одном (текущем) файле или же во всех файлах проекта сразу. Закрываем настройки.
Принципиальная схема программатора на LPT порт показана на рисунке. В качестве шинного формирователя используйте микросхему 74AC 244 или 74HC244 (К1564АП5), 74LS244 (К555АП5) либо 74ALS244 (К1533АП5).
Светодиод VD1 индицирует режим записи микроконтроллера,
светодиод VD2 - чтения,
светодиод VD3 - наличие питания схемы.
Напряжение, необходимое для питания схема берёт с разъёма ISP, т.е. от программируемого устройства. Эта схема является переработанной схемой программатора STK200/300 (добавлены светодиоды для удобства работы), поэтому она совместима со всеми программами программаторов на PC, работающих со схемой STK200/300. Для работы с этим программатором используйтепрограмму CVAVR
Программатор можно выполнить на печатной плате и поместить её в корпус разъёма LPT, как показано на рисунках:
 |
|
 |
 |
Почему именно с этой линейки?
Ну, может кто знает, может кто-то не знает, микроконтроллер AVR - это продукт компании Atmel.
Ну почему же всё-таки именно с линейки AVR?
Во-первых, микроконтроллеры AVR - они повсеместно доступны, они есть в любых магазинах, цена их невысока.
Во-вторых, из-за наличия многочисленного программного обеспечения для их программирования и прошивки, что тоже в наше время немаловажно.
То есть, при написании программ вы не будете нарушать ни чьих авторских прав.
В-третьих, ещё то, что именно потому, что по программированию именно данной линейки я имею в наличии больше всего знаний в своей голове и навыков.
Поэтому, будем программировать мы именно под микроконтроллеры AVR.
Начнём мы с такого представителя этой линейки, как микроконтроллер Atmega 8.
ATMEGA 8A
Почему именно с него, с Atmega 8?
Потому что, во-первых, он вполне себе такой полноправный микроконтроллер и недорогой.
Имеет на своём борту три порта ввода-вывода. Мы не будем здесь вдаваться в подробности, что такое порты. Вкратце, порты - это такие шины данных, которые работают в двух направлениях - и на вывод, и на ввод.
Порт B.
У порта B, он у нас неполный, имеет 6 ножек.
0, 1 ножка, 2, 3, 4 и 5. То есть, 6 ножечек.
Порт C
также у нас неполный, от нулевой до шестой ножки.
А вот порт D
у нас полноправный порт, имеет все 8 ног, т.е. байт данных от 0 до 7.
Питается микроконтроллер от 5 вольт. Можно питать его также от 3,3 вольта, он также будет отлично работать. Но единственное, частота тактирования может быть выставлена только 8 мегагерц максимально. 16 мы не можем выставить при трёх вольтах, можем только при пяти вольтах. Подается питание на 7 ножку. Общий провод - восьмая.
Ну теперь давайте посмотрим, откуда мы можем взять программное обеспечение для программирования.
У компании Atmel имеется свой сайт www.atmel.com. На главной страничке, далеко ходить не нужно, в правой части страницы под главным баннером находится вот Download Atmel Studio.
