Avr на c — просто?

AVR на C — просто?

Введение

Материалы приведенные далее рассчитаны на пользователей знакомых с программированием в целом и языком C (не обязательно) в частности.
В основном излагаемый материал описывает использование микроконтроллеров AVR, особое внимание на ATmega328. Для изучения материалов понадобится Arduino Uno или Arduino Nano 3. Да простят меня ардуино-ненавистники, но в данном случае Arduino буд е т использоваться в качестве макетных плат по доступной цене и с возможность использования без программатора .

1. Подготовка к изучению

Для изучения нам понадобятся:

Стандартные библиотеки C для микроконтроллеров AVR ;

Программа для загрузки микропрограмм в микроконтроллер;

1.1. Среда разработки

При выборе среды разработки можно натолкнутся на «не пробиваемую стену» множества программных оболочек для программирования на разных языках программирования. Но учитывая направление на микроконтроллеры круг поиска сужается до сред разработки адаптированных под конкретный вид микроконтроллеров семейства AVR фирмы Atmel. Кроме того среда разработки язык программирования C.

Из множества вариантов рассмотрим среду разработки С odeBlocks. Будем использовать оригинальную версию С odeBlocks с сайта разработчиков www.codeblocks.org последней версии, на момент написания это версия 16.01. Данная среда разработки интересна наличием версий под популярные операционные системы Linux, Windows и Mac OS.

Вкратце рассмотрим установку под Windows. Скачав файл codeblocks-16.01-setup.exe запускаем его.

Ознакомимся с лицензией и принимаем ее.

Устанавливаем все компоненты без изменений

Путь установки оставляем без изменений.

Пробегают строки установки и появляется предложение запустить программу, соглашаемся. И конечно нажимаем Next в установщике и завершаем установку.

Получаем установленную среду разработки Code::Blocks.

1.2. Стандартные библиотеки C/ C++ для микроконтроллеров AVR

Среда разработки установлена, но для работы необходимо подключить библиотеки для компиляции программ для микроконтроллера. Один из способов это поставить WinAVR. Только зачем, если среда разработки уже выбрана. Возьмем все необходимое с сайта производителя микроконтроллеров семейства AVR.

Понадобится Atmel AVR 8-bit Toolchain так как использовать собираемся ATmega328 а он 8- bit. После скачивания запускаем полученный само распаковываемый архив и получаем папку (вида avr8-gnu-toolchain) со всем необходимым. Куда ее положить?

Запускаем ранее установленный Code::Blocks идем в меню Settings >> Compiler переходим во вкладку Toolchain executables выбираем интересующий нас компилятор из списка Selected compiler это будет GNU GCC Compiler for AVR. Далее смотрим путь по умолчанию для размещения ранее скачанной и распакованной папки.

Переименовываем нашу папку как в настройках Code::Blocks и перемещаем по указанному пути.

1.3. Программа для загрузки микропрограмм в микроконтроллер

Теперь все готово для программирования, но не хватает программы для облегчения прошивки микроконтроллера. Для изучения микроконтроллера ATmega328 будем использовать платформу Arduino UNO или Arduino Nano v3. Это дает возможность изучать микроконтроллер без паяльника и программатора. Для Arduino есть хорошая программа ArduinoBuilder и оболочка из проекта CodeBlocks Arduino IDE ( среда разработки Code::Blocks с добавлением библиотек ардуино ). Использовать микроконтроллер без ардуино гораздо интересней поэтому скачиваем только ArduinoBuilder. Его будем использовать для экспериментов с микроконтроллером на плате Arduino. Распаковываем архив, например в корень диска c: в папку ну скажем ArduinoBuilder, из нее делаем ссылку на рабочий стол и получаем два ярлыка:

Все программное обеспечение готово. Приступим к «железным» вопросам

1.4. Микроконтроллер

В своих изысканиях будем рассматривать микроконтроллер ATmega328 программы будем писать именно для него. «Знатоки» сразу нас пошлют к DataSheet но это не для нас. Мы пойдем своим путем и будем изучать его анатомию практически — методом «Тыка» : ).

Первое что необходимо, это приобрести минимальное оборудование. Ограничимся для начала покупкой ардуины или аналога. Главное, чтобы на ней был установлен микроконтроллер ATmega328.

Arduino Pro (на ATmega328 );

и конечно клоны от китайских товарищей.

Любой из перечисленных вариантов подойдет с теми или иными ограничениями или изменениями.

Рассмотрим подробнее вариант Arduino Nano v3 . Здесь установлен микроконтроллер ATmega328P, есть возможность подключать через USB, а также существует несколько клонов по приемлемой цене. Описания в интернете можно найти массу, поэтому рассмотрим только схематичное описание найденное на просторах интернет.

На схеме темно-серым выделены соответствия физическим выводам микроконтроллера, на них и будем опираться при программировании.

AVR на C — просто? Часть 2

2. Первая программа или порты ввода-вывода.

2.1. Порты и выводы.

Чтобы общаться с внешним миром у микроконтроллера есть порты ввода-вывода, в каждом из которых есть несколько отдельных битов (считай выводов), на которых можно установить ноль (0) или единицу (1).

У ATmega328 таких портов 3 это порты B,C и D . На каждом порту по 8 битов ( за исключением порта C он 7 — разрядный ) которыми можно (нужно) управлять. Но управлять с некоторыми ограничениями.

D0 и D1 используются для прошивки микроконтроллерах на плате Arduino через USB;

C6 – используется для перезагрузки ( reset ) ;

B6 и B7 — на этих выводах микроконтроллера подключается внешний кварцевый резонатор .

Остальные биты можно использовать если они не задействованы. Для наших изысканий будем использовать:

порт B – B0, B1, B2, B3, B4, B5 ( соответственно выводы микроконтроллера с 1 4 по 1 9 );

порт C – С0, С1, С2, С3, С4, С5 (выводы — с 23 по 28);

порт D – D2, D3, D4, D5, D6, D7 (выводы — 4, 5, 6, 11, 12, 13).

Необходимо учитывать что ATmega328 производится в разных корпусах и нумерация выводов может отличатся

2.2. Регистры управления портами.

Управление портами достаточно простое. Используется три восьми битных регистра —

DDRx, PORTx и PINx, где x имя порта (в нашем случае B,C и D ).

DDRx – Настройка разрядов порта x на вход или выход.

PORTx – Управление состоянием выходов порта x (если соответствующий разряд настроен как выход), или подключением внутреннего подтягивающего резистора (резистор подтягивает разряд к 1 если соответствующий разряд настроен как вход).

PINx –Чтение логических уровней разрядов порта x.

Настройка и работа портов сводится к трем операциям в зависимости от настройки входа или выхода.

Ввод:

В регистре DDRx на нужный разряд устанавливаем 0 обозначая его как ввод;

При необходимости на указанном разряде устанавливаем 1 для подключения подтягивающего резистора (резистор подтягивает указанный вывод к 1), подтягивающий резистор включают для уменьшения внешних помех и его можно не подключать;

Считываем из регистра PINx с того-же разряда состояние 0 или 1.

Вывод:

В регистре DDRx на нужный разряд устанавливаем 1 обозначая его как вывод;

В регистр PORTx на этот разряд устанавливаем его состояние 0 или 1;

В регистре PINx можно считать текущее состояние каждого разряда порта.

Пример: На выводе 5 порта B установить 1 ( вывод 17 микроконтроллера переключить на логическую 1 )

Установили разряд DDRB 5 в 1 настроив вывод как вывод

Установили разряд PORT B 5 переключив вывод микроконтроллера в 1. Дальнейшее переключение этого вывода производится без изменения регистра DDRx если не понадобится переключить разряд порта на ввод.

Регистр PIN B можно не использовать, если только для проверки состояния выводов порта.

Рекомендация: биты регистров желательно переключать по отдельности, чтобы не вносить путаницу в программу микроконтроллера, если нет необходимости использовать все выводы порта как ввод или вывод.

2.3. Программа

Разберем программу на C по строкам .

В программе вставлен бесконечный цикл while(1), чтобы микроконтроллер не выполнил ничего лишнего. Все действия с портами в программе выполнены с использованием поразрядных операций в языке C. Что дало возможность управлять только одним разрядом (одним выводом микроконтроллера) порта B.

На использованном нами выводе микроконтроллера ATmega328 в Arduino UNO и Arduino Nano v3 подключен светодиод, поэтому в первой программе не придется даже собирать схему, достаточно подключить Arduino к компьютеру.

2. 4. Проект на C и компиляция

Программное обеспечение готово, программа написана, микроконтроллер тоже есть в виде Arduino. Начнем.

Запускаем CodeBlocks, в меню File >> New >> Project начинаем создавать проект.

Выбираем AVR Project и Go.

В поле Project title указываем название проекта, ниже в Folder to create project in указываем путь к папке куда создаем проект и жмем Next.

В следующем окне оставляем галку только Create “Release” configuration и опять Next.

Выбираем наш микроконтроллер (у меня atmega328p ) устанавливаем частоту (для Arduino Nano v3 — 16МГц ) и оставляем создание только hex файла и Finish.

И наконец в созданном проекте находим файл main.c и открываем его. Внутри видим:

Заменяем эту заготовку нашей программой и жмем

Происходит компиляция проекта и внизу видим

2.5. Прошиваем микроконтроллер

Все прошивка готова, она находится в папке проекта (выбранной при создании проекта). У меня C:avrProgram1binReleaseProgram1.hex этот файл и является нашей прошивкой.

Начнем прошивать. Запустим программу ArduinoBuilder

В окне выбираем файл hex (находится в папке проекта CodeBlocks >> bin/Release/project1.hex) нашего проекта, выбираем Arduino и частоту микроконтроллера и жмем кнопку чем программировать (у меня COM9 ) обычно это com порт отличный от 1. После сего проделанного смотрим мигающий диод.

На этом задача минимум выполнена. Рассмотрен подборка программного обеспечения, изучены порты ввода/вывода и регистры их управления, написана программа на C скомпилирована и прошита в микроконтроллер. И все это можно применить для микроконтроллеров AVR за исключением программы ArduinoBuilder которая в основном создана под Arduino, но и ее можно заменить при использовании например программатора USBASP и программы AVRDUDE_PROG, основная часть материала полностью применима.

Примеры на Си для микроконтроллеров Atmel AVR

Здесь представлены примеры различных программ на языке Си для микроконтроллеров Atmel AVR. Все примеры написаны под микроконтроллер ATmega16, поэтому при переносе на другие МК семейства AVR это нужно учитывать. Тактовая частота микроконтроллера во всех примерах 8 МГц (используется тактирование от внутреннего генератора). Код примеров разбит на блоки и снабжен комментариями. Проекты написаны в среде Eclipse (инструкция по установке и настройке Eclipse для AVR) и легко могут быть импортированы в Eclipse. Также можно использовать данные проекты и в среде AVR studio (изменится только структура файлов проекта). При обнаружении ошибок просьба сообщить на почту.

Blink – Самый простой пример. К порту C подключены 8 светодиодов. Светодиоды зажигаются логической единицей на линии порта. В цикле светодиоды порта включаются и выключаются. Свеобразный аналог Hello World в мире встраиваемых систем.

IO Ports – В данном примере рассматривается работа с портами ввода-вывода. К порту C подключены 8 светодиодов (линии 0-7). К линии 2 порта D подключена кнопка, с подтяжкой на землю. При нажатии кнопка выдает на линию 0 порта С уровень логической единицы. Цикл программы организован следующим образом: при запуске включается бегущий огонь, сначала загорается светодиод на линии 0 порта C, затем на линии 1 и т.д. По достижении линии 7 направление бегущего огня меняется (от 7 к 0). При нажатии на кнопку бегущий огонь останавливается и загораются одновременно все светодиоды. После повторного нажатия на кнопку бегущий огонь продолжает перемещаться с места остановки.

Dynamic Indication – В данном примере рассматривается работа с 7-сегментным индикатором. В моём случае он имеет 4 разряда (цифры). Поскольку у меня на плате установлены транзисторы для управления разрядами, то управление осуществляется выводом логической единицы и на разряды и на сегменты. Схема подключения следующая: к линиям 0-7 порта C подключены сегменты индикатора, а к линиям 0-3 порта В разряды индикатора. При запуске на индикатор выводятся цифры 1 2 3 4.

Читайте также  Как рассчитать мощность при последовательном соединении?

UART – В данном примере рассматривается периферийного модуля UART (универсальный асинхронный приёмопередатчик). Модуль UART можно настроить как на работу с прерываниями, так и без них (вручную, путём работы с флагами). Пример работает следующим образом: при получении байта, МК переходит в обработчик прерывания (используется только прерывание по приёму данных) и разбирает численное значение байта (0-255) на цифры, которые и выводятся на 7-сегментный индикатор. Схема подключения аналогична предыдущему примеру. Передача осуществляется по двум линиям UART (порт D линии 0-1), к которым необходимо подключить линии RX и TX преобразователя USB-UART. Для настройкки без прерываний необходимо обнулить бит RXCIE в регистре UCSRB и вручную опрашивать интерфейс в основном цикле программы.

Clock – В данном примере рассматривается реализация простых часов с 7-сегментным индикатором и парой кнопок. Только здесь уже требуется 6 разрядов, хотя секунды можно опустить. Кнопки с подтяжкой на землю. При нажатии кнопка выдает на линию высокий логический уровень. Индикатор подключается как и в предыдущих примерах (сегменты к порту C, разряды к порту B), а кнопки к линиям 2-3 порта D. Кнопка используется PD2 для установки минут, а PD3 для установки часов. По нажатию каждой из кнопок увеличивается значение соответствующего разряда (минуты или часы).

DS18B20 – В данном примере рассматривается работа с цифровым датчиком температуры DS18B20. Показания температуры выводятся на 7-сегментный индикатор. Вывод DQ датчика поключен к ноге (пину) PD5. Линия должна быть подтянута к плюсу питания резистором на 4.7-10 кОм (согласно документации). Датчик опрашивается каждые 5 секунд. Температура выводится на 4-разрядный индикатор: знак, два разряда на целуюю часть и один на вещественную. Документация к датчику здесь.

DHT11 – В данном примере рассматривается работа с датчиком температуры и влажности DHT11. Показания температуры выводятся на 7-сегментный индикатор. Вывод DATA (также SDA) датчика поключен к ноге (пину) PD5. Линия должна быть подтянута к плюсу питания резистором на 4.7-10 кОм (согласно документации). Датчик опрашивается каждые 5 секунд. Измеряются температура и влажность, но на дисплей выводится только влажность (целое двухзначное число). Документация к датчику здесь.

DHT22 – В данном примере рассматривается работа с датчиком температуры и влажности DHT22. По сравнению с DHT11 данный датчик обладает большей точностью и более широким диапазоном измерений. Показания температуры выводятся на 7-сегментный индикатор. Вывод DATA (также SDA) датчика поключен к ноге (пину) PD5. Линия должна быть подтянута к плюсу питания резистором на 4.7-10 кОм (хотя согласно документации это и необязательно). Датчик опрашивается каждые 5 секунд. Измеряются температура и влажность, но на дисплей выводится только влажность (вещественное двухзначное число с одним знаком после запятой). Документация к датчику здесь.

BMP180 – В данном примере рассматривается работа с цифровым датчиком температуры и атмосферного давления BMP180. Показания атмосферного давления выводятся на 7-сегментный индикатор. Датчик подключаетсяпо интерфейсу I2C. Линии SDA и SCL должны быть подтянуты к плюсу питания резисторами на 4.7-10 кОм. Датчик опрашивается каждые 10 секунд. Измеряются температура и давление, но на дисплей выводится только атмосферное давление в мм. ртутного столба (целое число). Документация к датчику здесь.

BH1750 – В данном примере рассматривается работа с цифровым датчиком освещенности BH1750. Показания освещенности выводятся на 7-сегментный индикатор. Датчик подключается по интерфейсу I2C. Линии SDA и SCL должны быть подтянуты к плюсу питания резисторами на 4.7-10 кОм. Датчик опрашивается каждые 5 секунд. Документация к датчику здесь.

ADC Indication – Данный пример аналогичен примеру с UART. Отличие в том, что байт берется с линии 0 порта А (линия 0 АЦП, ADC0). Микроконтроллер по таймеру производит аналого-цифровое преобразование напряжения на линии 0 порта А, (младшие 2 бита отбрасываются как шум). При измерении используется внутренняя опора 5 В. К линии PD2 порта D подключена кнопка, которая определяет режим вывода показаний. При нажатии на кнопку выводится результат измерений в виде числа от 0 до 255. Если кнопка не нажата, то результат измерений переводится в вольты и выводится на индикатор (с точностью до десятых).

Fast PWM – В данном примере показана настройка аппаратного ШИМ (широтно-импульсная модуляция, англ. PWM). К линиям 4 и 5 порта D подключены светодиоды, а к линиям 2-3 и 6-7 порта D – кнопки каналов A и B соответственно. Кнопки с подтяжкой на землю (при нажатии кнопка выдает на линию порта уровень логической единицы) Кнопки на линях 2 и 3 соответственно увеличивают и уменьшают коэффициент заполнения ШИМ (меняется яркость светодиода) канала А. Кнопки на линях 6 и 7 соответственно увеличивают и уменьшают коэффициент заполнения ШИМ канала B. Число сравнения для каждого из каналов меняется в диапазоне от 0 до 255. Для канала А шаг изменения равен 10, для канала В шаг равен 5.

HCSR04 – В данном примере рассматривается работа с ультразвуковым датчиком расстояния HCSR04. К линии PD3 подключен вывод Trigger датчика, а к линии PD2 вывод Echo. Поключение 7-сегментного индикатора аналогично предыдущим примерам. МК периодически опрашивает датчик и определяет расстояние до препятсвия в сантиметрах. После этого число разбивается на цифры и выводится на дисплей. Документация к датчику здесь.

Matrix Keyboard – В данном примере показана работа с матричной клавиатурой. Микроконтроллер динамически опрашивает клавиатуру, а затем определяет номер нажатой клавиатуры. Размер поля 3 на 3 – получаем 9 кнопок. Нажатие первых 8-ми приводит к зажиганию светодиода на соответствующей линии порта А, нажатие 9-ой кнопки зажигает все светодиоды порта А. Матричная клавиатура подключается к линиям 0-5 порта С (три столбца и три строки). В архиве схема и печатная плата матричной клавиатуры (Diptrace).

Shift Register – В данном примере рассматривается работа с модулем SPI на примере сдвигового регистра 74HC595. К регистру подключены светодиоды, в качестве линии CS используется линия 4 порта B (вывод not SS). Линия DS (14 нога) регистра идет к MOSI (PB5), линия SHCP (11 нога) к линии SCK (PB7), линия STCP (12 нога) к линии SS (PB4). Линии MR (10 нога) и OE (13 нога) должны быть подтянуты к высокому и низкому логическим уровням соответственно. По таймеру микроконтроллер меняет состояние светодиодов: поочерёдно горят то чётные светодиоды, то нечётные. Если при этом передать байт по UART’у, то он будет выведен в порт на светодиоды. Чтобы обратно переключиться в режим мигания необходимо послать по UART’у 0x00 (ноль). Документация к микросхеме 74HC595 здесь.

SG-90 Servo – В данном примере рассматривается работа с сервоприводом SG-90. Используется аппаратный ШИМ. Линия ШИМ сервпопривода подключена к каналу А аппаратного ШИМ. Кнопки поворота подключены к линиям PD2 и PD3. Кнопка на линии PD2 увеличивает длительность импульса, кнопка на линии PD3 уменьшает длительность импульса. Длительность импульса меняется от 1 до 2 мс. Описание сервомотора здесь.

RGB Lamp – В данном примере рассматривается работа с трехцветным RGB-светодиодом. Реализовано плавное переливание цветов с использованием программного ШИМ. Линии красного, зеленого и синего цветов подключаются соответственно к линиям 2, 3 и 4 порта D.

TSOP4836 NEC – В данном примере рассматривается работа с фотоприемником TSOP4836 и протоколом передачи NEC, который широко используется в инфракрасных пультах дистанционного управления. При получении команды на дисплей выводится ее код. Поключение 7-сегментного индикатора аналогично предыдущим примерам. Описание фотоприемника здесь.

WS2812 Ring – В данном примере рассматривается работа со светодиодами WS2812 с встроенным ШИМ-контроллером. К контроллеру подключено такое кольцо из 16 светодиодов (количество светодиодов в кольце можно указать в коде). Библиотека для работы с WS2812 не моя (взята на гитхабе и немного допилена, копирайт сохранён). В программе сначала задается массив цветов (красный, зеленый, синий), а затем в цикле реализуется их сдвиг и плавным изменением интенсивности. Линия IN первого светодиода подключается к линии PD2 порта D. Описание светодиодов здесь.

MFRC522 RFID – В данном примере рассматривается работа со считывателем RFID карточек MFRC522. Cчитыватель подключён к контроллеру по стандартной схеме. Библиотека для работы с MFRC522 не моя (взята на гитхабе и немного допилена, копирайт сохранён). При запуске контроллер определяет тип ридера и отправляет данные в UART. Затем идет непрерывная проверка обнаружения RFID устройств. При поднесении карточки или брелка считывается его адрес и отправляется в UART (адрес 32 бита, 4 байта). Описание считывателя здесь.

Управление портами микроконтроллеров AVR на языке С (Си)

В этой статье будет рассмотрено управление портами микроконтроллеров AVR на языке программирования С (Си): установка выводов порта на вход или выход, считывание значений на входах портов, программа для управления миганием светодиода.

Общие сведения о портах микроконтроллеров AVR

Порты микроконтроллеров AVR — это устройства ввода/вывода, позволяющие микроконтроллеру передавать или принимать данные. Стандартный порт микроконтроллера AVR содержит восемь разрядов данных, которые могут передаваться или приниматься параллельно. Ножки микроконтроллера также называют пинами, контактами или выводами. Порты обозначаются латинскими буквами А, В, С и т.д. Количество портов зависит от конкретной модели микроконтроллера.

Kонфигурирование каждой линии порта (задание направления передачи данных) может быть произведено программно в любой момент времени. Входные буферы портов построены по схеме триггера Шмитта. Для линий, сконфигурированных как входные, также имеется возможность подключения внутреннего подтягивающего резистора сопротивлением 35…120 кОм между входом и проводом питания. Kроме того, если вывод (вход) с подключенным внутренним подтягивающим резистором подключить к общему проводу, он может служить источником тока.

Обращение к портам производится через регистры ввода/вывода, причем под каждый порт в адресном пространстве ввода/вывода за-резервировано по 3 адреса. По этим адресам размещаются три регистра: регистр данных порта PORTx, регистр направления данных DDRx и регистр выводов порта PINx. Разряды этих регистров имеют названия: Px7…Px0 — для регистров PORTx, DDx7…DDx0 — для регистров DDRx и PINx7…PINx0 — для регистров PINx.

Действительные названия регистров (и их разрядов) получаются подстановкой названия порта вместо символа «x», соответственно для порта A ре¬гистры называются PORTA, DDRA, PINA, для порта B — PORTB, DDRB, PINB и т.д.

Следует заметить, что «регистры» PINx на самом деле регистрами не являются, по этим адресам осуществляется доступ к физическим значениям сигналов на выводах порта. Поэтому они доступны только для чтения, тогда как регистры PORTx и DDRx доступны и для чтения, и для записи.

Таким образом, запись в порт означает запись требуемого состояния для каждого вывода порта в соответствующий регистр данных порта PORTx. А чтение состояния порта выполняется чтением либо регистра данных порта PORTx, либо регистра выводов порта PINx. При чтении регистра выводов порта PINx происходит считывание логических уровней сигналов, присутствующих на выводах порта. А при чтении регистра данных порта PORTx происходит считывание данных, находящихся в регистре-защелке порта – это справедливо как для входных, так и для выходных контактов.

Любой порт микроконтроллера AVR можно сконфигурировать как вход или как выход. Для этой цели используется регистр DDRx. На вход или выход можно сконфигурировать сразу весь порт или только отдельный его вывод (контакт, пин).

Регистр DDRx определяет, является тот или иной вывод порта входом или выходом. Если некоторый разряд регистра DDRx содержит логическую единицу, то соответствующий вывод порта сконфигурирован как выход, в противном случае — как вход. Буква x в данном случае должна обозначать имя порта, с которым вы работаете. Таким образом, для порта A это будет регистр DDRA, для порта B — регистр DDRB и т. д.

Читайте также  Соединение литиевых аккумуляторов в батарею

Задание направления данных для всего порта

В программе для программирования микроконтроллеров AVR Atmel Studio на языке С можно задать направление передачи данных сразу для всего порта.

С помощью этой команды все выводы (контакты) порта B будут сконфигурированы как выходы.

0xff представляет собой шестнадцатиричное представление числа ff, а 0x является префиксом, указывающим на то, что число записано в шестнадцатиричное форме. В десятичном представлении число 0xff будет равно 255, а в двоичном – 11111111. То есть с помощью представленной команды во все биты регистра DDRB будут записаны логические единицы.

В языке Си для микроконтроллеров AVR для представления двоичных чисел применяется префикс 0b. Соответственно, представленную выше команду записи логических единиц во все биты регистра DDRB можно записать и с помощью двоичного вида числа 255:

Эта запись команды является более наглядной, но все таки правилом «хорошего тона» в программировании для микроконтроллеров считается использование шестнадцатиричного представления чисел.

Для того чтобы сконфигурировать все выводы (контакты) порта B как входы необходимо записать во все биты регистра DDRB логические нули. Это можно сделать с помощью следующей команды.

Но кроме рассмотренных «крайних» случаев (все единицы или все нули) в регистр DDRB можно записать и другие числа. Например:

0xb4 — шестнадцатиричное представление числа 180. В двоичном виде его можно записать как 10110100. То есть часть выводов (контактов) порта B будет сконфигурирована как выходы, а часть — как входы.

PB0 — 0 (вход)
PB1 — 0 (вход)
PB2 — 1 (выход)
PB3 — 0 (вход)
PB4 — 1 (выход)
PB5 — 1 (выход)
PB6 — 0 (вход)
PB7 — 1 (выход)

Установка 1 в произвольном бите регистра порта

Каждый бит регистров DDRx может быть установлен или сброшен отдельно. К примеру, если мы хотим сконфигурировать отдельно вывод PD2 как выход, то нам следует в соответствующий бит регистра DDRD записать 1. Для этой цели можно использовать следующую команду:

На первый взгляд она может показаться слишком сложной и запутанной, но после объяснения этой команды вы поймете, что все в ней выглядит достаточно логично.

1 – с помощью этой части команды осуществляется сдвиг единички влево на 2 бита, то есть справа добавляются два нулевых бита и получается число 100 (в двоичном виде), а знак «|», стоящий перед знаком присваивания «=», выполняет операцию побитного логического сложения.

Операцию побитного логического сложения также называют операцией ИЛИ (английское название OR) и выполняется она по следующим правилам:
0+0=0
0+1=1
1+0=1
1+1=1

То есть если хотя бы одно из слагаемых равно 1, то результат также равен 1.

Таким образом, в результате данной операции (команда DDRD |= 1 DDRD &=

В этом случае результат сдвига единицы на две позиции влево инвертируется с помощью операции побитного инвертирования, которая в языке С обозначаемой знаком «

В результате операции инверсии мы получаем вместо нулей единицы, а вместо единиц — нули. Данная логическая операция также называется операцией НЕ (английское название NOT).

Итак, в результате операции (1 И (английское название AND), выполняется по следующим правилам:
0*0=0
0*1=0
1*0=0
1*1=1

То есть если хотя бы один из операндов операции равен 0, то и результат операции равен 0.

Таким образом, сдвинутая нами влево на две позиции единица (1 PORTB = 0xff.

Аналогично установка «0» на всех выводах порта B выполняется следующим образом:

К каждому биту регистров PORTx можно обращаться и по отдельности так же, как и в рассмотренном выше случае с регистрами DDRx. К примеру, команда

установит «1» (сигнал высокого уровня) на контакте PB3.

установит «0» (сигнал низкого уровня) на контакте PB4.

В программе Atmel Studio сдвиг можно выполнять и с помощью функции _BV(), которая производит поразрядный сдвиг и помещает результат в компилируемый код.

В этом случае две предыдущие команды можно записать следующим образом:

PORTB |= _BV(PB3); // установить «1» на линии 3 порта B

_BV(PB4); // установить «0» на линии 4 порта B

Пример программы зажигания светодиода, подключенного к выводу микроконтроллера AVR

Для лучшего понимания работы с портами микроконтроллеров AVR рассмотрим примеры простейших программ, осуществляющих включение и выключение светодиода, подключенного к выводу порта.

Светодиод к микроконтроллеру AVR можно подключить одним из следующих двух способов, представленных на рисунке.

В первом случае (рисунок слева) светодиод будет загораться от сигнала высокого уровня на выводе PD1, а во втором случае (рисунок справа) — от сигнала низкого уровня на этом же контакте.

В зависимости от способа подключения светодиод будет загораться либо от сигнала высокого уровня, подаваемого на вывод PD1 микроконтроллера, как в первом случае, либо от сигнала низкого уровня в случае подключения, изображенного на втором рисунке.

Теперь рассмотрим примеры программ, реализующих данные способы включения светодиода.

_BV(PD1); // установить «0» (низкий уровень) на выводе PD1
> // закрывающая скобка основной программы

Теперь для случая, представленного на рисунке 1, попробуем мигнуть светодиодом. Для этой цели воспользуемся функцией задержки _delay_ms() .

Функция _delay_ms() формирует задержку в зависимости от передаваемого ей аргумента, выраженного в миллисекундах (в одной секунде 1000 миллисекунд). Максимальная задержка составляет 262.14 миллисекунд. Если передать функции значение более 262.14, то осуществится автоматическое уменьшение разрешения до 1/10 миллисекунды, что обеспечивает задержки до 6.5535 секунд. Более длительные задержки можно реализовать с помощью циклов в программе.

Функция _delay_ms() содержится в файле delay.h, поэтому его нужно будет подключить к основной программе. Также для работы этой функции необходимо задать значение тактовой частоты микроконтроллера в Герцах (Гц).

int main(void) < // начало основной программы
DDRD = 0xff; // все выводы порта D сконфигурировать как выходы

PORTD |= _BV(PD1); // установить «1» (высокий уровень) на выводе PD1,
//зажечь светодиод

_delay_ms(500); // ждем 0.5 сек.

_BV(PD1); // установить «0» (низкий уровень) на выводе PD1,
//погасить светодиод

_delay_ms(500); // ждем 0.5 сек.

PORTD |= _BV(PD1); // установить «1» (высокий уровень) на выводе PD1,
//зажечь светодиод

_delay_ms(500); // ждем 0.5 сек.

_BV(PD1); // установить «0» (низкий уровень) на выводе PD1,
//погасить светодиод

> // закрывающая скобка основной программы

В представленной программе светодиод мигнет всего 2 раза. Чтобы он мигал непрерывно можно организовать бесконечный цикл с помощью оператора безусловного перехода » goto «. Данный оператор выполняет переход к месту программы, обозначенному меткой. Но лучше это реализовать с помощью бесконечного цикла на основе оператора while – пример работающей схемы для этого случая и программы для нее можно посмотреть в этой статье на нашем сайте.

Комментарии

Управление портами микроконтроллеров AVR на языке С (Си) — 12 комментариев

Подскажите пожалуйста я новичок и только изучаю как тут исправить ошибки?
.include «m16def.inc» ; подключение библиотеки для работы с ATmega16
clr r16 ; Очистка r16
ser r17; Установка r17 (запись числа 111111112 в регистр) 255
out DDRB, r17 ; направление передачи данных- на выход порта B
nop ; Delay (пауза)
ldi r16,0x1131 ; Запись числа 11310 в r16 113
out PinB, r16 ; Запись данных из R16 (числа 11310) в порт B
LOOP: // после выполнения всех команд
jmp LOOP1 // запускается бесконечный цикл

Я вижу у вас программа на ассемблере, а я только с языком С работал поэтому в вашем случае, к сожалению, ничего дельного подсказать не могу

АДМИН Здравствуйте ! У меня проблема с написанием прошивки для ATTINY2313A _ дело в том что у меня есть 6 разрядный семисигментный индикатор ! хочу сделать дублирующий табло для себя _ в микроконтроллерах у меня маленький опыт_ можете чем посоветовать ? я просто Не понимаю как сделать Так чтобы весы передавал инфо по кг на микроконтроллер а мК на на семисигментый индикатор ? Буду благодарен к любому совету . спасибо за ранее

Добрый вечер. К сожалению, здесь мало чем могу помочь, у меня нет практического опыта в реализации подобных проектов. Могу только порекомендовать статью на нашем сайте — часы на Arduino и 4-х разрядном семисегментном индикаторе, в ней есть ссылки на все статьи на нашем сайте про работу с семисегментным индикатором, в том числе есть ссылка на статью про многоразрядный семисегментный индикатор и работу с ним на AVR — эта статья написана предыдущим админом данного сайта, а он в этих вещах соображал получше меня.

Вас понял ! все равно спасибо вам огромное за отклик !! удачи вам .

И вам удачи. Кстати, у нас на сайте есть статья и про измерение веса, если это вам интересно, но она тоже для Ардуино

Спасибо, понравились ваши статьи

Спасибо и вам что оценили мой труд

0xb4 — шестнадцатиричное представление числа 180. В двоичном виде его можно записать как 10110100. То есть часть выводов (контактов) порта B будет сконфигурирована как выходы, а часть — как входы.

Простая программа для AVR микроконтроллера на языке Си

В прошлой статье мы разобрали строение программы на AVR Ассемблере, собрали несложную схему и выполнили прошивку микроконтроллера. К микроконтроллеру были подключены два светодиода, которые мы заставили попеременно мигать.

Здесь мы разберем пример программы для AVR микроконтроллера на языке Си (C), которая будет использовать ту же принципиальную схему что и в примере с программой на Ассемблере, так что для работы нам пригодится тот-же макет что и в прошлой статье. Мигать светодиоды мы заставим не просто попеременно, а немножко по другому и с дополнительными задержками по времени.

Кратко о языке программирования Си

Язык Си является компилируемым статически типизированным языком программирования, который был разработан сотрудниками Bell Labs — Кеном Томпсоном (Ken Thompson) и Деннисом Ритчи (Dennis MacAlistair Ritchie) в начале 1970-х годов. Это универсальный язык программирования с современным набором операторов и типов, также Си является языком достаточно «низкого уровня» (приближенный к машинным кодам) что позволяет нам работать с памятью, адресами и минимальными единицами данных.

Изначально язык Си использовался в операционной системе Unix для написания приложений и самого ядра ОС. Позже он был портирован и на другие платформы, что принесло ему очень широкую популярность.

При разработке программ на языке Си для AVR микроконтроллеров используется набор библиотек avr-libc и компилятор avr-gcc, с установкой которых в Linux мы уже разобрались в одной из прошлых статей.

Исходный код программы на языке Си

Вполне может быть что вы никогда не писали программ на языке Си — в этом нет ничего страшного. Для того чтобы написать первую программу на AVR C и провести с ней эксперименты вполне достаточно базовых знаний по работе с консолью в Linux. Позже вы сами сможете найти недостающую информации и изучить все необходимое самостоятельно.

Приведенный ниже код программы на Си будет выполнять следующие действия (алгоритм действий):

  • зажечь светодиод 1 и погасить его с небольшой задержкой (два раза подряд);
  • выполнить более длительную задержку;
  • зажечь светодиод 2 и погасить его с небольшой задержкой (два раза подряд);
  • начать все сначала.
Читайте также  Все виды обогревательных приборов

Вот исходный код программы который работает по приведенному выше алгоритму:

Рассмотрим все строки в исходном коде более подробно. Строки или части строк что начинаются с двух слешей «//«, а также блоки текста что начинается с символов «/*» и заканчивается символами «*/» — это комментарии. В комментариях может размещаться полезная информация и примечания.

Строкой «#define F_CPU 1000000UL» мы объявляем константу, которая говорит компилятору что частота ЦПУ нашего микроконтроллера равна 1000000Гц (1МГц). Данное объявление необходимо для правильной работы некоторых функций, в нашей программе это функция «_delay_ms». В моем примере микроконтроллер ATmega8 без установки битов-фьюзов по умолчанию работает на внутреннем тактовом RC-генераторе с частотой 1МГц.

Строка «#include » производит подключение файла «io.h» к текущему файлу исходного кода, а строка «#include » — подключает файл «delay.h».

Узнать где размещаются данные файлы в Linux можно с помощью программы «locate». Установим ее и обновим индекс файлов для поиска:

В качестве примера, выполним поиск путей где размещаются файлы «io.h» и оставим только те результаты, в которых содержится сочетание символов «avr»:

В результате получим список путей ко всем файлам где в имени встречается «io.h», а также путь содержит подстроку «avr»:

Здесь мы можем видеть что нужный нам файл находится по пути «/usr/lib/avr/include/avr/io.h». Посмотрев его содержимое можно увидить что он содержит в себе включение других файлов с определениями (AVR device-specific IO definitions), которые в свою очередь зависят от выбранного нами типа микроконтроллера.

Тип микроконтроллера (MCU Type) в даном случае указывается как параметр «-mmcu=atmega8» (для ATmega8) при вызове команды-компилятора «avr-gcc».

В моем случае для микроконтроллера ATmega8 через файл «io.h» подключается следующий файл — «iom8.h» (Input Output Mega8), в нем хранятся все определения таких переменных как PD0, PD1, PB8, DDRD, DDRB, RAMSTART, RAMEND и много всего другого.

Файлы с определениями IO (io*.h) для каждого типа МК хранятся в директории по адресу «/usr/lib/avr/include/avr/», рекомендую зайти туда и посмотреть что в ней творится для более глубокого понимания.

Полистать содержимое файла iom8.h можно в редакторе nano, для этого выполним команду:

Для поиска в редакторе nano используйте комбинацию клавиш CTRL+W (для запоминания: where, где).

Также используя команду «cat» можно вывести только те строчки, которые содержат в файле указанное сочетание символов или слово:

Данная команда выведет вот такой текст:

Таким образом можно посмотреть какие есть константы и определения в библиотеке avr-gcc для работы с операциями ввода-вывода(Input-Output), их значения и многое другое для вашего типа микроконтроллера!

Файл «delay.h» содержит в себе определения функций задержки, в частности там содержится код функции «_delay_ms», которую мы будем использовать в примере. Для просчета временной задержки такие функции используют константу «F_CPU», которую мы объявили раньше в начале кода.

Строкой «void main(void) <» с левосторонней фигурной скобки начинается тело нашей программы и заканчивается оно правосторонней фигурной скобкой «>» в самом низу листинга. Таким образом мы объявили основную функцию «main» с которой начнется выполнение программы, тело функции взято в фигурные скобки, а ключевые слова «void» означают что функция не принимает и не возвращает никаких данных, в данном случае.

Важно знать что в языке Си символ точка с запятой «;» является специальным символом — пустым оператором (который ничего не выполняет) и используется для указанию компилятору что это конец команды.

В строчке «int delay_ms_1 = 100;» мы объявили новую переменную «delay_ms_1» с типом «int» (Integer, Целый тип, значения от -32768 до 32767) и присвоили ей значение 100. Служит она в нашей программе для установки задержки в миллисекундах при мелькании каждого из светодиодов.

В следующей строке «int delay_ms_2 = 300;» мы также выполнили инициализацию переменной, которая будет служить для установки времени задержки между мельканиями отдельных светодиодов — 300 миллисекунд.

Дальше идет команда «DDRD |= (1

В этом видео программатор USBAsp уже отключен, а питание схемы на микроконтроллере осуществляется от батареи КРОНА с напряжением 9В через схему стабилизатора напряжения которая обеспечивает на выходе стабильные 5В.

Работа с микроконтроллерами: прошивка программатором и чистый «Си»

В этой статье я расскажу о том, как программировать микроконтроллеры без использования Arduino. Мы будем использовать программатор AvrISP STK500 для программирования контроллера ATtiny84.

Нам понадобится

Подключаем питание

Arduino мы не используем, поэтому обо всем нам придется думать самостоятельно. И первое, с чем необходимо разобраться — питание. Мы будем использовать преобразователь L7805, обладающей следующими характеристиками:

Теперь нам надо узнать схему подключения этого преобразователя. Ее мы найдем на странице 3 даташита.

Помимо самого преобразователя, мы видим еще 2 конденсатора — входной Сi и выходной Сo. Входной конденсатор необходим для того, чтобы сгладить пульсации на входе в случае удаленности L7805 от источника. В нашем случае длина соединительных проводов не будет превышать 15 см, поэтому входного конденсатора у нас не будет. Зато будет выходной, поскольку мы хотим «кормить» наш контроллер стабильным питанием.

Распиновка

Необходимо знать назначение ножек преобразователя. Это описано на 2-й странице даташита.

Схема

С учетом всего вышеописанного, получается схема для организации питания.

Программатор

В качестве программатора мы использовали AvrISP STK500 от Seeed Studio. Для его работы под Windows и Mac OS необходимы драйверы. Их можно скачать с официального сайта. Пользователям Linux устанавливать ничего не нужно — программатор будет сразу готов к работе.

Подключение к контроллеру

Распиновка разъема программатора такова:

Важно! Это распиновка разъема программатора, если смотреть на него сверху (отверстиями от себя). Не перепутайте!

Разъем программатора необходимо подключить к микроконтроллеру. Можно использовать как 10-пиновый разъём, так и 6-пиновый. Без разницы. Соединим проводами соответствующие пины, т.е:

10-пиновый ICSP ATtiny84
Reset 5 4
MOSI 1 7
MISO 9 8
SCK 7 9

Прошивка

Напишем код прошивки на чистом «C», которая заставит светодиод мигать. Использование ШИМ-сигналов и считывание аналоговых сигналов на чистом «C» не так тривиальна, и может являться темой отдельной статьи, поэтому остановимся пока на простейшем примере.

После скетчей Arduino, код малопонятен, правда? Ничего, сейчас я объясню, что да как. В первых двух строчках мы подключаем необходимые библиотеки, чтобы воспользоваться такими штуками, как DDRA , PORTA , _delay_ms .

Что же такое DDRA ? Это регистр микроконтроллера, управляющий направлением работы порта А. Он содержит в себе 8 бит. Если установить какой-то бит в 1, то пин с соответствующим номером станет выходом.

PORTA — тоже регистр, но он содержит в себе данные порта А. Если мы хотим на вывод номер 2 записать логическую единицу, то мы должны поместить 1 в соответсвующий бит регистра.

А _delay_ms — функция задержки. Исходя из этого можно составить таблицу соответствия:

Arduino C
Направление pinMode(led, OUTPUT); DDRA = 1
Значение digitalWrite(led, HIGH); PORTA = 1
Задержка delay(1000); _delay_ms(50);

Однако, самым важным различием кода является то, что в программе на С нет разделений функций setup и loop . За все это отвечает функция int main(void) . И она выполняется всего 1 раз! А мы хотим, чтобы наш светодиод моргал не один раз, а постоянно. Как раз для этого и используется бесконечный цикл while (1==1) .

Поэтому легко сделать вывод, что этот цикл и есть аналог функции loop() в Arduino. А то, что до него — аналог функции setup() .

Далее начинается самое интересное. Нам нужно скомпилировать и загрузить прошивку. Однако, в зависимости от вашей операционной системы, методика будет различаться.

Mac OS X

Первым делом необходимо скачать и установить CrossPack for AVR Development. Это даст нам все необходимые инструменты. CrossPack состоит из двух частей.

Первая нам нужна для написания кода и создания файла прошивки, а вторая — для заливки прошивки в контроллер.

Проект создается в три шага.

В результате будет создано следующее дерево файлов.

На данном этапе нас интересует содержимое файла Makefile . В нем содержится информация о том, что вообще мы используем: какой контроллер, программатор. Это все описывается в строках с 20 по 24:

Пройдемся по строкам:

Это автосгенерированный make-файл, поэтому нам необходимо вручную его подправить. Править будем строку DEVICE у нас же микроконтроллер attiny84 и строку FUSES . А вот с ней все сложнее. Fuse-биты, или просто «фьюзы» — два (иногда три) особых байта, в которых содержится фундаментальая конфигурация работы контроллера. Очень важно правильно их задать.

Внимание! Задание неверных fuse-битов может привезти к тому, что микроконтроллер перестанет работать и вернуть его к нормальной жизни может быть либо очень сложно либо невозможно! Воспользеумся сайтом AVR Fuse Calcuator.

Сначала из выпадающего списка выберем нужный нам контроллер (ATtiny84).

И затем укажем необходимые опции, которые нам нужны. Сейчас для нас важны 2 вещи: сохранение возможности прошивать контроллер через SPI и сохранение его работоспособности без внешнего резонатора, поэтому выбираем соответствующие пункты, а остальные оставляем по умолчанию.

Видим, как поменялись сгенерированные значения.

Внесем изменения в Makefile.

Прошивка

Она происходит в 2 этапа.

Сначала необходимо перейти в папку firmware и выполнить команду make . Если ошибок нет, то результат выполнения команды будет таким:

Эта команда сделает из нашего исходника main.c файл, пригодный для заливки в контроллер — main.hex .

Второй этап — как раз заливка прошивки. Делается это с помощью команды make flash . Ее нормальный вывод выглядит следующим образом:

Все, прошивка контроллера завершена.

Windows

Здесь все проще.

Первым делом необходимо скачать и уствновить среду разработки для AVR — Atmel AVR Studio 4. А вторым — Atmel AVR Toolchain.

После запуска среды, необходимо создать новый проект.

Затем указать имя, расположение и то, что мы хотим использовать С ( GCC ).

Третий шаг — настройка отладчика.

На этом все, проект готов к использованию. Теперь необходимо написать и сохранить исходник, который мы уже обсудили.

В результате общий вид среды разработки выглядит вот так:

Теперь необходимо подключиться к программатору. Делается это с помощью нажатия на кнопку con .

В качестве Platform выбираем STK500 , а в Port — Auto . Затем нажимаем Connect.

Если все правильно, то в открывшемся окне выбираем вкладку Main и нажимаем в ней на кнопку Read Signature .

Строка Reading signature from device .. 0x1E, 0x93, 0x0C .. OK! говорит о том, что все хорошо и сигнатура успешно прочиталась. Сигнатура — это своего рода позывной микроконтроллера, которым он сообщает собственную модель.

Это окно нельзя закрывать, иначе соединение с программатором будет потеряно. Просто сверните его.

Теперь нажмем Build → Build . Это заставит программу скомпилироваться. Прошьем контроллер с помощью кнопки Write Flash Memory Using Current Settings — это заставит скомпилированную программу загрузиться в память микроконтроллера.

Заключение

Мы собрали простейшее устройство мигалку, но сделали это на низком уровне. С использованием программатора и «продвинутой» среды разработки, а не Arduino.

Разобравшись в премудростях программирования микроконтроллеров на чистом «Си», вы сможете выжимать из них максимум возможности, затрачивая при этом минимум места и денег.