Написание программ на avr

Программирование микроконтроллеров AVR фирмы Atmel

1. Микроконтроллеры — первый шаг

Эта статья, как и все последующие, — маленький шажок в мир микроконтроллеров. И таких «шажков» у нас будет много, пока не дойдем до того момента, когда сможем сказать: «Микроконтроллер — последний шаг». Но и это, скорее всего, из области фантастики — нельзя объять необъятное, — мир микроконтроллеров постоянно развивается и совершенствуется. Наша задача — сделать первый шаг, логическим итогом которого должна стать первая, самостоятельно разработанная и собранная конструкция на микроконтроллере.

2. Системы счисления: десятичная, двоичная и шестнадцатиричная

Как вы наверняка знаете, существует много разных систем счисления, одними пользуются и сейчас (наша, родная, десятичная система; римская система, известная нам как «римские цифры»), другие остались в глубоком прошлом (системы счисления инков и майя, древнеегипитская система, вавилонская).
Тут, я думаю, вопросов у нас нет, что такое системы счисления нам понятно — отображение чисел символами. А вот какая связь систем счисления с микроконтроллерами.

3. Логические операции, логические выражения, логические элементы

Все современные цифровые технологии основываются на логических операциях, без них никуда не деться. Все цифровые микросхемы в своей работе используют логические схемы (выполняют логические операции, в том числе и микроконтроллер).
Создавая программу, мы прописываем все действия микроконтроллера основываясь на своей логике с применением логических операций, иногда даже и не подозревая об этом, которые применяем к логическим выражениям.

4. Битовые операции
В прошлой статье была рассмотрена тема логических операций и выражений. В этой статье мы рассмотрим логические битовые операции. Битовые операции очень близки к логическим операциям, можно даже сказать, что это одно и тоже. Разница только в том,что логические операции применяются к высказываниям, а битовые операции, с такими же правилами и результатами применяются к битам.

5. Прямой, обратный и дополнительный коды двоичного числа

Прямой, обратный и дополнительный коды двоичного числа — способы представления двоичных чисел с фиксированной запятой в компьютерной (микроконтроллерной) арифметике, предназначенные для записи отрицательных и неотрицательных чисел

6. USBASP программатор для микроконтроллеров AVR — идеальное решение для начинающих, и не только

Сегодня мы рассмотрим как, без особых затрат и быстро, запрограммировать любой микроконтроллер AVR поддерживающий режим последовательного программирования (интерфейс ISP) через USB-порт компьютера. В качестве программатора мы будем использовать очень простой и популярный программатор USBASP, а в качестве программы — AVRdude_Prog V3.3, которая предназначена для программирования МК AVR.

7. Программа AVRDUDE_PROG: программирование микроконтроллеров AVR ATmega и ATtiny

Популярнейшая программа AVRDUDE_PROG 3.3 предназначена для программирования микроконтроллеров AVR ATmega и ATtiny

8. Основы программирования микроконтроллеров AVR

С этой статьи мы начнем конкретно заниматься одним вопросом — программирование микроконтроллеров. Процесс будет проходить следующим образом — сначала статья по устройству микроконтроллера (к примеру, первая статья будет по портам ввода-вывода), а затем статья по программированию. Сегодняшний наш разговор вводный, и будет посвящен вопросам материального и программного обеспечения процесса изучения основ программирования микроконтроллеров.

9. Русификация программы Atmel Studio

В этой статье мы поговорим о проблемах русификации программы Atmel Studio, как перевести программу на русский (или другой) язык, и как сделать более удобной работу программы с программатором USBASP. После установки программы Atmel Studio весь интерфейс будет на английском языке. Кому-то, кто знаком с английским, или уже привык работать с программами с английским интерфейсом, это вполне устроит. Меня лично, такой подход создателей программы к великому и могучему не устраивает, мне более комфортно работать с русскими меню.

10. Введение в язык программирования С (Си) для микроконтроллеров

В этой статье будут рассмотрены основные сведение о языке С, структура программы на языке С, дано понятие о функциях, операторах и комментариях данного языка программирования.

11. Переменные и константы в языке С (Си) для микроконтроллеров AVR

В этой статье будут рассмотрены типы переменных в языке С (Си) для микроконтроллеров AVR, объявление переменных, способы задания констант, будет дан обзор арифметических операций языка С, присваивания, инкремента и декремента.

12. 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.

13. Циклы в языке С (Си) для микроконтроллеров AVR

В данной статье будут рассмотрены циклы в языке программирования Си для микроконтроллеров AVR. Будут рассмотрены циклы типа «для» (for) и циклы типа «пока» (while), будет показано как осуществить принудительное прерывание цикла и организовать бесконечный цикл.

14. Массивы в программировании микроконтроллеров AVR

В данной статье мы рассмотрим основы использования массивов в языке С для микроконтроллеров AVR и рассмотрим их практическое применение в программе для изменения цифр на семисегментном индикаторе.

(24 голосов, оценка: 4,71 из 5)

Дата публикации: 18 декабря 2010 .

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.

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
#include “имя_файла.h”

Угловые скобки 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:

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:

В нашем случае основной цикл будет состоять лишь из одной команды. Эта команда присваивает регистру PORTB инвертируемое значение регистра PORTD.

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:

В языке Си широко используются комментарии. Есть два способа написания.

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"

1. ПО для написания и отладки микропрограммного обеспечения

Для написания и отладки микропрограммного обеспечения (МПО) требуется ряд инструментов, в т.ч.:

редактор кода программы;
компилятор;
отладчик кода программы (с помощью симулятора и/или аппаратного отладчика);
интерфейсы аппаратных отладочных средств (эмуляторы, программаторы, отладчики).

Для ускорения процесса создания МПО также могут использоваться мастера автоматической генерации кода программы, библиотеки функций и другое вспомогательное ПО.

Перечисленные инструменты, как правило, доступны в виде единого программного пакета, который носит название интегрированной среды для проектирования (IDE). Ниже, можно ознакомиться с большинством популярных IDE для микроконтроллеров AVR.

Наименование	Разработчик	Описание	Язык программирования	Ограничения бесплатной версии
AVR Studio	Atmel	Полностью бесплатная профессиональная IDE от производителя МК AVR.	Ассемблер, Си/Си++ 1)	нет
WinAVR	Открытое ПО http://winavr.sourceforge.net/	Открытая IDE на основе бесплатного Си-компилятора AVR GCC.	Си, Си++	нет
Arduino	Arduino Software http://arduino.cc/	Написанная на Java и полностью бесплатная IDE, которая является частью одноименной открытой аппаратной платформы на основе МК AVR. Содержит простой редактор кода, компилятор (AVR GCC) и интерфейс программатора.	Processing/ Wiring 2)	нет
Algorithm Builder	http://algrom.net/	Бесплатная IDE, которая в целях сокращения сроков разработки ПО в 3-5 раз, предлагает графический способ программирования в виде блок-схемы алгоритма.	Графический ассемблер	нет
AVRco	E-LAB http://www.e-lab.de	Простая в освоении коммерческая IDE с компилятором Паскаль и удобным мастером создания проекта, который автоматически добавляет поддержку драйверов указанных внутренних и внешних аппаратных компонентов.	Паскаль	1) поддерживаются все МК, а код программы ограничен 4 килобайтами 2) поддерживаются только mega8/mega48, а код программы ограничен 8 килобайтами
IAR Embedded Workbench	IAR Systems http://www.iar.com/	Профессиональная коммерческая IDE.	Си, Си++	1) 30-дневная оценочная версия 2) версия с ограничением кода программы 4 килобайтами
Micro-IDE	BiPOM Electronics http://www.bipom.com/	Коммерческая недорогая IDE, поддерживающая разнообразные платформы МК. Поддержка МК AVR обеспечивается версией BASCOM-AVR со встроенным компилятором Бейсик.	Бейсик	Демоверсия с ограничением кода программы 2 килобайтами
SwiftForth	Forth Inc. http://www.forth.com/	Интерактивная многоплатформенная коммерческая IDE на основе кросс-компилятора языка Forth, разработанного специально для встраиваемых систем и систем реального времени	Forth	Ограничение по коду программы, невозможность сохранения объектных файлов
CodeVisionAVR	HP Infotech http://www.hpinfotech.ro	Высококачественная IDE со встроенными ANSI Си-компилятором и мастером автоматической генерации программы.	Си	Оценочная версия с ограничением кода программы 3 килобайтами
Proteus	Labcenter Electronics http://www.labcenter.co.uk/	Proteus — система для разработки электронных устройств на основе МК, в т.ч. AVR. Её схемный редактор поддерживает уникальную возможность моделирования работы электрической схемы вместе с МК, исполняющим заданную программу. При подключении специальных отладочных файлов (elf, cof) превращается в полнофункциональный отладчик программы на уровне исходного кода.	Ассемблер, Си 3)	Невозможность сохранения, печати и создания собственных схем на основе МК (допускается только просмотр и модификация входящих в комплект примеров)

Cовместно с WinAVR.
Язык Processing/Wiring — это тот же Си/Си++, но дополненный рядом простых в использовании библиотек для решения типичных задач ввода-вывода. Создан с целью быстрого освоения программирования МК даже новичками, аматерами и неспециалистами в области разработки встраиваемого ПО.
В комплект не входят.

Тип	Наименование
Компилятор	Компилятор ассемблера для AVR
Утилита программирования	ChipBlasterAVR — универсальная утилита для внутрисистемного программирования

3. Микропрограммное обеспечение

3.1. Операционные системы

Наименование, ссылка	Описание
FreeRTOS http://www.freertos.org/	Многоплатформенная открытая операционная система реального времени (ОСРВ), которую абсолютно бесплатно можно использовать в коммерческих применениях.

Библиотека для работы с числами с плавающей запятой для процессоров AVR (15 Kb)

Написание программ на avr

Популярное

Программирование микроконтроллеров AVR фирмы Atmel