Готово, пора бы посмотреть что получилось. Жми на компиляцию и запуск эмуляции (Ctrl+F7).

Отладка
Пробежали всякие прогресс бары, студия переменилась и возле входа в функцию main появилась желтая стрелочка. Это то где процессор в текущий момент, а симуляция на паузе.

Дело в том, что изначально, на самом деле, она стояла на строке UBRRL = LO(bauddivider); Ведь то что у нас в define это не код, а просто предварительные вычисления, вот симулятор немного и затупил. Но теперь он осознал, первая инструкция выполнена и если ты залезешь в дерево I/O View , в раздел USART и поглядишь там на байт UBBRL то увидишь, что там значение то уже есть! 0х33.

Сделай еще один шаг. Погляди как изменится содержимое другого регистра. Так прошагай их все, обрати внимание на то, что все указаные биты выставляются как я тебе и говорил, причем выставляются одновременно для всего байта. Дальше Return дело не пойдет — программа кончилась.

Вскрытие
Теперь сбрось симуляцию в ноль. Нажми там Reset (Shift+F5) . Открывай дизассемблированный листинг, сейчас ты увидишь что происходит в контроллере в самом деле. View -> Disassembler . И не ЫЫАААА!!! Ассемблер!!! УЖОС!!! А НАДО. Чтобы потом, когда что то пойдет не так, не тупил в код и не задавал ламерских вопросах на форумах, а сразу же лез в потроха и смотрел где у тебя затык. Ничего там страшного нет.

Вначале будет ботва из серии:

00000000: 940C002A JMP 0x0000002A Jump +00000002: 940C0034 JMP 0x00000034 Jump +00000004: 940C0034 JMP 0x00000034 Jump +00000006: 940C0034 JMP 0x00000034 Jump +00000008: 940C0034 JMP 0x00000034 Jump +0000000A: 940C0034 JMP 0x00000034 Jump +0000000C: 940C0034 JMP 0x00000034 Jump +0000000E: 940C0034 JMP 0x00000034 Jump +00000010: 940C0034 JMP 0x00000034 Jump +00000012: 940C0034 JMP 0x00000034 Jump +00000014: 940C0034 JMP 0x00000034 Jump +00000016: 940C0034 JMP 0x00000034 Jump +00000018: 940C0034 JMP 0x00000034 Jump +0000001A: 940C0034 JMP 0x00000034 Jump +0000001C: 940C0034 JMP 0x00000034 Jump +0000001E: 940C0034 JMP 0x00000034 Jump +00000020: 940C0034 JMP 0x00000034 Jump +00000022: 940C0034 JMP 0x00000034 Jump +00000024: 940C0034 JMP 0x00000034 Jump +00000026: 940C0034 JMP 0x00000034 Jump +00000028: 940C0034 JMP 0x00000034 Jump

Это таблица векторов прерываний. К ней мы еще вернемся, пока же просто посмотри и запомни, что она есть. Первая колонка — адрес ячейки флеша в которой лежит команда, вторая код команды третья мнемоника команды, та самая ассемблерная инструкция, третья операнды команды. Ну и автоматический коммент.
Так вот, если ты посмотришь, то тут сплошные переходы. А код команды JMP четырех байтный, в нем содержится адрес перехода, записанный задом наперед — младший байт по младшему адресу и код команды перехода 940C

0000002B: BE1F OUT 0x3F,R1 Out to I/O location

Запись этого нуля по адресу 0x3F, Если ты поглядишь в колонку I/O view, то ты увидишь что адрес 0x3F это адрес регистра SREG — флагового регистра контроллера. Т.е. мы обнуляем SREG, чтобы запустить программу на нулевых условиях.

0000002C: E5CF LDI R28,0x5F Load immediate +0000002D: E0D4 LDI R29,0x04 Load immediate +0000002E: BFDE OUT 0x3E,R29 Out to I/O location +0000002F: BFCD OUT 0x3D,R28 Out to I/O location

Это загрузка указателя стека. Напрямую грузить в I/O регистры нельзя, только через промежуточный регистр. Поэтому сначала LDI в промежуточный, а потом оттуда OUT в I/O. О стеке я тоже еще расскажу подробней. Пока же знай, что это такая динамическая область памяти, висит в конце ОЗУ и хранит в себе адреса и промежуточные переменные. Вот сейчас мы указали на то, откуда у нас будет начинаться стек.

00000032: 940C0041 JMP 0x00000041 Jump

Прыжок в сааааамый конец программы, а там у нас запрет прерываний и зацикливание наглухо само на себя:

00000041: 94F8 CLI Global Interrupt Disable +00000042: CFFF RJMP PC-0x0000 Relative jump

Это на случай непредвиденых обстоятельств, например выхода из функции main. Из такого зацикливания контроллер можно вывести либо аппаратным сбросом, либо, что вероятней, сбросом от сторожевой собаки — watchdog. Ну или, как я говорил выше, подправить это мест в хекс редакторе и ускакать куда нам душе угодно. Также обрати внимание на то, что бывает два типа переходов JMP и RJMP первый это прямой переход по адресу. Он занимает четыре байта и может сделать прямой переход по всей области памяти. Второй тип перехода — RJMP — относительный. Его команда занимает два байта, но переход он делает от текущего положения (адреса) на 1024 шага вперед или назад. И в его параметрах указывается смещение от текущей точки. Используется чаще, т.к. занимает в два раза меньше места во флеше, а длинные прееходы нужны редко.

00000034: 940C0000 JMP 0x00000000 Jump

А это прыжок в самое начало кода. Перезагрузка своего рода. Можешь проверить, все вектора прыгают сюда. Из этого вывод — если ты сейчас разрешишь прерывания (они по дефолту запрещены) и у тебя прерывание пройзойдет, а обработчика нет, то будет программный сброс — программу кинет в самое начало.

Функция main. Все аналогично, даже можно и не описывать. Посмотри только что в регистры заносится уже вычисленное число. Препроцессор компилятора рулит!!! Так что никаких «магических» чисел!

00000036: E383 LDI R24,0x33 Load immediate +00000037: B989 OUT 0x09,R24 Out to I/O location 15: UBRRH = HI(bauddivider); +00000038: BC10 OUT 0x20,R1 Out to I/O location 16: UCSRA = 0; +00000039: B81B OUT 0x0B,R1 Out to I/O location 17: UCSRB = 1<

А вот тут косяк:

0000003E: E080 LDI R24,0x00 Load immediate +0000003F: E090 LDI R25,0x00 Load immediate +00000040: 9508 RET Subroutine return

Спрашивается, для чего это компилятор добавляет такую ботву? А это не что иное, как Return 0, функцию то мы определили как int main(void) вот и просрали еще целых четыре байта не пойми на что:) А если сделать void main(void) то останется только RET, но появится варнинг, что мол у нас функция main ничего не возвращает. В общем, поступай как хошь:)

Сложно? Вроде бы нет. Пощелкай пошаговое исполнение в режиме дизассемблера и позырь как процессор выполняет отдельные инструкции, что при этом происходит с регистрами. Как происходит перемещение по командам и итоговое зацикливание.

Продолжение следует через пару дней …

Offtop:
Alexei78 сварганил плагинчик для файрфокса облегчающий навигацию по моему сайту и форуму.
Обсуждение и скачивание,

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.

Решил написать небольшую вводную статейку для тех, кто впервые взялся за программирование микроконтроллеров и никогда раньше не был знаком с языком Си. В подробности влезать не будем, обо всем понемногу, чтобы получить общее представление по работе с CodeVisionAVR.

Более подробную информацию можно посмотреть на английском языке в CodeVision User Manual, а также рекомендую сайт http://somecode.ru с видеоуроками по Си для микроконтроллеров и книгу «Как программировать на С» автор Дейтель, это единственная годная книга, с которой я сам начинал.

Начнем с того, что какие бы действия мы не делали, в конечном счете, все сводится к прошивке микроконтроллера. Сам процесс прошивки происходит следующим образом: при помощи некой программы выбирается файл прошивки, выбираются параметры, нажимается кнопочка и происходит непосредственно прошивка, которая, по сути, является копированием. Точно также как с компьютера на флешку вы копируете музыку или документы, физика процесса одна и та же.

Сама прошивка имеет расширение.hex и представляет собой набор инструкций, в виде единиц и нулей, который понятен микроконтроллеру. Откуда взять прошивку? Ее можно скачать с сайтов по электронике, либо написать самому. Написать ее можно в специальных программах, которые называются средой разработки. Из наиболее известных мне AVR Studio, IAR, CodeVision, WinAVR… Нельзя сказать, что какая из этих сред лучше или хуже, каждому свое. Можно сказать, что различаются эти программы в основном удобством, языком программирования и ценой. В пределах данного сайта, рассматривается только CodeVision.

Со средой разобрались, теперь разберемся с процессом написания прошивки. В CodeVision изначально нужно создать проект. Его можно создать при помощи мастера кода или пустой. В любом случае, нужно выбрать тип используемого микроконтроллера и указать его частоту. При использовании мастера, вам будет предложено выбрать начальные настройки и сгенерировать исходный код с настройками. Далее появится окно, в котором можно редактировать этот код. Хотя вы можете написать свой исходный код, в блокноте и потом прицепить его к проекту в настройках.

Файл с исходным кодом является набором команд на языке программирования, задача CodeVision`а перевести эти команды в двоичный код, ваша задача написать этот исходный код. CodeVision понимает язык Си, файлы с исходным кодом имеют расширение «.c». Но у CodeVision есть некоторые конструкции, которые не используются в Си, за это его многие программисты не любят, а используемый язык называют Си подобным. Однако, это не мешает писать серьезные проекты. Множество примеров, генератор кода, большой набор библиотек дает большой плюс CodeVision`у. Единственный минус, то что он платный, хотя есть бесплатные версии с ограничением кода.

Исходный код должен содержать заголовок с используемым типом микроконтроллера и функцию main. Например, используется ATtiny13

#include void main(void) { };

До функции main можно подключить необходимые библиотеки, объявить глобальные переменные, константы, настройки. Библиотека это отдельный файл, обычно с расширением «.h», в котором уже есть заранее написанный код. В одних проектах этот код может быть нам нужен, а в других не нужен. Например, в одном проекте мы используем жк дислей, а в другом не используем. Подключить библиотеку для работы с жк дисплеем «alcd.h», можно так:

#include #include void main(void) { };

Переменные это участки памяти, в которые можно поместить некие значения. Например, сложили два числа, результат нужно, где то сохранить, чтобы использовать в дальнейшем. Сначала необходимо объявить переменную, т.е. выделить под нее память, например:
int i=0;
т.е. мы объявили переменную i и поместили в нее значение 0, int – тип переменной, или проще говоря, означает размер выделенной памяти. Каждый тип переменных может хранить только определенный диапазон значений. Например, int можно записать числа от -32768 до 32767. Если нужно использовать числа с дробной частью значит, переменную нужно объявлять как float, для символов используют тип char.

bit, _Bit 0 или 1 char от -128 до 127 unsigned char от 0 до 255 int от -32768 до 32767 unsigned int от 0 до 65535 long int от -2147483648 до 2147483647 unsigned long int от 0 до 4294967295 float от ±1.175e-38 до ±3.402e38

Внутри функции main уже выполняется основная программа. После выполнения функции программа остановится, поэтому делают бесконечный цикл while, который крутит одну и ту же программу постоянно.

void main(void) { while (1) { }; };

В любой части исходного кода можно написать комментарий, на работу программы он влиять никак не будет, но будет помогать сделать пометки к написанному коду. Закомментировать строку можно двумя слешами //после этого компилятор будет игнорировать всю строку, либо несколько строк /**/, например:

/*Основные математические операции:*/ int i=0; //объявляем переменную i и присваиваем ей значение 0 //Сложение: i = 2+2; //после выполнения данного выражения переменная i будет равна 4 //Вычитание: i = 2-2; //после выполнения данного выражения переменная i будет равна 0 //Умножение: i = 2*2; //после выполнения данного выражения переменная i будет равна 4 //Деление: i = 2/2; //после выполнения данного выражения переменная i будет равна 1

Зачастую в программе требуется выполнить переход от одного куска кода к другому, в зависимости от условий, для этого существует условные операции if(), например:

if(i>3) //если i больше 3, то присвоить i значение 0 { i=0; } /*если i меньше 3, то перейти к коду следующему после тела условия, т.е. после скобок {}*/

Также if можно использовать совместно с else – иначе

if(i<3) //если i меньше 3, то присвоить i значение 0 { i=0; } else { i=5; //иначе, т.е. если i больше 3, присвоить значение 5 }

Также имеется операция сравнения «==» ее нельзя путать с «=» присвоить. Обратная операция не равно «!=», допустим

if(i==3)//если i равно 3, присвоить i значение 0 { i=0; } if(i!=5) //если i не равно 5, присвоить i значение 0 { i=0; }

Перейдем к более сложным вещам – функциям. Допустим, у вас есть некий кусок кода, который повторяется несколько раз. Причем этот код довольно большой в размерах. Писать его каждый раз неудобно. Например, в программе, каким то образом изменяется переменная i, при нажатии на кнопку 0 и 3 порта D выполняется одинаковый код, который в зависимости от величины переменной i включает ножки порта B.

void main(void) { if(PIND.0==0) //проверяем нажата ли кнопка на PD0 { if(i==0) //если i==0 включить PB0 { PORTB.0=1; } if(i==5) // если i==5 включить PB1 { PORTB.1=1; } } … if(PIND.3==0)// выполняем тоже самое, при проверке кнопки PD3 { if(i==0) { PORTB.0=1; } if(i==5) { PORTB.1=1; } } }

В общем, то код не очень большой, но он мог бы быть еще и больше во много раз, поэтому гораздо удобнее было бы создать свою функцию.
Например:

void i_check() { if(i==0) { PORTB.0=1; } if(i==5) { PORTB.1=1; } }

void означает что функция ничего не возвращает, об этом чуть ниже i_check() – это название нашей функции, можете назвать как угодно, я назвал именно так – проверка i. Теперь мы можем переписать наш код:

void i_check() { if(i==0) { PORTB.0=1; } if(i==5) { PORTB.1=1; } } void main(void) { if(PIND.0==0) //проверяем нажата ли кнопка на PD0 { i_check(); } … if(PIND.3==0) { i_check(); } }

Когда код будет доходить до строчки i_check(); то он перепрыгнет внутрь функции и выполнит код внутри. Согласитесь, код компактнее и нагляднее, т.е. функции помогают заменить одинаковый код, всего на одну строчку. Обратите внимание, что функция объявляется вне основного кода, т.е. до функции main. Можно сказать, да зачем мне это надо, но изучая уроки вам часто будут попадаться функции, например очистка жк экрана lcd_clear() — функция не принимает никаких параметров и ничего не возвращает, однако очищает экран. Иногда эта функция используется чуть ли не через строчку, так что экономия кода очевидна.

Намного интереснее выглядит применение функции, когда она принимает значения, например, есть переменная c и есть функция sum, которая принимает два значения типа int. Когда основная программа будет выполнять эту функцию, то в скобках уже указаны аргументы, таким образом «a» станет равной двум, а «b» станет равной 1. Функция выполнится и «с» станет равна 3.

int c=0; void sum(int a, int b) { c=a+b; } void main(void) { sum(2,1); }

Одна из часто встречаемых подобных функций это перевод курсора у жк дисплея lcd_gotoxy(0,0); которая, кстати, тоже принимает аргументы – координаты по х и у.

Еще один вариант использования функции, когда она возвращает значение, теперь она уже не будет void, усовершенствуем предыдущий пример функции сложения двух чисел:

int c=0; int sum(int a, int b) { return a+b; } void main(void) { с=sum(2,1); }

Результат будет такой же как и в прошлый раз c=3, однако обратите внимание, мы переменной «с» присваиваем значение функции, которая уже не void, а возвращает сумму двух чисел типа int. Таким образом мы не привязываемся к конкретной переменной «с», что добавляет гибкости в использовании функций. Простой пример подобной функции — чтение данных АЦП, функция возвращает измеренное значение result=read_adc();. На этом закончим с функциями.

Теперь перейдем к массивам. Массив это связанные переменные. Например, у вас есть таблица синуса с несколькими точками, не будете же вы создавать переменные int sinus1=0; int sinus2=1; и т.д. для этого используют массив. Например, создать массив из трех элементов можно так:
int sinus={0,1,5};
в квадратных скобках указывается общее количество элементов массива. Присвоить переменной «с» значение третьего элемента можно таким образом:
с=sinus;
Обратите внимание, нумерация элементов массива начинается с нуля, т.е. «с» станет равна пяти. У данного массива элемента sinus не существует!!!
Отдельному элементу можно присвоить значение так:
sinus=10;

Возможно, вы уже успели заметить, что в CodeVision нет строковых переменных. Т.е. нельзя создать переменную string hello=”привет”; для этого придется создавать массив из отдельных символов.

lcd_putchar(hello); lcd_putchar(hello); lcd_putchar(hello);

и т.д.
Получается довольно громоздко, тут на помощь приходят циклы.
Например цикл while

while(PINB.0!=0) { }

Пока кнопка не нажата ничего не делать – гонять пустой цикл.

Еще один вариант цикл for

int i; for(i=0;i<6;i++) { lcd_putchar(hello[i]); }

Смысл точно такой же, как и у while только добавлено начальное условие i=0 и условие, выполняемое каждый цикл i++. Код внутри цикла максимально упрощен.

После того, как вы написали свою программу, исходный код компилируется, и если нет ошибок, то в папке с проектом вы получите заветную прошивку. Теперь можно прошивать микроконтроллер и наслаждаться работой устройства.

Не стоит сразу стараться использовать циклы, массивы и функции в своих прошивках. Ваша главная задача заставить прошивку работать, поэтому делайте так как вам проще не обращайте внимание на размер кода. Придет время когда захочется не просто писать рабочий код, а написать его красиво и компактно. Тогда можно будет углубиться в дебри языка Си. Желающим овладеть всем и сразу еще раз рекомендую книгу «Как программировать на Си», там много примеров и задач. Ставьте Visual Studio, создавайте консольное приложение win32 и там вволю тренируйтесь.

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.

Занятие №2. Переключение светодиода

Занятие №3. Мигание светодиодом

Занятие №4. Бегущие огни

Занятие №5. Бегущие огни с использованием таймера

Занятие №6. Бегущие огни. Использование прерываний по таймеру

Занятие №7. Операторы управления битами

Занятие №8. Реализация ШИМ

Цифровые устройства, например, микроконтроллер может работать только с двумя уровнями сигнала, т.е. ноль и единица или выключено и включено. Таким образом, вы можете легко использовать его для контроля состояния нагрузки, например включит или выключить светодиод. Так же вы можете использовать его для управления любым электрическим прибором, используя соответствующие драйверы (транзистор, симистор, реле и т.д.).Но иногда нужно больше, чем просто "включить" и "выключить" устройство. Поэтому, если вы хотите контролировать яркость светодиода (или лампы) или скорости двигателя постоянного тока, то цифровые сигналы просто не могу этого сделать. Эта ситуация очень часто встречается в цифровой технике и называется Широтно-Импульсной Модуляцией(PWM).