Атмега 16 самоделки
Добавил пользователь Skiper Обновлено: 19.09.2024
По моему мнению, чтобы быстро научится программировать практически любой микроконтроллер, существующий в мире, нужно освоить язык C и пользоваться JTAG-отладкой, конечно, помимо изучения технической документации. Поясню свою мысль. Компиляторы языка C существуют практически для всех существующих микроконтроллеров. Поэтому язык С давно зарекомендовал себя, как кроссплатформенный ассемблер. Его знание освобождает от необходимости изучения ассемблерных команд для каждого нового семейства микроконтроллеров. JTAG-отладка, в свою очередь, обеспечивает не только возможность внутрисхемного поиска ошибок, но и помогает изучать микроконтроллер изнутри. Я думаю, что для всех очевиден тот факт, что при просто программировании без отладки даже простых микроконтроллеров мы подходим к изучению системы, как к черному ящику с входами и выходами. Такой подход, особенно на начальном этапе, затрудняет обучение. C другой стороны JTAG-отлдака позволяет забраться во внутрь, посмотреть как выполняется программа по шагам, посмотреть, что происходит в памяти и регистрах, запустить волнение до точек останова, выполнять дизассемблированный вариант программы. Эта возможность позволяет значительно ускорить обучение.
Такие микроконтроллеры как AVR, STM8, MSP430, AVR32, STM32, EFM32, Renesas RX имеют компиляторы языка С и возможность отладки при помощи интерфейса JTAG. Единой кроссплатформенной средой для этих многих других микроконтроллеров является Embedded Workbench. Хоть среда и платная, но есть возможность использовать 30-дневную бесплатную версию или версию с ограничением по размеру кода. Для начального изучения нового семейства месяца может быть вполне достаточно. После чего можно составить свое мнение о семействе и решить продолжить с ним работу на бесплатных инструментах, либо для небольших проектов пользоваться версией ограниченной по размеру кода. Для больших коммерческих продуктов можно и приобрести данную среду.
Также я считаю, что начинать изучение лучше с семейств AVR, STM8, MSP430. Работу этих микроконтроллеров проще понять, потому что они имеют сравнительно простую систем команд, небольшое количество регистров процессора и периферии. Начинать лучше с написания простых примеров, постепенно переходя к написанию своих библиотек. Все это хорошо охватывается головой. Для первого знакомства это очень удачно.
Для примеров, рассмотренных далее, я выбрал AVR, потому что это наиболее популярное в микроконтроллерном мире семейство. Я думаю, что с него проще начать, но не стоит им ограничиваться.
Выбор JTAG-отладчика
Для внутрисхемной отладки написанных на языке C программ нам потребуется JTAG-отладчик для микроконтроллеров AVR. Самыми доступными по цене и простыми в изготовления являются клоны фирменного отладчика AVR JTAGICE. Такой клон можно заказать по небольшой цене с eBay. Качество здесь, как лотерея.
Также клоны производит, например, фирма Olimex. Есть классический вариант, подключаемый к компьютеру через COM-порт и более новый вариант, где подключение осуществляется по интерфейсу USB.
При личном изготовлении такого клона, если нет возможности сделать свою печатную плату, можно использовать только DIP-компоненты, что упростит монтаж. Ранняя версия Evertool, который содержит в себе клон JTAGICE, была сделана именно так.
В основе большинства клонов JTAGICE лежит схема, изображенная на рисунке снизу. Точнее часть, которая называется JTAGICE section. Ядром отладчика является микроконтроллер Atmega16L. Если хотим получить подключение клона JTAGICE по USB, то меняем микросхему преобразования уровней MAX3232 на микросхему FTDI FT232. Однако FT232 в DIP-корпусе не выпускают, а цены на DIP-модули с данной микросхемой довольно высоки. Поэтому тут уже одной монтажной платой и DIP-компонентами не отделаешься. Придется либо, как вариант, припаять FT232 тонкими проводами к макетке, либо вытравить хлорным железом однослойную печатную плату с нормальным посадочным местом.
Прошивку можно найти в папке установки AVR Studio 4 или скачать здесь.
Недостатком клонов JTAGICE, описанных выше, является то, что в AVR Studio 6 они не поддерживаются. Однако в старой версии AVR Studio 4 и старых и новых версиях IAR для AVR данные клоны прекрасно поддерживаются.
Для отладки примеров кода на C, написанных далее, я пользовался клоном, сделанным по данной схеме. Микросхема MAX3232 в нем замена на ADM3202, что сути не меняет.
Отладочная плата
В качестве отладочной платы я буду использовать цифровой термометр, собранный мной на макетной плате. Питается плата по USB, ядром является микроконтроллер Atmega16 в DIP-корпусе. Микроконтроллер тактируется от кварцевого резонатора частотой 16 МГц и обвязан минимально необходимым набором пассивных компонентов (конденсаторы по 22 пФ для кварца, резистор 10 кОм на подтяжку линии Reset к питанию, конденсаторы 0,1 мкФ по питанию). Для программирования и отладки микроконтроллера выведены два стандартных разъема шестиконтактный AVR ISP и десятиконтактный AVR JTAG. На плате есть аналоговый температурный датчик, статический семисегментный индикатор на три цифры, дополнительный светодиод. Индикационный светодиод и сегменты индикатора подключены к микроконтроллеру через токоограничивающие резисторы по 500 Ом. Каждый из трех семисегментных индикаторов подключен к выводам с нулевого по шестой одного из портов A, B и D. Индикационный светодиод подключен к 7-му выводу порта D. Выход аналогового датчика подключен к 7-му выводу порта A (7-й канал встроенного АЦП).
Все элементы были спаяны проводом МГТФ.
Среда разработки IAR
Для написания и отладки программ будем использовать среду IAR Embedded Workbench for Atmel AVR, а именно бесплатную ее версию с ограничением по размеру кода в 4 Кб. Для небольших проектов на языке С для микроконтроллеров семейства AVR этого вполне достаточно.
Зайдем сюда и почитаем, что обеспечивает последняя версия IAR для AVR на текущий момент времени. Отладчик JTAGICE, о котором говорилось выше, как и раньше, поддерживается.
В списке поддерживаемых семейств есть megaAVR.
Убедившись, что наш JTAG-отладчик и отладочная плата пойдут, скачаем IAR.
Установщик позволяет зарегистрироваться с лицензией Kickstart.
После установки, чтобы зарегистрировать IAR, придется заполнить анкету регистрации.
Создадим пустой проект для наших задач. Мы выбираем язык C и вариант AVR Studio 4 compatible output, на случай если придется зашивать выходной hex-файл средствами AVR Studio 4.
После выбора языка перед нами появится совсем пустой почти пустой source-файл.
Перейдем к настройкам нашего проекта. Т.к. мы будем писать программы для Atmega16, выберем данный микроконтроллер в графе Processor configuration.
В пункте меню Debugger выберем JTAGICE.
В пункте меню Debugger-> JTAGICE выберем номер COM-порта, к которому подключен отладчик.
Для корректной работы определений значащих битов регистров периферии микроконтроллера в библиотеках среды также необходимо поставить
галочку Enable bit definitions in I/O-Include files в пункте меню General Options->System.
Программирование и отладка
Прежде чем приступить к описанию примеров, нужно объяснить некоторые особенности среды IAR. В заголовочном файле iom16.h, который содержит определения адресов регистров для Atmega16, есть макросы, которые позволяют обращаться к конкретным битам регистров внутренней периферии, следующим образом:
Можно использовать любой из этих вариантов. И выбор здесь состоит в удобстве использования конкретного варианта и простоте последующего понимания написанного.
В среде IAR есть возможность использования встроенной функции задержки __delay_cycles(x), где x — это время задержки в тактах. Для нашего случая задержка на один такт это 1/16000000 = 62,5 нс.
Теперь, когда мы знаем эти два момента, можно двинуться к первому примеру, где происходит просто мигание светодиодом, при помощи исключающего или.
Для установки и записи битов управляющих регистров DDRD и PORTD нежелательно использовать просто запись (DDRD = 0x01, DDRD = 0x00) без побитовой дизъюнкции и конъюнкции (DDRD |= 0x01, DDRD &= ~0x01, DDRD |= (1 Download and Debug или нажмем сочетание клавиш Ctrl+D или на иконку с красным треугольником, после этого, если нет синтаксических ошибок в коде, мы перейдем в режим отладки, в котором нам доступны команды пошагового выполнения Step Over, Step Into, Step Out, Next Statement, Go, Reset. Помимо этого есть возможность использования точек останова. Это позволяет пройти программу по шагам и посмотреть, что происходит на каждом шаге в регистрах процессора и регистрах DDRD и PORTD порта D, запустить на выполнение, затем остановить, запустить до точки останова. Все это дает не только инструмент поиска ошибок, но также помогает лучше понять работу микроконтроллера. Научится быстрей с ним работать.
Второй пример это тоже мигание светодиодом, но уже с использованием дополнительных макрофункций.
Подход с использованием макрофункций обеспечивает удобство в двух отношениях. Первое это обеспечение улучшения читаемости кода. Второе это упрощение возможных исправлений. Теперь, если светодиод нужно перенастроить на другой вывод другого порта, достаточно поменять три определения LED_DDR, LED_PORT, LED_PIN, а не делать исправления по всему тексту программы. При написании библиотек это сильно упрощает жизнь.
Третий пример это реализация мигания светодиодом, при помощи машины состояний. Машина состояний – это один из вариантов реализации модели встраиваемого ПО микроконтроллера, в котором бесконечный цикл делится на ветки в зависимости от текущего сотояния.
В нашем примере, есть три состояния STATE_LOW_FREQ_BLINK, STATE_AVR_FREQ_BLINK, STATE_HIGH_FREQ_BLINK, которые соответствуют миганию светодиода с низкой частой, средней частотой и высокой частотой соответственно. Каждому состоянию соответствует своя величина задержки DELAY_TIME_LF, DELAY_TIME_AF, DELAY_TIME_HF, выполняемая в каждом проходе состояния. Одинаковый период нахождения в каждом состоянии обеспечивают определения LIMIT_CNT_LF, LIMIT_CNT_AF, LIMIT_CNT_HF, определяющие количество проходов-переключений для каждого состояния. Оператор switch обеспечивает переключение между состояниями в соответствии с текущим значением переменной curr_state. Переменная state_cnt инкрементируется в каждом проходе состояния до достижения предела переключений в состоянии. Оператор if определяет, достигнут ли предел переключений. Если предел достигнут, происходит переход в следующее состояние, счетчик проходов state_cnt обнуляется.
Под отладкой теперь, кроме уже описанного выше, можно в View->Watch посмотреть значение переменных curr_state и state_cnt.
Четвертый пример посвящен работе с восьмиразрядным таймером (TIMER0) микрокотроллера. В данном примере в качестве второго светодиода используется один из сегментов семисегментного индикатора, подключенный к 6-му выводу порта D.
В рассматриваемом примере в функции main() после настройки светодиодов происходит настройка нулевого таймера, которая состоит в установке битов в управляющем регистре TCCRO. Т.к. мы будем использовать режим работы таймера Normal, то биты WGM00 и WGM01 должны равняться нулю. Начальное значение и так равно нулю, поэтому просто их не трогаем. Биты CS00, СS01, СS02 устанавливаем так чтобы получить максимальный делитель (1024) частоты тактирования 16 МГц.
После деления получим частоту работы таймера 15625 Гц, что соответствует тику в 64 мкс. Наиболее близкий к 10 мс мы получим, если умножим тик на 156 (156 * 0,000064 c = 0,009984 c = 10 мс). Поэтому, чтобы получить генерацию прерывания по обработке события переполнения каждые 10 мс, необходимо загрузить в счетный TCNT0 регистр 99 (255-156 = 99). Т.к. таймер начнет считать с 99, а прерывание сгенерируется при достижении 255, то мы и получим путь в 156 тиков.
Далее в примере, чтобы генерация прерываний по переполнению нулевого таймера происходила, происходит установка бита TOIE0 в регистре маскирования прерываний TIMSK. После чего делаем глобальное разрешение всех маскируемых прерываний макрофункцией _SEI().
Определения всех векторов прерываний есть в заголовочной файле iom16.h:
Логика работы программы представляет уже описанную в первом примере систему с суперциклом, где обеспечивается квазипараллельная работа основного цикла и обработчика прерывания. В основном цикле проиходит переключение шестого вывода порта D с периодом 500 мс. Основной цикл прерывается каждые 10 мс на обработку прерывания по переполнения нулевого таймера. Обработка осуществляет при помощи функции-обработчика ISR_TickTimer(), которая вызывается по этому событию. В данной функции путем инкрементрования переменной T0_tick_cnt происходит подсчет 10-ти милисекундных тиков. Когда переменная T0_tick_cnt достигает 100 (т.е. прошла одна секунда), при помощи оператора if в обработчике определяется это событие. После чего переменная T0_tick_cnt и происходит переключение вывода 7 порта D, что обеспечивает мигание второго светодиода с периодом 1000 мс.
При отладке данного примера можо поставить точку останова, как в основном цикле, так и в обработчике прерываний.
Пятый пример представляет собой по логике работы предыдущий пример, но с использованием макрофункций.
Выставки битов в управляющем регистре нулевого таймера TCCRO, при настройке, осуществляется при помощи макрофункции TIMER0_SET_CLK_DIV(x), аргумент которой x определяет насколько будет делиться частота тактирования и выбирается из набора определений F_CPU_DIV_1, F_CPU_DIV_8, F_CPU_DIV_64, F_CPU_DIV_256, F_CPU_DIV_1024. Запись начального значения в регистре счета TCNT0 осуществляется при помощи макрофункции TIMER0_SET_CNT(x), где аргумент x – это собственно начальное значение (в нашем случае TCNT0_VALUE = 99). Установка бита TOIE0 в регистре маскирования прерываний TIMSK проиходит при помощи макрофункции TIMER0_OVF_INT_ON().
Все примеры в виде проекта IAR можно скачать здесь.
Заключение
Если этот пост вызовет интерес, то в следующей части рассмотрим примеры работы со встроенным АЦП, семисегментниками. После чего соберем все рассмотренные примеры в программный проект цифрового термометра.
Дополнение
Если есть потребность получить hex-файл программы написанной в IAR, то сделать это совсем не сложно. Достаточно в настройках проекта на вкладке Linker->Output и на вкладке Linker->Extra Output произвести настройки, как на скриншотах ниже. После этого, если произвести пересборку проекта нажав Project->Rebuild All в подпапке [название проекта]\Debug\Exe можно будет найти hex-файл. Который можно будет зашить программатором AVR910, клоном STK500 или любым другим доступным программатором.
--> -->
--> Ваш браузер
chrome 19.0.1061.1
Ниже представлена схема простого термометра на PIC'е. Описание не требуется, и так все понятно. В архиве находится файл для Proteus'а и программа в HEX. Поэтому Вы сами сможете промоделировать схему и посмотреть как она работает.
В последнее время конструирование цифровых термометров очень популярно. Применение микроконтроллеров (МК) и современных датчиков температуры позволяет упростить подобные устройства до предела. Однако цифровые термометры с питанием от сети — явно не лучший вариант для портативного прибора, которым пользуются всего несколько раз в сутки.
Для отображения показаний радиолюбители применяют в термометрах либо светодиодные индикаторы, потребляющие довольно большой ток и, следовательно, неоптимальные при батарейном питании, либо дорогостоящие ЖКИ со встроенным контроллером. Между тем существуют дешевые ЖКИ без контроллера, например ИЖЦ5-4/8
Таймер — одна из наиболее популярных радиолюбительских конструкций Вниманию читателей предлагается еще один вариант В отличие от других подобных устройств на микроконтроллерах, здесь выдержку устанавливают не нажатиями на кнопки, а обычным переменным резистором.
Простота управления, цифровая индикация, возможность быстрой установки нового значения выдержки делают этот таймер удобным для применения в качестве кухонного Продолжительность выдержки может быть любой пределах 1. 85 мин.
Мне иногда приходится заниматься ремонтом телефонных аппаратов. И я здорово надоел жене с просьбой перезвонить домой, чтобы проверить аппарат. Так родилась эта простенькая схемка и программка к ней. Написал для тех процессоров, что были под рукой - PIC16F84 и PIC16F628.
Это приставка на PIC для проверки телефонных аппаратов. Просто выдает сигнал вызова одну секунду и четыре секунды паузы. И так по кругу и беспрерывно.
Этой зимой нам пришлось надолго уехать из дому. Но как быть? Ведь могут же и обворовать. Квартира месяц без хозяев стоит! Именно в целях сохранности этой самой квартиры и её содержимого я собрал данное устройство.
Это устройство представляет собой хитрый таймер, который управляет четырьмя нагрузками. Хитрость этого таймера заключается в том, что каждый день он сам решает в какое время зажжется свет и в когда потухнет (псевдослучайные числа). Происходит это в 3 часа ночи. А промежутки, в которые свет может включиться и выключится, установлены таким образом, чтобы имитировать присутствие людей в квартире. (Включение с 17:00 до 19:00, выключение с 23:00 до 1:00, эти промежутки адаптированы "под зиму", и легко меняются, так как они записаны в EEPROM). Также, устройство управляет освещением двух аквариумов, которое включает и выключает в фиксированное в памяти время.
Это цифровые часы, оснащенные четырьмя большими светодиодными дисплеями, которые показывают время в формате, который вы можете прочитать с другого конца комнаты:
Термометр на Attiny85 и термопаре
Наноамперметр на Attiny84
В этой статье описывается простой измеритель слабых токов, который можно использовать для замера потребления в спящем режиме различных цифровых схем, в том числе и на микроконтроллерах. Он позволяет измерять токи от 30нА до 10 мкA с достаточной точностью, и собран на микроконтроллере ATtiny84 и нескольких других недорогих деталях.
Простой USB-осциллограф на Tiny45
Ниже представлен проект USB-осциллографа, который вы сможете собрать своими руками. Возможности USB-осциллографа минимальны, но для многих радиолюбительских задач вполне сойдет. Также, схема данного USB-осциллографа может использоваться как основа для построения более серьезных схем. В основе схемы стоит микроконтроллер Atmel Tiny45.
Анализатор спектра на Atmega32
В статье описан небольшой анализатор аудиоспектра (0 - 10 кГц), состоящий из ЖК-дисплея 16x2 и микроконтроллера ATmega32. Используется простой алгоритм ДПФ (Дискретное Преобразование Фурье). БПФ (Быстрое Преобразование Фурье) отличается от ДПФ только большей скоростью но и более сложным алгоритмом.
Электронный замок с ключами iButton на AVR
Замок имеет простую конструкцию и предназначен в основном для индивидуального использования. Замок работает с любыми типами ключей iButton, поэтому можно применять уже имеющиеся ключи, предназначенные для других целей. Всего в память может быть записано до 9 ключей, хотя это количество можно легко увеличить. Для авторизации процесса программирования используется мастер-ключ, код которого занесен в ПЗУ и не может быть стерт или изменен обычной процедурой программирования замка.
Регуляторы мощности на AVR
Для управления инерционной нагрузкой часто применяются тиристорные регуляторы мощности, работающие по принципу подачи на нагрузку нескольких полупериодов сетевого напряжения с последующей паузой. Преимуществом таких регуляторов является то, что моменты коммутации тиристоров совпадают с моментами перехода сетевого напряжения через ноль, поэтому уровень радиопомех резко снижен. Кроме того, такой регулятор, в отличие от регулятора с фазовым управлением, не содержит аналоговых пороговых элементов, что увеличивает стабильность работы и упрощает настройку.
ШИМ-регулятор на ATtiny2313
В этой статье описан проект ШИМ-контроллера для регулировки скорости вращения вентилятора. Для данного устройства использовался микроконтроллер Atmel Attiny2313.
Емкостный тач-сенсор на AVR
Схема емкостного датчика, представленная в этой статье может использоваться как сенсорная клавиатура. Емкостный сенсор реагирует на изменение емкости на электроде из-за приближения проводящего объекта, например, пальца.
Измеритель емкости на AVR
Этот измеритель емкости может измерять емкость конденсаторов с разрешением 1 пФ в нижнем конце диамазона. Максимальная измеряемая емкость - 10000 мкФ. Реальная точность не известна, но линейная ошибка лежит в пределах максимум 0.5 % , и обычно меньше 0.1% (получено измерением параллельно подключенных нескольких конденсаторов). Наибольшие затруднения возникают при измерении электролитических конденсаторов большой емкости.
1.JPG" />
void main(void)
// Declare your local variables here
P.s. Много еще о чем хотел написать, но это уже получится не обзор, а огромная статья. Готов ответить на вопросы в рамках своей компетенции, в привате или комментариях. Очень много уроков по AVR можно подсмотреть тут.
Читайте также: