Как сделать микроконтроллер
Добавил пользователь Алексей Ф. Обновлено: 04.10.2024
КАК СДЕЛАТЬ РОБОТА:
СХЕМЫ, МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ,
ПРОГРАММИРОВАНИЕ РОБОТОВ
Робототехника для начинающих. Как сделать робота в домашних условиях своими руками.
Как сделать простого робота и мини робота с программным управлением.
Программирование микроконтроллеров AVR. Схемы роботов. Описания. Примеры программ.
Об инверсном подключении моторов и о простейшем поисковом поведении. Робот будет не просто следовать на свет, а при его отсутствии замирать, но будет пытаться искать источник света, поворачиваясь в его поиске, или следовать по границе освещенного пространства. Кроме того, мы рассмотрим, как сделать робота, следующего по линии, с одним датчиком без использования дополнительных микросхем.
Поделки с микроконтроллерами – вопрос, как никогда актуальный и интересный. Ведь мы живем в 21 веке, эпохе новых технологий, роботов и машин. На сегодняшний день каждый второй, начиная с малого возраста, умеет пользоваться интернетом и различного рода гаджетами, без которых порою и вовсе сложно обойтись в повседневной жизни.
Поэтому в этой статье мы будем затрагивать, в частности, вопросы пользования микроконтроллерами, а также непосредственного применения их с целью облегчения миссий, каждодневно возникающих перед всеми нами. Давайте разберемся, в чем ценность этого прибора, и как просто использовать его на практике.
Микроконтроллер и его предназначение
Микроконтроллер − это чип, целью которого является управление электрическими приборами. Классический контроллер совмещает в одном кристалле, как работу процессора, так и удаленных приборов, и включает в себя оперативное запоминающее устройство. В целом, это монокристальный персональный компьютер, который может осуществлять сравнительно обыкновенные задания.
Из этого следует, что применить такое устройство можно в технике для вычисления, такой, как калькулятор, материнка, контроллеры компакт-дисков. Используют их также в электробытовых аппаратах – это и микроволновки, и стиральные машины, и множество других. Также микроконроллеры широко применяются в индустриальной механике, начиная от микрореле и заканчивая методиками регулирования станков.
Микроконроллеры AVR
Ознакомимся с более распространенным и основательно устоявшимся в современном мире техники контроллером, таким как AVR. В его состав входят высокоскоростной RISC-микропроцессор, 2 вида затратной по энергии памяти (Flash-кэш проектов и кэш сведений EEPROM), эксплуатационная кэш по типу RAM, порты ввода/вывода и разнообразные удаленные сопряженные структуры.
- рабочая температура составляет от -55 до +125 градусов Цельсия;
- температура хранения составляет от -60 до +150 градусов;
- наибольшая напряженность на выводе RESET, в соответствии GND: максимально 13 В;
- максимальное напряжение питания: 6.0 В;
- наибольший электроток линии ввода/вывода: 40 мА;
- максимальный ток по линии питания VCC и GND: 200 мА.
Возможности микроконтроллера AVR
Абсолютно все без исключения микроконтроллеры рода Mega обладают свойством самостоятельного кодирования, способностью менять составляющие своей памяти драйвера без посторонней помощи. Данная отличительная черта дает возможность формировать с их помощью весьма пластичные концепции, и их метод деятельности меняется лично микроконтроллером в связи с той либо иной картиной, обусловленной мероприятиями извне или изнутри.
Обещанное количество оборотов переписи кэша у микроконтроллеров AVR второго поколения равен 11 тысячам оборотов, когда стандартное количество оборотов равно 100 тысячам.
Конфигурация черт строения вводных и выводных портов у AVR заключается в следующем: целью физиологического выхода имеется три бита регулирования, а никак не два, как у известных разрядных контроллеров (Intel, Microchip, Motorola и т. д.). Это свойство позволяет исключить потребность обладать дубликатом компонентов порта в памяти с целью защиты, а также ускоряет энергоэффективность микроконтроллера в комплексе с наружными приборами, а именно, при сопутствующих электрических неполадках снаружи.
Всем микроконтроллерам AVR свойственна многоярусная техника пресечения. Она как бы обрывает стандартное течение русификатора для достижения цели, находящейся в приоритете и обусловленной определенными событиями. Существует подпрограмма преобразования запрашивания на приостановление для определенного случая, и расположена она в памяти проекта.
Когда возникает проблема, запускающая остановку, микроконтроллер производит сохранение составных счетчика регулировок, останавливает осуществление генеральным процессором данной программы и приступает к совершению подпрограммы обрабатывания остановки. По окончании совершения, под шефствующей программы приостановления, происходит возобновление заранее сохраненного счетчика команд, и процессор продолжает совершать незаконченный проект.
Поделки на базе микроконтроллера AVR
Поделки своими руками на микроконтроллерах AVR становятся популярнее за счет своей простоты и низких энергетических затрат. Что они собой представляют и как, пользуясь своими руками и умом, сделать такие, смотрим ниже.
"Направлятор"
Такое приспособление проектировалось, как небольшой ассистент в качестве помощника тем, кто предпочитает гулять по лесу, а также натуралистам. Несмотря на то, что у большинства телефонных аппаратов есть навигатор, для их работы необходимо интернет-подключение, а в местах, оторванных от города, это проблема, и проблема с подзарядкой в лесу также не решена. В таком случае иметь при себе такое устройство будет вполне целесообразно. Сущность аппарата состоит в том, что он определяет, в какую сторону следует идти, и дистанцию до нужного местоположения.
Важно: прежде чем уходить, нужно сохранить место отправки, куда после надо возвратиться, и стрелка будет показывать на эту точку, но это будет выполнено лишь при условии работы спутников.
Построение схемы осуществляется на основе микроконтроллера AVR с тактированием от наружного кварцевого резонатора на 11,0598 МГц. За работу с GPS отвечает NEO-6M от U-blox. Это, хоть и устаревший, но широко известный и бюджетный модуль с довольно четкой способностью к установлению местонахождения. Сведения фокусируются на экране от Nokia 5670. Также в модели присутствуют измеритель магнитных волн HMC5883L и акселерометр ADXL335.
Измеритель магнитных волн HMC5883L
Беспроводная система оповещения с датчиком движения
Полезное устройство, включающее в себя прибор перемещения и способность отдавать, согласно радиоканалу, знак о его срабатывании. Конструкция является подвижной и заряжается с помощью аккумулятора или батареек. Для его изготовления необходимо иметь несколько радиомодулей HC-12, а также датчик движения hc-SR501.
Прибор перемещения HC-SR501 функционирует при напряжении питания от 4,5 до 20 вольт. И для оптимальной работы от LI-Ion аккумулятора следует обогнуть предохранительный светодиод на входе питания и сомкнуть доступ и вывод линейного стабилизатора 7133 (2-я и 3-я ножки). По окончанию проведения этих процедур прибор приступает к постоянной работе при напряжении от 3 до 6 вольт.
Датчик движения HC-SR501
Внимание: при работе в комплексе с радиомодулем HC-12 датчик временами ложно срабатывал. Во избежание этого необходимо снизить мощность передатчика в 2 раза (команда AT+P4). Датчик работает на масле, и одного заряженного аккумулятора, емкостью 700мА/ч, хватит свыше, чем на год.
Минитерминал
Приспособление проявило себя замечательным ассистентом. Плата с микроконтроллером AVR нужна, как фундамент для изготовления аппарата. Из-за того, что экран объединён с контроллером непосредственно, то питание должно быть не более 3,3 вольт, так как при более высоких числах могут возникнуть неполадки в устройстве.
Преобразователь LM2577
Вам следует взять модуль преобразователя на LM2577, а основой может стать Li-Ion батарея емкостью 2500мА/ч. Выйдет дельная комплектация, отдающая постоянно 3,3 вольта во всём трудовом интервале напряжений. С целью зарядки применяйте модуль на микросхеме TP4056, который считается бюджетным и достаточно качественным. Для того чтобы иметь возможность подсоединить минитерминал к 5-ти вольтовым механизмам без опаски сжечь экран, необходимо использовать порты UART.
Основные аспекты программирования микроконтроллера AVR
Кодирование микроконтоллеров зачастую производят в стиле ассемблера или СИ, однако, можно пользоваться и другими языками Форта или Бейсика. Таким образом, чтобы по факту начать исследование по программированию контроллера, следует быть оснащенным следующим материальным набором, включающим в себя: микроконтроллер, в количестве три штуки — к высоковостребованным и эффективным относят — ATmega8A-PU, ATtiny2313A-PU и ATtiny13A- PU.
Чтобы провести программу в микроконтроллер, нужен программатор: лучшим считают программатор USBASP, который дает напряжение в 5 Вольт, используемое в будущем. С целью зрительной оценки и заключений итогов деятельности проекта нужны ресурсы отражения данных − это светодиоды, светодиодный индуктор и экран.
Программатор USBASP 2.0
Чтобы исследовать процедуры коммуникации микроконтроллера с иными приборами, нужно числовое приспособление температуры DS18B20 и, показывающие правильное время, часы DS1307. Также важно иметь транзисторы, резисторы, кварцевые резонаторы, конденсаторы, кнопки.
С целью установки систем потребуется образцовая плата для монтажа. Чтобы соорудить конструкцию на микроконтроллере, следует воспользоваться макетной платой для сборки без пайки и комплектом перемычек к ней: образцовая плата МВ102 и соединительные перемычки к макетной плате нескольких видов — эластичные и жесткие, а также П-образной формы. Кодируют микроконтроллеры, применяя программатор USBASP.
Простейшее устройство на базе микроконтроллера AVR. Пример
Итак, ознакомившись с тем, что собой представляют микроконтроллеры AVR, и с системой их программирования, рассмотрим простейшее устройство, базисом для которого служит данный контроллер. Приведем такой пример, как драйвер низковольтных электродвигателей. Это приспособление дает возможность в одно и то же время распоряжаться двумя слабыми электрическими двигателями непрерывного тока.
Предельно возможный электроток, коим возможно загрузить программу, равен 2 А на канал, а наибольшая мощность моторов составляет 20 Вт. На плате заметна пара двухклеммных колодок с целью подсоединения электромоторов и трехклеммная колодка для подачи усиленного напряжения.
Устройство выглядит, как печатная плата размером 43 х 43 мм, а на ней сооружена минисхемка радиатора, высота которого 24 миллиметра, а масса – 25 грамм. С целью манипулирования нагрузкой, плата драйвера содержит около шести входов.
Заключение
В заключение можно сказать, что микроконтроллер AVR является полезным и ценным средством, особенно, если дело касается любителей мастерить. И, правильно использовав их, придерживаясь правил и рекомендаций по программированию, можно с легкостью обзавестись полезной вещью не только в быту, но и в профессиональной деятельности и просто в повседневной жизни.
Сегодня ночью я не лег спать. Включил фоном какую-то киношку с Джеки Чаном и быстренько спаял второй USB-программатор AVR-ок из датагорского кита Project-5 D-AVR910.
Теперь у меня на столе лежит два одинаковых программатора. А всё для того, чтобы попробовать новую прошивку. Эти близняшки буду шить друг друга. Все опыты проводятся под MS Windows XP SP3.
Цель — увеличение скорости работы и расширение совместимости программатора.
Ассемблер для микроконтроллера с нуля. Часть 7. Компиляция, отладка, загрузка
Привет датагорцам и гостям нашего кибер-города! В предыдущих частях материала по Ассемблеру основное внимание уделялось оформлению кода, в то время как компиляция, компоновка, отладка и загрузка программы в МК были упомянуты вскользь [1–5], либо вовсе не рассматривались.
Пришло время остановиться на указанных и сопутствующих [6–9] вопросах подробнее.
Ассемблер для микроконтроллера с нуля. Часть 6. Протоколы обмена данными I2C и SPI
В проекте из предыдущей части нашей ассемблерной эпопеи мы подключали к микроконтроллеру светодиод и потенциометр, которые не поддерживают обратной связи с МК и не являются цифровыми, т. е. не оперируют численными значениями.
То же самое можно сказать и о некоторых других внешних устройствах: кнопке, терморезисторе, реле и т. д.
Без сомнения, все указанные элементы очень важны для создания того или иного девайса, но обойтись только ими вряд ли удастся. Рано или поздно вам придётся использовать более сложные устройства с собственными контроллерами на борту, которые уже могут общаться с микроконтроллером в двустороннем порядке, причём в цифровом формате, могут преобразовывать данные (уровень освещённости, угол поворота ротора серводвигателя) в численное значение для передачи его в МК либо, наоборот, число, полученное из МК — в текущее значение какого-либо своего параметра (частота генерируемого сигнала, порог срабатывания сенсора).
Кроме того, нередко возникает необходимость обмена информацией с другим девайсом на базе МК, смартфоном или компьютером.
Во всех этих случаях движение данных между сторонами обмена регламентируется набором правил, именуемых протоколом, с двумя из которых — I2C и SPI — мы сегодня и познакомимся.
Теперь, когда мы уже ознакомлены с некоторыми возможностями и функциями микроконтроллеров, естественно, возникает логичный вопрос: что нужно для программирования микроконтроллеров? Какие необходимы программы и устройства, где их взять?
Для того чтобы микроконтроллер мог решать задачи и выполнять определенные функции, его нужно запрограммировать, т. е. записать в него программу или же код программы.
Структура и порядок написания программы
Первым делом, прежде чем приступить к написанию любой программы, а точнее кода программы, следует четко представлять, какие функции будет выполнять микроконтроллер. Поэтому сначала нужно определить конечную цель программы. Когда она определена и полностью понятна, тогда составляется алгоритм работы программы. Алгоритм – это последовательность выполнения команд. Применение алгоритмов позволяет более четко структурировать процесс написания кода, а при написании сложных программ часто позволяет сократить время, затрачиваемое на их разработку и отладку.
Следующим этапом после составления алгоритма является непосредственное написание кода программы. Программы для микроконтроллеров пишутся на языке Си или Ассемблере. Только Ассемблер больше относится к набору инструкций, нежели к языку программирования и является языком низкого уровня.
Мы будем писать программы на Си, который относится к языку высокого уровня. Программы на Си пишутся гораздо быстрее по сравнению с аналогичными на Ассемблере. К тому же все сложные программы пишутся преимущественно на Си.
Здесь мы не будем сравнивать преимущества и недостатки написания программ на Ассемблере и Си. Со временем, приобретя некоторый опыт в программировании МК, вы сами для себя сделаете полезные выводы.
Сам код программы можно писать в любом стандартном текстовом редакторе, например в Блокноте. Однако на практике пользуются более удобными редакторами, о которых будет сказано далее.
Компиляция программы
Написанный нами код на Си еще вовсе не понятен микроконтроллеру, поскольку МК понимает команды только в двоичной (или шестнадцатеричной) системе, которая представляет собой набор нулей и единиц. Поэтому Си-шный код нужно преобразовать в нули и единицы. Для этого применяется специальная программа, называемая компилятор, а сам процесс преобразования кода называется компиляция.
Далее откомпилированный готовый код нужно поместить в микроконтроллер, а точнее записать его в память микроконтроллера или, проще говоря, прошить микроконтроллер.
Для прошивки МК применяется устройство, называемое программатор. В зависимости от типа программатора вход его подключается к COM или USB порту, а выход к определенным выводам микроконтроллера.
Существует широкий выбор программаторов и отладочных плат, однако нас вполне устроит самый простой программатор USBASP, который в Китае стоит не более 3 $.
Теперь давайте подытожим этапы программирования микроконтроллеров.
При написании простых программ можно обойтись без второго пункта, т. е. без составления алгоритма на бумаге, его достаточно держать в голове.
Следует заметить, что отладку и тестирование программы также выполняют до прошивки МК.
Необходимый набор программ
Существует множество полезных и удобных программ для программирования МК. Они бывают как платные, так и бесплатные. Среди них можно выделить три основных:
Все эти программы относятся к IDE – Integrated Development Environment – интегрированная среда разработки. В них можно писать код, компилировать и отлаживать его.
Следует обратить внимание на Code Vision AVR. Эта IDE позволяет упростить и ускорить написание кода. Однако программа платная.
На начальном этапе программирования все программы лучше прописывать вручную, без каких-либо упрощений. Это поможет быстро приобрести необходимые навыки, а в дальнейшем хорошо понимать и редактировать под свои нужды коды, написанные кем-то другим. Поэтому я рекомендую использовать программу Atmel Studio. Во-первых, она абсолютно бесплатна и постоянно обновляется, а во-вторых она разработана компанией, изготавливающей микроконтроллеры на которых мы будем учиться программировать.
Прошивка и отладка программы
Прошивать микроконтроллеры мы будем с помощью дополнительной программы AVRDUDE .
Если микроконтроллера в наличии нет, то его работу можно эмитировать с помощью программы Proteus. Она значительно упрощает процесс отладки программы даже при наличии МК, чтобы его часто не перепрошивать, ведь любой МК имеет конечное число перезаписей, хотя это число и достаточно большое.
Еще один важный элемент, который нам пригодится – это техническая документация на МК, называемая datasheet. В общем, нужно скачать datasheet на микроконтроллер ATmega8.
Итак, полный набор для программирования МК состоит из таких элементов:
2) Datasheet на ATmega8
5) Программатор USB ASP (+ драйвер на него)
6) Макетная плата
7) Микроконтроллер ATmega8
Если микроконтроллера нет в наличии, не стоит откладывать изучение микроконтроллеров на потом, достаточно скачать и установить:
Читайте также: