Systemy Wbudowane. Arduino, AVR (wersja ) Arduino. Arduino. Arduino. Oprogramowanie. Mikrokontroler

Transkrypt

1 Mikrokontroler Platforma Systemy Wbudowane IDE:, AVR (wersja 016-0) mgr inż. Marek Wilkus Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej AGH Kraków Mikrokontroler AVR Uno Środowisko Preprocesor kodu Terminal Uruchamianie 1 C: i inne urządzenia: Podstawowe techniki programowania mikrokontrolerów, Budowa programu, Sterowanie wyjściami, Wejścia/wyjścia cyfrowe podłączenie urządzeń zewnętrznych, Urządzenia wewnętrzne, Komunikacja z komputerem, Przerwania. Rozszerzanie wejść/wyjść, Sterowanie urządzeniami, Multipleksowanie, Port szeregowy, Konwersja protokołów. 3 Oprogramowanie Mikrokontroler IDE: System mikroprocesorowy w postaci jednego układu scalonego. Zintegrowane: Fritzing: KiCAD: WinAVR: UnoArduSim: CPU RAM Pamięć programu Urządzenia I/O Dodatkowe urządzenia Użycie jednego układu: oszczędność miejsca, energii, łatwa rozbudowa i programowanie systemu. DIY Layout Creator:

2 Uniwersalne bloki sterujące. Jeden moduł, cechy późniejszych mikrokontrolerów Texas Instruments TMS1000 Pierwszy mikrokontroler Wewnętrzne źródło częstotliwości Programowanie: Mask-ROM Bardzo wysokie ceny 1976 Intel 8048 (MCS-48): Programowanie jak EPROM 1kB ROM 18B RAM Początek serii MCS-48 Programowanie: lub Mask-ROM. i późniejszych PIC: Układ hybrydowy, Łatwe programowanie, także in-system, Programowanie w BASIC. Wciąż produkowane. Programowanie jak EPROM, 1993 Pamięć EEPROM. Różnorodność modeli. Programowanie: Assembler C Komercyjne narzędzia. Wciąż rozwijane. 9 Platforma programistyczna dla systemów wbudowanych. Open Hardware (z wyjątkami). Pojedynczy moduł. Mikrokontroler AVR. Wbudowany interfejs mikrokontroler-komputer. Programowanie: C. Środowisko: IDE. Duża pamięć programu (4-51kB) Wiele urządzeń wewnętrznych Różnorodność modeli: od ATTiny do AVR3 Pamięć Flash dla programu Pamięć Flash dla użytkownika Niska cena Łatwe programowanie: Atmel AVR: 8 198x - BASIC Stamp miniaturyzacja, niska cena, łatwe zastosowania hobbystyczne. Assembler Assembler Basic (BASCOM) C Obecność platform np.. Otwarte narzędzia deweloperskie. Wciąż rozwijane. 11 1

3 Uno AVR Mikrokontroler: AVR ATMega38 16MHz. 3kB pamięci Flash na program (31kB dostępne - bootloader) kb RAM 1kB EEPROM GPIO: 14 pinów (6 PWM) 6 wejść analogowych Interfejs z komputerem: USB-RS3. Programowanie przez USB. Zasilanie: 5V, własna stabilizacja. 8-bitowy, jednoukładowy mikrokontroler RISC. Pamięć programu: Flash, Pamięć operacyjna: Statyczny RAM, Dodatkowa pamięć Flash dla programów użytkownika, Wyprowadzenia wielofunkcyjne, Wbudowane interfejsy i przetworniki, BOR, WDT, Możliwość pracy z wewnętrznym oscylatorem, Programowanie ISP (In-System Programming), AVR: Co otrzymujemy? AVR: Co możemy podłączyć? timery 8-bitowe timer 16-bitowy liczniki kanałów PWM kanałów ADC, 10-bitowe przerwania z GPIO 3 8-bitowe porty GPIO, 6 kanałów PWM, USART, także z własnym timingiem, Wejścia ADC, Wejścia zliczające, Wejścia komparatora analogowego, SPI, IC, JTAG debugowanie (opcjonalnie) C Informacje Eliminuje konieczność ustawiania wbudowanych urządzeń przez konfigurację rejestrów sterujących. Ułatwia budowę programu. Znacznie przyspiesza testowanie i prototypowanie. Zabezpiecza przed problemami z konfiguracją wstępną (Fuse-bity). Dostarcza użytecznych bibliotek funkcji. Kod podobny do C++, konwertowany do C. Noty katalogowe i instrukcje: : Kurs (PL) Podręczniki: Niższa niż w przypadku czystego C wydajność i większy rozmiar kodu. Toleruje techniki marnujące pamięć operacyjną. 17 Monk S. - dla początkujących Podstawy i szkice Helion 014. Evans B. - Beginning programming - Apress

4 Informacje Manual Co jest niezbędne? Uno Parametry układu: Czy układ będzie spełniał zadanie w projekcie? Warunki pracy układu: Zasilanie. Moc wyjściowa. Warunki środowiskowe. Wydajność. Czy parametry używanych urządzeń są wystarczające? Programowanie: Mapa rejestrów i praca z urządzeniami Projekt na 1. Jakie urządzenia mają być obsługiwane? Wejście Wyjście Debug. Czy urządzenia wymagają specjalnego sterowania? Jakiego? (: max 0mA/pin) 3. Projekt konstrukcji Założenia programu, podstawowe parametry I/O, urządzeń, definicje I/O. Konstrukcja. Program weryfikujący konstrukcję. Właściwy program. Testowanie, poprawki. 1 IDE programowanie. C Co dzieje się gdy uruchamiamy kod? Sprawdzenie kodu Biblioteki Załadowanie do Monitor portu terminal Nowy plik Nie stosować danych binarnych!! Otwórz/zapisz Plik INO Preprocesor Plik.C AVR-GCC.c.o.elf hex Plik.HEX AVRDude Ustawienia platformy Informacje kompilatora USB lub RS3 Użyty wirtualny port szeregowy 3 4

5 Podstawowe techniki Podstawowe techniki Dyrektywa preprocesora #define: volatile nie buforuje zmiennej w rejestrach: volatile int stan; #define nazwa wartość Podczas kompilacji wystąpienia nazwy zostaną zastąpione wartością. Np. Zamieni występowanie ledpin na 13. W przypadku zmiany konstrukcji zmiana jednej linii kodu. Gdy zmienna ta zostanie zmieniona poza programem (np. w trakcje procedury przerwania) zostanie użyta jej aktualna wartość. 5 Podstawowe typy danych 6 Programowanie w pętli boolean wartość logiczna (prawda/fałsz), zajmuje 1 bajt danych. char, unsigned char = byte (0..55). int, unsigned int = word (0..^16-1). Zmiennoprzecinkowe: float (4B), double (8B). string jako tablica char'ów lub typ z biblioteki. Każdy program działający w systemie operacyjnym zaczyna się i kończy. Po zakończeniu programu następuje powrót do systemu operacyjnego. Mikrokontroler systemu operacyjnego nie posiada. Program wykonuje się w nieskończonej pętli. Można tworzyć pod-pętle wprowadzając różne tryby pracy. 7 Programowanie w pętli - przykład Zegar z budzikiem: Normalnie działanie: Wyświetlanie aktualnej godziny. Po naciśnięciu przycisku ustawienia godziny: Przyciskami H+/M+ można ustawić bieżącą godzinę. Zatwierdzamy dowolnym innym przyciskiem. Programowanie w pętli - przykład. : 56 Ust. godziny H+ Ust. alarmu M+ Zegar z budzikiem: Normalnie działanie: Wyświetlanie aktualnej godziny. Po naciśnięciu przycisku ustawienia godziny: Przyciskami H+/M+ można ustawić bieżącą godzinę. Zatwierdzamy dowolnym innym przyciskiem. Po naciśnięciu przycisku ustawienia alarmu Wyświetlenie godziny alarmu Przyciskami H+/M+ można ustawić godzinę alarmu. Zatwierdzamy dowolnym innym przyciskiem. 8 Po naciśnięciu przycisku ustawienia alarmu 9 Wyświetlenie godziny alarmu Przyciskami H+/M+ można ustawić godzinę alarmu. Zatwierdzamy dowolnym innym przyciskiem. Główna pętla: Odświeżanie aktualnej godziny, Czy wciśnięty przycisk ust. godziny? Odśwież aktualną godzinę Jeżeli wciśnięty H+ - zwiększ zmienną godzin, Jeżeli wciśnięty M+ zwiększ zmienną minut, Jeżeli wciśnięty inny przycisk opuść pętlę, Czy wciśnięty przycisk ust. alarmu? Odśwież godzinę alarmu, Jeżeli wciśnięty H+ - zwiększ godzinę alarmu, Jeżeli wciśnięty M+ zwiększ minutę alarmu, Jeżeli wciśnięty inny przycisk opuść pętlę, 30

6 Budowa programu #define ledpin Budowa programu 13 #define ledpin 13 void main() setup(); while(1) loop(); serialevent(); 31 3 LED Zmienne i funkcje Wymagany rezystor obniżający prąd. Vcc=5V Typowy LED 3mm: IF=0mA, VF=V unsigned int R= Vcc-VF IF (5-) / 0.0 = 150 Ω A w praktyce Ω 33 Wejścia idea rezystora podciągającego Stan logiczny HIGH to ok...5v. Stan LOW to V. Wejścia idea rezystora podciągającego Gdy dołączymy do wejścia stan niski (np. masę), prąd popłynie przez rezystor, a spadek napięcia na nim będzie wystarczający by na wejściu mikrokontrolera pojawił się stan niski. Prąd pobierany przez wejście przy sprawdzaniu stanu (pomiarze) jest minimalny, Wejście niepodłączone - wiszące w powietrzu (także podłączone do otwartego łącznika) - jest podatne na zakłócenia. Stany zmieniają się w nieprzewidywalny sposób. Są to tzw. stany nieustalone, Niezbędne jest użycie niewielkiego prądu, który zapewniłby wysoki stan logiczny gdy wejście jest niepodłączone, Prąd ten zapewniany jest przez rezystor podciągający (pull-up resistor) o wartości kilku kω, podłączony do zasilania. 34 Ponieważ rezystor ma sporą oporność, prąd płynący przez niego będzie zaś niski na tyle, by nie poczynić szkód w układzie. Rezystory podciągające są powszechnie stosowane w układach logicznych. HIGH LOW ma wbudowane rezystory podciągające i nie ma potrzeby używania zewnętrznych! ma wbudowane rezystory podciągające i nie ma potrzeby używania zewnętrznych! 35 36

7 Zmienne i funkcje, wejścia Zmienne i funkcje, wejścia unsigned int k = 0; #define resetpin 11 if (!digitalread(resetpin)) delay(100); if (!digitalread(resetpin)) delay(100); unsigned int k = 0; #define resetpin 11 HIGH Zmienne i funkcje, wejścia Funkcja delay i jej konsekwencje Istnieją dwie metody projektowania programu wykonywanego okresowo: Korzystając z delay w przyszłości trudny do rozbudowy, Korzystając z licznika wymaga odpowiedniego zaprojektowania (jako maszyna stanowa), lecz umożliwia łatwą rozbudowę, unsigned int k = 0; #define resetpin 11 if (!digitalread(resetpin)) delay(100); if (currentmillis - previousmillis >= 500) previousmillis = currentmillis; if (digitalread(ledpin)) else DigitalWrite(ledPin,HIGH); Wersja z delay: - W trakcie 500ms nie możemy nic zrobić (poza przerwaniami) unsigned long previousmillis=0; unsigned long currentmillis = millis(); LOW INPUT + digitalwrite(high) = INPUT_PULLUP 39 Przerwania #define resetpin volatile unsigned int void reset() Przerwania attachinterrupt(0,reset,low); #define resetpin volatile unsigned int void reset() 40 Wersja z millis kod otwarty na rozbudowę attachinterrupt(0,reset,low); 41 Przerwanie Pin delay(); millis(); = const Serial.Read()...4!

8 Port szeregowy komunikacja z komputerem Port szeregowy komunikacja z komputerem Serial.begin(9600); Serial.begin(9600); Serial.print("TO JEST TEST\n"); Serial.print("TO JEST TEST\n"); unsigned int k = 111; unsigned int k = 111; Serial.println(k); Serial.println(k,DEC); Serial.println(k,HEX); Serial.println(k,BIN); Serial.println(k); Serial.println(k,DEC); Serial.println(k,HEX); Serial.println(k,BIN); Serial.Write(k); Serial.Write(k); Serial.println( /nkoniec. ); TO JEST TEST F O Koniec. Serial.println( /nkoniec. ); 43 Port szeregowy komunikacja z komputerem Odbieranie danych: Port szeregowy komunikacja z komputerem Odbieranie danych: Tryb automatyczny: char bajt=0; if (Serial.available() > 0) bajt = Serial.read(); Serial.print("Bajt: "); Serial.println(bajt, DEC); 44 Tryb automatyczny: char bajt=0; if (Serial.available() > 0) bajt = Serial.read(); Serial.print("Bajt: "); Serial.println(bajt, DEC); void serialevent()... void serialevent()... To NIE jest przerwanie!!! void main() setup(); while(1) loop(); serialevent(); 45 Dziękuję