Systemy Wbudowane. Arduino, AVR (wersja 2019) Arduino. Arduino. Oprogramowanie. Rys historyczny. Mikrokontroler

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Systemy Wbudowane. Arduino, AVR (wersja 2019) Arduino. Arduino. Oprogramowanie. Rys historyczny. Mikrokontroler"

Karolina Marczak
4 lat temu
Przeglądów:

Mikrokontroler Platforma Mikrokontroler AVR Uno Systemy Wbudowane IDE: Środowisko Preprocesor kodu Terminal Uruchamianie, AVR (wersja 09) mgr inż. Marek Wilkus http://home.agh.edu.

Wejścia/wyjścia cyfrowe podłączenie urządzeń zewnętrznych, Urządzenia wewnętrzne, Komunikacja z komputerem, Przerwania. https://www.sites.google.

1 Mikrokontroler Platforma Mikrokontroler AVR Uno Systemy Wbudowane IDE: Środowisko Preprocesor kodu Terminal Uruchamianie, AVR (wersja 09) mgr inż. Marek Wilkus Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej AGH Kraków Oprogramowanie IDE: C: Podstawowe techniki programowania mikrokontrolerów, Budowa programu, Sterowanie wyjściami, Wejścia/wyjścia cyfrowe podłączenie urządzeń zewnętrznych, Urządzenia wewnętrzne, Komunikacja z komputerem, Przerwania. DIY Layout Creator: Uniwersalne bloki sterujące. Jeden moduł, cechy późniejszych mikrokontrolerów. System mikroprocesorowy w postaci jednego układu scalonego. Zintegrowane: UnoArduSim: Mikrokontroler WinAVR: 3 KiCAD: Fritzing: CPU RAM Pamięć programu Urządzenia I/O Dodatkowe urządzenia Użycie jednego układu: oszczędność miejsca, energii, łatwa rozbudowa i programowanie systemu. 5 6

97 Texas Instruments TMS000 98x - BASIC Stamp miniaturyzacja, niska cena, łatwe

Pierwszy mikrokontroler Wewnętrzne źródło częstotliwości Programowanie: Mask-ROM

Początek serii MCS-48 Programowanie: in-system, lub Mask-ROM.

Różnorodność modeli: od ATTiny do AVR3 Pamięć Flash dla programu Pamięć Flash dla

Assembler Basic (BASCOM) C Obecność platform np.. Otwarte narzędzia deweloperskie.

3kB pamięci Flash na program (3kB dostępne - bootloader) kb RAM kb EEPROM GPIO: 4

2 97 Texas Instruments TMS000 98x - BASIC Stamp miniaturyzacja, niska cena, łatwe zastosowania hobbystyczne. Pierwszy mikrokontroler Wewnętrzne źródło częstotliwości Programowanie: Mask-ROM Bardzo wysokie ceny 976 Intel 8048 (MCS-48): Programowanie jak EPROM kb ROM 8B RAM Początek serii MCS-48 Programowanie: in-system, lub Mask-ROM. Układ hybrydowy, Łatwe programowanie, także Programowanie w BASIC. Wciąż produkowane. i późniejszych 5. Assembler PIC: Atmel AVR: Programowanie jak EPROM, 993 Pamięć EEPROM. Różnorodność modeli. Programowanie: Assembler C Duża pamięć programu (4-5kB) Wiele urządzeń wewnętrznych Różnorodność modeli: od ATTiny do AVR3 Pamięć Flash dla programu Pamięć Flash dla użytkownika Niska cena Łatwe programowanie: Komercyjne narzędzia. Wciąż rozwijane. Assembler Basic (BASCOM) C Obecność platform np.. Otwarte narzędzia deweloperskie. Wciąż rozwijane. 9 0 Uno Mikrokontroler: AVR ATMega38 6MHz. 3kB pamięci Flash na program (3kB dostępne - bootloader) kb RAM kb EEPROM GPIO: 4 pinów (6 PWM) 6 wejść analogowych Interfejs z komputerem: USB-RS3. Programowanie przez USB. Zasilanie: 5V, własna stabilizacja. Platforma programistyczna dla systemów wbudowanych. Open Hardware (z wyjątkami). Pojedynczy moduł. Mikrokontroler AVR. Wbudowany interfejs mikrokontroler-komputer. Programowanie: C. Środowisko: IDE.

AVR AVR: Co otrzymujemy? 8-bitowy, jednoukładowy mikrokontroler RISC.

timer 6-bitowy liczniki kanałów PWM kanałów ADC, 0-bitowe przerwania z GPIO BOR, WDT, Możliwość pracy z wewnętrznym oscylatorem, Programowanie ISP (In-System Programming), 3 4 C Informacje Eliminuje

Zabezpiecza przed problemami z konfiguracją wstępną (Fuse-bity). Dostarcza użytecznych bibliotek funkcji. Kod podobny do C++, konwertowany do C.

3 AVR AVR: Co otrzymujemy? 8-bitowy, jednoukładowy mikrokontroler RISC. Pamięć programu: Flash, Pamięć operacyjna: Statyczny RAM, Dodatkowa pamięć Flash dla programów użytkownika, Wyprowadzenia wielofunkcyjne, Wbudowane interfejsy i przetworniki, 6 6 timery 8-bitowe timer 6-bitowy liczniki kanałów PWM kanałów ADC, 0-bitowe przerwania z GPIO BOR, WDT, Możliwość pracy z wewnętrznym oscylatorem, Programowanie ISP (In-System Programming), 3 4 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: Niższa niż w przypadku czystego C wydajność i większy rozmiar kodu. Toleruje techniki marnujące pamięć operacyjną. Podręczniki: Monk S. - dla początkujących Podstawy i szkice Helion : Kurs (PL) Evans B. - Beginning programming - Apress 0. 5 Informacje Manual Co jest niezbędne? 6 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. 7 8

4 IDE programowanie. Sprawdzenie kodu Załadowanie do Monitor portu terminal Nowy plik Nie stosować danych binarnych!! Otwórz/zapisz Informacje kompilatora Użyty wirtualny port szeregowy 9 C 0 Podstawowe techniki Co dzieje się gdy uruchamiamy kod? Dyrektywa preprocesora #define: Biblioteki #define nazwa wartość Plik INO Preprocesor Plik.C Podczas kompilacji wystąpienia nazwy zostaną zastąpione wartością. Np. AVR-GCC.c.o.elf hex Plik.HEX AVRDude #define ledpin 3 Ustawienia platformy USB lub RS3 Zamieni występowanie ledpin na 3. W przypadku zmiany konstrukcji zmiana jednej linii kodu. Podstawowe techniki Podstawowe typy danych volatile nie buforuje zmiennej w rejestrach: boolean wartość logiczna (prawda/fałsz), zajmuje bajt danych. char, unsigned char = byte (0..55). int, unsigned int = word (0..^6-). Zmiennoprzecinkowe: float (4B), double (4B). string jako tablica char'ów lub typ z biblioteki. volatile int stan; Gdy zmienna ta zostanie zmieniona poza programem (np. w trakcje procedury przerwania) zostanie użyta jej aktualna wartość. W nowszych wersjach kompilator automatycznie stara się ustawić buforowanie zmiennych. 3 4

Budowa programu #define ledpin Budowa programu 3 #define ledpin 3 void main() setup(); while() loop(); serialevent(); 5 6 LED Zmienne i funkcje #define ledpin 3 Wymagany rezystor obniżający prąd.

5 Budowa programu #define ledpin Budowa programu 3 #define ledpin 3 void main() setup(); while() loop(); serialevent(); 5 6 LED Zmienne i funkcje #define ledpin 3 Wymagany rezystor obniżający prąd. Vcc=5V Typowy LED 3mm: IF=0mA, VF=V unsigned int R= Vcc-VF delay(50); IF delay(50); (5-) / 0.0 = 50 Ω A w praktyce Ω 7 8 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. 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. 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. HIGH LOW ma wbudowane rezystory podciągające i nie ma potrzeby używania zewnętrznych! 9 ma wbudowane rezystory podciągające i nie ma potrzeby używania zewnętrznych! 30

6 Zmienne i funkcje, wejścia #define ledpin 3 Zmienne i funkcje, wejścia #define ledpin 3 unsigned int k = 0; #define resetpin unsigned int k = 0; #define resetpin if (!digitalread(resetpin)) delay(00); if (!digitalread(resetpin)) delay(00); delay(50); delay(50); HIGH delay(50); delay(50); 3 3 Zmienne i funkcje, wejścia #define ledpin 3 Funkcja delay i jej konsekwencje Istnieją dwie metody projektowania programu wykonywanego okresowo: Korzystając z delay w przyszłości trudny do rozbudowy, unsigned int k = 0; #define resetpin Korzystając z licznika wymaga odpowiedniego zaprojektowania (jako maszyna stanowa), lecz umożliwia łatwą rozbudowę, if (!digitalread(resetpin)) delay(00); delay(50); 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) delay(50); unsigned long previousmillis=0; unsigned long currentmillis = millis(); LOW INPUT + digitalwrite(high) = INPUT_PULLUP 33 Przerwania #define ledpin 3 #define resetpin volatile unsigned int void reset() Przerwania #define ledpin 3 delay(50); delay(50); attachinterrupt(0,reset,low); delay(50); delay(50); #define resetpin volatile unsigned int void reset() 34 Wersja z millis kod otwarty na rozbudowę attachinterrupt(0,reset,low); 35 Przerwanie Pin 0 3 delay(); millis(); = const Serial.Read()...36!

7 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 = ; unsigned int k = ; 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 6F 00 O Koniec. Serial.println( /nkoniec. ); 37 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); 38 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() loop(); serialevent(); Biblioteka EEPROM Biblioteki Adres w EEPROM (0) Wbudowane pozwalają na obsługę: #include <EEPROM.h> EEPROMu, Zaawansowanych protokołów szeregowych, Wyświetlacza LCD, Kart SD, Interfejsu SPI, Portu szeregowego na dowolnym wyprowadzeniu, Specjalistycznych urządzeń zewnętrznych. Serial.begin(9600); Adres w EEPROM (0) int a=0; int v; int poprzednie=0; void serialevent() if (Serial.available()>0) int k=serial.parseint(); EEPROM.write(a,k); 4 Adres w EEPROM (0) v=eeprom.read(a); if (poprzednie!=v) Serial.println(v); poprzednie=v; Wartość (bajt!) 4

$DATA +5V 43 Biblioteka DHT 44 Przykład zastosowania Pin DHT Serial.print("DHT, \t"); int chk = DHT.read(DHT_PIN); Serial.print(chk); #define DHT_PIN Serial.$

8 DHT- DHT- Sensor temperatury i wilgotności działający na jednoprzewodowej magistrali. Zasilanie: 5V Podłączenie: ---> Komunikacja dwustronna *C, max 80RH Uwaga na pin 3/4! GND 3 4 Pulled to 5V! DATA +5V 43 Biblioteka DHT 44 Przykład zastosowania Pin DHT Serial.print("DHT, \t"); int chk = DHT.read(DHT_PIN); Serial.print(chk); #define DHT_PIN Serial.print(",\t"); #define F_PIN 4 Odczytaj wskazania do #define TEMP_MAX 9 DHT.humidity i.temperature Serial.print(DHT.humidity, ); Serial.print(",\t"); double temp = DHT.temperature; Serial.println(temp, ); Serial.begin(9600); if (temp>= TEMP_MAX) Serial.println("Termostat "); Serial.println(); digitalwrite(f_pin,high); pinmode(f_pin, OUTPUT); digitalwrite(f_pin,low); else digitalwrite(f_pin,low); delay(000); #include <dht.h> dht DHT; 45 DHT Uno K7 M N400 BC547 K 46

Podobne dokumenty

Systemy Wbudowane. Arduino, AVR. Arduino. Arduino. Arduino. Oprogramowanie. Mikrokontroler. Mikrokontroler Platforma Arduino. Arduino IDE: Arduino C:

Systemy Wbudowane. Arduino, AVR. Arduino. Arduino. Arduino. Oprogramowanie. Mikrokontroler. Mikrokontroler Platforma Arduino. Arduino IDE: Arduino C: Mikrokontroler Platforma Systemy Wbudowane IDE:, AVR mgr inż. Marek Wilkus Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej AGH Kraków Mikrokontroler AVR Uno Środowisko Terminal Uruchamianie http://home.agh.edu.pl/~mwilkus