Печать

Занятие №1. Простейшая программа

Автор: AntonChip Опубликовано . Опубликовано в Программирование на Си

Рейтинг:   / 61
ПлохоОтлично 

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.

Рис. 1

Через резистор R2 на вход PD0 подается плюс напряжения питания, что соответствует сигналу логической единице. При замыкании кнопки напряжение падает до нуля, что соответствует логическому нулю. В дальнейшем R2 можно исключить из схемы, заменяя его на внутренний нагрузочный резистор, введя необходимые настройки в программе. Светодиод подключен к выходу порта PB0 через токоограничивающий резистор R3. Для того чтобы зажечь светодиод надо подать в линию PB0 сигнал логической единицы. Задающий тактовый генератор будем использовать внутренний на 4MHz, так как в устройстве нет высоких требований к стабильности частоты.

Теперь пишем программу. Для написания программ я использую программную среду AVR Studio и WinAvr. Открываем AVR Studio, всплывает окошко приветствия, нажимаем кнопку "Создать новый проект" (New project), далее выбираем тип проекта - AVR GCC, пишем имя проекта например "cod1", ставим обе галочки "Создать папку проекта" и "Создать файл инициализации", нажимаем кнопку "Далее", в левом окошке выбираем "AVR Simulator", а в правом тип микроконтроллера "Atmega8", нажимаем кнопку "Финиш", открывается редактор и дерево категорий проекта - начальные установки закончены.

Для начала добавим стандартный текст описаний для Atmega8 с помощью оператора присоединения внешних файлов: #include

синтаксис директивы #include

#include <имя_файла.h>
#include “имя_файла.h”

Угловые скобки < и > указывают компилятору, что подключаемые файлы нужно сначала искать в стандартной папке WinAvr с именем include. Двойные кавычки “ и “ указывают компилятору начинать поиск с директории, в которой хранится проект.

Для каждого типа микроконтроллера есть свой заголовочный файл. Для ATMega8 этот файл называется iom8.h, для ATtiny2313 – iotn2313.h. В начале каждой программы мы должны подключать заголовочный файл того микроконтроллера, который мы используем. Но есть и общий заголовочный файл io.h. Препроцессор обрабатывает этот файл и в зависимости от настроек проекта включает в нашу программу нужный заголовочный файл.

Для нас первая строчка программы будет выглядеть вот так:

#include <avr/io.h>

Любая программа на языке Си должна обязательно содержать одну главную функцию. Она имеет имя main. Выполнение программы всегда начинается с выполнения функции main. У функции есть заголовок – int main(void) и тело – оно ограниченно фигурными скобками {}.

int main(void)
{
тело функции
}

В тело функции мы и будем добавлять наш код. Перед именем функции указывается тип возвращаемого значения. Если функция не возвращает значение – используется ключевое void.

int – это целое 2-х байтное число, диапазон значений от – 32768 до 32767

После имени функции в скобках () указываются параметры, которые передаются функции при ее вызове. Если функция без параметров – используется ключевое слово void. Функция main содержит в себе набор команд, настройки системы и главный цикл программы.

Далее настраиваем порт D на вход. Режим работы порта определяется содержимым регистра DDRD(регистр направления передачи информации). Записываем в этот регистр число "0x00" (0b0000000 – в двоичном виде), кроме кнопки к этому порту ничего не подключено, поэтому настраиваем весь порт D на вход. Настроить порт поразрядно можно записав в каждый бит регистра числа 0 или 1 (0-вход, 1-выход), например DDRD = 0x81 (0b10000001) - первая и последняя линия порта D работают на выход, остальные на вход. Необходимо также подключить внутренний нагрузочный резистор. Включением и отключением внутренних резисторов управляет регистр PORTx, если порт находится в режиме ввода. Запишем туда единицы.

Настраиваем порт B на выход. Режим работы порта определяется содержимым регистра DDRB. Ничего кроме светодиода к порту B не подключено, поэтому можно весь порт настроить на выход. Это делается записью в регистр DDRB числа "0xFF". Для того чтобы при первом включении светодиод не загорелся запишем в порт B логические нули. Это делается записью PORTB = 0x00;

Для присвоения значений используется символ "=" и называется оператором присваивания, нельзя путать со знаком "равно"

Настройка портов будет выглядеть так:

DDRD = 0x00;
PORTD = 0xFF;
DDRB = 0xFF;
PORTB = 0x00;

Пишем основной цикл программы. while ("пока" с англ.) - эта команда организует цикл, многократно повторяя тело цикла до тех пор пока выполняется условие, т. е пока выражение в скобках является истинным. В языке Си принято считать , что выражение истинно, если оно не равно нулю, и ложно, если равно.

Команда выглядит следующим образом:

while (условие)
{
тело цикла
}

В нашем случае основной цикл будет состоять лишь из одной команды. Эта команда присваивает регистру PORTB инвертируемое значение регистра PORTD.

PORTB = ~PIND; //взять значение из порта D, проинвертировать его и присвоить PORTB (записать в PORTB)

// выражения на языке Си читаются справа налево

PIND регистр ввода информации. Для того, чтобы прочитать информацию с внешнего вывода контроллера, нужно сначала перевести нужный разряд порта в режим ввода. То есть записать в соответствующий бит регистра DDRx ноль. Только после этого на данный вывод можно подавать цифровой сигнал с внешнего устройства. Далее микроконтроллер прочитает байт из регистра PINx. Содержимое соответствующего бита соответствует сигналу на внешнем выводе порта. Наша программа готова и выглядит так:

#include <avr/io.h>

int main (void)
{
DDRD = 0x00; //порт D - вход
PORTD = 0xFF; //подключаем нагрузочный резистор
DDRB = 0xFF; //порт B - выход
PORTB = 0x00; //устанавливаем 0 на выходе

while(1)
{
PORTB = ~PIND; //~ знак поразрядного инвертирования
}
}

В языке Си широко используются комментарии. Есть два способа написания.

/*Комментарий*/
//Комментарий

При этом компилятор не будет обращать внимание на то что написано в комментарии.

Если используя эту же программу и подключить к микроконтроллеру 8 кнопок и 8 светодиодов, как показано на рисунке 2, то будет понятно что каждый бит порта D соответствует своему биту порта B. Нажимая кнопку SB1 - загорается HL1, нажимая кнопку SB2 - загорается HL2 и т.д.

Занятие №1. Простейшая программа

Рисунок 2

В статье были использованы материалы из книги Белова А.В. "Самоучитель разработчика устройств на AVR"

Комментарии  

0 #41 Dima777 16.02.2015 18:19
А как узнать или задать напряжение на выходе из портов? Я смотрю ставите 220ОМ - это для 5 вольт? А если мне необходимо 15-20, это мне через отдельный силовой транзистор нужно подключать? А микроконтроллер будет выполнять переключения?
Сообщить модератору
+1 #42 Alekseeey 17.01.2016 19:53
Автору +100 по карме за подробное объяснение
Сообщить модератору

Рекомендуем посмотреть