Краткий курс - Самоучитель - AVR - быстрый старт с нуля

Страница 4 - Краткий учебный курс - Самоучитель - AVR - быстрый старт с нуля.

ПРОГРАММА  для  AVR

ПО для микроконтроллеров AVR

Компиляторы  Си и     Симуляторы для микроконтроллеров AVR
ATmega ATtiny 

Книги и учебники по электронике и микроконтроллерам

Страницы курса :   заглавная    1   2   3   4   5   6   7   8   9

Задачи-упражнения курса по AVR  -   там

Микроконтроллыры AVR - параметрическая таблица

 
Скачать весь курс по AVR одним архивом на заглавной странице курса.

Это уже 4-я страница краткого курса !

Вы уже должны представлять себе  

1) что такое МК AVR и в чем его особенности 

2) как МК взаимодействует с электроникой подключенной к нему 

3) как МК преобразует напряжения на его ножках  в  "1" или "0"

4) что является посредником в общении программы с МК

5) какие напряжения на своих выводах может создавать МК  AVR

6) с чего нужно начать разработку эл. устройства

7) какая документация по МК особенно полезна и необходима

8) где найти книги и дополнительные материалы

Если вы читаете курс не первый раз и все равно не можете ответить на эти вопросы - наверно вам нужно остановится и попробовать найти ответы в прочитанной части курса либо в книгах.   

Иначе понимание дальнейшего материала курса может оказаться затруднительным. 

Список микроконтроллеров AVR

ВСЕ  АКТУАЛЬНЫЕ !
 

Итак ...

- вы определились с тем какое электронное устройство творите, 

- понимаете что оно должно делать, 

- нарисовали схему устройства физически способную выполнить вашу задумку ! - например слепили из кусочков взятых в ДШ, АпНоутах, опираясь на аналогичные проекты других электронщиков найденные в интернете и по советам других радио Губителей. 

Пора создавать программу которая, будучи загруженной (зашитой, прожженной) в МК, будет изменять физическое состояние его внутренностей и ножек делая записи в регистры МК и узнавать о физическом состоянии содержимого МК читая его регистры с целью выполнения задуманного вами.

Регистры...  регистры...  регистры... 

Короче - 

хотите что-то включить, выключить, поменять в МК - найдите
в ДШ те регистры и биты которые за это отвечают 
и выясните что именно нужно записать в них ! 

и у вас все получится...

Особенно просто и правильно вы этого добьетесь с помощью мастера интерактивного создания кода программы.

Про мастерконфигурации МК написано ниже.

Программу для МК удобно создавать в специальных программах - называются 
они компиляторы. 

Если кроме компилятора в пакете есть отладчик-симулятор и/или программатор то это уже IDE (интегрированная среда разработки). 

Компилятор позволяет написать программу для МК на универсальном языке программирования - одинаковом
и для ПК и для различных МК (кстати для МК требуется всего 3-5%
всех возможностей языка программирования). 

Текст программы набранный вами (или другими добрыми людьми) в компиляторе называют исходным кодом (или исходником или сырцом - англ: source code) 

Компилятор по вашей команде проверяет отсутствие ошибок в набранном исходнике и, если ошибок нет, преобразует исходник (компилирует его) в специальный файл обычно с расширением .hex  - его называют  "прошивка". 

Прошивку с помощью программатора  (для AVR это например 5 проводков с параллельного порта ПК) помещают во FLASH память программ МК и при
необходимости частично в его EEPROM.

Реклама недорогих радиодеталей почтой:

Очень трудно написать программу 
сразу правильно и без ошибок

поэтому 

Важнейшим этапом разработки электронного устройства является отладка программы МК.  

(программа МК называется - firmware).

Для отладки вы : 

- включаете ваше устройство с прошитым МК (либо симулятор МК)
- находите отклонения от требуемого алгоритма вызванные ошибками проги, 
- выявляете хитрыми способами эти ошибки, 
- вносите соответствующие изменения в исходный текст программы  
- опять компилируете  
- прошиваете новый .hex в МК и опять на верхний пункт этого списка

И так до победного конца - т.е. до тех пор 
 

пока устройство заработает так как вам нужно.

Не всегда допустимо включить устройство не зная наверняка правильно ли
работает программа МК - в некоторых случаях могут произойти серьезные и дорогостоящие повреждения обвязки МК и другой аппаратуры. 

Иногда требуется проверить работу МК не имея его и 
вообще какой либо реально спаянной схемы и самого МК. 

В этих случаях я рекомендую использовать 
специальные программы - Симуляторы. 

Симулятор приблизительно моделирует на ПК работу "прошитого" вашей программой МК и его обвязки - т.е. электронных компонентов окружающих МК по схеме устройства. 

Кроме того симуляторы позволяют вам: 

- останавливать программу когда нужно - в ручную и автоматически
- выполнять программу по шагам 
- видеть как именно происходит выполнение программы 
- наблюдать и изменять значения в регистрах МК 
- наблюдать текущие значения переменных 
- использовать виртуальные измерительные приборы с памятью 
- симулировать работу МК с обвязкой включающей различные электронные
компоненты и устройства 
- виртуально обмениваться информацией с терминалом на ПК

- делать еще много полезного !

Теперь подробнее ...

Компиляторы Си для AVR

Не пугайтесь ! я не предлагаю вам изучить еще и язык Си - мы просто будем использовать по мере необходимости несколько инструкций из него - всего несколько процентов языка. 

Я сам начинал изучать и применять МК сразу 
на Си - и очень доволен ...

Считаю, что 

Для начинающих наиболее удобен в работе 

компилятор Си для AVR   CodeVisionAVR  ( или CVAVR)

Если вы еще не установили эту программу то скачайте на заглавной странице курса.

Именно для начинающих ! - Компилятор CVAVR содержит очень понятный и очень мощный генератор начального кода программы по вашим потребностям в конфигурации AVR и его периферии - встроеных электронных модулей МК - называется он :

CodeWizardAVR

 

Вам нужно просто выбрать МК, частоту тактирования, затем открыть ярлыки тех устройств МК которые вы будете использовать и установить нужные параметры их работы. 

Затем  мастер ("визад") создаст файл проекта .prj и файл  исходного текста программы на языке Си с расширением .c - в нем уже будет содержаться код на Си конфигурирующий МК по сделанному вами "заказу". 

Вам нужно будет добавить лишь код реализующий нужный вам алгоритм работы устройства.

Используйте этот мастер и далее по ходу работы программы - точно так же как и в начале, но не генерируйте новые файлы а просто откройте меню "файлы - просмотр" и посмотрите нужный кусок программы на Си, возьмите что вам нужно и вставьте в вашу программу.

Обязательно читайте Help  к компилятору - по сути это одновременно и учебник  по Си для AVR и именно в нужном вам объеме ! 

Это относится и к другим используемым вами программам.  

Читайте инструкцию и помощь !

Смотрите пробуйте изучайте ПРИМЕРЫ к программе ! 

Компилятор CodeVisionAVR  имеет и встроенный программный модуль  для прошивки МК  и конфигурирования фьюзов AVR fuse прямо в схеме устройства.

Компания Atmel подсказывает как начать работать 
с этим компилятором Си для AVR: 

AN AVR033  "Getting Started with the CodeVisionAVR C Compiler"


Это  АпНоуто Atmel - надеюсь вы уже скачали хотя бы их список ! 
Если нет то скачайте обязательно их перечень.

Они ВСЕ нужны ВАМ !!! как справочник конкретно по AVR.

Для  полного цикла разработки устройства достаточно
только одного компилятора CodeVisionAVR. 

Однако, я рекомендую вам, скачать 
еще один компилятор: 

ICC AVR  от ImageСraft

Я использую и его генератор начального кода на Си - 
конфигуратор периферии AVR - в паре с CodeWizardAVR.

Работая в паре, два мастера конфигурирования МК -
идеально дополняют друг друга! 

Например конфигурация Таймеров МК по моему лучше, понятней
и наглядней сделана в мастере ICC. 

Atmel - подсказывает как начать работать и с этим 
компилятором Си для AVR в Апликейшн Ноуте: 

AN AVR031 "Getting Started with ImageCraft C for AVR"

Существуют и другие компиляторы.

БЕСПЛАТНЫЙ и  великолепный WinAVR

Бесплатный пакет на основе компилятора GCC - о нем очень хорошие отзывы.

Создает очень правильный и компактный код!

Есть версия и под Linux. Есть вариант WinAVR в USB-флэшке.

Этот компилятор хорошо интегрируется с симулятором VMLAB
и фирменной средой разработки  Atmel - AVRstudio  

Вы ставите на ПК WinAVR и далее работаете в AVR Studio или из симулятора VMLAB. 

В нем есть пример такой интеграции, находится в папке:
C:\VMLAB\WinAVRdemo 

Работать с самим WinAVR тоже очень просто.

Компиляция проекта в WinAVR

- запустите "пуск" -> "WinAVR" -> "Programmers NotePad"

- откройте демо проект   C:\WinAVR\examples\demo\demo.c

- затем меню "Tools" и "Make All"

Проект откомпилируется и в папке C:\WinAVR\examples\demo\   появятся:

demo.hex - файл для прошивки в микроконтроллер AVR

demo.lst - это листинг на ассемблере с привязкой к Си коду программы

demo.elf - файл содержит информацию для отладки программы в симуляторе.
                          Например в PROTEUS.

Подробней

о настройке WinAVR читайте в низу этой страницы.

AtmanAVR   C/C++ Compiler AVRGCC  - он как и WinAVR основан
на GCC но имеет отладчик и ГЛАВНОЕ для начинающего:
прекрасный мастер генератор начального кода ! 

Возможно лучший и самый дорогой !

IAR  - требует несколько замысловатой настройки, не имеет множества примеров в инсталляции и не имеет генератора начального кода. Хотя компания IAR явно считает генератор полезным, так как продает его в виде отдельного программного продукта.

Компилятор IAR генерирует самый 
быстрый и компактный код.

Demo версия на 30 дней - полностью рабочая без ограничений, нет только не нужных начинающему исходников включенных в пакет библиотек.  Вы можете скачать DEMO с сайта производителя - примерно 105 Мб.  
А некоторые не брезгуют и полный IAR стянуть ТАМ

Скачивать большие файлы рекомендую бесплатной программой ReGet - эта качалка позволяет докачивать файлы после обрыв соединения, в несколько приемов. 

Средства отладки программ 
и устройств содержащих МК AVR 

Симуляторы для AVR и электроники

Вы скачали компилятор Си для AVR CodeVisionAVR  (и надеюсь очень - АпНоуты !) инсталлировали его и получили  файл прошивку для МК. Естественно вы хотите узнать - будет ли прошивка, а значит ваша программа работать в МК так как вам нужно.  Для этого удобно использовать специальные программы для ПК называемые симуляторами.  Не имея МК, не покупая эл. компонентов и без пайки 

Без риска спалить что либо ! 

Вы можете проверить работу не только программы загруженной в модель МК но и работу модели целого электронного устройства! Записать на диск результат его работы для последующего анализа, поиска недочетов.

В задачах-упражнениях курса я использую 

Бесплатный симулятор-эмулятор 
для AVR   -   VMLAB

скачайте и установите на ПК
  

Несмотря на небольшой размер (около 4.2 Мб),  программа является самостоятельным средством разработки ПО на ассемблере для МК сразу двух производителей: ATMEL.com и ST.com !!! 
В одном флаконе! 


Мультипроцессорность - это эмуляция двух МК в устройстве, у каждого своя прошивка и они работают не зависимо - это очень мощно если правильно этим воспользоваться! 

Юзер дефайн компонентс - в общем если вам нужен какой либо электронный компонент отсутствующий в списке VMLAB, вы можете создать его сами! 
в соответствии с ДШ или по вашим потребностям - даже 
не существующий в природе!

 

Если вы считаете эту информацию полезной, пожалуйста, помогите информировать в интернете о курсе - просто щелкните по банеру. Большое спасибо ! Electronic Banner Exchange (ElBE)

Я сделал упражнение - задачу 3 в которой очень подробно рассмотрел симуляцию программы на VMLAB с картинками. 

Симуляция в VMLAB используется и в других задачах курса

Есть пример работы VMLAB с CodeVisionAVR ! 
откройте файл проекта 

C:\VMLAB\AVR_demo\codevisi.prj

и по-симулируйте !

При симуляции вы увидите движение по исходному тексту программы на Си, и можете расставлять точки останова программы, наблюдать за изменениями значений в регистрах МК, посмотреть осциллограммы сигналов на ножках МК и многое другое ...  

Уже упоминал: пример работы VMLAB с WinAVR вы устанавливаете winavr в папку по умолчанию и больше ни когда не заглядываете в неё ! 

Вся работа от написания кода на Си до отладки выполняется 
из VMLAB - это очень удобно.  

C:\VMLAB\WinAVRdemo\файлы.prj

захотите попробуете ... 

повторю :

На софт-эмуляторе симуляторе VMLAB мы будем проверять работу программы для разрабатываемого устройства.  

Файл-прошивку для МК (расширение  .hex) созданный в компиляторе будем прогонять в симуляторе МК с внешними компонентами и смотреть что работает, что нет, и как работает... 

При необходимости будем корректировать исходный текст программы 
на Си, опять компилировать, и так по кругу до достижения правильной 
работы устройства. 


Этот процесс называется - отладка программы или дебагинн - очистка от всякой нечисти - "тараканов" и "жучков"...

Скачав рекомендованные программы - установите 
их на диск С:\  в каталоги :  

CVAVR      ICCv7avr         VMLAB

тогда рабочие файлы будут находятся по тем же адресам что и в задачах-примерах. 

Значит будет проще помочь, ответить на ваши вопросы.

Сделайте архивы установленных программ целиком - это поможет восстановить, случайно испорченные при опробовании программ, файлы примеров и помощи, без переИнсталляции.
 

ОБЯЗАТЕЛЬНО используйте !

Пакет для разработки электронных устройств 
от схемы до печатной платы 

PROTEUS

Действительно супер программа ! 

Очень советую !

Во первых PROTEUS может симулировать несколько МК  в одном устройстве, причем не только AVR но и PIC и Motorola и 8051 и даже ARM7 вперемешку !  

Во вторых в поставку PROTEUS входит очень много моделей компонентов. 

В третьих  вы можете симулировать любые электронные устройства и не 
содержащие МК и очень сложные и электро-механические системы - это очень полезно.

Вам нужно проверить какую то идею 
или вариант реализации чего либо ? 

Вы можете не паять, не искать детали, запоминающий осциллограф и другие измерительные приборы, а ...

Просто "соберите" вашу схему на ПК в PROTEUS и посмотрите как 
она будет работать, каковы будут её параметры.

PROTEUS - симулирует очень реалистично ! 

И главное наглядно видна работа устройства, напряжения и токи в нем.

В четвертых  

PROTEUS - по сути справочник электронных компонентов 

Когда вы просматриваете библиотеки для добавления компонента на схему - вам сразу показываются его основные свойства и корпус компонента - какова его площадка на плате. Просто класс ! 

Для поиска компонента вам достаточно ввести в окно несколько символов из его марки или описания и затем выбрать из предложенных категорий.

в пакет включены отличные 
примеры работы в  PROTEUS  

примерно 80 устройств готовых к симуляции.

Это : 

- дата логер на жесткий диск (есть модель IDE HDD ! ) 
- можно поиграть в шахматы с ATmega128 !!! (есть модель "точскрина" ) 
- есть пример работы с графическим LCD дисплеем 
- управление шаговым двигателем 
- управление электродвигателем
- управление servo

- радиочастотные схемы, трансформаторы, линии передачи.

- конечно кнопки, индикаторы, светодиоды, связь с ПК, разные датчики, память

- конечно есть виртуальные приборы.

- отладка интерфейсов UART  i2c  TWI  SPI

Читайте - Краткий учебный Курс  Самоучитель    PROTEUS                     

Симулятор электронных устройств ПРОТЕУС, поддерживает микроконтроллеры   AVR , 8051, PIC10, PIC16, PIC18, ARM7, Motorola MC68HC11 

Полная система проектирования !

От идеи до результатов работы устройства 
и файлов для платы.

Быстрый старт, самые первые шаги ...

А если нет модели нужного 
вам компонента ?

Итог этой страницы курса :

Вам необходимы две программы - CVAVR  и  VMLAB 
для усвоения дальнейшего материала курса.

<- Назад                    Дальше ->

WinAVR - первые шаги.

СКАЧАЙТЕ  СВЕЖУЮ  ВЕРСИЮ !!! 
 

Англоязычная документация и примеры для WinAVR и GCC там http://www.avrfreaks.net/AVRGCC

 

1)    WinAVR установите в папку  C:\WinAVR\  и перезапустите компьютер. 
 
WinAVR используется в AVR Studio как Plug-in начиная с AVR Studio 4.12 build 452, и
при инсталляции AVR Studio включит WinAVR в свою оболочку.

2)     Создайте папку для тестового проекта - например C:\WinAVR\_test

3)     Запустите редактор из группы меню программ WinAVR  - Programmers Notepad [WinAVR] -  появится пустое окно с название new  - в нём мы будем набирать исходный текст программы. Установите удобный для вас размер окна и можно закрыть окно Скриптов.  Сохраните файл как :
File -> SaveAs -> C:\WinAVR\_test\test.c

4)     Скопируйте текст программы ниже в окно исходника  test.c 

/**************************************************

    Краткий курс AVR - начинающим с нуля.

            http://proavr.narod.ru/04.htm

Эта программа мигает светодиодом который подключен
к ножке PB0 порта PORTB ATmega8 и через резистор
470-750 Ом к +5 в питания микроконтроллера.

**************************************************/

// Указать на какой частоте работает МК в Гц
#define F_CPU 8000000UL  // Частота 8 MHz

#include <avr/io.h>      // библиотека I/O
#include <util/delay.h>  // библиотеки пауз

int main(void) 
{

DDRB |= _BV(PB0);     // назначить ножку PB0 ВЫХОДОМ

 while(1) {           // Бесконечный цикл

 PORTB &= ~_BV(PB0);  // "0" на PB0 - светодиод включен

 _delay_us(200000);   // Пауза 200 000 МикроСек.

 PORTB |= _BV(PB0);   // "1" на PB0 - светодиод вЫкл.

 _delay_ms(600);      // Пауза 600 милиСек.

          }           // скобка для while(1) 
 return 0;
}                     // скобка для main(void)

Cохраните изменения.   

Пауза в примере 200 000 не обычна, я применил ее просто,
чтобы показать наличие функции пауз в микросекундах.

Документация по функциям WinAVR в руководстве

Папка WinAVR\doc\avr-libc\avr-libc-user-manual.pdf

Примеры WinAVR советую изучить

Папка WinAVR\doc\avr-libc\examples

5)     Создать Makefile (мэйк-файл) - в нем определяются параметры компиляции файлов проекта и делаются настройки.  Процесс создания Makefile  автоматизирован утилитой  MFile [WinAVR]   - запустите её.   

Сохраните  "File" -> "Save as"   Makefile  в папке проекта  C:\WinAVR\_test\

а) Выберите нужный МК - у нас  ATmega8

Примечание Если щелкнуть по "Enable Editing of Makefile" - то текст мэйк файла можно будет редактировать и без меню.

б) Щелкните "Main file name" и укажите файл с исходным текстом программы
         но без расширения - впишите просто  test   и  щелкните "ОК"

в) Теперь проверьте формат файла с информацией для отладки.  

файл .COFF  нужен для отладки программы в VMLAB  

Файл .ELF нужен для отладки программы в PROTEUS  и  AVR Studio

Замечания:

- Частоту тактирования  AVR мы укажем в исходном тексте программы, но её можно указать
  и в мэйкфайле, по-умолчанию она 8 МГц.

- Уровень оптимизации в мэйкфайле по-умолчанию средний  S  - при необходимости его можно изменить.

г) Сохраните  "File" -> "Save" отредактированный   Makefile 

6)   Компиляция - её нужно выполнять после каждого изменения "исходника" ( -ов) - текста программы, текста используемых библиотек или мэйк-файла. Вначале жмите [WinAVR] Make Clean   - это очистка папки от продуктов предыдущих компиляций. Затем жмите [WinAVR] Make All  

Результат компиляции выводится в окно Output

138 байт - это сколько израсходовано памяти программ ATmega8 

Главное ! чтобы в результате компиляции не было сообщения об ошибках - Error .  

Если ошибки есть то вы что-то сделали не правильно - нужно их устранить.

Папка нашего проекта наполнилась результатами компиляции

test.lss   - содержит листинг программы на ассемблере сопоставленный со строками программы на  Си.  

test.hex  -  это программа для прошивки в  AVR. 

test.eep  -  для прошивки в EEPROM  AVR.  Мы не использовали в программе  eeprom , но файл все равно создается. Важно - он в формате .hex  и  если вы хотите симулировать в PROTEUS то нужно конвертировать его в формат  .bin

7) Проверка программы в PROTEUS  

Запустите симулятор ПРОТЕУС , создайте новый проект и поместите на схему микроконтроллер ATmega8, щелкните по нему и в свойствах МК укажите файл test.elf ( выберите из списка test.hex и затем измените расширение на .elf ) и частоту 8MHz , бит делителя частоты на 8 установите "не запрограммирован",  затем "ОК".  

Запустите симуляцию нажатием кнопки "пауза". Укажите исходник  test.c программы  - теперь можно поставить точки останова на строках изменения уровня на PB0  и оценить точность отсчета пауз при симуляции нажимая кнопку "пуск симуляции".  Вот скриншот составленный из 3 остановок программы:

По времени остановок вы можете вычислить реальные паузы отработанные микроконтроллером в симуляторе PROTEUS по нашей программе в WinAVR.

Всё !  WinAVR  работает.
 

Скачайте проект - и попробуйте сами !

8) Проверка программы в AVR Studio 

    Запустите AVR Studio и закройте мастер проекта (обычно он запускается сам), откройте файл test.elf - студия предложит сохранить файл ее проекта, сохраните.  Выберите "дебаг платформ" - в чем отлаживать программу - AVR simulator и ATmega8 нажмите Finish.   В тексте программы установите точки останова на строчках изменения PB0 - щелкните на строчке правой кнопкой и выберите "тагл брейкпоинт".  Нажмите Alt+O и установите частоту такта 8 MHz затем "ОК".  Теперь нажмите "Стоп" и "Старт" симуляции, смотрите время остановки на точках останова. 

Вот скриншот симуляции собранный из трех на точках останова :

По этим данным можно подкорректировать паузы если нужна большая точность.

Главное видно, что паузы отрабатываются достаточно правильно.