Mikrokontroleri - programiranje

Mikrokontroleri su integrirani krugovi koji imaju sve što im je potrebno da budu računala: memoriju, procesor, ulaze i izlaze. 

http://en.wikipedia.org/wiki/Microcontroller

Programi se na njih spremaju u ROM memoriju najčešče Flash. Program se na našem računalu kompajlira a zatim se pomoču programatora prebaci na mikrokontroler. Programator možete izraditi sami pomoču žica i nekoliko otpornika koristeči serijski ili paralelni port računala. Treba napomenuti da ti programatori neće raditi na win 7, pa ako ih želite koristiti treba vam XP ili Linux. Najbolje je investirati nekoliko dolara i kupiti USB programator ili ga izraditi (ali to nije toliko jednostavno).

Najpopularniji proizvođaći kontrolera za hobby korisnike su Atmel i Microchip.  Ostali: http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_common_microcontrollers

Atmelovi su najpopularniji među ljudima koji ih koriste za hobi projekte ponajviše zbog besplatnog kompajlera (avr-gcc) i velike baze korisnika. 

http://www.atmel.com/products/microcontrollers/default.aspx

Microchip je popularniji kod profesionalnih korisnika, kao prednisti se često navodi niža cjena.

http://www.microchip.com/pagehandler/en-us/products/picmicrocontrollers

Za složenije sisteme koriste sw kontroleri s ARM procesorima, npr. NXP Semiconductors, ST, Texas Instruments...

Ova tema je otvorena da bi se potaknulo ljude da pišu o svojim projektima, a da početnici (poput mene) mogu postaviti pitanja. 

Napisat ću vam mali uvod u set up za programiranje Atmelovih uC-a.  Znači prvo što nam treba je računalo. Na njega je potrebno instalirati programe za rad s Atmelovim uC-ovima.

Windows 

Atmel Studio - službeni Atmelov program za pisanje koda, debugging, programiranje i sl.

WinAVR - alternativa za Atmel Studio, također korist avr-gcc

AvrDude - program koj dobivate uz WinAvr, koristit ćemo ga za programiranje uC-a

PonyProg - može poslužiti za programiranje kroz serijski / paralelni port (samo za Win XP) 

Ubuntu 

-nadam se da je ovo sve potrebno, nisam siguran što sve ja imam instalirano:

sudo apt-get install gcc-avr binutils-avr gdb-avr avr-libc avrdude

AvrDude - ista funkcija

AVR Eclipse - IDE za Javu, uz dodatak može i C za naše uC-ove

-uput za instalaciju dodatka: http://avr-eclipse.sourceforge.net/wiki/index.php/Plugin_Download

=========================================================================

Programatori se koriste da bi se naš kod prebacio na uC. Ako ih želite izraditi sami možete za serijski ili paralelni port računala. Nedostaci takvih programatora su nemogučnost korištenja na novijim windowsima i nemogučnost programiranja ako kontroler radi na velikoj brzini. 

Primjer za izradu je stk200:

isproban i radi

USB programatori su teži za izradu jer u sebi sadrže uC koji je potrebno isprogramirati. Ako ih želite izraditi najjednostavniji je USBasp: http://www.fischl.de/usbasp/

USBasp možete kupit s ebay-a za nekoliko dolara. Ako želite naprednije možete kupiti Atmelove programatore poput AVR Dragon.

Kao programatori mogu poslužiti i već gotove pločice koje možda imate poput Arduino (http://arduino.cc/en/Tutorial/ArduinoISP) ili Bus Pirate (kojeg vjerojatno nemate ali svejedno: http://dangerousprototypes.com/docs/Bus_Pirate_AVR_Programming)

Za sve uC-ove moguće je nači datasheat skup podataka o chipu. Na njima je označeno koji izvod ima koju ulogu.

Za programiranje nam trebaju:

GND -masa, minus, uzemljenje kako god to nazivate

VCC - pozitivan napon napajanja, ovisi o uC-u (npr. od 2.7V do 5.5V)

RESET ili ~RESET -radi reset kontrolera i stavlja ga u stanje programiranja

SCK - impulsi rada 

MOSI - izlaz programatora, ulaz uC-a 

MISO - izlaz programatora, izlaz uC-a

Sad krećemo s prvim programom. 

Na kontroleru imate dosta izvoda označenih s PA0-7, PB0-7, PC0-7, PD0-7....

Ti izvodi mogu služiti kao ulazi i izlaz. (više o tomu kasnije)

RESETu sam već objasnio funkciju. Taj izvod nećete moči koristiti u druge svrhe. (osim ako ne podesite fuse bit, ali nemojte to raditi xD)

SCK, MOSI i MISO možete koristiti kao ulaze i izlaze, ako čete to raditi odspojite programator.

AVCC i AGND (ili samo GND) -služe kao izvor napajanja kod digitalno-analogne pretvorbe (tad se spajaju preko niskopropusnog filtra). Mi ih možemo (i moramo) kratko spojiti VCC na AVCC i AGND na GND.

=========================================================================================

Prvo ću napisati tutorijal za Ubuntu i AVR Eclipse.

Nadam se da ste instalirali sve iz prethodnih koraka i uspješno izvršili test AvrDude aplikacije.

Otvorite terminal i upišite:

sudo eclipse

Odaberite mapu u koju želite spremati projekte.

Zatvorite welcome screen pa idemo kreirati prvi projekt: File>New>C Project

Izaberite:

 Next.

Select All pa Next pa Finish.

Sad idemo podesiti projekt.

Project>Properties

Otvorite AVR i izaberite AVRDude

Sad idemo izabrati programatora. U kartici Programmer kliknemo na New...

Ovo vam sad nebi trebalo predstavljati problem, ovo su opcije za stk200

Spremite i izaberite taj programator. 

Spojite programator i napajanje na uC. Sad idemo na Target Hardwer.

Kliknite na Load from MCU i ako je sve prošlo kako spada pojavit će se vaš uC. Pod MCU clock f napišite frekvenciju koju ima vaš uC. Moj je tek došao iz trgovine, a u .pdf piše da dolaze podešeni na 1 MHz, pa sam ostavio opciju na 1000000.

 Sad se vraćamo na AVRDude i podešavamo ostale kartice.

Flash/EEPROM

-Flash : from build

-Eeprom: do not upload

Fuses i Lockbits nek budu na do not set !!!!

S ljeve strane otvorite C/C++ Build > Settings 

U prvoj kartici vam treba biti uključeno generiranje .hex za Flash, extended listing i avrdude, a ostalo isključeno.

Projekt je podešen.

Idemo kreirati prvu datoteku.

File>New>Source file

Ime nek je main.c

Kopirajte u njega:

// uC tutorijal

#include <avr/io.h>

int main(void)

{

 DDRB = 0x01;

 PORTB = 0x01;

 while(1)

 {}

}

Ovaj program postavlja PB0 u stanje 1, tj. na vrijednost +VCC. 

OBAVEZNO SPREMITE PROGRAM. 

Project> Build All

Ako se događaju greške ručno ih izbrišite (desni klik Delete) i pokušajte ponovno. Ako sve prođe kako treba program će se kompajlirati i spremiti na uC.

Ako želite možete i ručno prebaciti .hex datoteku:

AVR>Upload project to target device

Možete spojiti LED diodu da biste provjerili radi li program ili koristite voltmetar. 

Trebaš biti korisnik s privilegijama da bi mogao koristiti paralelni port ili usb zajedno s AVRDude. 

Eclipse koristi AVRDude pa i nju tako pokrećem.

Ovako vam otprilike izgleda izlaz mikrokontrolera: 

Kada je izlaz spojen na GND smatramo da je u stanju 0, a kada je spojen na VCC smatramo da je u stanju 1. 

Mikrokontroleri nemogu davati velike struje na izlazu (najviše ~20 mA) pa ako mislite na njih spajati trošila velike snage stavite tranzistor, optocoupler, možda relej... 

To nam daje mogučnost da LED diodu (ili drugi uređaj npr 7-segmentni prikaz) na 3 načina:

-između izlaza i GND

-naša LED dioda će svijetiti kada je izlaz u stanju 1

SREDNJI

-između izlaza i VCC

-naša LED dioda svijetli kad je izlaz u stanju 1

DESNI

-između 2 izlaza

-LED dioda svijetli kad je izlaz na katodi u stanju 0, a na anodi u stanju 1

=====================================================================

Objašnjenje koda koji smo koristili u prvom programu. Ako znate nešto o C-u nebi smijeli imati problema s razumjevanjem 

// -znakovi za jednoredni komentar u programu

/*   -drugi naćin za pisanje komentara. Može biti više redova.   */

#include -predprocesorska naredba za uključenje header datoteke u program

#include<avr/io.h> -uključenje header datoteke avr/io.h

avr/io.h je header datoteka koja sadrži kod za korištenje ulaza i izlaza na našem mikrokontroleru. Kasnije čemo koristiti još neke. 

int main (void)

{

}

-main je glavna funkcija programa i program počinje s njom

-zagrade { i } označuju blok naredbi unutar te funkcije

DDRB = 0x01;

-DDRA, DDRB, DDRC, DDRD - služe za određivanje koji izvodi će biti ulazi, a koji ulazi

DDRA je za PORTA (PA0-7), DDRB za PORTB (PB0-7)....

0x01 je 8 bitni broj u heksadecimalnom zapisu. U binarnom bi bio 0b00000001

Bilo bi dobro da znate pretvarati brojeve iz binarnog sustava u heksadecimalni i obratno jer će vam to trebati ako želite programirati uC-e, a stvarno je jednostavno.

Ovdje 0 označuje ulaz, a 1 izlaz.

Bitovi ideju redom 76543210 što znači:

DDRA = 0b00000001;  -PA0 je izlaz, PA1-7 su ulazi

DDRC = 0b11110000;  -PC0-3 su ulazi, a PC4-7 su izlazi

;  -točka-zarez označuje kraj naredbe. Nemojte iz zaboravljati jer je to najčešča greška u programiranju. 

PORTB = 0x01; 

-PORTA, PORTB, PORTC -kod izlaza nam služe za određivanje stanja

-izlaz kojeg ovom naredbom postavimo u 0 biti će u stanju 0 (GND), a kojeg postavimo na 1 biti će u stanju 1 (VCC)

-slično kao i kod DDRA-D, PORTA = 0b00001111 - PA0-3 su u stanju 1, a PA4-7 u 0 (pod uvjetom da su svi izlazi)

-znači:

DDRB = 0x01;  -postavlja  PB0 u izlaz, a PB1-7 u ulaze

PORTB = 0x01; -postavlja PB0 u stanje 1

while (1)

{}

-beskonačna petlja

- (1) -petlja će se ponavljati sve dok je u ovim zagradama 1 (to će uvjek biti)

-{} - blok naredbi koje se ponavljaju, u ovom slučaju ništa

Par komentara.

Narodski i jednostavno rečeno - programi se spremaju u programsku memoriju (u dokumentaciji mikrokonrolera i kompajlera označena sa PROGRAM), a podaci u podatkovnu (u dokumentaciji DATA).

Stvar je u tome što je na određenim arhitekturama moguće za vrijeme rada pisati u memoriju koju si ti nazvao "ROM".

Čak i AVR ima primitivan oblik toga na ATmega modelima.

S druge strane, na nekim ARM-ovima ne postoji EEPROM, nego se taj posao odrađuje pisanjem u flash.

Isto tako, na određenim arhitekturama moguće je učitati software u RAM.

Da skratim priču, sa stajališta programera, jedino što je bitno u cijeloj priči je znati je li u memoriji instrukcija (software) ili je podatak (varijabla).

Microchipovi mikrokontroleri su popularni u sjevernoj Americi. Pojavom Arduina se tamo tek malo više popularizirao AVR.

AVR je raširen u Europi, uostalom tu je i nastala ta arhitektura (Norveška).

Za razvoj na PIC-evima također postoji besplatan kompajler (SDCC), kao i besplatan GUI (Microchip).

GUI je baziran na Eclipse-u.

Nastavak...

Download starijih verzija AVR studia je ovdje:
http://www.atmel.com/tools/STUDIOARCHIVE.aspx

Na verziji 4.19 namjerno su otežali rad sa WinAVR, tako da je najbolje koristiti onu prije nje (SP2 ili SP3).

Druga postaja na križnom putu pisanja softvera za AVR mikrokontrolere je ova:
http://www.avrfreaks.net/
Tu ćete naći odgovore na većinu pitanja. Od toga kako se pali i gasi LED (Hello world!) do toga kako riješiti bizaran problem sa zbagiranim CAN-bus kontrolerom na AT90CAN čipovima.

Za one koji ne vole dr*anje po konzolnim alatima, ako koristite Windows XP, pogledajte podržava li PonyProg programator s kojim planirate raditi.
http://www.lancos.com/prog.html
Ako koristite 64-bitni Windows OS (windows 7 ili 8), morati ćete pronaći zaobilazno (postoji, ali nisam testirao) ili neko drugo rješenje.

Što se tiče početnog hardvera za razvoj i ako imate nešto novčanica u džepu, evo par mjesta gdje ih možete ostaviti.

Razvojna ploča:
http://store.atmel.com/PartDetail.aspx?q=p:10500070;c:100114#tc:description
A to je ineče ovo:
http://www.atmel.com/tools/STK500.aspx

Relativno jeftin programator:
http://store.atmel.com/PartDetail.aspx?q=p:10500054;c:100115#tc:description

Debageri:
http://store.atmel.com/CBC.aspx?q=c:100112

Nešto hardvera ima i ovdje (Srbija):
http://www.mikroe.com/
Malo sam mrdao po tome, hardver je OK, softverska podrška tako-tako.

i ovdje (Bugarska):
https://www.olimex.com/Products/AVR/
Nisam koristio, ali sam od njih uzimao opremu za rad s drugim arhitekturama, OK su.

Na nekim mjestima se vidi kako je dolemljivano ručno, ali stvari rade i ne bunim se.

Prije svake kupovine, gledajte, sumnjajte, ponovo gledajte  i pitajte po forumima.

Inače, kombinacija koju koristim za rad sa AVR-ovima je:
- STK500 + STK501
- JTAGICE-mkII

Registri su dio memorije, možemo ih čitati, pisati u većinu i pomoću njih kontroliramo ponašanje mikrokontrolera: izlaze i ulaze, stanja na njima, timere...

U datasheet-u se nalazi detaljni opis njihovih funkcija.

Primjer su registri DDRx, PORTx i PINx.

PORTx određuje stanje low (0) ili high (1).

PINx fizički provjerava u kojem su stanju ulazi. (koristi se kod tipki)

U tablici piše ime određenog bita. (npr. PINB1, DDB2...)

Ispod imena piše R/W ako imamo mogućnost čitanja i pisanja, ili R ako nemamo mogućnost pisanja u njih.

Ispod toga piše inicijalna (početna) vrijednost.

Ovo su 8-bitni registri, ali sigurno čete sresti i 16-bitne. Oni se ponekad podjele na Low (od 0. do 7. bita) i High (od 8. do 15. bita).  

U registrima je često da se neki bitovi ni ne koriste. 

Do sad smo ih podešavali na dva načina:

-binarnim brojem npr.: PORTB = 0b00011001;

-heksadekadskim brojem npr.: DDRC = 0x0a;

Nedostatak tih načina je da nemožemo promijeniti jedan bit bez da diramo druge. 

======================================

Za druge načine trebamo znati 4 logičke operacije:

Kad ih koristimo na višebitnim brojevima radimo ih bit po bit.

Ne (not) -invertira bit:

~1=0

~0=1

~1001

=0110

I (and) -rezultat je 1 ako su i jedan i drugi član 1

0 & 0 =0

0 & 1 =0

1 & 1 =1

_1001

&1010

=1000

ILI (or) -rezultat je 1 ako je jedan ili drugi član 1

-znak | je W+Alt Gr

0 | 0 =0

0 | 1 =1

1 | 1 =1

_1001

| 1010

=1011

EKSKLUZIVO ILI (ex or) -rezultat je 1 samo ako je jedan član 1 a drugi 0

0 ^ 0 =0

0 ^ 1 =1

1 ^ 1 =0

_1001

^1010

=0011

======================================

Zatim imamo 2 operacije za pomak: u desno >> i u ljevo <<.

Operacije jednostavno premjeste određeni broj bitova bit po bit s početka na kraj ili obratno.

Malo je teže to objsniti riječima ali jednostavno se može shvatiti iz primjera:

0b00000001 << 0 = 0b00000001

0b00000001 << 2 = 0b00000100

0b10000000 >> 2 = 0b00100000

možete koristiti i druge tipove brojeva (znamo da je dekatski 1 binatno jednak 0b00000001):

1 << 3 = 0b00001000

Ako želimo pomaknuti cijeli registar možemo kraće zapisati

IME_REGISTRA <<= 2;

umjesto 

IME_REGISTRA = IME_REGISTRA << 2;

======================================

Upotrebe:

najčešće je oblik:

ime_registra = ime_registra  logička_operacija   binarna_maska

Invertiranje -koristimo ex-ili operaciju

-invertiramo bitove koji su u binarnoj maski jednaki 1, a ostale ne diramo

PORTB = PORTB ^ 0b00000001;

-invertiramo nulti bit u registru (znamo da bitovi idu redom 76543210)

-to možemo i kraće zapisati:

PORTB ^= 0b00000001;

-potpuno ista naredba samo napisana na pregledniji način

Postavljanje u 1 -operacija ili

-postavlja bitove koji su u maski jednaki 1 u stanje 1, a ostale ne diramo

PORTB = PORTB | 0b01000000;

-postavlja 6 bit u 1

-krači zapis je:

PORTB |= 0b01000000;

Postavljanje u 0 -ovdje trebamo dvije operacije I i NE

-postavlja u 0 bitove koji su u maski 1

PORTB = PORTB & ~0b00010000;

-kraći zapis je

PORTB &= ~0b00010000;

Dali netko moze pomoci , imam jedan projekt kontrolera VF oscilatora sa DDS VFO-om a mikrokontroler je AT90S8515 imam i asm i hex file za njega ali kad hocu upisati offset frekvenciju (sad je 10,7MHz a zelio bi da je 9,00MHz) a dozvoli ju mijenjati unutar menia i vanjskim tasterima ali kad uredjaj iskljucim nije memoriran taj podatak kako da ostane trajno upisan u memoriji AT90S8515. Ako ima netko ko bi mogao rijesiti moj problem molim za pomoc.

Moze odgovor i na mail: joe9a2qp@gmail.com

Koji mikrokontroler programiraš?

Ako misliš na atmelove koji se nalaze na arudinu (168, 328,2560, itd.),onda sa arduinom imaš sve potrebno za programiranje tih mikrokontrolera. Druga stvar je ako pokušavaš programirati neš poput attiny85, to se isto može sa Arduinom programirat ako ih spojiš na određen način i učitaš određeni kod u Arduino, no može se i sa posebnim programerom (tinyAVR).

Za svaki mikrokontroler imaš programer s kojim ga možeš programirati jer se programiranje vrši na ordeđeni način sa povišenim naponom.

Programiranje pomoću arduinija je jednostavno, prvo trebaš spremiti profile za attiny modele u Arduino IDE. Tada na Arduino zapišeš program pod imenom "Arduino ISP", na breadboardu spojiš attiny sa arduniom na određeni način (tu je dobro opisano : http://www.instructables.com/id/Program-an-ATtiny-with-Arduino/ ) , u izborniku odabereš mikrokontroler (attinyXY(using Arduino as ISP)) i programmer staviš "Arduino as ISP", te tada uploadaš program normalno na attiny.

Koja je loša strana ovoga? - Loša strana je da gubiš jedan pin (reset pin) jer je potreban za programiranje, dok ako imaš poseban programator (koji programira pomoću povišenog napona) možeš iskoristit i taj pin.

Tako da za bilo koji projekt da radiš sa arduinom i attiny-em uvijek računaj na 1 I/O pin manje nego je navedeno u specifikacijama. Ja sam se tak zahebo kad sam radio gear counter, hvala Bogu da motor ima 6 brzina :D

Može se programirati sa pocket AVR programerom, ne treba ti isključivo Arduino za to.

Što se tiće programiranja sa Arduinom, piše da ovo radi samo sa Arduino pločicama koje imaju ATMEGA328 mikrokontroler zači Duemilanove sa 328 čipom bi trebao biti dobar.

BTW ne znam za što točno ćeš koristiti taj mikrokontroler, odnosno koliko si upoznat s Arduino platformom. Kineski klonovi Arduino Pro Mini ploče mogu se kupiti već i za 2,25 dolara po komadu (nemaju USB pa trebaš kupiti USB programator ili iskoristiti postojeći Arduino s USB-om za programiranje čipa kao što bi to i inače radio), što je jedva nešto skuplje od samih ATmega328 mikrokontrolera (čipova). Drugim riječima, izgradnja svoje verzije Arduina će te koštati skoro isto ili možda i više (ovisno koliko toga želiš staviti uz mikrokontroler i za koju cijenu bi nabavio te komponente) nego da kupiš gotovu Pro Mini pločicu. Pa ako nemaš stvarne potrebe koristiti samo mikrokontroler, razmisli si o Pro Mini pločicama (ili o Nano ako hoćeš da svaka pločica ima svoj USB, odnosno Pro Micro/Leonardo ako pomoću Arduina želiš upravljati mišem/tipkovnicom na kompjuteru).

328p (ja imam ovu, ovu koja ima krivu sliku jer izgleda kao ona prva, samo što je plava, i ovu pločicu, te još i 3,3V, ali ju još nisam otpakirao). Može ga se programirati s bilo kojim onim Arduino USB programatorom ako ima DTR/Reset pin (u suprotnom kod programiranja treba držati reset) ako je instaliran Arduino bootloader (jedna ili dvije pločice su mi došle bez bootloadera), a može ga se programirati i preko drugog Arduina. Konkretno, ja sam Pro Minije programirao preko Croduina (a poslije sam dvjema pločicama bez bootloadera preko Croduina snimio bootloader da ih mogu koristiti i s USB programatorima, mada mi se ne sviđa taj delay na početku zbog bootloadera).

I ja sam si razmišljao da si slažem svoj Arduino na pločici, ali kad sam vidio koliko su Pro Miniji sitni i koliko košta 328 čip rekoh - nema šanse. Kao što vidiš iz trećeg linka koji sam stavio, Pro Mini s USB programatorom košta 30 kuna. Arduino Nano klon košta 36 kuna. Znači, za tih 100 kuna danas se može dobiti dobiti 2+ Arduina s USB sučeljem ili USB programator i 5 Arduina Pro Mini koje spajaš na programator prema potrebi.

Ja sam ti pokušavao objasniti da bi te možda jeftinije došlo, ili barem s manje zajebancije, da ne programiraš ATmega328 čipove pa da njih koristiš u projektima, nego da jednostavno uzmeš Arduino Pro Mini pločicu za "par centi" više i da u projektima koristiš tu pločicu, umjesto zasebnog čipa, zasebnog oscilatora, kondenzatora, otpornika, možda i regulatora napajanja, ledica...

Ako inzistiraš na tome da si baš programiraš ATmega328 čipove onda ćeš ili morati kupiti neki USB programator (ne mogu ti reći koji jer to nisam istraživao) ili uzeti neki Arduino s USB sučeljem (recimo Nano). Naravno, uz to ćeš si morati napraviti svoj breakout board za programiranje ATmega328 čipova (ili kupiti neki gotov).