Laboratorium 1.1

Zakres laboratorium:

1. Zapoznanie z płytką EDU
2. Typy zmiennych dla mikrokontrolerów AVR
3. Operacje bitowe
4. Rejestry DDRx, PORTx, PINx – sterowanie portami

 Zadania do wykonania:

• Zadanie 1.1
• Zadanie 2.1
• Zadanie 2.2
• Zadanie 4.1

1. Zapoznanie z płytką EDU (płytka EDU)

Do czego mogą służyć poszczególne elementy?

Dane techniczne mikrokontrolera ATmega32A:

• Rodzina: AVR
• Organizacja pamięci Flash: 32kb
• Pamięć EEPROM: 1024B
• Pamięć SRAM: 2048B
• Częstotliwość maksymalna: 16MHz
• Napięcie pracy: 2,7 – 5,5V
• Liczba wejść/wyjść: 32
• Liczba kanałów PWM: 4
• Liczba timerów 8-bit: 2
• Liczba timerów 16-bit: 1
• Obudowa: DIP40

Przykładowy wynik kompilacji:

 

Program – pamięć Flash

Data – pamięć SRAM (20% – minimalna wartość jaka powinna być dostępna)

 Zadanie 1.1

• Utworzyć nowy projekt z plikami „GLOBAL.h” i „main.cpp” (szablony plików na stronie  Środowisko programistyczne AVR). Podłączyć programator, skompilować i wgrać program do mikrokontrolera.
• Ile pamięci zajmuje ten program?

 

2. Typy zmiennych dla mikrokontrolerów AVR

Mikrokontrolery ATmega32 i ATmega328P są mikrokontrolerami 8-biotowymi (wszystkie rejestry mają pojemność 8 bitów). Oznacza to, że potrafią wykonywać proste operacje tylko na liczbach 8-biotowych, w celu wykonania operacji na większych liczbach mikrokontroler musi wykonać kilka instrukcji, co wpływa na wydajność programu. Dlatego też w pakiecie WinAVR można znaleźć specjalne typy zmiennych z dokładnym sprecyzowaniem rozmiaru zmiennej (stdint.h).

Typy zmiennych dla liczb dodatnich (bez znaku) i całkowitoliczbowych:

• uint8_t – 0 – 255
• uint16_t – 0 – 65535
• uint32_t – 0 – 4294967295
• uint64_t – 0 – 18446744073709551615

Zmienne z znakiem i całkowitoliczbowe:

• int8_t – -128 – 127
• int16_t – -32768 – 32767
• int32_t – -2147483648 – 2147483647
• int64_t – -9223372036854775808 – 9223372036854775807

Zmienne dla liczb zmiennopozycyjnych (liczba z przecinkiem) – typy zajmujące dużo pamięci:

• float
• double

Zmienne inne:

• char – zmienna 8 bitowa do przechowywania znaków
• bool – true/false – przechowuje wartość na pierwszej pozycji bajtu (0b00000001/0b00000000) ale i tak zajmuje 8 bitów.

Bity, bajty itd. – o co w tym chodzi???

uint8_t liczba= 209;  uint8_t liczba= 0b11010001; uint8_t liczba= 0xD1;

int8_t liczba= -47;  int8_t liczba= -0b11010001; int8_t liczba= -0xD1;

uint16_t liczba= 37585;  uint16_t liczba= 0b1001001011010001; uint8_t liczba= 0x92D1;

 

Zadanie 2.1

• wyniki zapisywać na kartce w celu pokazania prowadzącemu
• przygotować i skompilować poniższy program

#include "GLOBAL.h"

uint8_t zmienna[10];
int main() {
	zmienna[5]=5;
}

• ile pamięci zajmuje program przy rozmiarze tablicy 10?
  
• zmienić rozmiary tablicy na 100,1000,2000
• zanotować informacje o wykorzystanej ilości pamięci
• zmienić typ uin8_t na int i przeprowadzić takie same badania

Zadanie 2.2

• skompilować poniższy program:

 

#include "GLOBAL.h"

volatile float zmienna;
int main() {
    zmienna=5;
    zmienna+=4;

}

 

• ile pamięci zajmuje program, którzy wykorzystuje liczby zmiennoprzecinkowe
• zmienić typ liczby „zmienna” z float na uint8_t
• ile pamięci teraz zajmuje program, ile pamięci dodatkowo musi wykorzystać kompilator aby móc obsługiwać liczby zmiennoprzecinkowe?

Jakie wnioski można wysunąć? Przemyśleć i zaprezentować prowadzącemu wyniki i przedstawić wnioski.

3. Operacje bitowe

• Zaprzeczenie NOT: ~
• Iloczyn AND: &
• Suma OR: |
• Suma wyłaczająca XOR: ^
• Przesunięcie w prawo: >>
• Przesunięcie w lewo: <<

Zapoznać się z działaniem operacji: link1, link2

W pliku „GLOBAL.h” znajdują się funkcje do operacji bitowych:

• sbi(rejestr,bit) – ustawia w rejestrze bit(pozycje) jako 1 – SET
• cbi(rejestr,bit) – ustawia w rejestrze bit(pozycje) jako 0 – CLEAR
• tbi(rejestr,bit) – ustawia w rejestrze bit(pozycje) na przeciwną wartość – TOGGLE

 

4. Rejestry DDRx, PORTx,PINx – sterowanie portami

Wyprowadzenia mikrokontrolera – sterowanie:

• Port A – PA0-PA7 – DDRA, PORTA, PINA
• Port B – PB0-PB7 – DDRB, PORTB, PINB
• Port C – PC0-PC7 – DDRC, PORTC, PINC
• Port D – PD0-PD7 – DDRD, PORTD, PIND

 

Rejestry – a o co chodzi?

Rejestr DDRx – rejestr kierunku:

• 0 – ustawia wyprowadzenie jako wejście
• 1 – ustawia  wyprowadzenie jako wyjście

Rejestr PORTx – rejestr wyjściowy – gdy DDRx ==1:

• 0 – ustawia wyprowadzenie w stan niski
• 1 – ustawia wyprowadzenie w stan wysoki

Rejestr PORTx – rejestr wyjściowy – gdy DDRx ==0:

• 0 – nic nie robi (stan wysokiej impedancji)
• 1 – pull-UP – podciągnięcie wyprowadzenia do VCC przez rezystor 10k (zapobiega pojawianiu się nieokreślonych stanów na wyprowadzeniu)

Rejestr PINx – rejestr wejściowy – tylko do odczytu:

• 0 – oznacza stan niski na wyprowadzeniu
• 1 – oznacza stan wysoki na wyprowadzeniu

Podsumowując:

	DDRx	PORTx	PINx*
Wyjście stan niski	1	0
Wyjście stan wysoki	1	1
Wejście wysoka impedancja	0	0
Wejście PULL-UP	0	1
Odczyt wejścia – stan wysoki	0	x	1
Odczyt wejścia – stan niski	0	x	0

*-tylko do odczytu

W celu ustawienia wyprowadzenie PD6 jako wyjście w stanie wysokim należy:

sbi(DDRD,PD6); //Ustawia wyprowadzenie PD6 do pracy jako wyjście
sbi(PORTD,PD6); //Ustawia stan wysoki na wyprowadzeniu PD6

 

W celu ustawienia wyprowadzenie PD6 jako wyjście w stanie niskim należy:

sbi(DDRD,PD6); //Ustawia wyprowadzenie PD6 do pracy jako wyjście
cbi(PORTD,PD6); //Ustawia stan niski na wyprowadzeniu PD6

 

Program realizujący miganie diodą:

int main() {
    sbi(DDRD, PD6);

    while (1) {
        sbi(PORTD, PD6);
        _delay_ms(500);
        cbi(PORTD, PD6);
        _delay_ms(500);

    }
}

Można też krócej:

int main() {
	sbi(DDRD, PD6);

	while (1) {
		tbi(PORTD, PD6);
		_delay_ms(500);
	}
}

 

Pierwsze kroki:

• podłączyć port D do linijki diodowej według schematu (jeśli zworki są w innym położeniu to należy je przepiąć):

• ustawić cały port D jak wyjścia – będzie służył do sterowania diodami. W celu uruchomienia diody należy ustawić stan niski na wyprowadzeniu mikrokontrolera.

Kilka sposobów:

1. DDRD=0xFF;
2. DDRD |= (1<<PD0) | … | (1<<PD7)
3. sbi(DDRD, PD0) … sbi(DDRD, PD7)

 

Zadanie 4.1 – sterowanie wyprowadzeniami mikrokontrolera:

• włączyć wszystkie diody LED – jak można to zrobić, przetestować 3 sposoby
• napisać funkcję, który będzie mrugał wszystkimi diodami z częstotliwością 1s
• przygotować funkcje, która będzie realizowała zadanie „biegający punkt”. Jedna dioda na linijce diodowej jest włączona i porusza się w lewo lub w prawo – w zależności gdzie świecący punkt był wcześniej.

 

Zadanie domowe (wykonuje każda osoba samodzielnie):

• zapoznać się z tworzeniem schematów elektronicznych (Link1, Link2)
• narysować schemat elektroniczny na podstawie układu z zadania 4.1 (biegający punkt)
• schemat musi zawierać: mikrokontroler, podłączenie programatora, układ stabilizacji napięcia, diody LED z rezystorami
• schematy mogą być wykonane w programie komputerowym lub narysowane odręcznie,
• kompletne/prawidłowe schematy należy przynieść na kolejne zajęcia na kartce A4

 

Zadania na przyszłe laboratorium:

1. Utrwalić wiadomości dotyczące obsługi portów (rejestr DDRx, PORTx, PINx – do czego służy, jak czytać?)
2. Co to jest klawiatura matrycowa, jak obsługiwać? (klawiatura 4×4)
3. Wyświetlacz LCD oparty o sterownik HD44780 – jak obsługiwać?
4. Algorytm kalkulatora liczb całkowitych opartego o klawiaturę 4×4 (problem wczytywania liczb), wyświetlacz LCD (dodawanie, odejmowanie, mnożenie, wynik, anuluj)

* – http://apollo.astro.amu.edu.pl/PAD/index.php?n=Dybol.DydaktykaBinaria1