Laboratorium 2.2 – Wojciech Tarnawski

Zakres laboratorium:

zapoznanie z Modułem 328
przygotowanie makr do obsługi przycisków i LED
wstęp do biblioteki UART, praca z terminalem – wysyłanie
UART – odbieranie

Zadania na ocenę 5.5:

przygotować prezentacje o interfejsie UART/USART (jedna osoba – 15 minut)

1. Zapoznanie z Modułem 328

Podstawowe informacje o Module 328 można znaleźć na stronie MODUŁ 328. Moduł został wykonany w celu umożliwienia studenta zapoznania się z możliwościami i praktycznym wykorzystaniem interfejsów mikrokontrolera takich jak:

UART
I2C

Moduł został zamknięty w obudowie w celu zabezpieczenia układów wewnętrznych jak i uproszczenia w ilości podłączeń – wymagane jest podłączenie tylko jednym kablem USB do komputera.

Należy również zapoznać się z dokumentacja mikrokontrolera ATmega328P.

Zadania:

założyć projekt (instrukcja do środowiska Eclipse):
- język programowania: C++
- mikrokontroler: ATmega328P
- częstotliwość taktowania: 16 000 000 MHz
- programator: USBasp
dodać do projektu pliki z paczki
skompilować projekt i wgrać do mikrokontrolera

2. Przygotowanie makr do obsługi przycisków i LED

utworzyć plik nagłówkowy “Modul328.h” i dołączyć go do pliku “main.cpp”

utworzyć makra w pliku nagłówkowym “Modul328.h” do obsługi diod LED

Przykład makr do obsługi diody zielonej

C++

#define INIT_GREEN_LED  ...  //ustawienie pinu jako wyjscie
#define LED_GREEN_ON    ...  //ustawienie stanu wysokiego
#define LED_GREEF_OFF  	...  //ustawienie stanu niskiego

#define INIT_GREEN_LED ... //ustawienie pinu jako wyjscie

#define LED_GREEN_ON ... //ustawienie stanu wysokiego

#define LED_GREEF_OFF ... //ustawienie stanu niskiego

utworzyć makra w pliku nagłówkowym “Modul328.h” do obsługi przycisków

Przykład makr do obsługi przycisku zielonego

#define INIT_GREEN_BUTTON ... //Ustawia pin jako wejscie PULL_UP #define BUTTON_GREEN_PUSH ... //zwraca 1 jesli przycisk wcisniety

1
2

#define INIT_GREEN_BUTTON ... //Ustawia pin jako wejscie PULL_UP
#define BUTTON_GREEN_PUSH ... //zwraca 1 jesli przycisk wcisniety
przetestować działanie makr – napisać program:
- przyciśnięty przycisk czerwony – dioda czerwona uruchomiona
- przyciśnięty przycisk zielony – dioda zielona uruchomiona
- przyciśnięte dwa przyciski – uruchomiona tylko dioda żółta

Makra ułatwiają dalsze prace nad programem. Dzięki podpowiedzią programu Eclipse programista nie musi podawać całej nazwy makra – po wpisaniu kilku pierwszych liter, środowisko Eclipse powinno automatycznie podpowiedzieć resztę nazwy (jeśli nie uruchomiło się okno podpowiedzi można je ręcznie wywołać przez kombinację klawiszy ctrl+ spacja). Programista tworząc makra do obsługi peryferiów na początku pracy z nowym modułem powinien dokładnie zapoznać się z podłączeniami w module i przetestować utworzony kod. Tak przygotowany kod w czasie tworzenia programu można łatwo wykorzystać – piszemy “LED_GREEN_ON” i dioda zielona zostanie uruchomiona. Takie uproszczenie pozwala skupić się na działaniu kodu – zwalnia programistę z ciągłego zaglądania do dokumentacji modułu i szukania fizycznego połączenia, dodatkowo zapobiega błędom – sprawdzone makro uruchamiające diodę zieloną zawsze będzie wykonywać to zadanie. Tworzenie makr przyczynia się do rozdzielenie warstwy sprzętowej od programu – dalsze prace nad kodem może wykonywać programista, który zna język c/c++ ale nie ma pojęcia o strukturze mikrokontrolera AVR – przenosi tworzenie kodu na wyższą wartę abstrakcji. Inną zaletą takie podejścia jest duża uniwersalność/przenośność kodu np. mamy przygotowany skomplikowany kod (kilka tysięcy linii kodu), który w wielu miejscach wykorzystuje funkcjonalność zapisaną z wykorzystaniem makra dla prototypu urządzenia. Jednak w wersji finalnej urządzenia okazuje, się że elektronik musiał zamienić dwa porty (diodę czerwoną z przyciskiem zielonym) i konieczna są zmiany. Mając utworzone makra – niższe warstwy, wszystkie zmiany dokonujemy na ich poziomie a cały algorytm pozostaje bez zmian.

3. Wstęp do biblioteki UART, praca z terminalem – wysyłanie danych

UART jest to popularny interfejs w mikrokontrolerach. Do swojego działania wykorzystuje dwie linie:

Rx – linia odbierająca
Tx – linia nadająca

Jeśli w naszym układzie chcemy aby była jednokierunkowa transmisja to wystarczy podłączyć tylko jedną linię w odpowiednim kierunku. W celu komunikacji w dwie strony należy wykorzystać dwie linie i odpowiednio połączyć co zostało zaprezentowane:

Schemat komunikacji z wykorzystaniem UART

Szybkość transmisji ustawia się za pomocą wyboru odpowiedniego “BAUDRATE” nim niższa szybkość transmisji tym mniejsze generowane błędy i można przesyłać dane na większą odległość.

Praca z programem RealTerm:

uruchomić program PuTTY- ikona na pulpicie
przejść do zakładki drugiej “Port”
- ustawić “Baud”: 19200
- wybrać “Port”: port należy odczytać w menadżerze urządzeń systemu np. dla portu COM5 wpisujemy COM5
  Konfiguracja programu PuTTy do pracy z portem szeregowym
kliknąć przycisk “Load”, co spowoduje otwarcie portu i uruchomienie transmisji (nic nie powinno się wyświetlać ponieważ moduł nic nie wysyła)

Zadania:

dodać do projektu pliki z paczki (UART) i dołączyć klasę “UART0” do pliku “main.cpp”
zapoznać się z funkcjami jakie udostępnia klasa “UART0”, omówić działanie w grupie
uzupełnić funkcje: UART0::init() i UART0::sendByte(const uint8_t data)
skopiować kod z poniższego przykładu, wyświetlić okno terminala i obserwować działanie – co on robi? Po co “\r\n”?

C++

int main() {
	UART0::init();
	while (1) {		
		UART0::sendText("To dziala\r\n");
		_delay_ms(500);
	}
}

int main() {

UART0::init();

while (1) {

UART0::sendText("To dziala\r\n");

_delay_ms(500);

}

zaimplementować funkcję która po przyciśnięciu przycisku czerwonego spowoduje wysłanie 10 komunikatów “To działa i!!!” w dostępach 1 sekundy – gdzie i to numer komunikatu (1,2,3…10) – można wykorzystać funkcję sprintf(…)

4. UART – odbieranie danych

skopiować kod z poniższego przykładu, w terminalu wpisać swoje imię i nazwisko – jaką funkcje realizuje poniższy kod?

C++

int main() { UART0::init(19200); while (1) { UART0::sendByte(UART0::receiveByte()); } }

1
2
3
4
5
6

int main() {
UART0::init(19200);
while (1) {
UART0::sendByte(UART0::receiveByte());
}
}
zapoznać się z działaniem funkcji “UART0::receiveByte()” – do czego służy?
zaimplementować następującą funkcjonalność:
- odebranie znaku ‘r’ powoduje włączenie czerwonej diody LED i przesłanie komunikatu do terminala “Świeci: RED”
- odebranie znaku ‘y’ powoduje włączenie żółtej diody LED i przesłanie komunikatu do terminala “Świeci: YELLOW”
- odebranie znaku ‘g’ powoduje włączenie zielonej diody LED i przesłanie komunikatu do terminala “Świeci: GREEN”
- odebranie znaku ‘z’ powoduje wyłączenie wszystkich diod LED i przesłanie komunikatu do terminala: “Wyłączono wszystkie diody LED”
zaimplementować funkcjonalność menu:
- po uruchomieniu modułu na ekranie wyświetla się menu z opcjami do wyboru:
  - ‘1 – wlacz diode czerwona’
  - ‘2 – wlacz diode zolta’
  - ‘3 – wlacz diode zielona’
  - 4 – wylacz diode czerwona’
  - ….
  - ‘7 – pokaz stan diod LED’
  - ‘? – wyswietl menu’
- zaimplementować funkcjonalność menu:
  - przyciśnięci przycisku 1 powoduje uruchomienie diody czerwonej i wysłanie informacji o stanie diod LED, przyciśnięcie przycisku 4 powoduje wyłączenie diody czerwonej i wysłanie informacji o stanie
  - przyciśnięci przycisku 7 wyświetla stan diod LED: “Stan LED 0 1 0” – co oznacza, ze uruchomiona jest tylko dioda żółta
  - ? – wyświetla ponownie menu
praca z ciągiem znaków: po wpisaniu PWR terminal odpowiada “Witaj studencie!!!”
odczytywanie liczb z terminala: po podaniu swojego roku urodzenia, na terminalu pojawia się napis: “Witaj, masz xx lat.” np. podajemy 1988 i pojawia się komunikat “Witaj, masz 26 lat.”