Микроконтроллеры: начало, теория

Микроконтроллер (МК) - основная деталь любого небольшого робота, именно благодаря ему можно гибко запрограммировать поведение машины, настраивать робота на выполнение разных задач, не меняя его электронной начинки. Грубо говоря - это маленький компьютер.

Внутри МК обычно находится:

• Ядро процессора
• Энергонезависимая память программы (Flash)
• Оперативная память
• Энергонезависимая память данных (EEPROM)
• Таймер
• Набор портов ввода-вывода

Так-же там можно обнаружить:

• Аппаратные интерфейсы (RS-232, I2C, SPI и другие)
• АЦП
• Внешние линии прерываний
• Аналоговый компаратор

И еще много всякой полезной переферии

Меня часто спрашивают что выбрать, PIC или AVR? - это, как говорится, вопрос религии. Я остановился на AVR и дальше буду писать в основном о них. Но PIC не хуже и не лучше, они просто другие.

Применительно к роботам часто задают следующие вопросы, постараюсь на них ответить:

1. Нужно ли собирать или покупать "кроваточный" параллельный программатор? - Нет, эта штука постепенно отходит в прошлое, сейчас почти все МК поддерживают внутрисхемное программирование. Тоесть шлейф-программатор подключается непосредственно к плате, на которой контроллеру предстоит работать и прошивается он не отключаясь от устройства.
2. На что способен AVR? - Скажу сразу - никакой обработки видео он не потянет, а вот управлять роботом опираясь на сигналы датчиков сможет довольно неплохо. При грамотном подходе можно даже составлять карту местности и ориентироваться по ней.
3. Можно ли подключать двигатели прямо к выводам МК? - Нет. Ни двигатели, ни какие бы то ни было силовые нагрузки подключать нельзя. МК - это цифровая микросхема и не может выдавать большие токи в нагрузку. Для подключения моторов следует использовать драйверы двигателей (например L293B), интерфейсные микросхемы (например ULN2003), транзисторы.
4. Сколько раз можно перепрограммировать МК? - Считайте что бесконечно. А так - около 10 тысяч циклов гарантировано.
5. Чего следует опасаться, чем можно испортить МК? - Самая частая ошибка - переполюсовка питания. Здесь надо быть максимально внимательным, перепутывание питания даже на доли секунды безвозвратно повреждает МК. Он может не сгореть окончательно, а начать по-всякому глючить, что тоже малоприятно. Вторая ошибка - неправильная установка битов конфигурации. Во время этой операции надо просто как следует подумать перед тем как жать кнопку. Советую так-же сохранить что там было прошито по-дефолту. Об этой ошибке я еще напишу позже. Третья ошибка хоть и не убивает МК, но геморроя от нее бывает больше чем от первых двух - не оставляейте ресет висеть в воздухе, подтягивайте его к +5В резистором 20 кОм и заземляйте конденсатором - иначе всякие необъяснимые глюки гарантированы.

Процесс работы с микроконтроллером выглядит так: Программа пишется на ПК, компилируется и прошивается в контроллер.

Казалось-бы все просто, но есть одна проблема: на ПК всегда можно запустить отладчик и посмотреть что происходит в программе. Но у системы на МК чаще всего нету ни клавиатуры ни дисплея - в лучшем случае есть пара светодиодов, которыми можно поморгать.