AVR123:Введение

Проект по переносу курса из источника avr123.nm.ru

Основы, которые надо знать!

Что такое - электрический ток, напряжение, закон Ома, резистор, конденсатор, индуктивность, транзистор - читайте в школьных учебниках по физике. Например в отличных интерактивных учебниках: [Физика], [Математика], [Он-лайн лаборатория по физике]. Основные законы: [Закон Ома], [Последовательное/параллельное соед. проводников], [Правила Кирхгофа для разветвленных цепей], [Работа и мощность тока], [NP-переход, Транзистор]

	Дополнительная информация
Книги по электронике и AVR - [http://lord-n.narod.ru/walla.html] При работе с иностранными текстами используйте онлайн перевод ([www.Translate.ru])!

Важная информация перед началом курса

Соблюдайте технику безопасности!

Используйте средства защиты. Думайте и только потом делайте. Всегда защищайте глаза ! Не работайте с приборами под высоким или сетевым напряжением, а если все же придется то не работайте в одиночку и одну руку всегда держите за спиной.

Чайникам от Чайника!

Я постарался написать самое основное для начала применения микроконтроллеров простым языком с примерами и конечно с картинками !

Цель курса: Помочь вам быстрей научиться применять микроконтроллеры AVR в ваших радио электронных устройствах. Чтобы научиться вам придется поработать - внимательно читать и главное повторять, выполнять то, что написано.

В этом курсе по МК AVR подробно рассказано и показано

• как сделать самые первые шаги, с чего начать конкретно - ШАГ за ШАГОМ
• какие программы загрузить и где, как установить и как использовать
• как устроен микроконтроллер, как AVR взаимодействует с внешними компонентами
• как написать первую, простейшую программу для AVR и как управлять его модулями
• как запустить программу в программе-симуляторе МК AVR и увидеть как она работает не покупая МК и радиодеталей, а значит без риска спалить что-то или испортить ПК
• как сделать нужное вам электронное устройство, печатную плату
• как загрузить программу в реальный МК
• как отладить реальное устройство - т.е. найти причины не правильной работы и добиться его функционирования в соответствии с поставленной задачей.

Начинаем разрабатывать программы для МК AVR

Шаг 1. Скачайте всего две программы

Внимание!

В CVAVR 2 имена и расположение файлов создаваемых компилятором отличается от того что было в CVAVR и в примерах курса. В CVAVR 2 имя файла исходного кода на Си не изменяется, а файл прошивки .hex и файл с отладочной информацией .cof получают имя как у файла проекта .prj Для отладки по исходному коду на Си в симуляторах нужно использовать файл с названием: {имя_вашего_файла_проекта_CVAVR2}.cof Прошивка для МК будет назыаться: {имя_вашего_файла_проекта_CVAVR2}.hex Если проект был создан мастером кода CVAVR 2 то в папке проекта появляется несколько новых папок. В папке Exe создается прошивка для МК - {имя_вашего_файла_проекта_CVAVR2}.hex В папке List появляются файлы программы на ассемблере .asm и файл листинга .lst Другие 2 папки Linker и Obj "чайнику" мало интересны. Но для VMLAB нужно что бы прошивка .hex была в папке проекта - поэтому в настройке проекта в CVAVR 2 - меню "Configure Project" в ярлыке "Output Directories" нужно убрать Exe и ниже нажать "ОК" - теперь прошивка .hex будет появляться после компиляции в папке проекта.

	Преимущества виртуальной разработки
Вам не нужно будет тратить деньги и время на поиски и покупку радио деталей и микроконтроллеров пока вы не убедитесь в работоспособности устройства которое вы делаете ! Вы не сожжете по неопытности что либо ! Не попадете в спешке, в азарте отладки устройства под высокое напряжение! Это очень важно для начинающего электронщика Техника безопасности - ТБ!

1. Компилятор CodeVisionAVR (2 Мб всего)
   Бесплатный DEMO до 2 кб кода, а полный CVAVR на сайте автора на сером фоне.
2. Симулятор AVR и электроники VMLAB (4,2 Мб FREE)

Теперь у вас есть качественное и удобное программное обеспечение для ПОЛНОГО цикла разработки устройств на МК (микроконтроллерах) AVR - и реальных и виртуальных.

От интерактивного помошника для создания начального кода, скелета программы - инструмент бесценен для начинающего! - это мастер CVAVR CodeWizard.

До написания и отладки полной программы с постоянным контролем её работы на всех этапах ее создания на компьютерной модели нужного вам микроконтроллера AVR совместно с популярными электронными компонентами подключенными к нему виртуально. А при желании и в реальном микроконтроллере в устройстве.

Компилятор CVAVR имеет встроеный программатор для загрузки готовой программы в реальный микроконтроллер AVR

Шаг 2. Попробуйте - всё ОЧЕНЬ просто !

Лучше один раз увидеть как работают программы-инструменты для AVR чем сто раз услышать.

Сейчас вы попробуете установленные программы в деле, возможно не все сразу понимая - не волнуйтесь, читая и выполняя курс далее, вы во всём постепенно разберётесь.

Благодаря [энтузиасту программисту] VMLAB пополняется новыми компонентами

[AVR Studio Stimulus/Logger] - Создание входных и захват выходных сигналов и их сохранение при симуляции в стиле AVR Studio [Verilog VCD Logger] - Компонент позволяет сохранять в файл данные длительной симуляции. [WAV Analog Stimulus/Logger] - Позволяет вводить в схему сигналы из звукового файла WAV и сохранять в таком же виде результат. [Break On Edge] - Точки останова по изменению сигнала - очень мощно для симуляции. [Digital Signal Delay] - Цифровая пауза для сигналов - позволяет сдвигать сигнал на нужное время. [COM Port Exchanger] - "Квази Уно Фантазия" теперь VMLAB может работать с ваши физическим COM портом в ПК ! Свершилось. Раньше такое только PROTEUS мог вытворять. Но PROTEUS конечно прекрасен. [LED 7-Segment Display] - 7-сегментный индикатор с десятичной точкой - несколько. Очень популярные и недорогие средства индикации.

1. Загрузите файлы к задаче упражнению 8 (это всего 14 Кб) в созданную папку - c:\VMLAB\z8 и распакуйте файлы архива в эту же папку.
2. Запустите VMLAB и через меню Project -> open project откройте проект c:\vmlab\z8\vmlab.prj
3. Сверните мешающее окно vmlab.prj и подправьте "мышкой" остальные окна чтобы получить такую картинку:
   
   
   Вы видите:
   • 8 светодиодов,
   • 3 переменных резистора,
   • клавиатуру на 16 кнопок которые можно использовать и раздельно,
   • виртуальный ЗАПОМИНАЮЩИЙ осциллограф
   • виртуальный терминал с записью данных
   • просмотр портов МК
   • слежение за содержанием переменных
   • отладка по коду программы на Си
   • диаграмма PD1 - передача по USART

   Весь богатейший набор компонентов VMLAB будет рассмотрен позже и конечно описан в его HELP.

4. Теперь в меню "Project" кликните "Re-build all" - проект нужно перекомпилировать при открытии и внесении каких либо изменений. В окне "Messages" появится сообщение "Success! All ready to run"
   

Это значит ошибок нет и все готово к моделированию микроконтроллера ATmega16. Вверху загорелся зеленым светом светофор.

Можно запускать симуляцию ...

Если появилось сообщение об ошибке и светофор не загорелся - вы допустили ошибку на каком то этапе.
Проделайте Шаг 2 сначала и более внимательно.

Шаг 3. Симуляция - моделирование работы МК.

1. Нажмите мышкой светофор - это аналогично включению устройства, подаче питания на МК - программа зашитая в него начинает выполняться... И тут же остановка! Дело в том что VMLAB контролирует правильность работы МК и содержимое программы. Если ему что-то не нравится то симуляция прерывается и в окне Messages появляется сообщений о причине. Подробнее это будет обсуждаться позже, а пока ...
2. Нажмите светофор еще пару или столько раз сколько потребуется до начала непрерывной симуляции.

   Понаблюдайте внимательно что происходит на экране.

   • В окне SCOPE (это виртуальный осциллограф) вы видите как меняются напряжения на ножках МК указанных в файле проекта - vmlab.prj Верхняя осциллограмма - это сигнал на ножке TXD (PD1) по которой МК передает данные на COM порт ПК - что передает МК мы видим в виртуальном терминале TTY в панели Control Panel
   • Там выводится значение ШИМ (PWM) сигнала создаваемого на ножке PD5 - а сам сигнал виден в окне SCOPE - посмотрите как он меняется в соответствии с сообщаемыми числовыми значениями...
   • В файле проекта - vmlab.prj к ножке PD5 подключен простейший фильтр нижних частот (ФНЧ) из резистора и конденсатора - он преобразует ШИМ в постоянное напряжение которое можно увидеть в окне SCOPE сигнал DAC (ЦАП по-русски).
   • Подробнее о фильтрации и усилении сигналов читайте в задаче 9б.

3. Остановите программу красной кнопкой STOP. В окне Messages появится сообщение о том что программа остановлена пользователем - User break
4. Разверните окно Code - в нем отображается исходный код программы которая "прошита" в МК и выполняется при симуляции. Вы увидите что некоторые строки программы подсвечиваются желтым цветом - длина подсветки пропорциональна времени которое программа тратит на выполнение этой строки.
5. Найдите строку в программе:<source lang="c">pwm_val = ((1023 * (u32)pwm)/100);</source>Щелкните по квадратику с зеленой вставочкой перед этой строкой - он превратится в красный знак STOP вы поставили "точку останова" (Break point) - теперь программа автоматически остановится перед выполнением этой строки.
6. Сверните окно Code и нажмите светофор для продолжения симуляции.
   Дождитесь остановки программы на этой строке (на этой точке останова) - при остановке строка программы подсветится голубым цветом. Посмотрите на панели внизу справа текущее "чистое" время (без учета остановок) прошедшее с запуска программы - запомните.
7. Теперь продолжите симуляцию - надеюсь вы уже знаете как это сделать! (нажать зеленый светофор) Через некоторое время программа опять остановится на этой строке но время уже будет другим. Вычтите из него время прошлой остановки и вы получите время выполнения этого участка программы.

О более точном измерении интервалов времени я расскажу вам позже.

Информация об остановках программы отображается и в окне Messages.

Шаг 4. Как изменить программу?

Вам предстоит многократно менять создаваемые программы - в процессе отладки, пока они не начнут работать так как вы хотите.

1. Запустите компилятор CodevisionAVR (CVAVR) и через меню File -> Open откройте файл проекта CVAVR - c:\vmlab\z8\cv.prj
2. Разверните окно с текстом программы. Вы видите что программа начинается с оформленного в виде комментария краткого описания того что она делает и некоторых технических параметров. Программа написана на языке Си - который является пожалуй самым популярным и удобным при программировании для МК. Не пытайтесь сразу понять что написано в этой программе. Сейчас это вам не нужно ! Понимать программы и уметь их создавать вы будете после освоения всего курса. Пока просто внесем изменение в программу и утвердим их перекомпиляцией.
3. Найдите в тексте программы в компиляторе CVAVR строки: <source lang="c"> putchar('P'); // вывод в USART символа P putchar('W'); putchar('M'); </source> Давайте заменим выводимое этими строками слово PWM на слово WOW (типа вау! получилось!) - вот так: <source lang="c"> putchar('W'); // вывод в USART символа W putchar('O'); putchar('W'); </source>
4. После внесения изменений в исходный текст программы ее нужно cкомпилировать. Компилятор должен превратить вашу программу в файл "прошивку" .hex который можно прошить (загрузить) в реальный МК или использовать в симуляторах.
5. Для выполнения компиляции нажмите кнопку "Make the project"
   
   После компиляции появится информационное окно в котором сообщается что наша программа содержит целых 5 ошибок!
   
   В чем же дело?
   
   Где найдены ошибки и каковы они написано красным цветом в левой части экрана в окне Navigator - навигации по проекту CVAVR
   
   
   При наведении курсора можно увидеть описание ошибок.
6. Первая ошибка - "не могу открыть файл m8_128.h"
   
   Все ясно. Этот файл включен в исходный текст программы строкой: <source lang="c">
   1. include <m8_128.h>
   </source> Этот файл я создал для возможности прямой вставки примеров на Си из даташита в текст программы в CVAVR. В инсталяции компилятора его нет. Но в тексте программы написано где можно взять этот файл - скачайте m8_128.h
   Скачав, поместите его в папку INC компилятора CVAVR.
7. Снова компилируем программу кнопкой "Make the project" - теперь получаем сообщение об отсутствии ошибок и о размере программы и о том сколько это %% от максимального размера программы для данного МК.
   
   Посмотрите внимательно - хотя ошибок нет - есть "вонинг" - это замечание от компилятора. Вонинги не критичны, но можно посмотреть в навигаторе о чем они.
   
   Закройте информационное окно кнопкой "ОК".

Вы выполнили всего 4 не сложных шажка
Но уже знаете что

Моделировать работу МК можно на компьютере не имея самого МК и электронной схемы вокруг него. При этом видеть не только то что происходит на ножках МК но и то что происходит внутри МК!!! с помощью нижних частей меню View и Window симулятора VMLAB.

Вы уже знаете как открыть проект в компиляторе, внести изменения, скомпили-ровать программу, увидеть ошибки, исправить их. Вы теперь знаете, что не нужно пытаться исправлять все ошибки сразу, а нужно начинать с первой и возможно после ее исправления другие ошибки тоже пропадут.

Шаг 5. Симуляция после правки

1. Разверните окно симулятора VMLAB - выскочит сообщение о том что файл с текстом симулируемой программы изменен. Мы же его меняли в компиляторе. Закройте его кликнув "ОК".
2. Сделайте "глубокий рестарт" симуляции кнопкой с круговой темно-синей стрелкой и перекомпилируйте весь проект как в Шаге 2 пункт 4 или нажав комбинацию: Shift+F9
   
   Все готово к повторной симуляции.
3. Нажмите светофор 3 раза - начнется непрерывная симуляция и вы увидите результат правки программы в компиляторе CVAVR в окне виртуального терминала симулятора VMLAB - вот он:

Обратите внимание на то что симулятор показывает примерный расчетный ток потребления МК. Скорость симуляции можно снизить регулятором Speed. А частоту кварца можно поменять кнопками Clock.

Кроме того указаны текущие параметры настройки терминала которые можно изменить нажав кнопку "Set parameters". Кнопки "Clear" очищают окна. Вы можете набирать текст в окне TX и он будет передаваться в МК (см. пример к симулятору C:\VMLAB\AVR_demo\UART.PRJ) а можно передать в МК текстовый файл кнопкой "TX File". Если отметить чек-бокс "RX to file" то данные поступившие от МК будут записываться в файл на ПК.