123avr.com. Самоучитель AVR, ATmega и ATtiny для начинающих с нуля

Подождите немного. Документ загружается.

- стр. 6 -

Задачи-упражнения

по краткому курсу AVR

Чтобы двигаться дальше вам нужны программы:

1) Компилятор CodeVisionAVR

2) Софт симулятор-эмулятор AVR VMLAB

3) Вы должны знать материал предыдущих страниц курса

Если это так: Приступайте к работе!

Задачи-упражнения курса - это практические занятия, примеры по написанию программ для AVR с

сопутствующим

кратким изложением необходимых теоретических сведений сопровождаемым скриншотами программ. Поверьте

просто читать задачи - пользы МАЛО ! Как читать самоучитель игры на пиано или гитаре не тренируясь

на инструменте: сколько не читай - играть ни фига не научишься ...

Задачи нужно проделать читая, прочувствовать - только так!

Большинство задач могут быть выполнены виртуально, на ПК. Вам не нужно покупать МК и что-то паять, что

либо сжигать и вдыхать пары флюса...

Задача 1

знакомство с компилятором Си CodeVisionAVR, схема, алгоритм, написание и компиляция первой

рабочей программы.

Операции над отдельными битами.

Задача 2

знакомство с эмулятором электронных устройств - VMLAB - симулятором МК AVR на примере файла-

прошивки полученной в задаче 01.

Мигаем светодиодами, измеряем длительность сигналов на экране виртуального осциллографа (окно

scope)

Задача 3

Закрепить навыки программирования и работы в компиляторе CodeVisionAVR

очень подробно и с картинками учимся моделировать работу электронного устройства в симуляторе

VMLAB

Делаем универсальный таймер на микроконтроллере ATmega8, с дискретной установкой

времени.

Задача 4

Адаптер для связи вашего МК устройства с COM-портом ПК по rs232.

Метод отладки вашего устройства - нахождение ошибок программы и "железа" с помощью вставки

контрольных сообщений в текст программы.

Программы для ПК позволяющие вести, отслеживать и сохранять на жестком диске обмен по COM-

портам.

Задача 5

Создаѐм программу для ATmega16 принимающую и передающую данные обмениваясь ими с ПК через

COM-порт по интерфейсу rs232 с помощью USART встроенного в МК серии ATmega.

Углубляем навыки создания программы в CVAVR и продолжаем использовать Си для микроконтроллеров.

Подключаем и управляем символьным ЖКИ LCD 16x2 (2 строки по 16 символов)

Задача 6

Тщательное знакомство с компилятором ICC и подробный рассказ с картинками о применении его

мастера начального кода.

Создаем программу 50 раз в секунду прерывающуюся по Таймеру_0 и посылающую данные на ПК.

Точная подгонка временных интервалов создаваемых с помощью таймеров. Различные режимы работы

таймеров.

В симуляторе VMLAB проверяем правильность времени прерываний и сохраняем принятые от МК

данные в файл.

Задача 7

Помнить все! добавляем 2 Мб памяти - быстрой и не забывающей информацию при отключении питания - стоит

всего 5 баксов. Подключение AT45DB161 к МК AVR по SPI со схемой и программой на Си с подробными

комментариями.

Задача 8

Что такое ШИМ (PWM) сигнал. Как аппаратно сделать ШИМ.

Как сделать ЦАП с помощью ШИМ и отфильтровать сигнал - т.е. получить аналоговый сигнал из

цифрового.

Программа к задаче написана в компиляторе Си CodeVisionAVR, симуляция выполнена в VMLAB.

Задача 9

Электронный вольтметр - измеритель вибрации.

Цель задачи: разработать устройство и программу для МК ATmega16 для измерения напряжения и

частоты сигнала от датчика вибрации и отображения результата на 2х разрядном 7-ми сегментном светодиодном

индикаторе.

Задача знакомит с АЦП ATmega16 (такой же в ATmega32 ATmega64 ATmega128) используется

компилятор CodeVisionAVR - дан пошаговый пример создания программы с нуля. Симуляция в VMLAB

с комментарием.

Задача 9 часть 2

Проектирование входной цепи для сигнала

- расчет уилителя-фильра сигнала перед подачей на АЦП

- применение ОУ (операционных усилителей) для изменения параметров входного сигнала

- защита устройства от внешних электрических воздействий !

Задача 10

Устройство изменяющее состояние нагрузки при громком звуке длительностью от 5 до 20 мС.

Цель задачи: разработать устройство и программу для МК ATmega16 которое будет анализировать длительность

сигнала от микрофона и если она будет лежать в пределах 5-20 мС то будет менять состояние подключенной

нагрузки: если была выключена - то включит и наоборот.

Задача повторяет-закрепляет навык генерации начального кода программы в компиляторе

CodeVisionAVR для ATmega16.

Задача 11

АЦП - аналоговый сигнал преобразуем в Цифровой код при помощи 10 битного АЦП встроенного (там целых 8

каналов!) в МК AT90s8535. Программу пишем на CodeVisionAVR, компилируем и затем отладим в эмуляторе с

наблюдением движения программы по тексту на Си.

Приступайте к работе! Того что есть вполне достаточно для уверенного старта, остальное в АпНоутах и в

Интернете навалом.

А какой AVR выбрать для поделок ?

их там много...

Вы не спец и надеюсь не собираетесь делать серийное устройство, соответственно вопросы конкурентной борьбы

и цены МК в серии вас не сильно волнуют - вам похоже нужно комфортно, без изворотов и ухищрений,

получить быстрый результат.

Я уже давал совет на 1-й странице курса, здесь дополню:

Комфортно касательно МК - это когда много памяти и ножек (выводов, пинов) чтоб не сталкиваться с их не

хваткой.

Комфортно когда на одном МК вы сможете сделать и то что вам надо сейчас и надо будет сделать потом и

легко что-то добавить в работающую систему.

Советую вам выбрать универсальный МК - пусть он будет один у вас - зато вы сможете хорошо его узнать и не

тратить время на изучение разных МК под каждый следующий проект.

Используйте ATmega16 (-32 -64 -128)

ATmega16 недорогой, выпускается в 40-ка выводном удобном для самоделкиных корпусе DIP-40 с шагом ножек

2.54 мм. длина МК - 53 мм ширина 17 мм.

- 16 Кб многократно программируемой памяти (Flash Program Memory) для вашей программы,

- 1 Кб оперативной памяти SRAM,

- 512 байт памяти EEPROM - сохраняющей информацию при отключении питания,

- 8-ми канальный 10 битный АЦП (АЦП 90s8535)

- USART позволит вам организовать скоростной двусторонний обмен по Rs232 с COM портом ПК, либо с

другими устройствами,

- TWI интерфейс (это i2c но по ATMEL'овски)

- SPI интерфейс (пример использования)

при напряжении питания от 4,5 до 5,5 вольт может работать с тактовой частотой от 0 до 16 МГц - эта частота

определяется внешним кварцевым или керамическим резонатором, либо другим внешним источником

тактирующего сигнала либо простым RC генератором - встроенным или внешним.

этот МК может работать без кварца так как имеет встроенный RC генератор, обеспечивающий частоту 1, 2, 4 или

8 МГц с точностью +- 3%. Во многих устройствах такая точность достаточна. Еѐ можно повысить калибровкой,

она описана в Апликухах (надеюсь вы уже знаете что это такое!) С завода МК ATmega поставляются с

включенным внутренним генератором на 1 МГц. Изменить это можно изменив программатором

установку Фьюзов МК.

Если вы выбрали другой AVR - ни чего страшного, так как это именно семейство МК, все они имею одинаковый

набор инструкций и программы легко переносятся с одного на другой с минимальной - однако необходимой!

корректировкой.

После выбора МК Вам необходимо скачать ДатаШит (ДШ) на него (DataSheet.pdf) - это паспорт МК в нем

есть "Errata" - описание уже обнаруженных ошибок МК - про него не забывайте!

Идеально распечатать и изучить весь ДШ - но я понимаю, что сделать это не просто, он ведь большой.

Поэтому настоятельно прошу вас распечатать стр. 1-5 и раздел "Register Summary" (примерно стр. 329-330) -

это список регистров МК и ссылки на номера страниц с их подробным описанием.

Скачивайте свежий ДШ !

Краткие рекомендации по созданию

электронных устройств.

Обычно первый монтаж устройства выполняют на макетных платах (а в случае единичного устройства такой

монтаж бывает и окончательным вариантом).

Здесь посмотрите варианты простых макетных плат от

OLIMEX

там же есть интересные проекты устройств на AVR!

Такие макетные платы продаются в магазинах компонентов,

а схемы свободно доступны на сайте.

Макетка - это обычная печатная плата содержащая множество отверстий обычно с шагом 2.54 мм, с одной (реже

с двух) стороны вокруг отверстий есть луженые медные площадки.

Компоненты вставляют ножками в отверстия а с обратной стороны производят соединения гибким монтажным

проводом. Вот пример монтажа устройства на макетной плате: (Это JDM-программатор для МК PIC и устройств

с интерфейсом i2c )

На монтажной плате желательно размещать компоненты с одной стороны а все проводники с другой, получается

очень аккуратный и качественный монтаж.

Если сторону проводников после тестирования, промыть от флюса растворителем, просушить и залить

компаундом или лаком - то устройство наверняка будет работать долго и надежно.

Чтоб не забыть запаять какой то проводник, удобно зачеркивать карандашом на бумажном рисунке схемы

устройства каждое сделанное соединение.

Очень удобно конденсаторы и резисторы брать чипы размера 0805 и 0603 и паять прямо на ножки

компонентов.

Немного о пайке:

Электроника наука о контактах! это очень точное определение, большинство отказов

правильно спроектированных устройств вызвано отсутствием электрического контакта там где он

должен быть и наоборот.

Пайка основной вид неразъемных электрических соединений применяемый в электронике -

поэтому вы легко можете найти материалы по тому как паять правильно.

Важно чтоб паяльник имел нужную температуру!

Используйте регулятор нагрева паяльника. Например комнатный выключатель света с

плавной регулировкой яркости. Установите его в блок розеток удлинителя вместо одной

розетки - это очень удобно.

Припой должен как бы сам формировать аккуратную спайку, не должно требоваться

размазывание спайки.

Жало паяльника должно быть достаточно горячим, чтоб припой не тянулся за паяльником а

образовывал сглаженную поверхность, припой на паяльнике должен блестеть и довольно долго не

тускнеть.

Пайку нужно делать не мгновенно! Надо коснутся жалом с припоем площадки около контакта

компонента, прогреть площадку около ножки и затем подводить жало к ножке... всего 2-4 сек.

примерно. Нужен опыт конечно.

Жало почаще протирайте сложенной в несколько слоев хб тряпочкой и при выгорании

затачивайте напильником и залуживайте.

Я затачиваю жало паяльника как классическое жало плоской отвертки, только угол между

гранями больше - примерно 30 градусов, а ширина жала около 3 мм для большинства работ. Жало

простое медное диаметром 4.5 мм. Второе жало, аналогичное но с шириной всего 1 мм - это для

пайки компонентов для поверхностного монтажа размеров 0603 и 0805 и микросхем с шагом от 0.5

мм. Таким образом я всю пайку выполняю паяльником на 40 Вт с двумя сменными жалами.

Желательно использовать не канифоль а активный флюс (он типа вазелина бывает), или

паяльную пасту - она с припоем уже.

Плату после пайки промойте кисточкой растворителем в наклонном положении.

Подробно: Припои флюсы способы пайки - статья в FAQ'е курса

Очень рекомендую прочитать! Руководство по правильной разводке печатных плат и проводов в устройстве

Подробно разъяснено происхождение, излучение и влияние электромагнитных помех и методы их снижения для

обеспечения EMC.

Внимание ! Удобно купить мощный многоногий МК уже припаянный на плату с некоторыми нужными

дополнительными элементами. вот ATmega128 к примеру, на плате:

USB встроен и прочие приятности - документация тут.

в отверстия по краю платы впаяйте гребенки штырьков или гнезд и затем к ним подключайте без пайки разъемы

с проводами, либо ставьте на ответные части разъема впаянные в плату основного устройства или на большую

макетную плату.

Аналогичный модуль от Olimex

подешевле но и возможностей поменьше, зато контакты по краю платы уже запаяны.

А вот подороже но и по-навороченей: (Тестовая программа для платы ) :

Более качественный монтаж можно выполнить изготовив специальную плату для вашего устройства - обычно это

делают уже отладив устройство в симуляторе и/или на макетной плате. Вот примерный вид рисунка печатных

проводников для переноса на плату:

А вот тот же программатор JDM, но собранный на

специальной печатной плате со сверлением:

Для рисования схем и "разводки" (

размещение компонентов на плате и прокладка соединяющих дорожек

)

печатной платы устройства рекомендую - мощная и очень популярная у электронщиков программа рисования

схем и "разводки" (

размещение компонентов на плате и прокладка соединяющих дорожек

) печатной платы

устройства: EAGLE (Она бесплатна для плат достаточно большого размера.)

Программа автоматически размещает компоненты на плате и может развести дорожки сама. Вам нужно только

нарисовать схему, выбрать корпуса для всех компонентов и задать размеры платы. На сайте вы можете скачать

дополнительные библиотеки электронных компонентов и различные микроконтроллерные проекты со схемами и

печатными платами выполненными в этой программе. Очень рекомендую! ( краткое руководство по EAGLE

накрапал на русском)

Еще :

DipTrace - очень приятная в работе программа! Чудесно разводит платы в автоматическом режиме.

ЛУТ или Лазерно - Утюжный метод изготовления печатной платы

1) Рисунок печатной платы ЗЕРКАЛЬНО печатаю на глянцевой стороне "Универсальной бумаги для струйной

печати" LOMOND - глянцевая-матовая двухсторонняя 50 листов А4, вес 170 гр/м2 (на торце пачки и над штрих-

кодом номер 0102009) с обычными настройками принтера HP LaserJet 6P. Можно использовать испорченные,

неудачные фотографии.

К рисунку платы можно добавить изображение рамки большей чем контур заготовки платы примерно на 1 мм с

каждой стороны - так будет легко правильно совместить рисунок и плату. Или сделать в плате 2 (или больше)

отверстия диаметром 3-4 мм, измерить РЕАЛЬНОЕ расстояние между ними и нанести на рисунок платы

соответствующие перекрестия-прицелы для точного визуального совмещения рисунка с платой. Это полезно при

изготовлении двухсторонних плат.

2) Медь платы я шкурю шкуркой с зерном 300-500 в перекрестных направлениях, затем стираю пыль тампоном из

бинта. Не касайтесь поверхности платы пальцами!

3) Положите на ровную УСТОЙЧИВУЮ поверхность:

- упругий, ровный материал типа коврика мыши или листовой жесткий упаковочный мелкопористый поролон (я

использовал 20 мм)

- 2 листа бумаги А4

- рисунок ЗЕРКАЛЬНЫЙ платы тонером вверх !!!

- плату положите на рисунок КОНЕЧНО медью к тонеру, для центровки используйте прозорливо напечатанные

контуры или отверстия в плате совмещаемые с перекрестиями на рисунке.

- если плата большая, то для более равномерного распределения нагрузки и тепла положите сверху еще 2-4

заготовки для плат.

- лист бумаги А4 чтоб не коцать подошву утюга.

- утюг ХОЛОДНЫЙ !!!

- груз на утюг - я кладу 2 кГ сахара в мешках на плату 60х80.

Центр тяжести утюга с грузом должен быть примерно по центру заготовки платы, чтоб стоял устойчиво без

перекоса - тогда рисунок будет равномерно прижат к меди.

4) Моѐ ноу-хау в этом методе, возможно и позволяющее уверенно получать дорожки 0.1 мм - НЕ НАДО

ТОРКАТЬ ГОРЯЧИЙ

УТЮГ ТУДА-СЮДА ! Вы просто отходите в сторонку от этого "пирога" и нежно включаете утюг в розетку. Он

нагревается и сам выключается-включается терморегулятором. Регулятор утюга я ставлю на "3" - у моего утюга

это 120-130 градусов всего. (я использую принтер HP LJ 6P - его тонеру этого достаточно). Не нужно греть

сильней

После первого автоматического отключения нагрева я жду 5 минут, выключаю утюг из розетки. Оставляю

установку минут на 20-30, что бы "пирог" остыл ниже температуры плавления тонера. Теперь можно снять утюг.

5) Плату с фотобумагой положите в теплую воду. Примерно через 3-5 минут она намокнет и по краям отойдет от

платы. Не спешите! Я оставляю на 30 минут "изделие". После этого бумага уже хорошо отделяется от фотослоя,

который вживляется в поры тонера. Таким образом весть тонер покрыт фотослоем, его поры закрыты и при

травлении дорожки получаются не изъеденными раствором.

К сожалению именно фотослой не дает делать зазоры менее 0.2 мм - он намертво заседает в маленьких зазорах и

не желает от туда вымываться. Однако после высыхания фотослой легко вычищается из зазоров иголкой. Остатки

бумаги и фотослоя скатываются пальцами в воде - но их бывает мало и лишь в нескольких местах.

6) После высыхания платы внимательно с линзой проверьте рисунок платы на наличие дефектов. Особенно

фотослой в узких местах между тонером. Подретушируете при необходимости рисунок нитро-лаком (мебельный

НЦ222, цапон, лак для ногтей) и кисточкой от лака для ногтей или зубочисткой.

7) Травлю, после высыхания ретуши, в хлорном железе в пластиковой емкости - свежий раствор работает

быстрее, не грею.

удобно: Прикрепляю пенопласт к обратной стороне платы и плата плавает в хлорном железе травящейся

стороной вниз - таким образом шлам от травления не оседает на плате а опускается на дно емкости и не

препятствует травлению! Пенопласт является ручкой за которую его удобно вынимать для визуального контроля

процесса травления.

Проверяйте процесс чаще ! Не передерживайте в растворе для уменьшения бокового подтрава узких дорожек!

8) Хорошо промойте плату проточной водой и смойте тонер растворителем, еще раз пошкурьте медь мелкой

шкуркой, просушите плату.

Вот пример платы с дорожками 0.15 мм изготовленной по описанной технологии под программатор-отладчик

для микроконтроллеров PIC ICD2

Линки на такие устройства на русском языке

есть в низу заглавной страницы курса.

9) Я залуживаю всю медь платы паяльником с припоем предварительно смазав ватной палочкой медь

активным флюсом. Плату держу сильно наклонно и веду жало паяльника всегда вниз от контактных площадок,

чтоб на контактных площадках не скапливался припой!

Вот и все!

- стр. 7 -

Чем и как "прошить" МК AVR ?

Как загрузить программу в микроконтроллер.

Как запрограммировать микроконтроллер AVR.

Напоминаю: Об основах и тонкостях электроники и схемотехники читайте в настольной книге

электронщика: П.Хоровиц, У.Хилл. Искусство схемотехники на РУССКОМ языке.

Я советую прошивать микроконтроллер прямо из программатора встроенного в компилятор CodeVisionAVR через

простейший адаптер - буквально "пять проводков" соединяющих принтерный порт ПК с прошиваемым

микроконтроллером AVR.

ПОДРОБНО: Результат написания и компиляции программы - файл-прошивку с расширением .hex (и возможно

файл с содержимым для

EEPROM МК) нужно записать ("зашить") в МК . МК AVR многократно программируются прямо в устройстве

в котором будут работать - такое программирование называют - "ин систем программинн" или ISP.

Для этого установите на плате вашего устройства 6 контактов, а лучше 6-ти штырьковый разъем для ISP

вид сверху платы на штырьки.

выводы подсоединить к МК в соответствии с

указанными названиями.

Подробней по ISP разъемам посмотрите Апликейшн Ноут AVR910.

Вывод 2 нужно подключить к + питания МК если вы собираетесь использовать программатор питающийся

от вашего же устройства - например фирменный ISP AVR.

Для "5 проводов" этот вывод не подключается. Для программирования достаточно 5 контактов.

Соответственно и разъем который вы будете использовать может быть любым удобным для размещения на плате

и имеющий минимум 5 контактов. Все контакты ISP разъема подсоединяются к ножкам МК в соответствии с

названиями.

ВНИМАНИЕ ! в ATmega64 и ATmega128 выводы MOSI и MISO не применяют для ISP Внимательно

смотрите ДатаШит ! Например для ATmega128 сигналы MISO подключают к ножке PE1, MOSI

подключают к ножке PE0

Я советую вам пользоваться интерфейсом программирования встроенным в компилятор CodeVisionAVR и

конечно же в нем разрабатывать программу для МК. Дело в том, что вам вряд ли удастся сразу написать

программу без ошибок, даже после прогона в софт эмуляторе - симуляторе ваше устройство может делать не то,

что вы от него ожидаете - значит в программу нужно будет вносить изменения и снова зашивать в МК , и так раз

20 и более.

Вы можете в компиляторе CodeVisionAVR открыть меню "Проджект -> Конфига -> Афта Мэйк" и отметить чек

бокс "Program the chip" затем ОК. Еще нужно в меню "Сеттинс -> Программер" выбрать ваш адаптер

(подробней ниже) для программирования. Теперь после безошибочной компиляции программы вам будет

доступна кнопка "Program" - нажмите на нее и произойдет программирование МК - т.е. файл .hex будет загружен

в память программ МК. Затем МК будет "сброшен" (на ножку RESET будет подан лог. 0 а затем опять "1") и начнет

выполнять только что прошитую (загруженную в него) программу. Вам даже не нужно будет отсоединять адаптер

программирования от вашего устройства если вы не используете в устройстве последовательный интерфейс SPI.

... и так до окончательной отладки устройства.

В А Ж Н О ! В диалоге настройки программирования не трогайте галочки установки фьюзов

МК если не разобрались четко что они делают! Иначе вы можете отключить режим ISP или

внутренний RC-генератор и для следующего программирования вам понадобится ставить

кварц с конденсаторами или даже искать Параллельный программатор для AVR. Но

популярному ATtiny2313 даже параллельный программатор не поможет!

в ATmegaXXX с завода включен внутренний RC генератор на частоте 1 МГц ( уточните это по ДШ и его

возможные частоты ) Если вам нужна другая частота или нужно включить внешний кварцевый или керамический

резонатор - вам нужно запрограммировать некоторые фьюзы по таблицам из ДШ или по таблице фьюзов на стр. 2

З а п о м н и т е :

НЕ запрограммированный фьюз 1

ЗАпрограммированный фьюз 0

Пример: Чтобы включить в ATmega16 внешний кварцевый резонатор с частотой от 3 до 8 МГц с конденсаторами

(по схеме рис. 12 ДШ) найдите в ДШ раздел "System Clock".

В таблице 2 указаны комбинации фьюзов для разных источников тактового сигнала. Далее написано что с завода

МК поставляется с такой комбинацией фьюзов

SKSEL 0001 SUT 10 CKOPT 1

По таблице 4 находим :

Для кварца с частотой от 3 до 8 МГц нужны конденсаторы от 12 до 22 пФ и вот такая комбинация фьюзов :

SKSEL 1111 SUT 10 CKOPT 1

Установка фьюзов в программаторе компилятора CVAVR

Для прошивания МК нажмите кнопку "Program All"

Для использования ATmega16 (и других мег) с внешним кварцевым или керамическим резонатором на частотах

выше 8 МГц вам нужно установить фьюзы как в примере выше но запрограммировать CKOPT - значит сделать

его "0". Т.е. вам нужна такая комбинация:

SKSEL 1111 SUT 10 CKOPT 0

CKOPT 0 - нужен и тогда когда вы хотите подключить к XTAL2 другой микроконтроллер или тактируемый

прибор.

Фьюзы SUT - определяют запуск генератора тактового сигнала, в большинстве случаев их установку можно

оставить "как с завода" - SUT 10 - более детально это описано в даташите в таблицах до 12.

Для соединения компьютера с ISP разъемом устройства на AVR Советую сделать адаптер от STK200 - это

"правильные 5 проводков" с микросхемой буфером снижающим вероятность случайного повреждения порта

ПК. В установках компилятора CodeVisionAVR интерфейс "5-проводков" называется "Канда системз

STK200+/300"