Programovanie AVR v jazyku C

Na tomto cvičení prakticky len zopakujeme to čo sme robili pred týždňom, ale spravíme to v jazyku C pomocou kompilátora avr-gcc.

Vzhľadom na obmedzený čas sa dostaneme naozaj len k základom, pre väčšie porozumenie odporúčame hlbšie preštudovať Application Notes od firmy Atmel, v ktorýcy sa opisuje ako efektívne programovať v jazyku C a preskúmať aj odporúčané tipy a triky pre programovanie 8-bitových mikropočítačov.

Navyše však pripojíme k mikropočítaču prvú externú súčiastku - tlačítko.

Úloha:

Na cvičení predvedieme pripojenie tlačítka, ktoré bude ovládať jednu LED diódu. Vašou úlohou bude pripojiť dve externé diódy a dve tlačítka a spraviť z nich preklápací R-S obvod.

1. Bezkontaktné prepojovacie pole

Bezkontaktné prepojovacie pole (breadboard) slúži na rýchle zapojenie jednoduchších obvodov bez potreby spájkovania. Vnútri v doštičke sa nachádzajú kontaktné pružinky, ktoré zabezpečia prepojenie medzi jednotlivými vývodmi. Prepojená je vždy jedna pätica kontaktov, okrem toho sú navzájom prepojené dlhé kontakty na okrajoch dosky určené na rozvod napájania (modré a červené). Napätie na tieto kontakty však musíte najprv priviesť!

2. Ovládanie LED tlačítkom

Musíte si na doštičku zapojiť jedno tlačítko a dvoma drôtikmi pripojiť k Arduino doske. Časť schémy s LED diódou už zapojená je (preto je schéma bledšia). Potrebujeme teda zapojiť len tlačítko. Odpor R1 je ochranný, v prípade, že omylom nastavíte PB4 ako výstup a stlačíte tlačidlo, nedôjde ku skratu. Ak ste už skúsení a nebojíte sa, môžete ho vynechať.

Schéma zapojenia a prepojenie na doštičke.

Programy, s ktorými budeme ďalej pracovať.

AVR CArduino

#include <avr/io.h>

/* Pripojenie periferii k vyvojovej doske Arduino: */

#define LED1  PB5  // zabudovana dioda 
#define SW1  PB4

int main(void)
{

  /*  SETUP   */ 
	 
   /* Konfiguracia I/O: portB.5 je vystupny (LED1) a portB.4 je vstup (SW1) *
    * naviac je PortB.4 so zapnutym pull-up rezistorom cez reg. PORTB       */   
   
    DDRB = 0b00100000;       // PORTB: LED1 na PB5  je output, SW1 (PB4) input
   PORTB = 0b00010000;       // LED Active low, LED off, pull-up ON
	
   /* Ak nechceme menit cely register, ale len jeden bit, potom pouzijeme *
    * niektoru z nasledovnych konstrukcii, vsetky su ekvivalentne         */
   	
	DDRB = DDRB | 0b00100000;
	DDRB = DDRB | 0x20;
	DDRB = DDRB | (1<<5);
	DDRB |= (1 << PB5);
    DDRB |= (1 << LED1);

  /*   LOOP   */ 
 
  while(1)
    { 
                // 0b00010000
     if ( !(PINB & (1<<SW1)) )    // Ak je stlacene tlacitko (t.j. na vstupe log.0)...
       {  									
	   PORTB |=  (1<<LED1);          // ... tak rozsviet LED, t.j. set PB5 na log. 1 
	   }	                        // predosly riadok prekladac vezme ako bitovu operaciu
     else                           // ... v opacnom pripade
       {
	    PORTB &= ~(1<<LED1);         // zhasni LED, t.j. clear PB5 na log. 0
	   }     	
     }   /* end of while */

}

/* Pripojenie periferii k vyvojovej doske Arduino:
 *  LED Diody  LED1 - D13 - PB5 (zabudovana)
 *  Tlacitka  TLAC1 - D12 - PB4
 */

#define LED1  13   
#define TLAC1  12

void setup()
{
   pinMode(LED1, OUTPUT);
   pinMode(TLAC1, INPUT_PULLUP);
   
}

void loop() 
{
   if (digitalRead(TLAC1))
     digitalWrite(LED1, LOW);
   else
     digitalWrite(LED1,HIGH);
  
}

Ak ste si nie celkom istí, čo to v tom C-čku robíme s jednotlivými bitmi, prečítajte si podrobnejší článoček AVR Bit Magic.

Ako sa definujú konštanty, aby sme nemíňali vzácne miesto v RAM pamäti, sa dočítate tu AVR - Definície konštánt.

Ak si chceme programovanie ešte viac zjednodušiť a sprehľadniť, môžeme využiť zadefinované makrá a pridať k nim ešte definíciu svojich dvoch vlastných

AVR C

 /* na testovanie su uz zadefinovane */
 bit_is_set(PINB, SW1)
 bit_is_clear(PINB, SW1)

 /* na cakanie su preddefinovane slucky */
 loop_until_bit_is_set(PINB, SW1);    // cakanie na uvolnenie tlacitka
 loop_until_bit_is_clear(PINB, SW1);  // cakanie na stlacenie tlacitka

 /* a oplati sa zadefinovat aj tieto dve makra */
 #define set_bit(ADDRESS,BIT) (ADDRESS |= (1<<BIT))
 #define clear_bit(ADDRESS,BIT) (ADDRESS &= ~(1<<BIT))

Potom celý program môže vyzerať takto jednoducho

AVR C

#include <avr/io.h>
#define set_bit(ADDRESS,BIT) (ADDRESS |= (1<<BIT))
#define clear_bit(ADDRESS,BIT) (ADDRESS &= ~(1<<BIT))

/* Pripojenie periferii k vyvojovej doske Arduino: */

#define LED1  PB5  // zabudovana dioda 
#define  SW1  PB4  // pripojene tlacitko

int main(void)
{

  /*  SETUP   */ 
	 
   /* Konfiguracia I/O: portB.5 je vystupny (LED1) a portB.4 je vstup (SW1) *
    * naviac je PortB.4 so zapnutym pull-up rezistorom cez reg. PORTB       */   
   
    set_bit(DDRB,LED1);
    set_bit(PORTB,SW1);


  /*   LOOP   */ 
 
  while(1)
    { 
      if ( bit_is_clear(PINB, SW1) )   // ak je stlacene tlacitko SW1
 	set_bit(PORTB,LED1);           // LED1 = log.1
      else                             // inak
	clear_bit(PORTB,LED1);         // LED1 = log.0

     }   /* end of while */
}

3. Ovládanie dvoch LED tlačítkami

Vašou úlohou teraz bude samostatne pripojiť k mikroprocesoru dve externé LED diódy a dve tlačítka. Schéma zapojenia aj prepojovací diagram je nižšie. Pozor, všimnite si, na ktoré porty sú privedené tlačítka a diódy. Túto informáciu budete potrebovať pri programovaní.

Schéma zapojenia a prepojenie na doštičke.

Vašou úlohou je naprogramovať R-S preklápací obvod. Funkcia obvodu je nasledovná: Po stlačení tlačidla SW2 sa rozsvieti dióda LED2 a ostane svietiť aj keď tlačidlo pustíte. Dióda LED3 zhasne. Podobne pri stlačení tlačidla SW3 sa rozsvieti diída LED3 a dióda LED2 zhasne.

4. Bonus: Multicolor RGB LED

RGB LED je súčiastka, ktorá má v jednom puzdre tri čipy LED diód, ktoré generujú červené, zelené a modré svetlo. Ak zapojíte RGB diódu na tri ôzne výstupy Arduina (výber necháme na vás), pridáte tri tlačítka, tak pomocou vhodného programu môžete vyskúšať generovať všetky kombinácie odtieňov. Odpory by ste mali použiť 1k, lebo dióda ktorú máte k dispozícii má vysokú intenzitu, takže jej na bežné svietenie stačí oveľa menší prúd (cca 2 mA).

Pri zapojení by vám teoreticky mohol pomôcť aj datasheet k dióde YSL-R596AR3G4B5C, ale sami sa presvedčte, že zapojenie vývodov by ste v ňom hľadali márne. Pre porovnanie si pozrite datasheet k podobnej dióde WP154A4SEJ3VBDZGW od seriózneho výrobcu, aby ste vvideli rozdiel v množstve poskytnutých informácií.

Na nasledovnom obrázku je schéma zapojenia (bez označenia konkrétnych pinov Arduina) a zapojovací diagram na doštičke (bez tlačítok a bez Arduina).

Schéma zapojenia a prepojenie na doštičke.