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microcontrollertechnik:1_hello_blinking_world [2022/04/19 16:37] tfischer |
microcontrollertechnik:1_hello_blinking_world [2024/03/21 02:58] (aktuell) mexleadmin |
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- | ====== 1. Hello Blinking World ====== | + | wie fi====== 1 Hello Blinking World ====== |
===== 1.1 AVR Programmierung für Dummies ===== | ===== 1.1 AVR Programmierung für Dummies ===== | ||
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Nach dieser Lektion sollten Sie: | Nach dieser Lektion sollten Sie: | ||
- | - wissen, wie man im Atmel Studio ein Projekt anlegt. | + | - wissen, wie man im Microchip |
- wissen, wie der Programmierumgebung die Taktfrequenz des Microcontrollers festgelegt wird. | - wissen, wie der Programmierumgebung die Taktfrequenz des Microcontrollers festgelegt wird. | ||
- die wichtigsten Bitmanipulationen (Bitmaske zum setzten und löschen eines einzelnen Bits, togglen) kennen und anwenden können. | - die wichtigsten Bitmanipulationen (Bitmaske zum setzten und löschen eines einzelnen Bits, togglen) kennen und anwenden können. | ||
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==== Video ==== | ==== Video ==== | ||
- | {{youtube> | + | {{youtube> |
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--> I. Vorarbeiten # | --> I. Vorarbeiten # | ||
- | - installieren Sie [[0._hilfsmittel#atmel_studio|SimulIDE und Atmel Studio]] | + | - installieren Sie [[0_hilfsmittel#Microchip_studio|SimulIDE und Microchip |
- falls es Probleme bei der Programmierung gibt: nutzen Sie die [[elektronik_labor: | - falls es Probleme bei der Programmierung gibt: nutzen Sie die [[elektronik_labor: | ||
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- | --> II. Eingabe in Atmel Studio # | + | --> II. Eingabe in Microchip |
- | - öffnen Sie Atmel Studio | + | - öffnen Sie Microchip |
- Anlegen eines neuen Projekts | - Anlegen eines neuen Projekts | ||
- '' | - '' | ||
- Wählen Sie "GCC C Executable Project", | - Wählen Sie "GCC C Executable Project", | ||
- Geben Sie bei Name '' | - Geben Sie bei Name '' | ||
- | - Der Cursor sollte nun im Eingabefeld des Suchfenster für die Microcontroller stehen. Geben Sie dort '' | + | - Der Cursor sollte nun im Eingabefeld des Suchfenster für die Microcontroller stehen. Geben Sie dort '' |
- | - Wählen Sie den mega328 | + | - Wählen Sie den mega88 |
- Eingabe und Kompilieren des Code | - Eingabe und Kompilieren des Code | ||
- Ersetzen Sie den vorhandenen Code, durch den rechts stehenden Code | - Ersetzen Sie den vorhandenen Code, durch den rechts stehenden Code | ||
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- Im unteren Teil des Fensters sollte nun die Ausgabe des Kompilers sichtbar werden. Diese sollte '' | - Im unteren Teil des Fensters sollte nun die Ausgabe des Kompilers sichtbar werden. Diese sollte '' | ||
- Auswählen der hex-Datei | - Auswählen der hex-Datei | ||
- | - im Atmel Studio finden Sie rechts im Fenster den " | + | - im Microchip |
- gehen Sie dort im Solution Explorer zu '' | - gehen Sie dort im Solution Explorer zu '' | ||
- klicken Sie mit rechter Maustaste auf '' | - klicken Sie mit rechter Maustaste auf '' | ||
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--> III. Ausführung in Simulide # | --> III. Ausführung in Simulide # | ||
- Öffnen Sie SimulIDE (unter ...\bin\simulide.exe) | - Öffnen Sie SimulIDE (unter ...\bin\simulide.exe) | ||
- | - links in SimulIDE sollten Sie den Komponenten Browser finden. Wählen Sie dort '' | + | - links in SimulIDE sollten Sie den Komponenten Browser finden. Wählen Sie dort '' |
- | - Ziehen Sie den Eintrag '' | + | - Ziehen Sie den Eintrag '' |
- | - Es sollte nun ein Chip names '' | + | - Es sollte nun ein Chip names '' |
- Erstellen der Ausgangsschaltung | - Erstellen der Ausgangsschaltung | ||
- | - Im Programm wurde im auf PortD das 6bit angesprochen. Entsprechend soll auch hier am Port D der Ausgang | + | - Im Programm wurde im auf PortB das 2bit angesprochen. Entsprechend soll auch hier am Port B der Ausgang |
- Fügen Sie eine LED (im Komponenten Browser über Output LED) und ein Massepotential ein (Sources Ground) | - Fügen Sie eine LED (im Komponenten Browser über Output LED) und ein Massepotential ein (Sources Ground) | ||
- Die Komponenten können mit dem Kontextmenu (Rechtsklick) gedreht und gespiegelt werden. Außerdem ist mit der Auswahl von '' | - Die Komponenten können mit dem Kontextmenu (Rechtsklick) gedreht und gespiegelt werden. Außerdem ist mit der Auswahl von '' | ||
- | - Verbinden Sie die LED mit Masse und mit Port D6. Achten Sie auf die richtige Richtung der LED. Die Verbindungen lassen sich dadurch erstellen, dass auf ein Komponenten-Pin geklickt wird und die Linie zu einem nächsten Komponenten-Pin gezogen wird. | + | - Verbinden Sie die LED mit Masse und mit Port B2. Achten Sie auf die richtige Richtung der LED. Die Verbindungen lassen sich dadurch erstellen, dass auf ein Komponenten-Pin geklickt wird und die Linie zu einem nächsten Komponenten-Pin gezogen wird. |
- Flashen der Software | - Flashen der Software | ||
- Klicken Sie rechts auf den Microcontroller und wählen Sie '' | - Klicken Sie rechts auf den Microcontroller und wählen Sie '' | ||
Zeile 103: | Zeile 103: | ||
- Lesen Sie auf Mikrocontroller.net im Kapitel [[https:// | - Lesen Sie auf Mikrocontroller.net im Kapitel [[https:// | ||
- Registeranalyse | - Registeranalyse | ||
- | - Öffnen Sie in Simulide die RAM Table (je nach Version: über Reiter | + | - Öffnen Sie in Simulide die RAM Table (Rechtsklick auf Microcontroller |
- | - Analysieren Sie das Verhalten der Register '' | + | - Analysieren Sie das Verhalten der Register '' |
- | - Zählt der Zähler aufwärts oder abwärts? Ändern Sie dazu die Simulationsgeschwindigkeit | + | - Zählt der Zähler aufwärts oder abwärts? Ändern Sie dazu die Simulationsgeschwindigkeit |
<-- | <-- | ||
Zeile 120: | Zeile 120: | ||
int main(void) | int main(void) | ||
{ | { | ||
- | DDRD=0b01000000; | + | DDRB=0b00000100; |
- | while (1) | + | while (1) |
- | { | + | { |
- | PORTD |= (1<<6); | + | PORTB |= (1<<2); |
_delay_ms(1000); | _delay_ms(1000); | ||
- | PORTD &= ~(1<<6); | + | PORTB &= ~(1<<2); |
- | _delay_ms(1000); | + | _delay_ms(1000); |
- | } | + | } |
- | } | + | }</ |
- | </ | + | |
<WRAP right>< | <WRAP right>< | ||
Zeile 151: | Zeile 150: | ||
<-- | <-- | ||
- | --> Was ist DDRD, PORTD?# | + | --> Was ist DDRB, PORTB?# |
Die Anschlüsse (Pins) des Chips sind in 8er Gruppen sortiert, den sogenannten Ports. | Die Anschlüsse (Pins) des Chips sind in 8er Gruppen sortiert, den sogenannten Ports. | ||
- | Für jeden Port sind jeweils drei Register-Bytes vorhanden: DDRx, PORTx und PINx. Diese Speicherstellen ermöglichen die Konfiguration des Ports. Die Bits in den Registern stehen für die einzelnen Anschlüsse: | + | Für jeden Port sind jeweils drei Register-Bytes vorhanden: DDRx, PORTx und PINx. Diese Speicherstellen ermöglichen die Konfiguration des Ports. Die Bits in den Registern stehen für die einzelnen Anschlüsse: |
Das Bit im **DDRx** (__D__ata __D__irection __R__egister) wählt die Richtung des Pins aus. Wenn dort logisch Eins geschrieben wird, wird der entsprechende Pin als Ausgangspin konfiguriert. Wenn dort logisch Null geschrieben wird, wird der entsprechende Pin als Eingangspin konfiguriert. | Das Bit im **DDRx** (__D__ata __D__irection __R__egister) wählt die Richtung des Pins aus. Wenn dort logisch Eins geschrieben wird, wird der entsprechende Pin als Ausgangspin konfiguriert. Wenn dort logisch Null geschrieben wird, wird der entsprechende Pin als Eingangspin konfiguriert. | ||
Zeile 161: | Zeile 160: | ||
Wenn das gewünschte Bit in PORTx logisch Eins geschrieben wird und der Pin als Ausgangspin konfiguriert ist, wird der Portpin auf high (eins) gesetzt. Wenn das gewünschte Bit in PORTx logisch Null geschrieben wird und der Pin als Ausgangspin konfiguriert ist, wird der Portpin auf Low (Null) getrieben. | Wenn das gewünschte Bit in PORTx logisch Eins geschrieben wird und der Pin als Ausgangspin konfiguriert ist, wird der Portpin auf high (eins) gesetzt. Wenn das gewünschte Bit in PORTx logisch Null geschrieben wird und der Pin als Ausgangspin konfiguriert ist, wird der Portpin auf Low (Null) getrieben. | ||
- | Auch wenn ein Pink als Eingangspin konfiguriert wurde, hat PORTx eine Funktion. Wenn in diesem Fall das gewünschte Bit in PORTx logisch eins geschrieben wird, wird der Pull-up-Widerstand aktiviert. Ein Pull-up-Widerstand ist ein höherohmiger Widerstand (im Bereich $20 k\Omega$ ... $100 k\Omega$), der bei nicht weiter verbundenem Pin den ausgegebenen Wert auf logisch Eins zieht. Um den Pull-up-Widerstand auszuschalten, | + | Auch wenn ein Pink als Eingangspin konfiguriert wurde, hat PORTx eine Funktion. Wenn in diesem Fall das gewünschte Bit in PORTx logisch eins geschrieben wird, wird der Pull-up-Widerstand aktiviert. Ein Pull-up-Widerstand ist ein höherohmiger Widerstand (im Bereich $20~\rm k\Omega$ ... $100~\rm k\Omega$), der bei nicht weiter verbundenem Pin den ausgegebenen Wert auf logisch Eins zieht. Um den Pull-up-Widerstand auszuschalten, |
Das Einlesen der Signale wird in einem späteren Kapitel erklärt. | Das Einlesen der Signale wird in einem späteren Kapitel erklärt. | ||
Zeile 178: | Zeile 177: | ||
--> | --> | ||
- | Die Namen sind im Datenblatt des verwendeten Microcontrollers zu finden. | + | Die Namen sind im Datenblatt des verwendeten Microcontrollers zu finden. |
+ | - Mittels | ||
+ | - Direkt über die Hersteller-Seite | ||
+ | Leider gibt es gerade bei dem ATMEGA88 auch ein **veraltetes** Datenblatt, welches just das ist, wass sich z.B. über Google leichter finden lässt. \\ | ||
+ | in diesem Fall muss also über die Herstellerseite gesucht werden, bzw. bei der Suchmaschine '' | ||
+ | |||
+ | Zum Lesen der Datenblätter empfiehlt sich ein Download und die Betrachtung über einen PDF-Viewer, welcher ein Inhaltsverzeichnis als Seitenleiste ermöglicht (z.B. Acrobat Reader). Ansonsten ist das Inhaltsverzeichnis häufig auch auf den hinteren Seiten des Datenblatts zu finden. | ||
- | Die gesuchte Pinbelegung ist für den ATmega328P | + | Die gesuchte Pinbelegung ist für den ATmega88 |
- | <WRAP right> | + | <WRAP right> |
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</ | </ | ||
Zeile 205: | Zeile 210: | ||
Richtig bemerkt. Das liegt daran, dass der verwendete Chip in Simulide auf 16 MHz läuft. Dies ist in der Simulation oben unter dem Start-Button zu sehen. | Richtig bemerkt. Das liegt daran, dass der verwendete Chip in Simulide auf 16 MHz läuft. Dies ist in der Simulation oben unter dem Start-Button zu sehen. | ||
- | In Realität wird die Taktfrequenz durch die Randbedingungen wie Performance, | + | In Realität wird die Taktfrequenz durch die Randbedingungen wie Performance, |
Häufig werden hierbei - neben ganzzahligen MHz - auch Vielfache von 256 genutzt, wie z.B. 12,288 MHz. Dies vereinfacht das exakte Abzählen von (Milli)Sekunden, | Häufig werden hierbei - neben ganzzahligen MHz - auch Vielfache von 256 genutzt, wie z.B. 12,288 MHz. Dies vereinfacht das exakte Abzählen von (Milli)Sekunden, | ||
Der Takt kann bei der realen Hardware in der Regel nicht zur Laufzeit beliebig geändert werden, sondern liegt fest vor. | Der Takt kann bei der realen Hardware in der Regel nicht zur Laufzeit beliebig geändert werden, sondern liegt fest vor. | ||
Zeile 231: | Zeile 236: | ||
int main(void) | int main(void) | ||
{ | { | ||
- | // Die Zahl in folgender Zeile gibt die Bitposition in der nächstne | + | // Die Zahl in folgender Zeile gibt die Bitposition in der nächsten |
// | // | ||
- | DDRD=0b01000000; // D6 soll als Ausgang genutzt werden | + | DDRB=0b00000100; // B2 soll als Ausgang genutzt werden |
while (1) | while (1) | ||
{ | { | ||
- | PORTD = 0b01000000; // Das Bit für D6 wird gesetzt; am Ausgang liegt VCC an | + | PORTB = 0b00000100; // Das Bit für B2 wird gesetzt; am Ausgang liegt VCC an |
_delay_ms(1000); | _delay_ms(1000); | ||
- | PORTD = 0b00000000; // Das Bit für D6 wird gelöscht; am Ausgang liegt 0V an | + | PORTB = 0b00000000; // Das Bit für B2 wird gelöscht; am Ausgang liegt 0V an |
_delay_ms(1000); | _delay_ms(1000); | ||
} | } | ||
Zeile 248: | Zeile 253: | ||
- Es wird hier nicht nur das gewünschte Bit gesetzt, sondern auch die anderen Bits manipuliert. Das ist in diesem konkreten Fall zunächst kein Problem. __ABER__: Jede Software sollte so entwickelt werden, dass Sie den höchsten Grad an Wartbarkeit und Erweiterbarkeit aufzeigt. Es ist also wichtig auf eine gewisse Codehygiene (" | - Es wird hier nicht nur das gewünschte Bit gesetzt, sondern auch die anderen Bits manipuliert. Das ist in diesem konkreten Fall zunächst kein Problem. __ABER__: Jede Software sollte so entwickelt werden, dass Sie den höchsten Grad an Wartbarkeit und Erweiterbarkeit aufzeigt. Es ist also wichtig auf eine gewisse Codehygiene (" | ||
- | Achten Sie also darauf, dass die Umsetzung im Code genau das tut was gewünscht ist. In diesem Fall soll nur das Bit D6 manipuliert und alle anderen unverändert belassen werden. | + | Achten Sie also darauf, dass die Umsetzung im Code genau das tut was gewünscht ist. In diesem Fall soll nur das Bit B2 manipuliert und alle anderen unverändert belassen werden. |
Hiermit ergibt sich die Frage, wie genau nur ein Bit in einem Register geändert werden kann. Dies ist über die Funktionen der logischen Bitmanipulation möglich (UND, ODER, etc.). Hierzu wird das gewünschte Register mit einer Maskierung verknüpft. | Hiermit ergibt sich die Frage, wie genau nur ein Bit in einem Register geändert werden kann. Dies ist über die Funktionen der logischen Bitmanipulation möglich (UND, ODER, etc.). Hierzu wird das gewünschte Register mit einer Maskierung verknüpft. | ||
Zeile 259: | Zeile 264: | ||
'' | '' | ||
Die fett markierten Bits mit logisch Eins in der Maske MSK gewährleisten also, dass die Bits in der Disjunktion '' | Die fett markierten Bits mit logisch Eins in der Maske MSK gewährleisten also, dass die Bits in der Disjunktion '' | ||
- | In C wäre hierfür '' | + | In C wäre hierfür '' |
- | Auch für das Setzen eines einzelnen Bits in MSK kann eine logische Bitmanipulation genutzt werden: das Verschieben aller Bits nach links. Der Code '' | + | Auch für das Setzen eines einzelnen Bits in MSK kann eine logische Bitmanipulation genutzt werden: das Verschieben aller Bits nach links. Der Code '' |
<sxh c; first-line: 13> | <sxh c; first-line: 13> | ||
- | PORTD |= 1<<PORTD6; // Das Bit für D6 wird gesetzt; am Ausgang liegt VCC an | + | PORTB |= 1<<PB2; // Das Bit für B2 wird gesetzt; am Ausgang liegt VCC an |
</ | </ | ||
Zeile 280: | Zeile 285: | ||
<sxh c; first-line: 15> | <sxh c; first-line: 15> | ||
- | PORTD &= ~(1<<PORTD6); // Das Bit für D6 wird gelöscht; am Ausgang liegt 0V an | + | PORTB &= ~(1<<PB2); // Das Bit für B2 wird gelöscht; am Ausgang liegt 0V an |
</ | </ | ||
Zeile 314: | Zeile 319: | ||
... | ... | ||
uint8_t a = DUMMY1; // DUMMY1 ist größer als 500 | uint8_t a = DUMMY1; // DUMMY1 ist größer als 500 | ||
- | uint8_t b = DUMMY2 * 2; // Ergebnis ist 5 + 3 *2 = 16 , nicht 10 | + | uint8_t b = DUMMY2 * 2; // Es wird 5 + 3 *2 = 11 ausgegeben, und nicht (5 + 3)*2 = 16 |
... | ... | ||
} | } | ||
</ | </ | ||
- | Prinzipiell kann also '' | + | Prinzipiell kann also '' |
<sxh c; first-line: 1> | <sxh c; first-line: 1> | ||
Zeile 331: | Zeile 336: | ||
--> Wie sähe der Code aus, wenn man sich an die Vorgaben für sauberen Code hielte?# | --> Wie sähe der Code aus, wenn man sich an die Vorgaben für sauberen Code hielte?# | ||
- | Hierbei ist zu beachten, dass auch die Verwendung von delays vermieden werden soll. Diese sind ein " | + | Hierbei ist zu beachten, dass auch die Verwendung von delays vermieden werden soll. Diese sind ein " |
<sxh c; first-line: 1> | <sxh c; first-line: 1> | ||
Zeile 339: | Zeile 344: | ||
#define LED_WAIT_TIME 1000 // Dauer bis zum Taktwechsel am Pin | #define LED_WAIT_TIME 1000 // Dauer bis zum Taktwechsel am Pin | ||
- | #define LED_PIN PORTD6 | + | #define LED_PIN PB2 // Pin an dem die LED anschlossen ist |
#include < | #include < | ||
Zeile 346: | Zeile 351: | ||
int main(void) | int main(void) | ||
{ | { | ||
- | SET_BIT(DDRD, LED_PIN); | + | SET_BIT(DDRB, LED_PIN); |
while (1) | while (1) | ||
{ | { | ||
- | TGL_BIT(PORTD, LED_PIN); | + | TGL_BIT(PORTB, LED_PIN); |
_delay_ms(LED_WAIT_TIME); | _delay_ms(LED_WAIT_TIME); | ||
} | } | ||
Zeile 357: | Zeile 362: | ||
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- | --> Beim " | + | --> Beim " |
- | Klicken Sie auf den fraglichen Code-Snipsel (z.B. Variablen- oder Funktionsname) mit einem Rechts-Klick und wählen Sie '' | + | Klicken Sie auf den fraglichen Code-Snipsel (z.B. Variablen- oder Funktionsname) mit einem Rechts-Klick und wählen Sie '' |
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