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microcontrollertechnik:1_hello_blinking_world [2022/09/19 00:22]
tfischer Port / Pin von D6 in B2 		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 Studio ein Projekt anlegt.
   - 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>2VPM2Q0JtxI}}+{{youtube>kHnxozE4X2I}}
  
 </WRAP>  </WRAP> 
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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 Studio]]
   - falls es Probleme bei der Programmierung gibt: nutzen Sie die [[elektronik_labor:Tipps für die Fehlersuche]]   - falls es Probleme bei der Programmierung gibt: nutzen Sie die [[elektronik_labor:Tipps für die Fehlersuche]]
  
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---> II. Eingabe in Atmel Studio # +--> II. Eingabe in Microchip Studio # 
-  - öffnen Sie Atmel Studio+  - öffnen Sie Microchip Studio
   - Anlegen eines neuen Projekts   - Anlegen eines neuen Projekts
     - ''File'' >> ''New'' >> ''Project...''     - ''File'' >> ''New'' >> ''Project...''
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     - Im unteren Teil des Fensters sollte nun die Ausgabe des Kompilers sichtbar werden. Diese sollte ''========== Build: 1 succeeded or up-to-date, 0 failed, 0 skipped =========='' lauten     - Im unteren Teil des Fensters sollte nun die Ausgabe des Kompilers sichtbar werden. Diese sollte ''========== Build: 1 succeeded or up-to-date, 0 failed, 0 skipped =========='' lauten
   - Auswählen der hex-Datei   - Auswählen der hex-Datei
-    - im Atmel Studio finden Sie rechts im Fenster den "Solution Explorer"+    - im Microchip Studio finden Sie rechts im Fenster den "Solution Explorer"
     - gehen Sie dort im Solution Explorer zu ''Solution'' >> ''Einfuehrung_v01'' >> ''Output Files''      - gehen Sie dort im Solution Explorer zu ''Solution'' >> ''Einfuehrung_v01'' >> ''Output Files'' 
     - klicken Sie mit rechter Maustaste auf ''Einfuehrung_v01.hex'' und wählen Sie Pfad und Name aus     - klicken Sie mit rechter Maustaste auf ''Einfuehrung_v01.hex'' und wählen Sie Pfad und Name aus
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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 ''Micro''>>''AVR''>>''atmega''>>''mega328'' +    - links in SimulIDE sollten Sie den Komponenten Browser finden. Wählen Sie dort ''Micro''>>''AVR''>>''atmega''>>''mega88'' 
-    - Ziehen Sie den Eintrag ''mega328'' per Drag and Drop in den Arbeitsbereich (rechter, beiger Teil des Fensters) +    - Ziehen Sie den Eintrag ''mega88'' per Drag and Drop in den Arbeitsbereich (rechter, beiger Teil des Fensters) 
-    - Es sollte nun ein Chip names ''mega328-1'' dargestellt sein+    - Es sollte nun ein Chip names ''mega88-1'' dargestellt sein
   - Erstellen der Ausgangsschaltung   - Erstellen der Ausgangsschaltung
-    - Im Programm wurde im auf PortD das 6bit angesprochen. Entsprechend soll auch hier am Port D der Ausgang 6 genutzt werden. Am Chip ist dieser mit D6 gekennzeichnet+    - Im Programm wurde im auf PortB das 2bit angesprochen. Entsprechend soll auch hier am Port B der Ausgang 2 genutzt werden. Am Chip ist dieser mit B2 gekennzeichnet
     - 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 ''Properties'' im Kontextmenu die Änderung von      - Die Komponenten können mit dem Kontextmenu (Rechtsklick) gedreht und gespiegelt werden. Außerdem ist mit der Auswahl von ''Properties'' im Kontextmenu die Änderung 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 ''Load firmware''     - Klicken Sie rechts auf den Microcontroller und wählen Sie ''Load firmware''
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   - Lesen Sie auf Mikrocontroller.net im Kapitel [[https://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-GCC-Tutorial#Warteschleifen_.28delay.h.29|Warteschleifen]] die "erste Seite", also bis: \\ ** Abhängig von der Version der Bibliothek verhalten sich die Bibliotheksfunktionen etwas unterschiedlich.**   - Lesen Sie auf Mikrocontroller.net im Kapitel [[https://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-GCC-Tutorial#Warteschleifen_.28delay.h.29|Warteschleifen]] die "erste Seite", also bis: \\ ** Abhängig von der Version der Bibliothek verhalten sich die Bibliotheksfunktionen etwas unterschiedlich.**
   - Registeranalyse   - Registeranalyse
-    - Öffnen Sie in Simulide die RAM Table (je nach Version: über Reiter ''RAM Table'' links bei der Komponentenauswahl oder Rechtsklick auf Microcontroller >> ''RAM Table'')  +    - Öffnen Sie in Simulide die RAM Table (Rechtsklick auf Microcontroller ''Open Mcu Monitor.'' >> ''RAM Table'')  
-    - Analysieren Sie das Verhalten der Register ''PORTD'' und der Mehrzweckregister R0...R31. Welches Mehrzweckregister scheint ein Auf- oder Abwärtszähler zu sein? (siehe dazu auch "Was ist eigentlich ein Register?" unter [[1._hello_blinking_world#Weiterführende Fragen und Infos]]) +    - Analysieren Sie das Verhalten der Register ''PORTB'' und der Mehrzweckregister ''R0...R31'' (eintragen von z.B. ''PORTB'' unter Name in der ersten Zeile und drücken von <Return>, oder anklicken bzw. markieren des Registers mit dem Cursor und <Return>). \\ Welches Mehrzweckregister scheint ein Auf- oder Abwärtszähler zu sein? (siehe dazu auch "Was ist eigentlich ein Register?" unter [[1_hello_blinking_world#Weiterführende Fragen und Infos]]) 
-    - Zählt der Zähler aufwärts oder abwärts? Ändern Sie dazu die Simulationsgeschwindigkeit über Rechtsklick auf den Hintergrund in Simulide >> ''Properties'' >> ''Speed''+    - Zählt der Zähler aufwärts oder abwärts? Ändern Sie dazu die Simulationsgeschwindigkeit bei den Einstellungen. Die Einstellungen sind über das Zahnrad in der Menüleiste oben links zu erreichen. Im Reiter ''Simulation'' kann die Geschwindigkeit geändert werden.
  
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---> 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: So ist zum Beispiel das 6. Bit in DDRD, PORTD und PIND für den Anschluss D6 zuständig.+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: So ist zum Beispiel das 2. Bit in DDRB, PORTB und PINB für den Anschluss B2 zuständig.
  
 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. 
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 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, muss das gewünschte Bit in PORTx logisch Null geschrieben werden oder der Pin muss als Ausgangspin konfiguriert werden. +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, muss das gewünschte Bit in PORTx logisch Null geschrieben werden oder der Pin muss als Ausgangspin konfiguriert werden. 
  
 Das Einlesen der Signale wird in einem späteren Kapitel erklärt. Das Einlesen der Signale wird in einem späteren Kapitel erklärt.
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 -->  Wie findet man die Namen der Anschlüsse? # -->  Wie findet man die Namen der Anschlüsse? #
  
-Die Namen sind im Datenblatt des verwendeten Microcontrollers zu finden. Das lässt sich in diesem Fall in einer Suchmaschine über ''atmega 328 "datasheet" site:microchip.com filetype:pdf'' finden, da es sich beim Datasheet um ein PDF des Herstellers Microchip handelt. 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 Namen sind im Datenblatt des verwendeten Microcontrollers zu finden. Datenblätter lassen sich allgemein mittels auf zwei Wegen finden: 
 +    - Mittels einer Suchmaschine über ''[IC Name] "datasheet" site:[Herstellername].com filetype:pdf'', da es sich beim Datasheet um ein PDF handelt.  
 +    - 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 ''ATMEGA88'' eingeben und anschließend auf die [[https://www.microchip.com/en-us/product/atmega88|Herstellerseite]] klicken. 
  
-Die gesuchte Pinbelegung ist für den ATmega328P konkret auf Seite 3 unter "1. Pin Configurations":+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.
  
-<WRAP right>{{url>https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-7810-Automotive-Microcontrollers-ATmega328P_Datasheet.pdf#page=3+Die gesuchte Pinbelegung ist für den ATmega88 konkret auf Seite 3 unter "1. Pin Configurations": 
 + 
 +<WRAP right>{{url>https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/ATmega48_88_168_megaAVR-Data-Sheet-40002074.pdf#page=9
  600,400 noborder}}  600,400 noborder}}
 </WRAP> </WRAP>
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 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, Stromverbrauch, Spannungsversorgung  oder Platinengröße vorgegeben. Die reale Hardware des ATmega 328 beinhaltet einen internen Taktgeber mit 8 MHz, welche durch einen Teiler auf 1 MHz reduziert sind. Über einen externen Quarz an den Pins PB6 und PB7 kann bei der realen Hardware (mit weiteren Einstellung der Fuses) ein externen Takt eingespeist werden. +In Realität wird die Taktfrequenz durch die Randbedingungen wie Performance, Stromverbrauch, Spannungsversorgung  oder Platinengröße vorgegeben. Die reale Hardware des ATmega 88 beinhaltet einen internen Taktgeber mit 8 MHz, welche durch einen Teiler auf 1 MHz reduziert sind. Über einen externen Quarz an den Pins PB6 und PB7 kann bei der realen Hardware (mit weiteren Einstellung der Fuses) ein externen Takt eingespeist werden. 
 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, da intern hierzu 8-Bit-Zähler genutzt werden können. 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, da intern hierzu 8-Bit-Zähler genutzt werden können.
 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.
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  // Die Zahl in folgender Zeile gibt die Bitposition in der nächsten Zeile an:  // Die Zahl in folgender Zeile gibt die Bitposition in der nächsten Zeile an:
  //     76543210  //     76543210
- DDRD=0b00000100;  // B2 soll als Ausgang genutzt werden+ DDRB=0b00000100;  // B2 soll als Ausgang genutzt werden
     while (1)      while (1) 
     {     {
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 <sxh c; first-line: 13> <sxh c; first-line: 13>
- PORTB |= 1<<PB2; // 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
 </sxh> </sxh>
  
Zeile 313: 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
  ...  ...
 } }
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 --> 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 "aktives Nichtstun" des Prozessors. Das heißt er kann in der Zeit nicht andere Aufgaben erledigen. Ein Multitasking ist damit nicht möglich. Da dies einer nachträglichen Erweiterung des Codes im Weg steht, sollten **generell keine delays** verwendet werden. Eine Ausnahme davon bildet Treiber-Code in welchem Microsekunden genaue Asgaben an einem Pin gemacht werden müssen.+Hierbei ist zu beachten, dass auch die Verwendung von delays vermieden werden soll. Diese sind ein "aktives Nichtstun" des Prozessors. Das heißt er kann in der Zeit nicht andere Aufgaben erledigen. Ein Multitasking ist damit nicht möglich. Da dies einer nachträglichen Erweiterung des Codes im Weg steht, sollten **generell keine delays** verwendet werden. Eine Ausnahme davon bildet Treiber-Code in welchem Pegeländerungen an einem Pin Microsekunden-genau umgesetzt werden müssen.
  
 <sxh c; first-line: 1> <sxh c; first-line: 1>
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 --> Beim "sauberen Code" wird PB2 genutzt - wo kommt das her? Wo liegt DDRB eigentlich ab? # --> Beim "sauberen Code" wird PB2 genutzt - wo kommt das her? Wo liegt DDRB eigentlich ab? #
  
-Klicken Sie auf den fraglichen Code-Snipsel (z.B. Variablen- oder Funktionsname) mit einem Rechts-Klick und wählen Sie ''Goto Implementation'' (Alternativ <Alt>+<G>) . Wird beispielsweise PORTD6 eingegeben und die Implementierung angezeigt, ist zu sehen, dass PB2 auch nur ein define ist: ''%%#define PB2 6%%''. Selbiges ist bei DDRD zu finden; dort wird aber über den define der Text durch ''%%_SFR_IO8(0x05)%%'' ersetzt. ''%%_SFR_IO8(0x05)%%'' ist ein Befehl für den Microcontroller, um auf ein __S__pecial __F__unction __R__egister des __I__nput-__O__utput-Registerbereichs zugreifen, welches im Speicher unter ''0x05'' abliegt.+Klicken Sie auf den fraglichen Code-Snipsel (z.B. Variablen- oder Funktionsname) mit einem Rechts-Klick und wählen Sie ''Goto Implementation'' (Alternativ <Alt>+<G>) . Wird beispielsweise PB2 eingegeben und die Implementierung angezeigt, ist zu sehen, dass PB2 auch nur ein define ist: ''%%#define PB2 2%%''. Selbiges ist bei DDRD zu finden; dort wird aber über den define der Text durch ''%%_SFR_IO8(0x05)%%'' ersetzt. ''%%_SFR_IO8(0x05)%%'' ist ein Befehl für den Microcontroller, um auf ein __S__pecial __F__unction __R__egister des __I__nput-__O__utput-Registerbereichs zugreifen, welches im Speicher unter ''0x05'' abliegt.
  
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