Microsoft Word - TuP05

1 Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie możliwości 8-bitowych mikrokontrolerów o

architekturze RISC oraz technikach programowania tych mikrokontrolerów w językach
wysokiego poziomu na przykładzie języka C.

Wymagane wiadomości

• Budowa, sposób programowania mikrokomputerów jednoukładowych rodziny AVR8.
• Magistrala I

C - budowa , zasada działania, implementacja programowa i obsługa z

poziomu języka C

• Budowa i zasada działania silników krokowych.

Wykorzystywany sprzęt

• Komputer klasy PC z zainstalowanym oprogramowaniem AVR Studio 4.0+, pakietem

WinAVR do przygotowania tekstu źródłowego, kodu wynikowego i programowania
procesora AT90S8515.

• Zestaw laboratoryjny AVR z interfejsem RS232C, wyświetlaczem LCD i zegarem czasu

rzeczywistego PCF8583 i silnikiem krokowym.

• Programator ISP /JTAG np. ATMEL JTAG/ICE mkII.

Literatura

1. ATMEL Corp. : AT90S8515 8-bit AVR® Microcontroller with 8K Bytes In-System

Programmable

Flash

. Rev .A 04.11.2001. Dostępny w internecine:

http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc0841.pdf

2. T.Augustyn, G.Niemiec, A.Szlachta : Zestaw uruchomieniowy AVR. Opracowanie

wewnętrzne KI AGH 2001.

3. AVR-LIBC Users manual : http://savannah.nongnu.org/download/avr-libc/avr-libc-

user-manual-1.7.1.pdf.bz2

4. Mielczarek W.: Szeregowe interfejsy cyfrowe. Wyd. Helion 1994
5. Philips Semiconductors : PCF8583 Data Sheet , 1997
6.

http://www.mcselec.com

– Informacje na temat pakietu BASCOM AVR.

7. Potocki L.: Silniki krokowe od podstaw cz. 1-6. Elektronika dla Wszystkich 7/2002

s.22-26 ,8/2002 s.26-29, 9/2002 s. 24-26, 10/2002 s. 21-22, 11/2002 s. 24-26,
12/2002 s.22-24. Dostępna online.

http://edw.com.pl/pdf/k01/79_22.pdf

http://edw.com.pl/pdf/k01/80_26.pdf

http://edw.com.pl/pdf/k01/81_24.pdf

http://edw.com.pl/pdf/k01/82_21.pdf

http://edw.com.pl/pdf/k01/83_24.pdf

http://edw.com.pl/pdf/k01/84_22.pdf

2 Wykonanie ćwiczenia

Wykonanie ćwiczenia zostało podzielone na kilka zadań

2.1 Zadanie A – zapoznanie się ze środowiskiem AVR Studio 4.x

Środowisko AVR Studio jest komercyjnym bezpłatnym pakietem IDE służącym do

programowania mikrokontrolerów produkowanych przez firmę ATMEL. Pozwala
programować mikrokontrolery tej firmy na poziomie języka asemblerowego i
wspomagać

proces

tworzenia

aplikacji

dostarczając

wygodne

mechanizmy

uruchamiania przygotowywanego oprogramowania. W połączeniu z pakietem WinAVR
(zawierającym kompilator języka C oraz odpowiednie biblioteki) uzyskać można bardzo
wygodne

środowisko,

pozwalające

programować

mikrokontrolery

AVR

z wykorzystaniem języka C.

Pierwszym krokiem jest uruchomienie środowiska AVR Studio. Tworzenie

projektu w AVR Studio najłatwiej rozpocząć, wykorzystując odpowiedni kreator
uruchamiany poleceniem Project->Project Wizard ( Rys. 1)

Rys. 1 Uruchamianie kreatora nowego projektu

Uruchamia to kreatora, którego wygląd przedstawia Rys. 2 . Kreator pozwala na

wczytanie  jednego  z  wcześniej  utworzonych  projektów  lub  utworzenie  nowego
projektu.  Ponieważ  jest  to  pierwszy  projekt  w  AVR  Studio,  należy  utworzyć  nowy
projekt korzystając z przycisku New Project.

Rys. 2 Kreator projektu AVR Studio (1)

W kolejnym oknie kreatora (rys) należy w pierwszej kolejności wybrać typ

projektu. Jeśli powstający projekt ma zostać przygotowany z użyciem języka C należy
zaznaczyć pozycje AVR GCC (jeśli w systemie nie zainstalowano pakietu WinAVR do
wyboru będzie tylko projekt w asemblerze AVR)

Rys. 3 Kreator projektu AVR Studio (2)

Następnie w aktywnym już polu Project Name wpisujemy nazwę projektu (n.p.: test). Dla
porządku, należy zaznaczyć również opcje Create initial file oraz Create folder.
Spowoduje to, że użyta nazwa projektu staje się automatyczne nazwą głównego pliku
źródłowego powstającej aplikacji, a wszystkie pliki aplikacji zostaną umieszczone we
wspólnym folderze o takiej nazwie jak nazwa projektu.
Można  oczywiście  wskazać  inną  niż  domyślna,    lokalizację  w  której  będą
przechowywane  pliki  projektu.  Po  ustaleniu  wszystkich  dostępnych  w  tym  oknie
kreatora  parametrów  aplikacji,  należy  przyciskiem  Next  przejść  do  kolejnego  okna
kreatora Rys. 4.

Rys. 4 Kreator projektu AVR Studio (3)

Dokonuje  się  tu  wyboru  platformy  sprzętowej  wykorzystywanej  do  debugowania
aplikacji  oraz  modelu  mikrokontrolera  dla  którego  przygotowywana  jest  aplikacja.  Z
listy  po  lewej  stronie  należy  wybrać    AVR  Simulator  a  na  liście  po  prawej  stronie

odszukać model AT90S8515. Następnie można zakończyć pracę kreatora naciskając
przycisk Finish.

Rys. 5 Okno aplikacji AVR Studio 4

W oknie po lewej stronie znajduje się drzewo plików projektu, w środkowej części

powinien  być  otwarty  edytor  pliku  lub  plików  zawierającego  kod  źródłowy
przygotowywanej  aplikacji.  W  prawej  części  okna  widoczny  jest  stan  układów
peryferyjnych  mikrokontrolera.  Okno  to  wykorzystywane  jest  w  trybie  symulacji
działania  programu  lub  w  trybie  śledzenia  wykonania  programu  we  wnętrzu
mikrokontrolera  z  wykorzystaniem  interfejsu  JTAG.  Obecnie  jego  funkcja  nie  będzie
omawiana.

Przed przystąpieniem do przygotowania kodu źródłowego dobrze jest

zweryfikować/uzupełnić ustawienia środowiska AVR Studio do pracy z odpowiednim
modelem mikrokontrolera. Dokonuje się tego w opcjach projektu
Project->Configuration Options

(Rys. 6).

Rys. 6 Wywołanie okna właściwości projektu

Wywołanie opcji projektu powoduje wyświetlenie okna jak na rys. Należy sprawdzić czy
zakładce General w w polu Device wybrany jest mikrokontroler at90s8515 oraz czy
w polu Frequency wpisana jest właściwa częstotliwość podłączonego rezonatora
kwarcowego (8000000Hz).

Rys. 7 Okno opcji projektu

Po zakończeniu konfigurowania opcji projektu należy jeszcze sprawić właściwą

konfigurację połączeń na płytce uruchomieniowej – linie portu A0-A7 powinny być
połączone przewodami z diodami LED nad wyświetlaczem. Następnie korzystając
z wbudowanego edytora umieścić następujący kod:

#ifndef F_CPU
#define F_CPU 8000000 // określenie częstotliwości pracy mikrokontrolera
#endif

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

int main(void)
{
char i;
DDRA = 0xFF; // konfiguracja portu A jako wyjść
// nieskonczona petla
do{
PORTA = 0b10101010;

// wpisanie 0xAA do portu A

for(i= 0; i < 25; i++)

// odczekanie 250 ms

_delay_ms(10);

PORTA = 0b01010101;

// wpisanie 0x55 do portu A

for(i= 0; i < 25; i++)

// odczekanie 250 ms

_delay_ms(10);

}while(1);
return 0;
}

Kompilację projektu przeprowadza się poleceniem Build->Build lub klawiszem F7.
Po bezbłędnej kompilacji można przejść do zaprogramowania mikrokontrolera.

Jeśli jest to pierwsza próba programowania, należy wcześniej przeprowadzić

konfigurację programatora/debugera. Dokonuje się tego przy pomocy polecenia

Tools→Program AVR→Connect…

lub przyciskiem

umieszczonym na pasku

przycisków (Rys. 8).

Rys. 8 Przycisk wywołania obsługi programatora

Wybranie tego polecenia powoduje pojawienie się okna wyboru przedstawionego na
Rys. 9.

Rys. 9 Okno konfiguracji programatora

Z listy programatorów znajdujących się w oknie po lewej stronie należy wybrać
JTAGICE mkII.

Port komunikacyjny pozostawiamy na Auto, lub jeśli było wybrane inne

ustawienie wybieramy Auto. Następnie wciskamy przycisk Connect… .
Jeśli

połączenia

między

komputerem,

programatorem

oraz

zestawem

uruchomieniowym funkcjonują poprawnie i konfiguracja przebiegła prawidłowo na
ekranie pojawi się następujące okno (

Rys. 10

Rys. 10 Okno programatora w trybie JTAG

Interfejs JTAGICE mkII daje możliwość programowania mikrokontrolerów AVR bez

demontowania ich z aplikacji w której mają pracować (funkcja In-System Programming)
Zadanie  to  może  być  realizowane  w  trybie  JTAG  lub  w  trybie  ISP.  Interfejs  JTAG  może
być  dodatkowo  wykorzystywany  do  śledzenia  i  krokowania  wykonania  programu  we
wnętrzu  mikrokontrolera.  Wykorzystywany  mikrokontroler  AT90S8515  może  być
programowany  z  użyciem  interfejsu  JTAGICE mkII  wyłącznie  w  trybie  ISP.  Domyślnym
trybem  pracy  programatora  JTAGICE mkII  jest  tryb  JTAG.  Koniecznie  może  się  zatem
okazać  odpowiednie  jego  skonfigurowania,  aby  pracował  w  trybie  ISP.  Należy  w  tym
celu  przejść  do  zakładki  Main  (Rys.  11)  i  sprawdzić  lub  w  miarę  potrzeby  ustawić
prawidłową konfigurację widoczną na tym rysunku.

Rys. 11 Konfiguracja programatora JTAG/ICE mkII do pracy w trybie ISP

W celu sprawdzenia poprawności działania interfejsu ISP można dokonać odczytu

sygnatury układu. Wciskamy w tym celu przycisk Read Signature (Rys. 12). Po
poprawnym odczytaniu sygnatury będzie ona widoczna w polu zawierającym wcześniej
napis Signature not read. Poprawna wartość sygnatury dla mikrokontrolera AT90S8515
wynosi 0x1E 0x93 0x01.

Rys. 12 Odczyt sygnatury mikrokontolera przez ISP

Najważniejsze opcje i polecenia związane z programowaniem wewnętrznej pamięci

mikrokontrolera  znajdują  się  na  zakładce  Program  (Rys.  13).  Przycisk  Erase  Device
powoduje  wykasowanie  wewnętrznej  pamięci  FLASH  mikrokontrolera  (co  jest
równoznaczne z usunięciem zapisanego w niej programu).

Rys. 13 Programowanie pamięci flash mikrokontrolera

Do zaprogramowania tej pamięci wykorzystywać będziemy sekcję Flash. Powinna w

niej  być  zaznaczona  opcja  Input  HEX  File  (jak  na  Rys.  13).  W  polu  obok  należy wskazać
plik,  którym  ma  zostać  zaprogramowana  pamięć  FLASH.  Zwykle  taki  plik  wynikowy
posiada nazwę taką, jak nazwa projektu oraz rozszerzenie *.hex . Kompilator tworzy ten
plik  w podkatalogu  ./default  znajdującym  się  w  katalogu  z  plikami  projektu.  Po
wciśnięciu  przycisku  Program,  pamięć  FLASH  mikrokontrolera  jest  zapisywana
zawartością  pliku  .hex.  Po  zakończeniu  zapisu  następuje  automatyczne  uruchomienie
wczytanego  programu,  co  w  przypadku  projektu  wykonanego  w  tej  części  zadania
powinno być widoczne w postaci zapalających się i gasnących diod świecących D0-D7.

Po prawidłowym wykonaniu wszystkich etapów związanych z uruchomieniem

przykładowego  projektu  o  nazwie  LED,  dokonać  modyfikacji  w  programie  tak,  aby
uzyskać  efekt  wędrującego  światła    (zapalamy  diodę  D0,  w  kolejnym  kroku  zapalamy
diodę D1 i gasimy D0, w kolejnym zapalamy D2 i gasimy D1 itd. gdy zapalimy diodę D7 w
kolejnym kroku zapalamy D6 i gasimy D7 itd. aż dojdziemy do diody D0.

2.2 Zadanie B – Unipolarny silnik krokowy

Unipolarny silnik krokowy posiada wyprowadzone na zewnątrz 5 zacisków. Jeden z

nich  jest  zaciskiem  wspólnym  dla  wszystkich  uzwojeń,  podłączanym  zwyczajowo  do
dodatniego  bieguna  zasilania.  Pozostałe  4  zaciski  to  wyprowadzenia  odpowiednich
uzwojeń.  Silnik  krokowy  jest  podłączony  do  4  najstarszych    bitów  portu  C
mikrokontrolera  przez  wzmacniacze  prądowe  układu  ULN2803.    Uzwojenie  A  jest

podłączone  do  portu  PC4,  Uzwojenie  B  do  portu  PC5,  uzwojenie  C  do  portu  PC6  i
uzwojenie  D  do  portu  PC7.  Przepływ  prądu  przez  wybrane  uzwojenie  silnika  uzyskuje
się  podając  wartość  “0”  na  wyprowadzenie  mikrokontrolera,  do  którego  jest  ono
podłączone.

Uwaga ! – Ze względu na własności mechaniczne, zbyt szybkie załączanie

i wyłączanie przepływu prądu przez uzwojenie silnika nie będzie powodować
ruchu

wirnika.

początkowej

fazie

uruchamiania

programu

należy

zagwarantować przepływ prądu przez uzwojenie przez czas około 200ms.

Na początku programu należy wyłączyć przepływ prądu przez uzwojenia silnika

poprzez ustawienie odpowiednich wyjść w stan “1”.

2.2.1

Sterowanie liniami we/wy mikrokontrolera

Mikrokontroler AT90S8515 posiada 4 ośmiobitowe porty wejścia-wyjścia oznaczone

odpowiednio  A,B,C,D.  Kontrolowania  stanu  portów  we/wy  mikrokontrolera  służą  3
rejestry specjalne związane odpowiednio z każdym z portów: DDRx, PORTx i PINx (za x
należy  podstawić  właściwą  nazwę  portu).  Szersze  informacje  na  ten  temat  można
znaleźć w [1].

Rejestr DDRx służy do określenia kierunku linii portu x . Wpisanie wartości 1 na n-tej

pozycji  bitowej    konfiguruje    n-tą  linię  portu  x    jako  wyjście,  natomiast  wpisanie  zera
konfiguruje tą linie jako wejście (np.: zapisanie wartości 0b00001111 do rejestru DDRC
ustawia  4  najstarsze  bity  portu  jako  wejścia  i  4  najmłodsze  jako  wyjścia)  .  Po  sygnale
zerowania wszystkie linie mikrokontrolera są ustawiane jako wejścia.

Rejestr PORTx pełni dwie funkcje:

- jeśli linia portu x jest skonfigurowana jako wyjście – zapisaną na tej pozycji

wartością jest sterowane odpowiednie wyprowadzenie mikrokontrolera

- jeśli dana linia portu x jest skonfigurowana jako wejście, wpisanie jedynki

załącza wewnętrzny rezystor podciągający.

Rejestr PINx służy wyłącznie do odczytu stanu linii portu x mikrokontrolera.

Silnik krokowy może być sterowany na kilka różnych sposobów. Szczegółowe

informacje można znaleźć w [7].

2.2.2

Sterowanie jednofazowe

Najprostszą metodą sterowania silnika krokowego jest sterowanie jednofazowe. Przy

takim sterowaniu w danej chwili czasu prąd przepływa tylko przez jedno uzwojenie
silnika. Przebieg napięć sterujących dla sterowania jednofazowego przedstawia rysunek
poniżej.

A, B, C, D oznaczają kolejne uzwojenia silnika.

Za pomocą takiego sterowania można uzyskać obroty w prawą i lewą stronę. (w trakcie
zajęć należy sporządzić odpowiednie programy).

Wyznaczyć  ilość  kroków,  którą  należ  wykonać,  aby  silnik  wykonał  obrót  wirnika  o
360°.

Do  wyznaczania  ilości  kroków  przydatne  może  się  okazać wykorzystanie wyświetlacza
LCD. Zostało to objaśnione w rozdziale 2.3.

Zauważyć  warto  także  wpływ  zależności  szybkości  zmian  napięcia  na  uzwojeniach
silnika od prędkości obrotowej silnika i istnienie maksymalnej szybkości zmian, powyżej
której silnik przestaje działać poprawnie.
Należy  zaobserwować  to  zjawisko  oraz  wyznaczyć  krytyczne  wartości  opóźnień,  dla
których  praca  silnik  zaczyna  być  niestabilna.  Wartości  winny  zostać  wyznaczone  dla
obrotów  silnika  w  lewą  i  w  prawą  stronę  ze  względu  na  możliwe  różne  wartości  tego
parametru.

2.2.3

Sterowanie dwufazowe

Drugą metodą sterowania silnika krokowego jest sterowania dwufazowe. Metoda ta jest
bardzo podobna do sterowania jednofazowego. W celu wysterowania silnika w
przedstawiony sposób należy zapewnić jednoczesny przepływ prądu przez dwa
sąsiadujące ze sobą uzwojenia, co może zostać zilustrowane następującą zależnością:

AB->BC->CD->DA.

Podobnie jak w przypadku sterowania jednofazowego należy przygotować odpowiedni
program sterujący pracą silnika w opisany sposób. Sprawdzić czy uległy zmianie osiągi
silnika zaobserwowane dla sterowania jednofazowego (kąt obrotu na 1 krok, krytyczne
wartości opóźnień).

Można spróbować ocenić wpływ zmiany sposobu sterowania na siłę, z jaką obraca się
wirnik silnika.

2.2.4

Sterowanie półkrokowe

Trzecią metodą sterowania jest sterowania półkrokowe.

Stanowi ono nałożenie na siebie sterowania jedno- i dwufazowego

W takim sterowaniu prąd płynie chwilami przez 2 uzwojenia silnika zgodnie z
zależnością:

A->AB->B->BC->C->CD->D->DA->A.

Przygotować  program,  który  będzie  sterował  silnikiem  w  prezentowany  sposób  i
umożliwiał  wykonywanie  obrotów  w  lewo  i  w  prawo.  Podobnie  jak  w  poprzednich
sposobach  sterowania  określić  parametry  pracy  silnika:  kąt  obrotu  wirnika  na  jeden
krok, krytyczne czasy opóźnień, dla których silnik poprawnie pracuje.

2.3 Zadanie C - Znakowy wyświetlacz LCD oparty o kontroler zgodny z

HD4478

Znakowe wyświetlacze LCD oparte o kontroler zgodny z HD44780 są bardzo

popularnym  urządzeniem  wyjściowym  stosowanym  w  systemach  opartych  o
mikrokontrolery jednoukładowe Dostępny jest bardzo szeroki asortyment wyświetlaczy
poczynając  od  organizacji  1x8  znaków  a  kończąc  na  organizacji  2x40  znaków.  Spotyka
się również wyświetlacze o organizacji 4x40 znaków, ale są one zbudowane w oparciu o
dwa  kontrolery  i  z  punktu  widzenia  mikrokontrolera  zachowują  się  jak  dwa
wyświetlaczy o organizacji 2x40 znaków.
Komunikacja  z  wyświetlaczem  odbywa  się  zwykle  za  pośrednictwem  4-bitowej
dwukierunkowej magistrali danych (możliwa jest praca z magistralą ośmiobitową) oraz
trzech  linii  sterujących:  RS,  RW  i  E.  Ponadto  jeśli  z  rezygnujemy  z  funkcjonalności
odczytywania danych z wyświetlacza, wystarczy podłączyć linie RW na stałe do masy, co
ogranicza interfejs do 6 linii mikrokontrolera.
Wykorzystany  w  ćwiczeniu  wyświetlacz  posiada  organizację  2x20  znaków  i  pracuje
w tej ostatniej konfiguracji.

Ze względu na dużą popularność tego typu wyświetlaczy, dostępnych jest wiele

bibliotek  programistycznych,  przeznaczonych  na  różne  platformy  sprzętowe,  ,
pozwalających w prosty sposób wykorzystać wyświetlacz tego typu bez zgłębiania się w
szczegóły  techniczne  protokołu  komunikacyjnego.  Biblioteka  obsługująca  wyświetlacz
wraz  z  przykładem  jej  wykorzystania  znajduje  się  w  materiałach  pomocniczych  do
ćwiczenia.  Biblioteka  dostępna  jest  w  postaci  pliku  źródłowego  HD44780.c  oraz  pliku
nagłówkowego HD44780.h. Obsługa wyświetlacza będzie realizowana za pośrednictwem
funkcji dostarczanych przez tą bibliotekę.

Wyświetlacz został podłączony do mikrokontrolera w następujący sposób:

- linie danych wyświetlacza DB4-DB7 do linii PD4-PD7,
- linia E do portu PB2 mikrokontrolera
- linia RS do portu PB0 mikrokontrolera

Aby można było korzystać z dostarczonej biblioteki należy w pliku nagłówkowym
HD44780.H

umieścić informacje o sposobie jego połączenia z mikrokontrolerem oraz

dołączyć do własnego projektu odpowiedni plik nagłówkowy. Na potrzeby ćwiczenia
odpowiednie informacje zostały tam już umieszczone.

Przed

rozpoczęciem

wyświetlania

znaków,

wyświetlacz

powinien

zostać

zainicjalizowany.  Do tego celu służy funkcja LCD_Initialize ().
Po  zainicjalizowani  można  od  razu  przystąpić  do  wyświetlania  znaków.  Służy  do  tego
funkcja  LCD_WriteText  .  Poza  podstawowymi  funkcjami  wyświetlania  tekstu,  możliwe
jest  wyświetlanie  znaków  definiowanych  przez  użytkownika.  Więcej  informacji  na  ten
temat można znaleźć w dodatku.

2.4 Zadanie D - Zegar czasu rzeczywistego oparty o PCF8583

W trakcie realizacji zadania należy napisać i uruchomić program realizujący funkcje

zegara czasu rzeczywistego. Odmierzania czasu będzie realizowane przez
specjalizowany układ PCF8583 [5], połączony z mikrokontrolerem za pomocą magistrali

C. Przed rozpoczęciem realizacji tej części ćwiczenia, wskazane jest zapoznać się z

dokumentacją techniczną układu PCF8583 [5].

Obsługa magistrali I

C będzie realizowana na drodze czysto programowej gdyż układ

AT90S8515 nie posiada sprzętowego interfejsu I

C. W materiałach do ćwiczenia

dostępna  jest  odpowiednia  biblioteka  przeznaczona  do  obsługi  komunikacji  przez  tą
magistralę.  W  materiałach  pomocniczych  zamieszczono  również  przykładowy  kod
korzystający z tej biblioteki.
Linie magistrali I

C zostały podłączone następująco:

SCL do portu PC0 ,
SDA do portu PC1.

Zadaniem  mikrokontrolera  będzie  zapis  do  zegara  odpowiednich  ustawień
początkowych, a następnie wyświetlanie na wyświetlaczu LCD lub LED aktualnego czasu
odczytanego  z  zegara.  Dodatkowo  można  wbudować  w  program  funkcje  alarmu
sygnalizowanego np. za pomocą głośnika lub mrugającej diody LED.

Układ  PCF8583  jest  widoczny  pod  adresem  80D  (50H)  magistrali  I

C. Ponieważ

najmłodszy bit adresu I

C określa typ operacji (odczyt/zapis) wiec układ PCF8583 jest

“widoczny” pod adresem 160D dla operacji zapisu i 161D dla operacji odczytu.

Do obsługi magistrali I

C wykorzystać można gotową bibliotekę programowej obsługi

magistrali I2C dostępną w materiałach do ćwiczenia.

Układ  PCF8583  posiada  możliwość  generowania  przerwania  (niski  poziom  na
wyprowadzeniu  nr  7  układu  PCF8583),  jednak  w  zestawie  nie  ma  możliwości
wykonania  połączenia  tego  wyprowadzenia  do  mikrokontrolera  lub  innego  elementu
zestawu. Obsługa alarmu musi być realizowana na drodze programowego sprawdzania
stanu alarmu w odpowiednim rejestrze zegara. Sygnalizowanie stanu alarmu może być
wykonane za pomocą:

- komunikatu pojawiającego się na wyświetlaczu
- sygnalizowania zapaleniem lub miganiem diody świecącej
- sygnałem akustycznym brzęczyka (nie zalecane)

Dodatek A - Definiowanie własnych znaków w wyświetlaczu lcd z

kontrolerem zgodnym z HD44780.

Wyświetlacz  LCD  (a  właściwie  kontroler  HD44780)  dysponuje  możliwością
wyświetlania  do  ośmiu  znaków  zdefiniowanych  przez  użytkownika.  Znaki  te  posiadają
kody o wartościach od 00H do 07H.
Dane  opisujące  kształty  znaków  są  przechowywane  w  pamięci  wyświetlacza,  która
nazywa się CGRAM. Przed użyciem wzorce znaków muszą być wysłane do wyświetlacza.
Zwykle  wykonywane  jest  to  zaraz  po  jego  inicjalizacji  (wzorce  znaków  są  tracone
bezpowrotnie po wyłączeniu zasilania lub inicjalizacji wyświetlacza).
Każdy zdefiniowany znak wymaga 8 bajtów danych. Ósmym bajtem jest zazwyczaj $00,
ponieważ  jest  to  miejsce  przeznaczone  dla  linii  kursora.  Standardowa  czcionka
wyświetlacza ma 5 pikseli szerokości i 7 pikseli wysokości. Jeden rząd pikseli na samym
dole jest zarezerwowany na podkreślający znak kursora.
Kształt  znaku  jest  taki,  jaki  jest  układ  zer  i  jedynek  w  bajcie  danych.  Jedynka  zaświeca
piksel,  zero  pozostawia  piksel  zgaszonym.  Oto  przykład  znaku  zdefiniowanego  przez
użytkownika:

Poniżej zamieszczono przykładowy program prezentujący w jaki sposób definiuje się
i wykorzystuje własne znaki.

#ifndef F_CPU
  #define F_CPU   8000000
#endif

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include "HD44780.h"
uint8_t znak[] = {0, 10, 10, 0, 17, 14, 6, 0}; //wlasny znak - buzka

int main(void)
{
char temp, i;
LCD_Initialize();
LCD_ProgrammChar(0, znak); // przeslanie ksztaltu znaku

// o kodzie 0 do wyswietlacza

LCD_GoTo(0,0);
LCD_WriteText("- Wlasne znaki -");

// wyswietlenie zdefiniowanego znaku
LCD_GoTo(0,1);
LCD_WriteData(0);

while(1){}
return 0;
}

W przykładzie powyżej kształt znaku jest definiowany za pomocą tablicy ośmiobitowych
liczb (typu uint8_t) o nazwie znak. Za przesłanie kształtu znaku do pamięci CGRAM
wyświetlacza odpowiada funkcja LCD_ProgrammChar (unsigned char nr_znaku , unsigned
char znak[])

Dodatek B - Zestaw uruchomieniowy AVR

Wszystkie opisywane tu moduły (oprócz zaprojektowanego modułu emulatora

sprzętowego AT89) znajdują się na jednej dużej płycie.

mikroprocesor
40-nóżkowy

mikroprocesor
20-nóżkowy

transmisja
szeregowa

wzmacniacz
kodu RC5

wyświetlacze
siedmiosegmentowe

programator

przetwornik
piezoelektryczny

wyświetlacz
LCD

diody

zasilanie

mikrozłącza

szyna I

moduł
resetu

Rys. 14. Rysunek poglądowy zestawu z zaznaczonymi elementami

2.5

Moduł programatora ISP dla AVR.

Programowanie mikroprocesorów AVR odbywać się może wykorzystując magistralę SPI
(3  linie).  W  takim  trybie  programowania  dane  są  przesyłane  do  procesora  szeregowo.
Procesory  można  programować  zarówno  w  podstawkach  wyposażonych  w  niezbędny
rezonator  kwarcowy,  jak  i  w  systemie,  za  pomocą  specjalnego  złącza  ISP,  który  to
sposób  został  wykorzystany  w  naszym  zestawie.  Programator  jest  umieszczony  na
jednej  płycie  z  resztą  układu  i  jest  podłączany  z  komputerem  przez  złącze  Centronics.
Posiada  diodę  do  wskazywania  transmisji  sygnałów.  Przy  programatorze  znajdują  się
zworki  do  obsługi  złącza  ISP.  Zworki  znajdujące  się  bliżej  programatora  służą  do
całkowitego  odłączenia  złącza  ISP  lub  podłączenia  zewnętrznego  (np.  innego  typu)
programatora  ISP.  Drugi  rząd  zworek  służy  do  przełączenia  podłączenia  złącza  ISP
między mikroprocesorem 20- i 40-nóżkowym.

Istnieje też drugi tryb programowania, Parallel Mode, w którym dane przesyłane

są  równolegle  przy  wykorzystaniu  większej  ilości  przewodów  –  wyklucza  to  jednak
używanie  ISP,  gdyż  układ  trzeba  fizycznie  przenieść  do  programatora.  Główną  zaletą
programowania  ISP  jest  prostota  wykonania  programatora.  Jest  jednak  i  druga  strona
medalu  –  czym  prostszy  układ  programujący  tym  większa  możliwość  wystąpienia
przekłamań podczas programowania.

2.6

Moduł procesorowy

Należy zauważyć, że procesory AVR mogą działać przy częstotliwości 0-8 MHz, a

AT89xxx  z  wartościami  0-24  MHz.  W  celu  dowolnej  zmiany  tych  wartości  na  płytce
znajdują  się  po  trzy  kwarce  dla  mikroprocesora  20-  i  40-nóżkowego,  wybierane
zworkami:  4,  8  i  11.059  MHz.  Należy  zauważyć,  że  niektóre  aspekty  programowania
mikroprocesora  są  dedykowane  do  ściśle  określonego  kwarcu  i  nie  można  go  zmienić
np. tam, gdzie mają znaczenie wartości zliczane przez wewnętrzny licznik / czasomierz
mikroprocesora  –  ma  to  miejsce  przy  transmisji  szeregowej

, obsłudze szyny 1WIRE,

częstotliwościomierzach itp. Zmiana kwarcu raczej nie wpływa na wyświetlacz LCD,
szynę I

C (synchronizacja zegara z układem mastera – mikroprocesorem) i obsługę

innych urządzeń poza zmianą szybkości działania mikroprocesora.

Uwaga: Należy pamiętać, aby do mikroprocesora AVR nie podłączać kwarcu
11.059 MHz, którego on nie obsługuje i może skończyć się przegrzaniem, a nawet
spaleniem układu.

W przypadku wykorzystywania określonego typu mikroprocesorów (AT89 lub AVR)

należy  odpowiednio  ustawić  zworkę  poziomu  sygnału  RESET.  Należy  zauważyć,  że
działa  tylko  wybrany  RESET  (albo  AVR  albo  ’51).  Zastosowany  układ  RESETU  dla  AVR
automatycznie  resetuje  mikroprocesory  po  włączeniu  zasilania.  Zauważono  także
resetowanie  procesora  AVR  po  zakończeniu  działania  zapisanego  w  nim  programu
(program wykonuje się w kółko).

Należy zauważyć, że dzięki temu, że mikroprocesory 20- i 40-nóżkowy mają

odrębne  wyprowadzenia  portów,  istnieje  możliwość  działania  dwóch  procesorów.  Aby
umożliwić  pracę  mikroprocesora  należy  podłączyć  mu  zasilanie  (Vcc).  Nie  zostało  to
wykonane  na  stałe,  gdyż  umożliwia  to  wybór  uruchamianego  układu.  Dzięki
zastosowanemu  układowi  resetu,  jednocześnie  mogą pracować mikroprocesory AT89 i
AT90, ale wybór poziomu resetu musi być odłączony.

niektórych szybkości transmisji nie da się otrzymać przy każdym kwarcu

2.7

Moduł urządzeń

Płyta prototypowa została wyposażona w następujące urządzenia peryferyjne:
•  wyświetlacz LCD (o organizacji 2x20 znaków)
•  4 wyświetlacze siedmiosegmentowe LED, wspólna anoda (Rys. 15)
•  złącze szeregowe RS232 (Rys. 16)
•  wzmacniacz sygnału w kodzie RC5 – obsługa standardowego pilota (Rys. 17)
•  8 mikroprzełączników membranowych (Rys. 17)
•  8 diód świecących (Rys. 15)
•  przetwornik piezoelektryczny

Rys. 15. Diody i wyświetlacze siedmiosegmentowe

Rys. 16. Podłączenie układu MAX232 – transmisja szeregowa

Rys. 17. Podłączenie wzmacniacza kodu RC5 i mikroprzełączników

2.8

Moduł układów współpracujących z szyną I

Układy pracujące w magistrali I

C :

•  pamięć szeregowa
•  zegar z kalendarzem + dodatkowy kwarc (zegarkowy) + bateria podtrzymująca
•  2 dwukierunkowe konwertery I

C na 8-bitową szynę danych

• 2 wzmacniacze prądowe 5V i 12V (wykorzystywane poprzez expandery z

poprzedniego podpunktu lub bezpośrednio) – np.. sterowanie silnikami krokowymi,
przekaźnikami

•

przetwornik AD/DA

2.9

Moduł zasilania

Układ zasilania zestawu uruchomieniowego (Rys. 19) składa się z mostka

prostowniczego i scalonego stabilizatora napięcia 7805, wraz z niezbędnymi do jego
pracy kondensatorami wygładzającymi impulsy. Doprowadzone zasilanie powinno być o
3V wyższe od nominalnego, niekoniecznie stabilizowane. Pobór prądu jest poniżej 1A (w
zależności od ilości podłączonych urządzeń), więc nie dochodzi do przegrzania
stabilizatora.

Istnieje możliwość obejścia zastosowanego zasilacza (poprzez przestawienie zworki

JP2 w pozycję zasilania zewnętrznego). Możliwe jest wówczas podłączenie napięcia
stałego 5V.

Rys. 19. Moduł zasilania