Systemy sterowania

w elektronice przemysłowej

Wykład 6

dr inż. Bartosz Pękosławski

Łódź, dn. 26.04.2012

Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych

Politechnika Łódzka

Plan wykładu

2

1. Programowanie mikrokontrolera ATmega32 w języku C
2. Przegląd wybranych bibliotek standardowych
3. Przegląd bibliotek dla płytek Kamami ZL15AVR

Język C

3

Opracowany w latach 60. XX wieku przez Dennisa Ritchiego
Obecny standard ISO/IEC 9899-1999 (C99)
Język wysokiego poziomu
Możliwość pisania zwięzłych programów
Wymaga dokładnego zrozumienia kodu
AVR → kompilator AVR-GCC (ang. GNU Compiler Collection)
z pakietu WinAVR

Struktura programu w języku C

4

#include <avr/io.h>
#include <stdlib.h>
#include ”plik.h”
...
unsigned char zmienna1;

...

void funkcja1(int parametr){

...

}
...
//komentarz

int main(void){
...

return 0;

}

definicje zmiennych globalnych

dyrektywy

program główny

deklaracje/definicje
funkcji pomocniczych

Program w języku C - moduły

5

#ifndef PLIK_H_INCLUDED
#define PLIK_H_INCLUDED
...
extern int zmienna_globalna;
void funkcja_skladowa(void);
...
#endif

#include ”plik.h”
...
int zmienna_globalna;
void funkcja_skladowa(void){
...
}
...

plik.h

plik.c

tylko deklaracje

AVR-GCC – pliki generowane

6

Plik pośredni (object file) – rozszerzenie *.o
Plik wykonywalny (moduły połączone przez linker) –

rozszerzenie *.elf
Plik wyjściowy – rozszerzenie *.bin i *.hex
Dodatkowe pliki (*.lss – listing z *.elf, *.map)

AVR-GCC – plik makefile

7

## General Flags
PROJECT = cw6
MCU = atmega32
TARGET = cw6.elf
CC = avr-gcc

…

## Include Directories
INCLUDES = -I"C:\Users\VAIO\Documents\PracaDMCS\Dydaktyka\KSEP\cw6\."
## Objects that must be built in order to link
OBJECTS = cw6.o adc.o
## Objects explicitly added by the user
LINKONLYOBJECTS =
## Build
all: $(TARGET) cw6.hex cw6.eep cw6.lss size
## Compile
cw6.o: ../cw6.c

$(CC) $(INCLUDES) $(CFLAGS) -c $<

adc.o: ../adc.c

$(CC) $(INCLUDES) $(CFLAGS) -c $<

Plik sterujący dla programu make kierującego procesem kompilacji programu
(odpowiednie decyzje o rekompilacji w przypadku zmian w plikach źródłowych)

definicje plików obiektowych

ścieżki do bibliotek użytkownika

flagi

kompilacja
(make all)

AVR-GCC – plik makefile (c.d.)

8

##Link
$(TARGET): $(OBJECTS)

$(CC) $(LDFLAGS) $(OBJECTS) $(LINKONLYOBJECTS) $(LIBDIRS) $(LIBS) -o $

(TARGET)
%.hex: $(TARGET)

avr-objcopy -O ihex $(HEX_FLASH_FLAGS) $< $@

%.eep: $(TARGET)

-avr-objcopy $(HEX_EEPROM_FLAGS) -O ihex $< $@ || exit 0

%.lss: $(TARGET)

avr-objdump -h -S $< > $@

size: ${TARGET}

@echo
@avr-size -C --mcu=${MCU} ${TARGET}

## Clean target
.PHONY: clean
clean:

-rm -rf $(OBJECTS) cw6.elf dep/* cw6.hex cw6.eep cw6.lss cw6.map

AVR Studio automatycznie generuje makefile

czyszczenie projektu z plików wynikowych
(make clean)

wyświetlanie rozmiaru

AVR-GCC – typy zmiennych

9

Typ

Liczba bitów

Wartość min

Wartość max

char

8

-128

127

signed char

8

-128

127

unsigned char

8

0

255

short int

16

-32768

32767

unsigned short int

16

0

65535

int

16

-32768

32767

unsigned int

16

0

65535

long int

32

-2

31

2

31

- 1

unsigned long int

32

0

2

32

- 1

long long int

64

-2

63

2

63

- 1

unsigned long long int

64

0

2

64

- 1

float

32

±1,18E-38

±3,4E38

double

32

±1,18E-38

±3,4E38

long double

32

±1,18E-38

±3,4E38

AVR-GCC – operatory

10

Operator

Znaczenie

+

dodawanie

-

odejmowanie

*

mnożenie

/

dzielenie

%

reszta modulo

=

przypisanie

++

inkrementacja

--

dekrementacja

+=

dodawanie i

przypisanie

-=

odejmowanie i

przypisanie

*=

mnożenie i

przypisanie

/=

dzielenie i

przypisanie

%=

dzielenie modulo i

przypisanie

Operator

Znaczenie

<

mniejszy

>

większy

<=

mniejszy lub

równy

>=

większy lub

równy

==

równy

!=

różny

&&

iloczyn logiczny

||

suma logiczna

!

negacja

Operator

Znaczenie

|

bitowe OR

&

bitowe AND

^

bitowe XOR

~

dopełnienie bitowe

<<

przesunięcie w lewo

>>

przesunięcie w prawo

|=

bitowe OR i przypisanie

&=

bitowe AND i przypisanie

^=

bitowe XOR i przypisanie

<<=

przesunięcie w lewo i

przypisanie

>>=

przesunięcie w prawo i

przypisanie

Warunkowy operator trójargumentowy:

wyrażenie1 ? wyrażenie2 : wyrażenie3
np.

c = (a == 2) ? b : b + 1;

AVR-GCC – podstawowe instrukcje

11

if (warunek)
{instrukcje}
else
{instrukcje}

if (warunek1)
{instrukcje}
else if (warunek2)

{instrukcje}
else
{instrukcje}

switch (wyrażenie)
{
case stała1:
instrukcje
case stała2:
instrukcje
break;

...
default:

instrukcje
}

while (wyrażenie)
{instrukcje}

do
{instrukcje}
while (wyrażenie);

for (wyrażenie1; wyrażenie2;

wyrażenie3)
{instrukcje}
np.

for (i=0; i<10; i++)
funkcja(i);

AVR-GCC – wskaźniki i tablice

12

typ *nazwa_wskaznika;
np.

int *wskaznik;

nazwa_wskaznika = &nazwa_zmiennej;
np.

wskaznik = &liczba;

nazwa_zmiennej = *nazwa_wskaznika;
np.

liczba = *wskaznik;

typ nazwa_tablicy[liczba_elementow];
np.

char tablica[5];

nazwa_tablicy[nr_elementu] = wyrażenie;
np.

tablica[3] = a + b;

*(nazwa_tablicy + nr_elementu*rozmiar_elementu) = wyrażenie;
np.

*(tablica + 3) = a + b;

deklaracja wskaźnika

przypisanie wskaźnikowi
adresu zmiennej

przypisanie zmiennej
wartości wskazywanej przez wskaźnik

definicja tablicy

przypisanie
elementowi

tablicy

wartości

wyrażenia

Program w języku C - makra

13

#define stala

15

#define stala2

20*sqrt(stala)

#define PORT(x) XPORT(x)
#define XPORT(x) (PORT##x)

#ifndef F_CPU

#define F_CPU

16000000

#endif

dla funkcji z delay.h

dla funkcji z delay.h

Program w języku C – przerwania

14

#include <avr/io.h>
#include <avr/signal.h>
#include <avr/interrupt.h>

void init(void){

...
TIMSK = 1 << TOIE0;
sei();
...

}

SIGNAL(SIG_OVERFLOW0){

...

}

int main(void){

init();
...

}

włączenie przerwania

załączenie plików nagłówkowych

program główny

procedura obsługi przerwania

uchwyt dla przerwania w:
SIGNAL() - bez dodatkowych przerwań
lub INTERRUPT() - po sei() możliwe
dodatkowe przerwania

Program w języku C – przerwania

15

Uchwyty funkcji obsługi:
SIG_INTERRUPT0 do SIG_INTERRUPT2 – przerwania zewnętrzne
SIG_OUTPUT_COMPARE2

– przerwanie porównania timera 2

SIG_OVERFLOW2

– przerwanie przepełnienia timera 2

SIG_INPUT_CAPTURE1

– przerwanie przechwytywania timera 1

SIG_OUTPUT_COMPARE1A

– przerwanie porównania licznika 1(A)

SIG_OUTPUT_COMPARE1B

– przerwanie porównania licznika 1(B)

SIG_OVERFLOW1

– przerwanie przepełnienia licznika 1

SIG_OUTPUT_COMPARE0

– przerwanie porównania licznika 0

SIG_OVERFLOW0

– przerwania przepełnienia licznika 0

SIG_SPI

– przerwanie SPI

SIG_UART_RECV

– przerwanie UART0 – odbiór znaku

SIG_UART_DATA

– przerwanie UART0 – pusty rejestr danych

SIG_UART_TRANS

– przerwania UART0 – zakończenie transmisji

SIG_ADC

– przerwanie ADC – zakończenie przetwarzania

SIG_EEPROM

– przerwanie EEPROM – gotowość

SIG_COMPARATOR

– przerwanie z komparatora analogowego

avr/crc16.h

Obliczanie 16 bitowego CRC

avr/delay.h

Funkcje opóźniające

avr/eeprom.h

Funkcje dostępu do wewnętrznej pamięci EEPROM

avr/ina90.h

Nagłówek dla kompatybilności z IAR C

avr/interrupt.h Funkcje obsługi przerwań
avr/io.h

Włącza nagłówki I/O dla wybranego mikrokontrolera

avr/iom32.h

Definicje I/O dla mikrokontrolera ATmega32 (nie stosować bezpośrednio)

avr/parity.h

Obliczanie bitu parzystości

avr/pgmspace.h Funkcje dostępu do pamięci programu
avr/sfr_defs.h

Makra dla urządzeń peryferyjnych

avr/signal.h

Obsługa przerwań i sygnałów AVR

avr/sleep.h

Zarządzanie poborem energii

avr/timer.h

Funkcje dla timera 0

avr/twi.h

Obsługa TWI (I2C)

avr/wdt.h

Funkcje kontrolujące układ watchdoga

ctype.h

Funkcje testujące wartości typów znakowych

errno.h

Obsługa błędów

inttypes.h

Definicje różnych typów całkowitych

math.h

Różne funkcje matematyczne

setjmp.h

Zawiera funkcje długich skoków (long jumps)

stdio.h

Standardowa biblioteka wejścia/wyjścia

stdlib.h

Różne funkcje standardowe

string.h

Funkcje operujące na łańcuchach

Program w języku C

– biblioteki standardowe

16

...

#define TWBR _SFR_IO8(0x00)

#define TWSR _SFR_IO8(0x01)

#define TWAR _SFR_IO8(0x02)

#define TWDR _SFR_IO8(0x03)

…

* External Interrupt Request 0 */

#define INT0_vect

_VECTOR(1)

#define SIG_INTERRUPT0

_VECTOR(1)

…

* TIMSK */

#define OCIE2 7

#define TOIE2 6

...

Biblioteka standardowa avr/io.h

17

#include <avr/sfr_defs.h>

...

#elif defined (__AVR_ATmega32__)

#include <avr/iom32.h>

...

#include <avr/portpins.h>

#include <avr/common.h>

#include <avr/version.h>

/* Include fuse.h after individual IO header files. */

#include <avr/fuse.h>

/* Include lock.h after individual IO header files. */

#include <avr/lock.h>

…

/* Constants */

#define SPM_PAGESIZE 128

#define RAMEND 0x85F

#define XRAMEND RAMEND

#define E2END 0x3FF

#define E2PAGESIZE 4

#define FLASHEND 0x7FFF

…

Biblioteka standardowa avr/delay.h

18

void _delay_ms(double __ms);

void _delay_us(double __us);

maks. opóźnienie = 6.5535 s

maks. opóźnienie =
768 µs / F_CPU [MHz]

Biblioteka standardowa math.h

19

#define M_E

2.7182818284590452354

#define M_LOG2E

1.4426950408889634074/* log_2 e */

#define M_LOG10E 0.43429448190325182765

/* log_10 e */

#define M_LN2

0.69314718055994530942

/* log_e 2 */

#define M_LN10

2.30258509299404568402

/* log_e 10 */

#define M_PI

3.14159265358979323846

/* pi */

#define M_PI_2

1.57079632679489661923

/* pi/2 */

#define M_PI_4

0.78539816339744830962

/* pi/4 */

#define M_1_PI

0.31830988618379067154

/* 1/pi */

#define M_2_PI

0.63661977236758134308

/* 2/pi */

#define M_2_SQRTPI

1.12837916709551257390

/* 2/sqrt(pi) */

#define M_SQRT2

1.41421356237309504880

/* sqrt(2) */

#define M_SQRT1_2

0.70710678118654752440

/* 1/sqrt(2) */

…

double cos(double x)

double fabs(double x)

double fmod(double x, double y)

double modf(double x, double *iptr)

double sin(double x)

double sqrt(double x)

double tan(double x)

double floor(double x)

double ceil(double x)

double frexp(double x, int *exp)

double ldexp(double x, int exp);

double exp(double x)

double cosh(double x)

double sinh(double x)

double tanh(double x)

double acos(double x)

double asin(double x)

Zwraca arcus sinus z x.

double atan(double x)

double atan2(double x, double y)

double log(double x)

double log10(double x)

double pow(double x, double y)

double strtod(const char *s, char **endptr)

double square(double x)

double inverse(double x)

Program w języku C

- biblioteki dodatkowe

20

Na zajęciach (Kamami ZL15AVR):

adc.h

Obsługa przetwornika A/C

HD44780.h

Obsługa wyświetlacza alfanumerycznego LCD

SPI.h

Inicjalizacja i transmisja SPI

TWI.h

Inicjalizacja i transmisja TWI

usart.h

Inicjalizacja i transmisja USART

Biblioteka adc.h

21

void ADC_Init(void);

int getADC(char channel);

inicjalizacja przetwornika (preskaler = 128,
napięcie odniesienia AVCC)

wykonanie pojedynczej konwersji

void LCD_Initialize(void);

void LCD_WriteCommand(unsigned char);

void LCD_WriteData(unsigned char);

void LCD_WriteText(char *);

void LCD_WriteText_P(prog_char *);

void LCD_GoTo(unsigned char, unsigned char);

void LCD_Clear(void);

void LCD_Home(void);

void LCD_ShiftLeft(void);

void LCD_ShiftRight(void);

Biblioteka HD44780.h

22

inicjalizacja wyświetlacza
(dwie linie, 4-bitowa
komunikacja, kasowanie...)

kasowanie zawartości

wyświetlacza

kursor na początek

zapis rozkazu do rejestru

wyświetlenie tekstu z

pamięci programu

kursor w danej pozycji

(kol, wiersz)

wyświetlenie łańcucha znaków

wyświetlenie znaku

przesunięcie tekstu w lewo

przesunięcie tekstu w prawo

Biblioteka SPI.h

23

void SPI_Init(void);

char SPI_Transmit(char cData);

inicjalizacja interfejsu (master, preskaler = 16,
CPOL = CPHA = 0)

wykonanie pojedynczej transmisji

Biblioteka TWI.h

24

void TWI_Init(void);

void TWI_Start(void);

void TWI_Stop(void);

char TWI_Write(char data);

char TWI_Read(char ack);

inicjalizacja interfejsu (TWBR = 100)

wygenerowanie sekwencji START

wygenerowanie sekwencji STOP

zapis bajtu do slave'a

odczyt bajtu ze slave'a

Biblioteka usart.h

25

void USART_Init(int baud);

void USART_PutChar(char data);

char USART_GetChar(void);

void USART_PutString(char * s);

void USART_GetString(char * s);

inicjalizacja interfejsu (odbiornik i nadajnik,
8 bitów danych, 1 bit stopu, bez kontroli
parzystości)

wysłanie znaku

odbiór znaku

wysłanie łańcucha znaków

odbiór łańcucha znaków

Dziękuję za uwagę.