Proces projektowania i uruchamiania sterowników mikroprocesorowych

1. Proces projektowania i uruchamiania sterowników mikroprocesorowych autor prezentacji: Ryszard Zenker Poznań 2013

2. Spis treści • etapy realizacji sterownika mikroprocesorowego • edycja płytki drukowanej sterownika • schemat układu elektronicznego sterownika • montaż płytki drukowanej sterownika • programowanie sterownika mikroprocesorowego • - w języku programowania: asembler AVR - w języku programowania: C AVR - w języku programowania: BASCOM AVR • przykłady sterowników mikroprocesorowych • literatura i strony www

3. Etapy realizacji sterownika mikroprocesorowego • Założenia funkcjonalne – jakie funkcje sterownik ma realizować? • Schemat układu – z jakich elementów się składa? • Płytka drukowana – jak mają być rozmieszczone elementy? • Wykonanie płytki drukowanej – zlecamy fachowcom • Montaż sterownika – lutowanie elementów – już widać • jak sterownik będzie wyglądać • Uruchomienie elektroniki – usunięcie drobnych błędów • Programowanie sterownika – w językach: asembler, C++, BASCOM • Testowanie – debbugowanie oprogramowania – • pytamy się skąd w programie znalazło się tak dużo błędów? • Zapisanie programu w pamięci sterownika • Testowanie sterownika – czy sterownik spełnia założenia? • Dokumentacja techniczna i użytkowa – niestety konieczna • Przekazanie sterownika do eksploatacji – być może będą z tego jakieś pieniądze

4. Założenia i narzędzia zastosowane w projekcie: mikroprocesor: ATtiny2313 firmy ATMEL edytor schematu – program: EAGLE v. 6.5.0 edytor płytki drukowanej –program: EAGLE v. 6.5.0 programowanie mikroprocesora – program: AVR STUDIO v. 4.07 symulacja pracy – program: AVR STUDIO v. 4.07 programowanie mikroprocesora – program: BASCOM v. 1.5 wpisanie programu do pamięci – program: PONY-2000 Uwagi: ad1: pełna dokumentacja układu oraz dokumentacje przykładowych aplikacji ATtiny2313 znajdują się na stronie internetowej: www.atmel.com ad2-3: wersja edukacyjna programu ( darmowa ) EAGLE dostępna jest na stronie internetowej: www.cadsoft.de ad4-5: pełna darmowa wersja programu AVR STUDIO znajduje się na stronie internetowej: www.atmel.com ad6: darmowa wersja programu BASCOM AVR znajduje się na stronie internetowej: www.mcselec.com ad7: darmowy program PONY-2000 znajduje się na stronie internetowej: www.LancOS.com

5. Założenia dla mikroprocesorowego sterownika temperatury: • mikroprocesor: ATtiny2313 – produkcji firmy ATMEL • zasilanie: +5 V • sygnał taktujący: częstotliwość 20 MHz • wyświetlacz: 2 cyfrowy – 14 mm • 3 przyciski sterujące • interfejs UART do połączenia z komputerem PC • diody świecące: 3 zielone i 4 czerwone • termometr elektroniczny – firmy MAX DS1820 • wyjścia sygnałów – portów mikroprocesora na złączu igłowym

6. Dane techniczne uniwersalnego mikroprocesora: ATtiny2313: • architektura RISC • napięcie zasilanie: +5 V • sygnał taktujący: częstotliwość max 20 MHz, wydajność 20 MIPS • jednostka arytmetyczno-logiczna: • 32 rejestry 8 bitowe ogólnego przeznaczenia, 118 instrukcji • pamięć wewnętrzna: • 2 kB flash, 128 B EEPROM, 128 B SRAM • porty wejściowo/wyjściowe: • PORTB – 8 bitowy, PORTD - 7 bitowy • 2 zegary/liczniki: 16 bitowy i 8 bitowy • 11 wewnętrznych przerwań • 2 przerwania zewnętrzne • komparator analogowy • programowany watchdog • interfejs UART do połączenia dupleks z komputerem PC • interfejs SPI – programowanie pamięci

7. Wyprowadzenia - nóżki mikroprocesora: ATtiny2313: 1 – sygnał RESET 2 – PD0 – RXD – odbiornik UART 3 – PD1 – TXD – nadajnik UART 4 – XTAL2 – kwarc taktujący 5 – XTAL1 – kwarc taktujący 6 – PD2 – INT0 – przerwanie zewnętrzne 0 7 – PD3 – INT1 – przerwanie zewnętrzne 1 8 – PD4 – T0 – zegar/licznik 0 9 – PD5 – T1 – zegar/licznik 1 10 – GND – masa zasilania 11 – PD6 – ICP – wejście zegara/licznika 12 – PB0 – AIN0 – dodatnie wejście komparatora 13 – PB1 – AIN1 – ujemne wejście komparatora 14 – PB2 – 15 – PB3 – OC1 – wyjście zegara/licznika 16 – PB4 – 17 – PB5 – MOSI – wyjście interfejsu szeregowego 18 – PB6 – MISO – wejście interfejsu szeregowego 19 – PB7 – SCK – zegar interfejsu szeregowego 20 – VCC – +5V – napięcie zasilające

8. Budowa wewnętrzna mikroprocesora: ATtiny2313

9. Program – edytor schematu • Do narysowania schematu układu sterownika mikroprocesorowego zastosujemy wersję edukacyjną program EAGLE v. 6.5.0 • ( EasilyApplicableGraphicalLayoutEditor ) • firmy: CadSoft • Strona internetowa: www.cadsoft.de • Darmową wersję edukacyjną programu można pobrać z w/w strony internetowej. • Wersja edukacyjna programu posiada wszystkie możliwości wersji profesjonalnej z trzema ograniczeniami: • Płytka drukowana może mieć max. wielkość: 100 x 80 mm • Rysunek schematu może mieć max. wielkość formatu A3 • Płytka drukowana może mieć max. 2 warstwy przewodzące

14. Schemat projektowanego sterownika

15. Program – edytor płytki drukowanej Do wykonania projektu płytki drukowanej zastosujemy również program EAGLE v. 6.5.0 firmy: CadSoft Po wykonaniu projektu płytki drukowanej otrzymany plik projektu przekazujemy do producenta płytek drukowanych np. do firmy: Przykładowa cena: Płytka dwustronna: od 8,00 zł do 20,00 zł za 1 dm2

22. Klisze płytki drukowanej ścieżek przewodzących strona elementów strona lutowania

23. Klisza opisów płytki drukowanej

24. Płytka drukowana przed wlutowaniem elementów strona elementów strona lutowania

25. Płytka sterownika po wlutowaniu elementów

27. Program – AVR STUDIO • Do programowania i testowania programu sterownika mikroprocesorowego zastosujemy program • AVR STUDIO v. 4.07 firmy: ATMEL • Strona internetowa: www.atmel.com • Darmową pełną wersję programu można pobrać z w/w strony internetowej. • Program umożliwia wykonanie następujących prac: • Edycję programu dla mikroprocesorów firmy ATMEL w językach: asembler i C/C++ • Kompilację programu w językach asembler i C/C++ • Testowanie programu przy pomocy debuggera – usuwanie błędów • Przepisanie programu wynikowego ( binarnego ) do pamięci uruchamianego sterownika

30. Fragment programu .cseg .org adresPC zegar0: ; przerwanie od licznika 0 wskutek przepełnienia ; wywołanie co 4 ms push r0 ; zapamiętaj rejestr r0 in r0,SREG ; zapamiętaj rejestr stanu SREG push r0 push r16 ; zapamiętaj rejestry r16 ldi r16,limpulsow ; załaduj wartość początkową zegara out TCNT0,r16 ori r20,0x80 ; rejestr stanu czasomierza - zaznacz, że minęły 4 ms dec r22 ; czy skończyła się sekunda ? brne zeg_9 ; nie ldi r22,250 ; tak - załaduj ilość impulsów 4 ms składających się ; na 1 sek i uaktualnij aktualny czas push r17 ; zapamiętaj rejestry r17, r18 push r18

31. Program – BASCOM AVR • Do programowania i testowania programu sterownika mikroprocesorowego można również zastosować program • BASCOM AVR v. 4.07 • firmy: MCSELEC.COM • Strona internetowa: www.mcselec.com • Darmową demonstracyjną wersję programu można pobrać z w/w strony internetowej. • Program umożliwia wykonanie następujących prac: • Edycję programu dla mikroprocesorów firmy ATMEL w języku BASCOM AVR • Kompilację programu w języku BASCOM AVR • Testowanie programu przy pomocy debuggera – usuwanie błędów • Przepisanie programu wynikowego do pamięci uruchamianego sterownika

32. Sterownik już został uruchomiony - potrafi nawet mierzyć temperaturę

33. Wejścia do programów wykorzystanych do projektowania sterownika mikroprocesorowego Uruchom program AVRStudio Uruchom program EAGLE

34. Spis literatury: Książki wydawnictwa: www.btc.pl - wydawcy serii książek dotyczących mikrokontrolerów: Jarosław Doliński – „Mikrokontrolery AVR w praktyce”, 2003 Paweł Hadam – „Projektowanie systemów mikroprocesorowych”, 2004 Marcin Wiązania – „Programowanie mikrokontrolerów AVR w języku BASCOM”, 2004 Rafał Baranowski – „Mikrokontrolery AVR ATmega w praktyce”, 2005 Rafał Baranowski – „Mikrokontrolery AVR ATtiny w praktyce”, 2006 Piotr Górecki – „Mikrokontrolery dla poczatkujących”, 2006 Andrzej Pawluczuk – „Sztuka programowania mikrokontrolerów AVR - podstawy”, 2006 Henryk Wieczorek – Eagle – pierwsze kroki”, 2007 Andrzej Pawluczuk – „Sztuka programowania mikrokontrolerów AVR - przykłady”, 2007 Jacek Michalski – „Mikroklocki – Mikroprocesory dla początkujących”, 2007 Marcin Wiązania – „BASCOM AVR w przykładach”, 2008 Jarosław Doliński – Mikrokontrolery AVR – niezbędnik programisty”, 2009 Robert Wołgajew – „Mikrokontrolery AVR dla początkujących”, 2010 Książki wydawnictwa: www.atnel.pl - wydawcy książek dotyczących mikrokontrolerów: Mirosław Kardaś – „Mikrokontrolery AVR – Język C – Podstawy programowania”, 2011 Mirosław Kardaś – „Język C – Pasja programowania mikrokontrolerów 8-bitowych”, 2012 Książki wydawnictwa: www.helion.pl - wydawcy książek z informatyki: Tomasz Francuz – „Język C dla mikrokontrolerów AVR”, 2011 Andrzej Witkowski – „Mikrokontrolery AVR – programowanie w języku C”, 2006 wyd. PAN

35. Spis stron www www.atmel.com - producent mikrokontrolerów ATMEL – dokumentacje mikroprocesorów www.atmel.com - producent programu AVR-Studio – programowanie i uruchamianie programów w języku asembler www.lancos.com- producent programu PONY2000 – programowanie pamięci mikroprocesorów www.mcselec.com- producent oprogramowania BASCOM AVR – języka programowania mikroprocesorów www.cadsoft.de - producent programu EAGLE - projektowanie płytek drukowanych www.btc.pl- wydawca książek z dziedziny elektroniki oraz sprzedawca elementów elektronicznych www.atnel.pl - wydawca książek z dziedziny elektroniki oraz sprzedawca elementów elektronicznych www.arduino.cc - strona opisująca sterowniki mikroprocesorowe Arduino

36. ` Dziękuję za uwagę i wysłuchanie wykładu.