Краткий Курс - Самоучитель - Программирование микроконтроллеров AVR - быстрый старт с нуля

Только в этом месяце - скидки на паяльники и электронику с нашими кодами (123avr.com) :

Страницы курса:
Уроки	Задания
index.htm 01.htm 02.htm 03.htm 04.htm 05.htm 06.htm 07.htm 08.htm 09.htm	z1.htm z2.htm z3.htm z4.htm z5.htm z6.htm z7.htm z8.htm z9.htm z10.htm z11.htm
New! - ФОРУМ!

Совет - умейте правильно находить информацию!

Добавить страницу в закладки:

стр. 5 часть 2

Язык Си для МК

часть 2

Объявление переменных

Перед использованием переменной в программе на Си её необходимо объявить - т.е. указать компилятору какой тип данных она может хранить и как она называется.Наиболее подробно об этом по ссылке: 1.2. ТИПЫ ДАННЫХ И ИХ ОБ ЯВЛЕНИЕ. Ниже сжато - самое главное:

Формат объявления переменной таков:

[<storage modifier>] <type definition> <identifier>;

[<storage modifier>]- необязательный элемент, он нужен только в некоторых случаях и может быть:

extern - если переменная объявляется во внешнем файле - например в хидере delay.h приведенном выше.
volatile - ставьте если нужно предотвратить возможность повреждения содержимого переменной в прерывании, и не позволить компилятору попытаться выкинуть её при оптимизации кода.
Советую ставить если не знаете точно нужно или нет !

пример:
volatile unsigned char x;

static - если переменная локальная т.е. объявлена в какой либо функции и должна сохранять свое значение до следующего вызова этой функции.

flash и eeprom - используются с указателями.

Глобальные переменные объявляются до появления в тексте программы какой либо функции. Глоабльные переменные доступны в любой функции программы.

Локальные переменные объявляются в самом начале функций - т.е. сразу после фигурной скобки "{". Локальные переменные доступны только в той функции где они объявлены! В разных функциях могут быть объявлены локальные переменные с одинаковыми именами - я не советую вам так делать. Советую не использовать ЛОКАЛЬНЫЕ переменные в главной функции main.

<type definition> - тип данных которые может хранить переменная.

наиболе часто используемые типы данных :

unsigned char - хранит числа от 0 до 255 (байт)
unsigned int - хранит числа от 0 до 65535 (слово == 2 байта)
unsigned long int - хранит от 0 до 4294967295 (двойное слово == 4 байта)

Подробнее все типы данных посмотрите в Help CVAVR\bin\CVAVR.HLP Раздел "Data Types"

Вместо unsigned char - можно писать писать просто char, так как компилятор по умолчанию считает char без знаковым байтом. А если вам нужен знаковый байт то объявляйте его так :

signed char imya_peremennoi;

<identifier> - имя переменной - некоторый набор символов по вашему желанию, но не образующий зарезервированные слова языка Си.

Выше был уже пример идентификатора - имени переменной:

imya_peremennoi

Желательно давать осмысленные имена переменным и функциям - напоминающие вам об их назначении.

принято использовать маленькие буквы, а для отличия имен переменных от названия функций - имена переменных можно например начинать с буквы, а названия функций (кроме main конечно) с двух символов подчеркивания.

Например так :

moya_peremennaya __vasha_funkziya

Внимание! Глобальные переменные, а также локальные с модификатором static - при старте и рестарте программы равны 0 если вы не присвоили им (например оператором =) иное значение при их объявлении или по ходу программы.Подробные примеры объявления переменных посмотрите пожалуйста в разделе Variables в "Хелп" компилятора. Вот несколько примеров объявления переменных :

unsigned char my_peremen = 34;
unsigned int big_peremen = 34034;

Это объявлены две переменные и им присвоены значения.

Первая my_peremen - символьного типа - это 1 байт, она может хранить число от 0 до 255. В данном случае в ней хранится число 34.

Вторая big_peremen - целого типа, два байта, в ней может хранится число от 0 до 65535 , а в примере в неё поместили десятичное число 34034.

Пример массива содержащего 3 числа или элемента массива.

char mas[3]={11,22,33};

Нумерация элементов начинается с 0. Т.е. элементы данного массива называются

mas[0], mas[1], mas[2]

и в них хранятся десятичные числа 11, 22 и 33.

Где то в программе вы можете написать:

mas[1] = 210;

Теперь в mas[1] будет хранится число 210

- массивы могут быть многомерными,
- можно не присваивать значений элементам массива при объявлении

НО только при объявлении вы можете присвоить значения всем элементам массива сразу ! Потом это можно будет сделать только индивидуально для каждого элемента.

Строковая переменная или массив содержащий строку символов.

char stroka[6]="Hello";

Символов (букв) между кавычками 5 , а я указал размер строки 6 !

Дело в том, что строки символов должны заканчиваться десятичным числом 0.

Не путайте его с символом '0' которому соответствует десятичное число 48 по
таблице ASCII - которая устанавливает каждому числу определенный символ.

Например :

Элемент строки stroka[1] содержит число 101 которому по таблице ASCII соответствует символ 'e'
Элемент stroka[4] содержит число 111 которому соответствует символ 'o'
Элемент stroka[5] содержит число 0 которому соответствует символ 'NUL' его еще обозначают вот так '\0'

Строковая переменная может быть "распечатана" или выведена в USART MK вот так:

printf("%s\n", stroka);

Вы можете преобразовать строковую переменную в число ! Если исходная строка символов такая :

char stroka[]="3654694";

то вот так:

perem_1 = atoi(stroka);

мы поместим в переменную perem_1 (которую должны были ранее в программе объявить как "беззнаковую целую") число 36546.

Это число влезет в переменную perem_1 которая может хранить числа от 0 до 65535.А вот 9 и 4 уже не поместятся.Для бОльших чисел есть функция - atol() Чтобы использования эти функции необходимо включить в начале программы заголовочный файл :

#include <stdlib.h>

Для преобразования числа в строку

есть itoa() и ltoa()

Подробнее об этих и других полезных функциях смотрите раздел "Standard Library Functions" справки компилятора.

Советую вам скачать заголовочный файл m8 128.h Он содержит названия битов МК ATmega8 -16 -32 -64 -128 и сокращенные названия типов данных как в компиляторе IAR. вот отрывок из него:

#define u8 unsigned char // 0 to 255
#define s8 signed char // -128 to 127

#define u16 unsigned int // 0 to 65535
#define s16 signed int // -32768 to 32767

#define u32 unsigned long int // 0 to 4294967295

#define s32 signed long int // -2147483648 to 2147483647

#define f32 float // ±1.175e-38 to ±3.402e38
#define d32 double // ±1.175e-38 to ±3.402e38

После включения моего "хидера" в текст вашей
программы вы сможете писать вместо длинного

unsigned long int <имя 32 битной переменной>

коротко :

u32 <имя 32 битной переменной>
u - беззнаковая - значит не отрицательная
s - значит переменная со знаком
32 - количество бит в переменной

Следующий пункт в структуре программы на Си для МК ...

/* п.5 описание функций - обработчиков прерываний Подробно о прерываниях в AVR читайте на стр. 3 курса ! мы будем использовать в ЭТОЙ программе - только одно прерывание и значит одну функцию обработчик прерывания. Программа будет переходить на неё при возникновении прерывания :

ADC_INT - по событию "окончание АЦ преобразования" */

interrupt [ADC_INT] void adc_isr(void)
{
PORTB=(unsigned char) ~(ADCW>>2);
/* отобразить горящими светодиодами подключенными от + питания МК через резисторы 560 Ом к ножкам порта_B старшие 8 бит результата аналого-цифрового преобразования */

/* сделаем паузу 127 мСек чтобы в реальном устройстве можно было увидеть переключение светодиодов */
delay_ms(127);

/* В реальных программах старайтесь не делать пауз в прерываниях! Обработчик прерывания должен быть как можно короче и быстрее */

// начать новое АЦ преобразование
ADCSRA|=0x40;

} // закрывающая скобка для обработчика прерывания

Функция обработчик прерывания может быть названа вами произвольно - как и любая функция кроме main.
Здесь она названа : adc_isr

При каком прерывании ее вызывать - компилятор узнает из строчки :

interrupt[ADC_INT]

по первому зарезервированному слову - interrupt - он узнаёт, что речь идет об обработчике прерывания, а номер вектора прерывания (адрес куда физически, внутри МК перескочит программа при возникновении прерывания) будет подставлен вместо ADC_INT препроцессором компилятора перед компиляцией - этот номер указан в подключенном нами ранее заголовочном файле ("хидере") описания "железа" МК - mega16.h - это число сопоставленное слову ADC_INT.

Очень информативна и тем ценна для обучающегося следующая строка программы:

PORTB = (unsigned char) ~(ADCW>>2);

Давайте проанализируем как она работает.

= оператор присваивания. Он означает присвоить значение выражения
справа от оператора присваивания той переменной что указана слева от него.

Значит нужно вычислить выражение справа и поместить
его в переменную PORTB.

Вычислим что справа от оператора присваивания.

ADCW - это переменная слово (двухбайтовая величина - так она объявлена в файле mega16.h) в котором CodeVisionAVR сохраняет 10-битный результат АЦП - а именно в битах9_0 (биты с 9-го по 0-й) т.е. результат выровнен обычно - вправо.

Но у нас, в VMLAB только 8 светодиодов и нужно отобразить 8 старших бит результата - т.е. биты_9_2 - для этого мы сдвигаем все биты слова ADCW вправо на 2 позиции

ADCW >> 2 /* биты 1 и 0 вылетают вправо из числа в небытие,
бит_9 перемещается в позицию бит_7, бит_8 в позицию бит_6 и так далее до бит_2 становится бит_0 */

Теперь старшие 8 бит результата АЦП встали в биты7_0
младшего байта (LowByte - LB) слова ADCW


	>> n	означает сдвинуть все биты числа вправо на n позиций это равносильно делению на 2 в сепени n

	<< n	означает сдвинуть все биты числа влево на n позиций это равносильно умножению на 2 в сепени n

	Сдвиг используется очень часто !

Светодиоды подключены так как написано выше - т.е. подключены правильно !

Загораются (показывая "1") при "0" на соответствующем выводе МК - значит нам нужно выводить в PORTB число в котором "1" заменены "0" и наоборот - это делает как я рассказал выше :

~ ^{операция
побитного инвертирования}

Значит результатом этого выражения

~(ADCW>>2)

будут инвертированные 8 старших бит результата АЦП находящиеся в младшем (правом - LB) байте двух байтового слова ADCW

Выше я уже говорил что : в Си в переменную можно помещать только тот тип данных который она может хранить !

Так как PORTB это байт, а ADCW - это два байта, то прежде чем выполнить оператор присваивания (это знак = ) нужно преобразовать слово (слово - word - значит два байта) ADCW в без знаковый байт.

Преобразование типов данных - делают так :

перед тем что надо преобразовать записывают в скобках ( )
тип данных к которому нужно преобразовать.

Пишем ...

(unsigned char) ~(ADCW>>2)

Результат этой строки - один байт и мы можем поместить его в PORTB

Если в регистре DDRB все биты равны "1" - т.е. все ножки порта_B выходы, мы безусловно увидим старшие 8 бит результата АЦП горящими светодиодами.

Вам должна быть абсолютно понятна разобранная строка:

PORTB = (unsigned char) ~(ADCW>>2);

Если это не так то повторите разбор, и почитайте рекомендованное ниже по Си.

разберем еще одну строчку :

ADCSRA|=0x40;

обратите внимание на необходимость ставить в конце выражений точку с запятой - не забывайте ! Эта строка означает следующее:
Двигаемся слева на право :

- берем значение переменной ADCSRA (это регистр МК - значит программа прочитает его, возьмет число из него)
- выполняем с этим числом операцию обозначаемую вертикальной черточкой | ( это поразрядная операция ИЛИ - только "0" и "0" дают "0" ) с числом 0x40
- присвоим или поместим результат поразрядного ИЛИ обратно в переменную ADCSRA - т.е. запишем результат в регистр ADCSRA
0x40 это в двоичном виде: 0100 0000

так как в результате поразрядного ИЛИ только два "0" дают "0" биты в ADCSRA напротив нулей не изменятся, а вот бит_6 в ADCSRA оказывается напротив "1" и теперь он станет "1" не зависимо от того каким он был до этого !

т.е. смысл рассматриваемой строки программы

ADCSRA|=0x40;

"установить" (т.е. сделать "1") бит_6 в регистре ADCSRA


	Число справа от составных операторов \|= &= ^= обычно называют маской, и говорят "наложить маску" - так как в результате меняются лишь те биты которые нужно изменить.

Для обнуления нужных бит используют обозначаемое знаком & поразрядное логическое И - только "1" и "1" дает "1"

PEREM &=(~0x04); // обнулить бит_2 в переменной PEREM

Скобки здесь я добавил для улучшения читаемости кода.

Самоконтроль - важно:

а) обязательно разберитесь почему обнуляется бит_2

б) Как в двоичном виде выглядит результат (~0x04)

/* п.6 функции используемые в программе */

// их может быть столько сколько вам нужно.

// у нас будет одна, кроме main и
// обработчика прерывания.

/* =================================

Это будет функция в которой описано начальное
конфигурирование МК в соответствии с
поставленной задачей

Удобно над функцией сделать заголовок
подробно поясняющий назначение функции !

===================================== */

(void)__init_mk(void) {
/* Вначале любой функции объявляются
ЛОКАЛЬНЫЕ ПЕРЕМЕННЫЕ - если конечно они вам нужны */

/* void - означает пусто.

Перед названием функции - void - означает что функция не возвращает ни какого значения. А в скобках после названия означает что при вызове в функцию не передаются ни какие значения. */

// инициализация Port_B
DDRB=0xFF; // все ножки сделать выходами
PORTB=0xFF; // вывести на все ножки "1"

/* настройка АЦП - производится записью определенного числа в регистр "ADC Control and Status Register A" – ADCSRA

посмотрите его описание в ДШ МК мега16.

Нам нужно:

- Включить модуль АЦП

- Установить допустимую частоту тактирования АЦП при частоте кварца 3.69 МГц - мы выберем коэф. деления 64 - это даст частоту такта для процессов в АЦП 57.656 КГц

- Включить прерывание по завершению АЦ преобразования.

По ДШ для этого нужно записать в регистр ADCSRA
число: 1000 1110 или 0х8E */

// ADC initialization w Oscillator=3.69MHz
// ADC Clock frequency: 57.656 kHz
// ADC Interrupts: On
ADCSRA=0x8E;

/* Теперь выбираем вход АЦП ADC0 (ножка PA0) и внешнее опорное напряжение (это напряжение код АЦП которого будет 1023) с ножки AREF

Смотрим что нужно записать для этого в регистр
мультиплексора (выбора входа) АЦП ADMUX

см. ДШ */

// Нужно записать 0 (он там по-умолчанию)
ADMUX=0;

/* Разрешаем ГЛОБАЛЬНО все прерывания
разрешенные индивидуально !

Вы наверно поняли что индивидуально мы разрешили
лишь прерывание по завершении АЦП - вот оно то и
сможет возникать у нас. */
#asm("sei")

Внимание ! так делаются вставки ассемблерных инструкций:

#asm("инструкция на ассемблере")

Обратите внимание - точки с запятой НЕТ ! Такие вставки принято иногда делать НО они не являются необходимыми, На Си можно управлять ВСЕМИ программно изменяемыми битами в регистрах МК !


	Напоминаю ... Все регистры МК перечислены в конце ДШ с указанием номеров страниц с подробным описанием регистра и его битов.

Но почему-то часто используются такие строки:

#asm("sei") // Разрешить ГЛОБАЛЬНО все прерывания

#asm("cli") // Запретить ГЛОБАЛЬНО все прерывания

#asm("nop") // Пауза в 1 такт процессора

#asm("wdr") // Сбросить сторожевой таймер


	// все функция закончена } // скобка закрывающая для функции __init_mk()

Далее...

/*
п.7 главная функция main() - обязательная !
*/

/* =================================
Главная функция -

Си программа начинает выполнятся с нее!

===================================== */

void main(void){
/* Вначале любой функции объявляются
(если нужны) ЛОКАЛЬНЫЕ ПЕРЕМЕННЫЕ */

__init_mk();/*Вызываем функцию инициализации, настроийки аппаратуры МК. Выполнив ее программа вернется сюда и будет выполнять
следующую строку */

// запускаем первое АЦП
ADCSRA|=0x40;

// бесконечный цикл в ожидании прерываний
while(1);
/* Программа будет крутится на этой строчке постоянно проверяя истинно ли условие в
скобках после while а так как там константа
1 - то условие будет истинно всегда!

// функция main закончена
} // скобка закрывающая для функции main()

Теперь программа будет работать так :

По завершении АЦП будет возникать прерывание и программа будет перескакивать в функцию обработчик прерывания adc_isr(), при этом будут автоматически запрещены все прерывания ГЛОБАЛЬНО !В конце adc_isr() запускается новое АЦ преобразование и при выходе из обработчика прерывания снова разрешаются глобально прерывания, и программа возвращается опять в бесконечный цикл while(1) .Такая чехарда будет продолжаться пока есть питание МК и не будет сброса. Светодиоды будут высвечивать 8-ми битный код АЦП напряжения на ножке PA0

Еще щепотка Си :

Пример: делать что-то пока на ножке PBn есть "1"

while(PINB & (1 << n)){
что-то
/* что-то будет выполнятся снова и снова, пока проверка условия в скобках после while будет давать "истину" - значит пока на ножке PBn есть логическая единица */
};

примечание - в CVAVR можно написать проще
while(PINB.n){

Пример: выполнить что-то если на ножке PCn есть "0"

if((~PINC)&(1 << n)){
                     что-то
                                       /* что-то начнет выполняться если
                     на ножке PCn был "0" */
                                               };

примечание - в CVAVR можно написать проще
while(!(PINB.n)){

Помните ! Выполнение чего-то может быть прервано прерыванием.
После завершения обработки прерывания выполнение чего-то продолжится.

примечание -

Условие :

if((~PINC)&(1 << n)) {

можно записать и вот так :

if(!(PINC & (1 << n))) {

К битам регистров с адресами от 0 до 31 в компиляторе CodeVisionAVR можно обратится (и читать и записывать) проще.

Вот так: REGISTR.BIT

Пример: PINB.2 или PORTA.5

Пример:
if(!PINB.2){
этот код /* Если на ножке PB2 низкий
логический уровень - то выполнить этот код */
};

Пример:
PORTA.3 = 1; /* Сделать бит 3 в регистре
PORTA единицей - говорят: "установить бит"
по англ. "set bit" */


	Битовые операции подробно описаны в задаче 1 и конечно в help компиляторов !

Всё программа на Си написана. Вам должно быть все ясно и абсолютно понятно. Если это не так то перечитайте, подумайте, повторите разбор, почитайте рекомендованное ниже по Си.

Теперь вы должны знать

- как записать число в регистр, в переменную
- как изменить бит в регистре
- как взять число из регистра
- как выполнить что-то в зависимости от значения бита в регистре или в переменной

Попробуйте поискать полезную инормацию в Гугле - ее там море ! Учитесь искать!

Язык Си - дополнительная литература

Очень доступно о Си рассказано здесь:

Андрей Богатырев. Руководство полного идиота
по программированию на языке Си

обязательно используйте его при работе! и заглядывайте в него.

Статья "Си без Си" уважаемого и очень опытного микроконтроллерщика - ник: Bill http://www.caxapa.ru/story/bill_1.html

Очень советую вот это:

Ю.Ю.Громов, С.И.Татаренко

ПРОГРАММИРОВАНИЕ НА ЯЗЫКЕ СИ

В пособии приведено подробное описание наиболее распространенного языка программирования Си для персональных компьютеров, совместимых с IBM PC, и описано применение средств языка на примерах задач работы со списками.

Учебное пособие предназначено для студентов всех специальностей, аспирантов и инженерно-технических работников использующих вычислительную технику.

Может быть использовано как справочное пособие для широкого круга программистов, как профессионалов, имеющих большой опыт работы на Си, так и начинающих программировать на Си.