Programmierung und Beschaltung von Atmel Risc Microprozessoren

Wahlobligatorisches Fach, vorzugsweise für Informatikstudenten (041)

Stundenumfang (Diplom):0/0/2, Stundenumfang (Bachelor):2/0/2

Prüfung: mündlich

Lehrinhalte:

• Vorstellung der Prozessorfamilie Atmega 8 ..128, Leistungsparameter, Pinbelegung, Speicher- /Registeraufteilung

• Praktische Versuche mit Atmega-8

• Programmierwerkzeuge

• Grundschaltungen

• Beschaltung und Programmierung von elementaren Anwendungen zu Überwachung, Steuerung und Regelung

• Beschaltung und Programmierung von elementaren Anwendungen zur Kommunikation über Busse, Schnittstellen und Display

Grundbeschaltung eines ATmega8

Lehrkonzept:

Nach einführenden Betrachtungen zur Hardware und zur Programmierung erarbeiten sich die Studenten in Gruppen von 2 bis 3 Studenten in betreuten Versuchen elementare Anwendungen mit Atmel Microprozessoren. Die Versuchsaufbauten sind dabei auf Steckbrett mit elektronischen Bauelementen an Hand von Schaltplänen und eines Musteraufbaus selbst zu erstellen. Die Programmierung erfolgt über PCs, die compilierten Programme werden über die parallele Schnittstelle mittels Programmieradapter übertragen.

Materielle Voraussetzungen:

Software:

Linux: Installierter avr-gcc, binutils, library, uisp (gesonderte Aufstellung)

Windows: avrStudio

Hardware:

PC zur Programmentwicklung (mit Parallelport, seriellem Port, Linux und ev. Windows)

Bauelemente, Steckbretter, Netzteile, Kabel (gesonderte Aufstellung)

Frei verfügbare Steckdose für Steckernetzteil in PC-Nähe

/* configs for io.h */
/* io.h does not define this for asm */
#define __SFR_OFFSET 0
#define _VECTOR(N)   __vector_ ## N
/*  CPU I/O register definitions and vectors */
#   include <avr/io.h> 
 
#define mp r16
#define outerwait r17
#define innerwait r18
 
.global main

main:
// Initialisierung PortB output
        ldi     mp,0xFF
	out     DDRB,mp

// Hauptschleife
loop:
        ldi     mp,!(1<<PORTB1)
        out     PORTB,mp
        rcall  waitabit
        ldi     mp,(1<<PORTB1)
        out     PORTB,mp
        rcall  waitabit
        rjmp    loop     /* loop forever */
 
// Warten
waitabit:
        ldi outerwait,0x77
waitouterloop:
        ldi innerwait,0xFF
waitinnerloop:
        subi innerwait,0x01
        brne waitinnerloop
        subi outerwait,0x01
        brne waitouterloop
        ret

/*********************************************
* vim: set sw=8 ts=8 si :
* Author: Guido Socher, Copyright: GPL 
* This program is to test the led connected to
* PC5. 
* See http://linuxfocus.org/English/November2004/
* for details.
* Chip type           : ATMEGA8
* Clock frequency     : Internal clock 1 Mhz (factory default)
*********************************************/
#include <avr/io.h>
#include <inttypes.h>
#define F_CPU 1000000UL  // 1 MHz
#include <avr/delay.h>

void delay_ms(unsigned int ms)
/* delay for a minimum of <ms> */
{
  // we use a calibrated macro. This is more
  // accurate and not so much compiler dependent
  // as self made code.
        while(ms){
                _delay_ms(0.96);
                ms--;
        }
}

void main(void)
{
 /* INITIALIZE */
 /* enable PC5 as output */
 DDRC|= _BV(PC5);

 /* BLINK, BLINK ... */

 /* PC5 is 5 (see file
    include/avr/iom8.h) and _BV(PC5) is 00100000  
  */
 while (1) 
 {
   /* led on, pin=0 */
   PORTC&= ~_BV(PC5); // (1<<PC5)
   delay_ms(500);
   /* set output to 5V, LED off */
   PORTC|= _BV(PC5);  // (1<<PC5)
   delay_ms(500);
 }
}

    

Praktikumsversuche:

Die einzelnen Versuche bauen weitestgehend auf einander auf. Sie werden in Projektgruppen mit jeweils maximal 3 Studenten bearbeitet. Die Versuche bestehen jeweils aus der Herstellung der Schaltung auf dem breadboard (Steckbrett) und der Programmierung des Mikrocontrollers.

Versuch Nr. 1 (Board RH-21B - blau) Versuch Nr. 1 (Board 527819 - schwarz) :

Grundschaltung

• Stromversorgung,

• Beschaltung von Ausgängen mit LED

• Programmübertragung vom PC auf den Controller

Versuch Nr. 2 (Board RH-21B - blau) Versuch Nr. 2 (Board 527819 - schwarz) :

Binäreingänge

• Beschaltung von Eingangspins des Controllers

• Entprellen von Eingängen

• Prorammieraufgabe: Es sind 2 Pins als Eingänge zu konfigurieren und 4 Pins als Ausgänge mit LEDs zu konfigurieren. Das Programm soll die Eintastvorgänge des Taster 1 zählen und binär codiert auf den LEDs ausgeben. Taster 2 soll den Zähler auf 0 zurücksetzen.

Versuch Nr. 3 (Board RH-21B - blau) Versuch Nr. 3 (Board 527819 - schwarz) :

LCD – Display

• Der Controller wird mit einem LCD-Display beschaltet.

• Programmieraufgabe: Ausgabe von Strings aus verschiedenen Bereichen des Speichers (RAM, Flash, EEPROM) unter Nutzung einer LCD-Bibliothek.

Versuch Nr. 4 (Board RH-21B - blau) Versuch Nr. 4 (Board 527819 - schwarz) :

• Behandlung externer Interrupts durch Taste und eines Timerinterrupts.

• Programmieraufgabe: Programmierung von Interruptbehandlungsroutinen und Programmierung eines Timers

Versuch Nr. 5 (Board RH-21B - blau) Versuch Nr. 5 (Board 527819 - schwarz) :

Analogeingabe

• Es ist ein Analogeingang des Controllers mit einem Potentiometer (Einstellbarer Widerstand) zur Simulation eines analogen Meßwertes zu beschalten.

• Programmieraufgabe: Programmeriung des Analog Digital Converters, Messung von analogen Werten und Ausgabe des Messwertes auf dem Display

Versuch Nr. 6 (Board RH-21B - blau) Versuch Nr. 6 (Board 527819 - schwarz) :

Kopplung mit PC über serielle Schnittstellen

• Über einen RS232 Pegelwandler ist der Controller mir dem PC über ein serielles Kabel zu verbinden.

• Programmieraufgabe:

  • Senden: Tastendrücke sollen gezählt und an der Zählerstand an den PC gesendet werden.

  • Empfangen: Über Eingabe von 0 oder 1 soll eine LED am Controller ein-/ausgeschaltet werden.

  • Es sind sowohl die PC(Terminal I/O)- als auch die Programme auf dem Controller zu schreiben.

Versuch Nr. 7 (Board RH-21B - blau) Versuch Nr. 7 (Board 527819 - schwarz) :

Ausgabe analoger Werte

Unter Verwendung der Timer werden Versuche mit Pulsweitenmodulation angestellt.

Versuch Nr. 8 (Board RH-21B - blau) Versuch Nr. 8 (Board 527819 - schwarz) :

TWI- (I2C-) Bus

Es weden verschiedene TWI-Bausteine mit dem Mikrocontroller über die TWI-Schnittstelle gekoppelt.
Unter Benutzung einer TWI-Bibliothek werden die Bausteine angesprochen und verwendet.

Links

Folien

Beispiele Assembler

Weitere Versuche und Projekte

Anschluss einer PC-Tastatur

Temperaturmessung mit 1-Wire DS1820 an USB

Schalten von 1-3 Relais über usb

Messwertübertragung mit Funkmodul rfm12

Knoppix mit AVR tool chain

Nutzung von Eclipse mit avr tool chain