Устройство и работа портов ввода-вывода микроконтроллеров AVR. Часть 4
Изучив данный материал, в котором все очень детально и подробно описано с большим количеством примеров, вы сможете легко овладеть и программировать порты ввода/вывода микроконтроллеров AVR.
Программу писать будем в Atmel Studio 6.0.
Эмулировать схему будем в Proteus 7 Professional.
Самой распространенной задачей при создании проектов для микроконтроллеров является подключение кнопок. Несмотря на простоту, эта задача имеет существенные, возможно и неочевидные особенности.
Если подключить один из контактов кнопки, например, к общему проводу («земле»), а второй к выбранной линии порта ввода/вывода микроконтроллера, который переключен в режим «Вход», то выяснится, что такой метод не работает. При нажатии кнопки линия порта микроконтроллера соединяется с землей, и программа будет считывать лог.«0» с этой линии порта ввода/вывода, но при отпущенной кнопке вывод микроконтроллера не будет соединен ни с чем, что часто и называют «висит в воздухе». В таком случае программа будет считать с вывода и лог.«0» и лог.«1» случайным образом, так как на не к чему не присоединённую линию порта ввода/вывода будут наводится наводки.
Правильное подключение предполагает, что в разомкнутом состоянии вывод микроконтроллера должен быть соединен через резистор, например с шиной питания, а в замкнутом — с землей, либо наоборот. Сопротивление резистора не должно быть слишком маленьким, чтобы ток, текущий через него при замкнутых контактах кнопки не был слишком большим. Обычно используют значения порядка 10-100 кОм.
Рис: Подключения кнопки с подтянутой шиной питания.
При таком подключении состояние линии порта ввода вывода будет:
— при отжатой кнопке равно лог.«1»;
— при нажатой кнопке равно лог.«0»;
Рис: Подключения кнопки с подтянутой землей.
При таком подключении состояние линии порта ввода вывода будет:
— при отжатой кнопке равно лог.«0»;
— при нажатой кнопке равно лог.«1»;
— подключения к линии порта ввода/вывода кнопки с подтянутой шиной питания:
// Подключаем внешние библиотеки #include #include // Основная программа int main(void) < // Настраиваем порты ввода/вывода DDRB = 0b11111111; //Настраиваем все разряды порта B на режим "Выход" PORTB = 0b00000000; //Устанавливаем все разряды порта B в лог.«0» (На выходе порта напряжение равное GND) DDRD = 0b00000000; //Настраиваем все разряды порта D на режим "Вход" PORTD = 0b11111111; //Устанавливаем все разряды порта D в лог.«1» (На выходе порта напряжение равное Vcc) // Вечный цикл while (1) < //Проверяем: если состояние PD0 лог.«0» то кнопка нажата if ((PIND&(1 else < //Состояние PB0 устанавливаем в лог.«0» PORTB &= ~(1 > > — подключения к линии порта ввода/вывода кнопки с подтянутой землей:
// Подключаем внешние библиотеки #include #include // Основная программа int main(void) < // Настраиваем порты ввода/вывода DDRB = 0b11111111; //Настраиваем все разряды порта B на режим "Выход" PORTB = 0b00000000; //Устанавливаем все разряды порта B в лог.«0» (На выходе порта напряжение равное GND) DDRD = 0b00000000; //Настраиваем все разряды порта D на режим "Вход" PORTD = 0b11111111; //Устанавливаем все разряды порта D в лог.«1» (На выходе порта напряжение равное Vcc) // Вечный цикл while (1) < //Проверяем: если состояние PD0 лог.«1» то кнопка нажата if ((PIND&(1 else < //Состояние PB0 устанавливаем в лог.«0» PORTB &= ~(1 > > Кнопка
Сегодня мы расширим свой кругозор по изучению работы портов микроконтроллера и изучим второе назначение порта — работу на вход. И для изучения работы на вход мы применим обычную тактовую кнопку.
Как всегда, создадим проект в Atmel Studio, выберем Atmega8A, назовем проект Test04 и код также в main.c, как обычно, скопируем с проекта предыдущего урока.
В качестве подопытного порта давайте возьмём порт B. Можно с успехом использовать любой порт. И в качестве ножки возьмем нулевую ножку. Итак у нас ножка B0.
Также опять мы соберём проект, скопируем и переименуем файл протеуса, откроем его и в свойствах контроллера покажем путь к новому проекту. Запустим на выполнение и убедимся, что всё работает.
Добавим кнопку в протеусе, для этого в поиске компонентов найдём Button
Затем подключим нашу кнопку вот таким вот образом к ножке B0 контроллера
Судя по данной схеме, когда кнопка будет в нажатом состоянии, то Ножка PB0 у нас будет иметь низкий логический уровень, а при отжатом — непонятный уровень, поэтому мы применим подтягивающий к питанию резистор, который можно не паять физически, а подключить опционально определенной командой.
Для этого мы, во-первых настроим порт B. Мы можем объявить все ножки порта B на вход, так как нам не важны настройки остальных ножке, ибо мы их не используем
В случае, когда мы работали с портом D на выход, биты регистра PORTD отвечали за уровень на соответствующих ножках. А в случае, когда порт инициализирован на вход, как наш порт B, то биты регистра PORTB будут уже отвечать за подтягивание к соответствующим ножкам порта резисторов на шину питания. Если будет логическая единица, то регистр будет подтягиваться, а если логический ноль — то не будет. Поэтому мы в 0 бите регистра установим 1
PORTB = 0b00000001;
Соберём код и запустим его в протеусе. Мы видим, что на ножке B0 у нас установилась логическая 1, а если мы нажмём кнопку, то увидим, что на ней будет логический 0, о чём свидетельствует синий цвет квадратиков на ножке и на кнопке.
В бесконечном цикле закомментируем весь код. В видеоверсии урока показано, как данную операцию можно выполнить одним движением (выделяем весь текст, который мы хотим закомментировать, затем нажимаем одновременно Shift и обычный слэш (не обратный))
В данном цикле мы и будем отслеживать состояние ножки PB0. Делается это с помощью определения состояния соответствующего бита в регистре PINB, который собственно за это и отвечает.
Чтобы нам следить за каким-либо действием или состоянием, нам необходимо будет обработать условие.
Условие в языке C добавляется с помощью команды if.
И в качестве условия мы возьмём состояние ножки 0 порта B или состояние бита 0 регистра PINB.
Как же можно получить состояние одного бита, ведь в языке C в отличие от ассемблера нет битовых операций?
Можно пойти на хитрость и применить вот такую конструкцию PINB &0b00000001.
Данная конструкция нам и проверит нулевой бит. То есть если в регистре PINB также будет 1 в нулевом его бите, то независимо от состояния остальных битов в данном регистре мы получим ненулевой результат, что также является истиной. То есть если ни с чем не сравнивать в условии результат, то условие эквивалентно сравниванием с нулём, только наоборот. Для истинности результат должен быть ненулевым — (результат!=0).
Но нам с вами наоборот нежелательно, чтобы ножка была в высоком логическом состоянии, так как кнопка у нас подключена к общему проводу. Поэтому мы должны поставить отрицание и написать код следующим образом
if (!( PINB &0b00000001))
Теперь нам необходимо добавить тело условия. При выполнении условия, что кнопка нажата, мы будем зажигать светодиод на ножке D0. А если условие не будет выполняться (кнопка будет отжата), то мы будем его гасить. Также мы погасим данный светодиод и в начале программы. Поэтому получим следующий код
PORTD = 0b00000000;
PORTD = 0b00000001;
PORTD = 0b00000000;
Теперь давайте пересоберём проект и пойдём в протеус смотреть, удалось ли нам что-то.
Чтобы у нас при сборке не было даже предупреждений, уберём объявление переменной i, так как она в коде не используется
// unsigned char i;
Запустим проект в протеусе и увидим, что при нажатии на кнопку у нас начинает светиться самый верхний светодиод
Казалось бы, что мы своей цели уже добились. Но чтобы сделать наш код более ответственным и совершенным, мы просто обязаны провести борьбу с дребезгом контактов, так как такое явление может иметь место, это только в протеусе всё идеально, на практике такое бывает не всегда.
И чтобы это как-то отследить и определить, что это было именно нажатие, а не дребезг, то мы будим отслеживать нажатие некоторое время, ну или некоторое количество тактов или циклов. Для этого в начале функции main() до бесконечного цикла мы добавим другую переменную (i нам ещё пригодится и мы её портить не будем). Назовём мы переменную butcount, так как имя переменной должно как-то само за себя говорить и тем самым достигается ещё большая читабельность кода
unsigned char butcount =0;
И чтобы воспользоваться данной переменной, мы применим ещё одно условие. И у нас будет условие в условии. Это всё допустимо и очень широко используется. И в зависимости от этого условия мы данную переменную будем наращивать (инкрементировать). Условием будет у нас достижение данной переменной определённой величины. То есть попробуем сделать так, чтобы значение переменной не достигало 5
А когда значение данной переменной достигнет значения 5, то мы уже в данный цикл не попадём, а попадём мы в тело оператора else, который мы сейчас и добавим и в его теле напишем следующий код
PORTD = 0b00000001;
То есть мы как раз после достижения пятёрки и будем обрабатывать нажатие кнопки и включать на нулевой ножке порта D высокое состояние.
По идее, здесь мы должны обнулить нашу переменную, но мы это будем делать также постепенно, используя тело оператора else, только другого — того, который у нас был и тело которого выполняется при низком уровне на ножке, к которой подключена кнопка. Вот таким будет его тело
if ( butcount > 0)
PORTD = 0b00000000;
Данный код чем то похож на предыдущий, только здесь у нас идёт, наоборот декрементирование переменной, и как только её значение опять достигнет нуля, то мы и попадём в обработку отжатия кнопки, тем самым полностью избавимся от дребезга. И чем старее и некачественнее будет наша тактовая кнопка, тем большее значение переменной в условии мы будем применять.
Давайте теперь соберём проект и проверим его работу сначала в протеусе, а затем и на практике. Выглядит это приблизительно так. Интереснее конечно это смотреть в видеоуроке
Купить программатор можно здесь (продавец надёжный) USBASP USBISP 2.0
Внешние прерывания у 8-bit avr, использование кнопок
Здравствуйте, на днях решил поэкспериментировать с внешними прерываниями на attiny2313A. Думаю тем кто занимался программированием микроконтроллеров известно, что МК не всегда быстро может реагировать на нажатие кнопки, т.к. проверка PINа стандартно осуществляется в бесконечном цикле и если программа достаточно большая — это может затормозить опрос ножки.
Код ниже написан для WinAVR.
Стандартный опрос:
- DDRxy&=~(1<
с одной стороны кнопка подключена к плюсу (VCC), а с другой стороны к ножке.
В таком случае провод который подключен к ножке выступает в роли антенны и любое возмущение электромагнитного поля вокруг проводка вызывает срабатывание кнопки, что неприемлемо.
Во втором способе, обычный опрос в цикле будет выглядеть:
if (!(PINB & (1 <
>
if (PINB & (1 <
>
если инвертировать, то получиться и для первого способа, но не думаю что это кому-то надо.
Итак сами внешние прерывания
В даташите на Мк attiny2313A есть прерывания INT0 (нога PD2), INT1(нога PD3), и PCINT0..7 (весь порт B и хотя ножек у него 8, но прерывание одно на всех, что лично меня не радует )
Прерывания INT0 и INT1 их приоритет выше других прерываний.
Итого мы можем настроить всего три кнопки без использования стандартного опроса. Итак даташит страница 58 External Interrupts MCU Control Register– MCUCR: Если стоит по дефолту, The low level of INT0 generates an interrupt request, то нажав кнопку мы получим срабатывание вектора, если ее не отпускать, то программа снова и снова будет уходить на прерывание. Если Any logical change on INT1 generates an interrupt request, то нажав кнопку и не отпуская ее, функция прерывания сработает один раз и дальше программа пойдет по стандартной схеме, но когда мы подождав отпустим кнопку — это опять же будет изменение логики, то вектор опять запуститься. The falling edge of INT1 generates an interrupt request — тоже самое что и дефолт, во всяком случае по экспериментам, только работает мене стабильно, пока отжимаешь кнопку может сработать. The rising edge of INT1 generates an interrupt request — кнопка работает только когда ее отжимаешь. General Interrupt Mask Register – GIMSK: External Interrupt Flag Register – EIFR: Pin Change Mask Register – PCMSK: Это не настраиваемое внешнее прерывание, в отличие от других и всегда работает по принципу Any logical change что несколько затруднит его использование, хотя и ему применение найдется в разумных руках. Дополнение от Ocelot( в комментариях): void preriv() //функция инициализации прерываний Attiny2313 PORTD4 — на нем стоит анодом(плюсом) светодиод и моргает когда кнопка на POTRD2 замыкается на землю. Чтобы использовать другой МК смотрите соответствующий Даташит. Самому мне помогла статья Dmitry. UPD 2019: Поправил правописание и опечатки… Убрал недоступные картинки и ссылки на закрывшиеся сайты.
У меня была мысль, что т.к. я задействую внешние прерывания то регистры DDR и PORT ничего не изменят в поведение МК, но это не так… выход так же надо настраивать как при стандартной обработке.
Сразу оговорюсь, что я пишу про ножки, настроенные на подтягивающие резисторы т.е. DDRxy&=~(1<Регистры управления
Глобально разрешает нужные нам прерывания.
Регистр отвечающий за использование прерывания, если логика на ножке изменилась, то в регистре появляется запись, и вектор прерывания начинает обрабатываться.
Разрешает прерывание на той или иной ноге Порта BОтдельно про PCINT
И еще беда одна — наблюдается ложное срабатывание при подключении МК к питанию, уходит один раз на прерывание и больше не сбоит, работая в штатном режиме.
Нет большой проблемы в том, что прерывание срабатывает по любому изменению уровня (any logical change). В обработчике прерывания всегда можно проверить состояние порта, и определить нужное нам событие. То же самое касается прерывания PCINT, которое одно на все 8 ног. Всегда можно легко узнать, какой именно вход вызвал прерывание.Вектора прерываний затрагивающие нашу тему
GIMSK=(1 <
preriv();// вызов функции инициализации в теле цикла