Шпак Ю.А. Программирование на языке C для AVR и PIC микроконтроллеров

Программирование на языке C для AVR и PIC микроконтроллеров

Год: 2011
Автор: Ю.А. Шпак
Издательство: К.: "МК-Пресс", СПб.: "КОРОНА-ВЕК"
Количество страниц: 544

В книге рассмотрено программирование на языке С микроконтроллеров AVR с использованием компиляторов WinAVR и CodeVisionAVR, а также микроконтроллеров PIC с использованием компиляторов CCS-PICC, mikroC и СЗО/32. Кратко рассмотрена архитектура и аппаратное обеспечение как традиционных восьмиразрядных микроконтроллеров AVR и PIC, так и новых семейств ATxmega, PIC24 и PIC32. Дано описание средств программной разработки, включая эмуляцию программ с помощью AVR Studio и MPLAB. Кратко рассмотрен стандартный синтаксис языка С и директивы препроцессора, а также особенности программирования на этом языке для микроконтроллеров. Книга содержит программные примеры на С, а также — справочник с описанием системы ассемблерных команд микроконтроллеров AVR (включая ATxmega) и PIC (включая PIC24). 

---

 

Содержание:

Предисловие ко 2-му изданию..........................................................................13

Введение...............................................................................................................14

ЧАСТЬ I. АРХИТЕКТУРА МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ AVR_15

Глава 1. Восьмиразрядные микроконтроллеры AVR....................................16

Семейства восьмиразрядных микроконтроллеров AVR..............................18

Отладочная плата..............................................................................................19

Платы STK500 и STK600.................................................................................. 19

Схема базового монтажа..................................................................................21

Структура микроконтроллеров AVR................................................................22

Организация памяти........................................................................................22

Память SRAM..........................................................................................................23

Память программ.....................................................................................................33

Память данных типа EEPROM................................................................................34

Порты...............................................................................................................36

Подтягивающее сопротивление..............................................................................37

Регистры управления портом..................................................................................39

Таймеры/счетчики............................................................................................39

Т/СО..........................................................................................................................40

T/C1..........................................................................................................................41

T/C2.........................................................................................................................47

Сторожевой таймер........................................................................................48

Обработка прерываний....................................................................................49

Управление прерываниями.....................................................................................52

Сброс.................................................................................................................54

"Спящие" режимы процессора........................................................................J J

Последовательный ввод/вывод.........................................................................56

Приемопередатчик UART.......................................................................................57

Приемопередатчик USART.....................................................................................60

Синхронная передача данных по интерфейсу SPI..................................................65

Работа приемопередатчика US ART в режиме SPI..................................................69

Синхронная передача данных по интерфейсу I2C (TWI)........................................70

Универсальный последовательный интерфейс US1................................................75

Модули последовательного ввода/вывода в семействах AT90S, ATtiny

и ATmega.................................................................................................................79

Аналого-цифровое преобразование..................................................................80

Встроенный аналоговый компаратор.............................................................86

Программирование памяти..............................................................................87

Разряды предохранения....................................................................................89

Параллельное программирование......................................................................89

Переход в режим параллельного программирования.............................................91

Очистка кристалла...................................................................................................91

Программирование и чтение памяти программ......................................................92

Программирование разрядов блокировки и предохранения..................................93

Последовательное программирование.............................................................93

ТЕХНОЛОГИЯ PICOPOWER.......................................................................................96

Глава 2. Семейство AVR ATxmega.....................................................................97

Обзор возможностей микроконтроллеров ATxmega а.................................97

Организация памяти семейства ATxmega.....................................................99

Область ввода/вывода семейства ATxmega..................................................100

Арбитраж шины данных................................................................................100

Память программ,..........................................................................................101

Контроллер прямого доступа к памяти........................................................102

Система обработки событий...........................................................................109

Генерирование событий вручную...................................................................114

Фильтрация....................................................................................................114

Квадратурный дешифратор..........................................................................115

Система синхронизации.................................................................................117

Выбор источника тактового сигнала системной синхронизации................120

Счетчики реального времени..........................................................................122

Счетчик RTC....................................................................................:..............123

Счетчик RTC32...............................................................................................123

Модуль питания от батареи............................................................................123

Обработка прерываний.....................................................................................124

Немаскируемые прерывания...........................................................................125

Регистр управления контроллером прерываний............................................125

Аналого-цифровое преобразование..............................................................126

Конфигурирование АЦП.................................................................................127

Выбор разрешения преобразования......................................................................127

Выбор очередности преобразований в каналах....................................................127

Выбор режима измерения.....................................................................................127

Выбор опорного напряжения................................................................................129

Выбор коэффициента деления частоты тактирования..........................................130

Результаты измерения...................................................................................130

Прерывание от АЦП.......................................................................................130

ЦИФРО-АНАЛОГОВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ............................................................... 131

Начало преобразования..................................................................................132

Ограничения на время преобразования..........................................................133

АНАЛОГОВЫЙ КОМПАРАТОР................................................................................. 134

Режимы работы компаратора.....................................................................135

Средства шифрования......................................................................................136

Модуль шифрования AES................................................................................137

Модуль обмена данными по инфракрасному каналу................................138

ЧАСТЬ II. КОМПИЛЯТОРЫ И СРЕДСТВА РАЗРАБОТКИ ДЛЯ

_МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ AVR_140

Глава 3. Компилятор WinAVR.........................................................................141

Глава 4. Среда разработки AVR Studio............................................................146

Эмуляция............................................................................................................148

Окно Memory.....................................................................................................151

Окно Register....................................................................................................152

Окно Watch........................................................................................................152

Отладка программы.........................................................................................152

настройка параметров имитатора................................................................153

Создание проекта и компиляция программы..............................................153

Компиляция проекта......................................................................................156

Глава 5. Среда разработки CodeVisionAVR....................................................158

компиляция и построение проекта............................................................... 159

Создание проекта с помощью мастера CodeWizardAVR.........................164

Сохранение и открытие проекта CodeWizardAVR.......................................171

Создание новых файлов с исходным кодом...............................................172

Отладка программы.........................................................................................173

Использование терминала..............................................................................174

Глава 6. Программаторы для микроконтроллеров AVR............................175

Программные средства для программирования микроконтроллеров.....179

Программирование устройства в среде A VR Studio 4...................................179

Программирование устройства в среде CodeVisionA VR..............................181

ЧАСТЬ 111. АРХИТЕКТУРА МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ PIC_184

Гдава 7. Восьмиразрядные микроконтроллеры PIC...................................185

Общие аспекты архитектуры восьмиразрядных

микроконтроллеров pic....................,.............................................................. 186

Организация памяти......................................................................................186

Организация тактирования...........................................................................188

Порты.............................................................................................................190

Таймеры..........................................................................................................192

TMR0 и сторожевой таймер..................................................................................192

TMR1.....................................................................................................................194

TMR2.....................................................................................................................195

Модуль ССР...........................................................................................................197

Обработка прерываний..................................................................................198

Микроконтроллеры серии Р1С17Сх......................................................................199

Микроконтроллеры серии Р1С18Сх......................................................................200

Сброс...............................................................................................................202

Последовательный обмен данными...............................................................202

Приемопередатчик USART...................................................................................203

Синхронная передача данных по интерфейсу SPI................................................204

Синхронная передача данных по интерфейсу 12С................................................206

Аналого-цифровое преобразование................................................................207

Встроенный аналоговый компаратор................................k...................................209

СЕМЕЙСТВО МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ PIC 16...........................................................210

Микроконтроллер 16F84A..............................................................................211

Регистр состояния.................................................................................................212

Организация памяти..............................................................................................213

Слово конфигурации.............................................................................................215

Память EEPROM.................................................................................................................215

МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ СЕРИИ 12F50X...................................................................216

ГЛАВА 8. СЕМЕЙСТВО PIC18F................................................................................219

Организация памяти........................................................................................221

Конфигурационные регистры........................................................................222

ОРГАНИЗАЦИЯ ТАКТИРОВАНИЯ............................................................................225

Внутренний осциллятор.................................................................................226

Переключение источника тактирования......................................................226

Таймеры..............................................................................................................227

TMR0...............................................................................................................227

TMR1...............................................................................................................228

TMR3...............................................................................................................228

АЦП:.....................................................................................................................229

Обработка прерываний.....................................................................................229

Глава 9. Семейство PIC24...................................................................................231

Порты..................................................................................................................234

Таймеры..............................................................................................................236

Прерывания........................................................................................................236

Вложение прерываний....................................................................................238

Системные прерывания..................................................................................239

Окно program Space Visibility.......................................................................239

Интерфейс SPI....................................................................................................240

Порт РМР.............................................................................................................241

АЦП......................................................................................................................241

МОДУЛЬ CTMU....................................................................................................244

Измерение заряда конденсатора...................................................................245

Измерение времени.........................................................................................245

Формирование импульсных последовательностей и задержек....................246

Глава 10. Семейство PIC32.................................................................................248

Порты..................................................................................................................250

Таймеры..............................................................................................................251

Системная шина...............................................................................................251

Организация памяти........................................................................................252

Прерывания и исключения..............................................................................254

Система тактирования....................................................................................258

Интерфейс SPI....................................................................................................258

Порт РМР.............................................................................................................258

АЦП......................................................................................................................259

Модуль сравнения на выходе.........................................................................259

ЧАСТЬ IV. КОМПИЛЯТОРЫ И СРЕДСТВА РАЗРАБОТКИ ДЛЯ _МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ PIC_260

Глава 11. Компилятор CCS-PICC......................................................................261

Создание проектов CCS-PICC вручную.........................................................261

Создание проектов CCS-PICC с помощью PIC Wizard................................265

Создание проектов CCS-PICC с помощью PIC24 Wizard............................271

Открытие и добавление в проект файлов с исходным кодом...................272

Компиляция проекта........................................................................................272

Меню tools........................................................................................................274

Глава 12. Эмуляция и отладка программ в среде MPLAB.........................275

Рабочая область и проект MPLAB..................................................................276

компиляция под управлением mplab.........................................................277

Настройка режима отладки/эмуляции.........................................................277

Работа в режиме отладки/эмуляции.............................................................279

Окна отладчика................................................................................................280

Глава 13. Компилятор mikroC.......................................................................... 282

Создание проекта mikroC................................................................................283

Компиляция проекта........................................................................................285

Добавление в проект файлов с исходным кодом........................................287

Эмуляция выполнения программы...............................................................288

Вспомогательные инструменты среды mikroC...........................................290

Глава 14. Компиляторы СЗО и С32....................................................................294

Компилятор СЗО.................................................................................................294

Компилятор С32.................................................................................................296

Глава 15. Программаторы для микроконтроллеров PIC............................297

Программные средства для программирования микроконтроллеров.....298

Программирование устройства в среде mikroC............................................300

ЧАСТЬ У. ЯЗЫК С И ДИРЕКТИВЫ ПРЕПРОЦЕССОРА_302

Глава 16. Основы языка С..................................................................................303

Вводные понятия..............................................................................................303

Структура программы на С..............................................................................304

ТИПЫ ДАННЫХ, ПЕРЕМЕННЫЕ, КОНСТАНТЫ.........................................................306

Правила преобразований из одной системы счисления в другую..................308

Тип char...........................................................................................................309

Пользовательские типы.................................................................................309

Переменные.....................................................................................................310

Область видимости переменных...........................................................................310

Константы.....................................................................................................311

Перечислимые типы.......................................................................................311

Приведение типов...........................................................................................312

Оператор sizeof...............................................................................................312

Функции..............................................................................................................312

Возвращаемые значения.................................................................................313

Прототипы функций......................................................................................314

Классы памяти при объявлении локальных переменных...............................314

Рекурсия..........................................................................................................315

Структуры...........................................................................................................316

Указатели и адреса переменных....................................................................318

Передача в функции параметров по ссылке..................................................318

Указатели на структуры...............................................................................319

МАССИВЫ И СТРОКИ.............................................................,...............................320

Строки............................................................................................................321

Многомерные массивы...................................................................:.........-......321

Операторы ветвления.......................................................................................321

Оператор if-else..............................................................................................322

Условные выражения.....................................................................................322

Оператор switch-case.....................................................................................322

ЦИКЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ..............................................................................323

Конструкция while..........................................................................................323

Конструкция for..............................................................................................324

Конструкция do-while.....................................................................................324

Организация бесконечных циклов...................................................................325

Операторы break и continue...........................................................................325

СТАНДАРТНЫЕ ФУНКЦИИ ВВОДА/ВЫВОДА...........................................................325

Ввод/вывод символов с помощью функций getcharQ и putcharQ...................326

Функции вывода строкputsQ иprintfO..........................................................327

Функции ввода строк getsQ и scanfQ........................................................,.....328

Директивы препроцессора...............................................................................329

Директива ^include.........................................................................................329

Директива ttdefine...........................................................................................329

Директивы условной компиляции........................................................,..........331

Директива terror............................................................................................333

Директива ttpragma компилятора CodeVisionA VR........................................333

Директивы, характерные для компилятора CCS-PICC...............................333

Директива #bit.......................................................................................................334

Директива #byte.....................................................................................................334

Директива #case.....................................................................................................334

Директива #device.................................................................................................334

Директива #fiise.....................................................................................................335

Директива #locate..................................................................................................336

Директива #org......................................................................................................336

Директива #opt.......................................................................................................337

Директива #priority................................................................................................337

Директива #reserve................................................................................................338

Директива #r6m.....................................................................................................338

Директива #type.....................................................................................................338

Директива #use delay.............................................................................................«338

Директива #use xxxio...........................................................................................338

Директива #use i2c.................................................................................................339

Директива #use rs232.............................................................................................340

Директива #zero_ram.............................................................................................341

Обработка прерываний.....................................................................................341

Обработка прерываний в среде WinA VR.......................................................341

Обработка прерываний в среде CodeVisionAVR............................................343

Обработка прерываний в среде CCS-PICC...................................................343

Обработка прерываний в среде mikroC.........................................................345

Обработка прерываний в среде С30.............................................................. 345

Обработка прерываний в среде С32.............................................................. 347

Исполнение ассемблерного кода............,.....................................................353

Использование ассемблера в компиляторе WinAVR......................................353

Ассемблерный код.................................................................................................354

Входные и выходные операнды............................................................>...............355

Резервирование регистров.....................................................................................356

Использование ассемблера в компиляторе Сос1еУ1яюпАУК..........................358

Использование ассемблера в компиляторе СС8-Р1СС..................................358

Использование ассемблера в компиляторе тИсгоС........................................359

Использование ассемблера в компиляторах СЗО и С32.................................360

Глава 17. Функции и макросы языка С для различных компиляторов. 361

Стандартные функции языка С.......................................................................361

Функции для работы со строками.................................................................363

Функции для работы с символами.................................................................365

Функции для работы со случайными числами...............................................367

Функции для работы с памятью....................................................................367

Функции и макросы компилятора >УпчАУЯ.................................................368

Математические макросы и функции...........................................................368

Функции для работы со строками.................................................................369

Функции для работы с символами.................................................................373

Макросы и функции для организации ввода/вывода......................................373

Функции управления микроконтроллером.....................................................378

Макросы для работы со сторожевым таймером........................................379

Функции для работы со случайными числами...............................................380

Функции для работы с памятью....................................................................380

Макросы для обработки прерываний.............................................................381

Макросы и функции для работы с памятью ЕЕРКОМ.................................382

Функции и макросы комдилятора СоэеУекжАУИ....................................383

Математические макросы и функции...........................................................383

Функции для работы со строками.................................................................384

Функции для работы с символами.................................................................387

Функции управления микроконтроллером.....................................................387

Функции для организации ввода/вывода.........................................................387

Функции для работы с памятью....................................................................388

Функции для работы с интерфейсом (С......................................................389

Функции и макросы компилятора СС8-Р1СС...............................................389

Математические макросы.............................................................................389

Функции для работы со строками.................................................................390

Функции для организации ввода/вывода.........................................................391

Функции управления микроконтроллером.....................................................394

Функции для работы с таймерами и модулем ССР......................................396

Функции для работы с разрядами и памятью...............................................398

Функции для работы с памятью ЕЕРЯОМ...................................................400

Функции для работы с интерфейсом ......................................................401

Функции для работы с интерфейсом Р£Р.....................................................402

Функции для работы с интерфейсом (С.....................................,................402

Функции для работы с аналоговыми сигналами............................................403

Функции компилятора многое.......................................................................405

Математические функции.............................................................................405

Функции для работы со строками.................................................................405

Функции преобразований................................................................................407

Функции управления микроконтроллером.....................................................407

Функции для работы с периферийными устройствами...............................408

Функции для работы с памятью EEPROMu Flash.......................................409

Функции для работы с интерфейсом fC......................................................410

Функции для работы с интерфейсом SPI......................................................410

ЧАСТЬ VI. ПРОГРАММНЫЕ ПРИМЕРЫ ДЛЯ

_МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ AVR_412

Глава 18. Примеры для компилятора WinAVR.............................................413

Управление ЖК-дисплеем...............................................................................413

GPS-навигатор...................................................................................................418

Глава 19. Примеры для компилятора CodeVisionavr................................430

Управление аналого-цифровым преобразованием....................................430

Измерение температуры...................................................................................433

ЧАСТЬ VII. ПРОГРАММНЫЕ ПРИМЕРЫ ДЛЯ

_МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ PIC_435

Глава 20. Примеры для компилятора CCS-PICC...........................................436

Отображение состояния выводов порта......................................................436

Управление частотой мерцания светодиодов с помощью различных

таймеров............................................................................................................437

Управление светофорами на перекрестке....................................................438

Обмен данными в режиме PSP.........................................................................442

Контроль предельной скорости вращения двигателя................................444

Глава 21. Примеры для компилятора mikroC...............................................446

Игральные "кости"............................................................................................446

Вольтметр с ЖК-дисплеем...............................................................................448

Калькулятор.......................................................................................................450

Глава 22. Примеры для компилятора СЗО......................................................453

Использование порта РМР..............................................................................453

Небольшая библиотека функций для доступа к ЖК-модулю.......................453

Расширенное управление ЖК-дисплеем.........................................................456

Работа с АЦП.....................................................................................................460

Считывание уровня напряжения с потенциометра.....................................461

Измерение температуры...............................................................................465

Глава 23. Примеры для компилятора С32......................................................470

Работа с интерфейсом SPI................................................................................470

Работа с модулем UART..................................................................................473

ЧАСТЬ VIII. ПРИЛОЖЕНИЯ_477

Приложение А. Таблица символов ASCII......................................................478

Приложение Б. Преобразование из одной системы счисления в другую.....................................................................................479

Приложение В. Система команд микроконтроллеров AVR.....................482

Наличие команд в различных микроконтроллерах AVR...........................495

Команды по категориям..................................................................................497

Приложение Г. Система команд микроконтроллеров PIC.......................,498

Команды восьмиразрядных микроконтроллеров........................................498

Команды по категориям1................................................................................509

Система команд микроконтроллеров PIC24................................................510

Приложение Д. Область ввода/вывода микроконтроллеров

AVR ATXMEGA А........................................................................519

Список литературы...........................................................................................532

Содержимое прилагаемого к книге компакт-диска..................................533