Atmega8-Mikrocontroller. Atmega8-Programmierung für Anfänger. AVR-Mikrocontroller. Programmierung für Einsteiger Mikrocontroller atmega8 Schulung

1. Vorteile der vorgeschlagenen Methode

Geräteschaltungen auf Basis von Mikrocontrollern (MCUs) zeichnen sich in der Regel durch die Kombination zweier schwer kombinierbarer Eigenschaften aus: maximale Einfachheit und hohe Funktionalität. Darüber hinaus kann die Funktionalität in Zukunft geändert und erweitert werden, ohne dass Änderungen an der Schaltung erforderlich sind – allein durch einen Austausch des Programms (Flashen). Diese Merkmale erklären sich aus der Tatsache, dass die Entwickler moderner MKs versucht haben, alles, was ein Entwickler benötigen könnte, auf einem Chip unterzubringen elektronisches Gerät- zumindest so viel wie möglich. Infolgedessen verlagerte sich der Schwerpunkt von Schaltungen und Installation hin zu Software. Durch den Einsatz von MK muss der Schaltkreis jetzt weniger mit Teilen „beladen“ werden und es gibt weniger Verbindungen zwischen Komponenten. Dies macht die Schaltung natürlich sowohl für erfahrene als auch unerfahrene Elektronikingenieure attraktiver für die Wiederholung. Aber wie immer muss man für alles bezahlen. Auch dies verlief nicht ohne Schwierigkeiten. Wenn Sie einen neuen MK kaufen, ihn in einen aus wartungsfähigen Teilen korrekt zusammengesetzten Stromkreis einbauen und Strom anlegen, funktioniert nichts - das Gerät funktioniert nicht. Der Mikrocontroller benötigt ein Programm.

Auch hier scheint alles einfach zu sein – im Internet findet man viele Schemata mit kostenloser Firmware. Aber hier gibt es einen Haken: Die Firmware muss irgendwie in den Mikrocontroller „hochgeladen“ werden. Für jemanden, der dies noch nie zuvor getan hat, wird eine solche Aufgabe oft zum Problem und zum größten Abstoßungsfaktor, der ihn oft dazu zwingt, die Freuden der Verwendung von MK aufzugeben und nach Schemata zu suchen, die auf „lockerer“ und starrer Logik basieren. Aber alles ist nicht so kompliziert, wie es auf den ersten Blick scheinen mag.

Nach der Analyse der Veröffentlichungen im Internet können Sie feststellen, dass dieses Problem am häufigsten auf zwei Arten gelöst wird: durch den Kauf eines fertigen Programmierers oder durch die Herstellung eines selbstgebauten. Gleichzeitig sind veröffentlichte Schaltkreise selbstgebauter Programmierer sehr oft unverhältnismäßig komplex – viel komplexer als eigentlich nötig. Wenn Sie vorhaben, den MK jeden Tag zu flashen, ist es natürlich besser, einen „coolen“ Programmierer zu haben. Wenn jedoch von Zeit zu Zeit die Notwendigkeit eines solchen Verfahrens auftritt, können Sie ganz auf einen Programmierer verzichten. Nein, natürlich geht es nicht darum, dies mit der Kraft des Denkens zu lernen. Das heißt, wenn wir verstehen, wie der Programmierer beim Schreiben und Lesen von Informationen im Programmiermodus mit dem Mikrocontroller interagiert, können wir die verfügbaren Tools für einen umfassenderen Zweck nutzen. Diese Tools müssen sowohl die Software- als auch die Hardwareteile des Programmierers ersetzen. Die Hardware muss eine physische Verbindung zum MK-Mikroschaltkreis sowie die Möglichkeit bieten, logische Ebenen an seine Eingänge anzulegen und Daten von seinen Ausgängen zu lesen. Der Softwareteil muss den Betrieb des Algorithmus sicherstellen, der alle notwendigen Prozesse steuert. Wir weisen auch darauf hin, dass die Qualität der Aufzeichnungsinformationen im MK nicht davon abhängt, wie „cool“ Ihr Programmierer ist. Es gibt kein „besser aufgenommen“ oder „schlechter“. Es gibt nur zwei Möglichkeiten: „registriert“ und „nicht registriert“. Dies liegt daran, dass der Aufnahmevorgang im Kristall direkt vom MK selbst gesteuert wird. Sie müssen es lediglich mit qualitativ hochwertigem Strom versorgen (keine Störungen oder Welligkeiten) und die Schnittstelle richtig organisieren. Wenn die Ergebnisse der Testauslesung keine Fehler ergeben, ist alles in Ordnung – Sie können den Controller bestimmungsgemäß verwenden.

Um ein Programm in den MK zu schreiben, ohne einen Programmierer zu haben, benötigen wir einen USB-RS232TTL-Port-Konverter und außerdem. Mit dem USB-RS232TTL-Konverter können Sie über einen USB-Port einen COM-Port erstellen, der sich vom „echten“ nur dadurch unterscheidet, dass seine Ein- und Ausgänge TTL-Logikpegel verwenden, also eine Spannung im Bereich von 0 bis 5 Volt ( Mehr erfahren Sie im Artikel „“). Auf jeden Fall ist es sinnvoll, einen solchen Konverter in Ihrem „Haushalt“ zu haben. Wenn Sie also noch keinen haben, lohnt sich die Anschaffung auf jeden Fall. Was die logischen Ebenen betrifft, ist TTL in unserem Fall sogar ein Vorteil gegenüber einem normalen COM-Port, da die Ein- und Ausgänge eines solchen Ports direkt an jeden mit 5 V versorgten Mikrocontroller angeschlossen werden können, einschließlich ATtiny und ATmega. Versuchen Sie jedoch nicht, einen normalen COM-Port zu verwenden – dieser verwendet Spannungen im Bereich von -12 bis +12 V (oder -15...+15 V). In diesem Fall ist eine direkte Verbindung zum Mikrocontroller nicht akzeptabel!!!

Die Idee, ein Skript für das Programm Perpetuum M zu erstellen, das die Funktionen des Programmierers implementiert, entstand nach der Lektüre einer Reihe von Veröffentlichungen im Internet, die bestimmte Lösungen für die MK-Firmware anbieten. In jedem Fall wurden schwerwiegende Mängel oder übermäßige Schwierigkeiten festgestellt. Oft bin ich auf Programmierschaltkreise gestoßen, die einen Mikrocontroller enthielten, und gleichzeitig wurden ganz ernste Ratschläge gegeben wie: „… und um den Mikrocontroller für diesen Programmierer zu programmieren, brauchen wir … das stimmt – einen anderen Programmierer!“ Als nächstes wurde vorgeschlagen, zu einem Freund zu gehen und danach zu suchen kostenpflichtiger Service usw. Auch die Qualität der für diese Zwecke im Netzwerk verbreiteten Software war nicht beeindruckend – es wurden viele Probleme sowohl bei der Funktionalität als auch bei der „Trübung“ der Benutzeroberfläche festgestellt. Es nimmt oft viel Zeit in Anspruch, die Bedienung eines Programms zu verstehen – es muss selbst für die Ausführung der einfachsten Aktionen erlernt werden. Ein anderes Programm kann zwar lange und fleißig etwas erledigen, aber dass nichts in den MK geschrieben wird, erfährt der Anwender erst nach vollständiger Fertigstellung der gesamten Firmware und anschließendem Testauslesen. Außerdem tritt folgendes Problem auf: Der Benutzer versucht, seinen MK aus der Liste der unterstützten Quarze auszuwählen, dieser ist jedoch nicht in der Liste. In diesem Fall können Sie das Programm nicht nutzen – eine Aufnahme in die Liste der fehlenden MKs ist in der Regel nicht vorgesehen. Darüber hinaus sieht die manuelle Auswahl eines Controllers aus der Liste seltsam aus, wenn man bedenkt, dass der Programmierer in vielen Fällen den MK-Typ selbst bestimmen kann. All dies wird nicht gesagt, um bestehende Produkte zu beschmutzen, sondern um den Grund für das Erscheinen des in diesem Artikel beschriebenen Skripts für das Programm Perpetuum M zu erklären. Das Problem besteht tatsächlich und betrifft vor allem Einsteiger, denen es nicht immer gelingt, diese „Mauer“ zu überwinden, um den ersten Schritt in die Welt der Mikrocontroller zu wagen. Das vorgeschlagene Skript berücksichtigt die in anderen Programmen festgestellten Mängel. Es wurde maximale „Transparenz“ der Funktionsweise des Algorithmus implementiert, eine äußerst einfache Benutzeroberfläche, die keine Einarbeitung erfordert und keine Chance lässt, verwirrt zu werden und „das Falsche anzuklicken“. Wenn der erforderliche MK nicht zu den unterstützten gehört, können Sie seine Beschreibung selbst hinzufügen, indem Sie die erforderlichen Daten aus der Dokumentation entnehmen, die Sie von der Website des MK-Entwicklers heruntergeladen haben. Und was am wichtigsten ist: Das Drehbuch kann studiert und geändert werden. Jeder kann es, indem er sich öffnet Texteditor, studieren und bearbeiten Sie es nach eigenem Ermessen, ändern Sie vorhandene Funktionen nach Ihrem Geschmack und fügen Sie fehlende hinzu.

Die erste Version des Drehbuchs entstand im Juni 2015. Diese Version bietet nur Unterstützung für die Mikrocontroller der Serien ATtiny und ATmega von Atmel mit Funktionen zum Schreiben/Lesen von Flash-Speicher, zum Setzen von Konfigurationsbits und zur automatischen Erkennung des Controller-Typs. Das Schreiben und Lesen von EEPROM ist nicht implementiert. Es gab Pläne, die Funktionalität des Skripts zu ergänzen : Schreib- und Lese-EEPROM hinzufügen, Unterstützung für PIC-Controller implementieren usw. Aus diesem Grund wurde das Skript noch nicht veröffentlicht. Aber aus Zeitmangel verzögerte sich die Umsetzung des Plans, und so wird das Beste nicht Der Feind des Guten, es wurde beschlossen, die bestehende Version zu veröffentlichen. Wenn die bereits implementierten Funktionen nicht ausreichen, seien Sie bitte nicht verärgert. In diesem Fall können Sie versuchen, die gewünschte Funktion selbst hinzuzufügen. Ich werde nicht verbergen: Die Idee, dieses Skript zu erstellen, hat zunächst auch eine pädagogische Bedeutung. Wenn Sie den Algorithmus verstanden und etwas Eigenes hinzugefügt haben, können Sie die Funktionsweise des MK im Programmiermodus besser verstehen, sodass in In Zukunft werden Sie sich nicht in der Lage eines Mädchens wiederfinden, das vor einem kaputten Auto steht, nachdenklich das Innere betrachtet und nicht versteht, warum es „nicht funktioniert“.

2. MK-Schnittstelle im Programmiermodus

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Steuerung in den Programmiermodus zu versetzen und in diesem Modus mit ihr zu arbeiten. Am einfachsten zu implementieren ist für Controller der Serien ATtiny und ATmega vielleicht SPI. Wir werden es nutzen.

Bevor wir jedoch beginnen, die zur Generierung von SPI erforderlichen Signale zu betrachten, werden wir eine Reihe von Vorbehalten anbringen. Der Mikrocontroller verfügt über Konfigurationsbits. Dies sind so etwas wie Kippschalter, mit denen Sie einige Eigenschaften der Mikroschaltung entsprechend den Anforderungen des Projekts ändern können. Physikalisch gesehen handelt es sich hierbei um nichtflüchtige Speicherzellen, wie sie etwa zum Schreiben eines Programms dienen. Der Unterschied besteht darin, dass es nur sehr wenige davon gibt (bis zu drei Bytes für ATmega) und sie nicht Teil des Adressraums eines Speichers sind. Das Schreiben und Lesen von Konfigurationsdaten erfolgt im MK-Programmiermodus durch separate Befehle. Nun ist es wichtig zu beachten, dass einige Konfigurationsbits die eigentliche Fähigkeit zur Verwendung von SPI beeinflussen. Bei einigen ihrer Werte kann es vorkommen, dass SPI nicht verwendet werden kann. Wenn Sie auf einen solchen Mikrocontroller stoßen, hilft Ihnen die in diesem Artikel vorgeschlagene Methode nicht weiter. In diesem Fall müssen Sie entweder die Einstellungen der Konfigurationsbits im Programmiergerät ändern, das einen anderen Programmiermodus unterstützt, oder einen anderen Mikrocontroller verwenden. Dieses Problem betrifft aber nur gebrauchte MKs, oder solche, mit denen jemand bereits erfolglos „herumgespielt“ hat. Tatsache ist, dass neue MCUs über Konfigurationsbiteinstellungen verfügen, die die Verwendung von SPI nicht verhindern. Dies wird durch die Testergebnisse des Programmierskripts für das Perpetuum M-Programm bestätigt, bei dem vier verschiedene MKs (ATmega8, ATmega128, ATtiny13, ATtiny44) erfolgreich geflasht wurden. Sie waren alle neu. Die anfängliche Einstellung der Konfigurationsbits stimmte mit der Dokumentation überein und beeinträchtigte die Verwendung von SPI nicht.

Vor diesem Hintergrund sollten Sie die folgenden Punkte beachten. Das SPIEN-Bit erlaubt oder verweigert explizit die Verwendung von SPI, daher muss sein Wert in unserem Fall aktivierend sein. Das RSTDISBL-Bit ist in der Lage, einen der Ausgänge der Mikroschaltung (vorbestimmt) in den Eingang des „Reset“-Signals umzuwandeln oder ihn nicht umzuwandeln (abhängig von dem in dieses Bit geschriebenen Wert). In unserem Fall ist der „Reset“-Eingang erforderlich (fehlt dieser, ist es nicht möglich, den MK über SPI in den Programmiermodus zu schalten). Es gibt auch Bits der CKSEL-Gruppe, die die Quelle des Taktsignals angeben. Sie verhindern nicht die Verwendung von SPI, müssen aber auch beachtet werden, denn wenn überhaupt keine Taktimpulse vorhanden sind oder ihre Frequenz niedriger ist als für eine bestimmte SPI-Geschwindigkeit akzeptabel, wird auch nichts Gutes passieren. Typischerweise sind bei neuen MCUs, die über einen internen RC-Oszillator verfügen, die CKSEL-Gruppenbits für die Verwendung konfiguriert. Das kommt uns sehr entgegen, die Stempelung erfolgt ohne zusätzlichen Aufwand unsererseits. Ein Löten des Quarzresonators oder der Anschluss eines externen Generators ist nicht erforderlich. Sollten die angegebenen Bits eine andere Einstellung enthalten, müssen Sie sich um die Taktung entsprechend der Einstellung kümmern. In diesem Fall kann es erforderlich sein, einen Quarzresonator oder einen externen Taktgenerator an die MCU anzuschließen. In diesem Artikel werden wir jedoch nicht darauf eingehen, wie dies geschieht. Die in diesem Artikel enthaltenen Beispiele für den Anschluss eines MK zur Programmierung sind für den einfachsten Fall konzipiert.

Wenden wir uns nun Abbildung 1 zu, die der Dokumentation für den ATmega128A MK entnommen ist. Es zeigt den Vorgang des Sendens eines Bytes an den MK und des gleichzeitigen Empfangens eines Bytes vom MK. Wie wir sehen, verwenden beide Prozesse dieselben Taktimpulse, die vom Programmierer an den Mikrocontroller an seinem SCK-Eingang geliefert werden – einem der Pins der Mikroschaltung, denen im SPI-Programmiermodus eine solche Rolle zugewiesen wird. Zwei weitere Signalleitungen ermöglichen den Datenempfang und die Übertragung von einem Bit pro Taktzyklus. Über den MOSI-Eingang gelangen Daten in den Mikrocontroller und gelesene Daten werden vom MISO-Ausgang übernommen. Beachten Sie die beiden gepunkteten Linien von SCK zu MISO und MOSI. Sie zeigen, in welchem ​​Moment der Mikrocontroller das am MOSI-Eingang gesetzte Datenbit „schluckt“ und in welchem ​​Moment er selbst sein eigenes Datenbit auf den MISO-Ausgang setzt. Alles ist ganz einfach. Um den MK jedoch in den Programmiermodus zu versetzen, benötigen wir noch ein RESET-Signal. Vergessen wir auch nicht das gemeinsame GND-Kabel und die VCC-Stromversorgung. Insgesamt stellt sich heraus, dass nur 6 Drähte an den Mikrocontroller angeschlossen werden müssen, um dessen Firmware über SPI zu flashen. Im Folgenden werden wir dies genauer analysieren, aber vorerst hinzufügen, dass der Datenaustausch mit dem MK im Programmiermodus über SPI in Paketen von 4 Byte erfolgt. Das erste Byte jedes Pakets ist grundsätzlich ausschließlich der Befehlskodierung gewidmet. Das zweite Byte kann je nach erstem eine Fortsetzung des Befehlscodes oder Teil der Adresse sein oder einen beliebigen Wert haben. Das dritte Byte wird hauptsächlich zur Übertragung von Adressen verwendet, kann aber in vielen Anweisungen einen beliebigen Wert haben. Das vierte Byte überträgt normalerweise Daten oder hat einen beliebigen Wert. Gleichzeitig mit der Übertragung des vierten Bytes empfangen einige Befehle Daten vom Mikrocontroller. Einzelheiten zu den einzelnen Befehlen finden Sie in der Controller-Dokumentation in der Tabelle „SPI Serial Programming Instruction Set“. Wir stellen vorerst nur fest, dass der gesamte Austausch mit dem Controller aus einer Folge von 32-Bit-Paketen aufgebaut ist, in denen jeweils nicht mehr als ein Byte an Nutzinformationen übertragen wird. Das ist zwar nicht ganz optimal, funktioniert aber insgesamt gut.

3. Anschließen des MK zum Programmieren

Um sicherzustellen, dass alle notwendigen Signale an die Eingänge des Mikrocontrollers geliefert werden, um die SPI-Schnittstelle zu organisieren und Daten von ihrem MISO-Ausgang zu lesen, ist es nicht erforderlich, einen Programmierer zu erstellen. Dies lässt sich ganz einfach mit dem gängigsten USB-RS232TTL-Konverter bewerkstelligen.

Im Internet findet man oft Hinweise darauf, dass solche Konverter minderwertig seien und man damit nichts Ernsthaftes machen könne. Doch im Hinblick auf die meisten Konvertermodelle ist diese Meinung falsch. Ja, es gibt Konverter im Angebot, die im Vergleich zu einem Standard-COM-Port nicht über alle Ein- und Ausgänge verfügen (z. B. nur TXD und RXD), aber ein nicht trennbares Design haben (die Mikroschaltung ist mit Kunststoff gefüllt - das ist es). es ist unmöglich, die Stifte zu erreichen). Aber diese sind den Kauf nicht wert. In einigen Fällen können Sie die fehlenden Port-Ein- und Ausgänge erhalten, indem Sie die Verkabelung direkt an den Chip anlöten. Ein Beispiel für einen solchen „verbesserten“ Konverter ist in Abbildung 2 dargestellt (Chip PL-2303 – weitere Details zum Zweck seiner Pins im Artikel „“). Dies ist eines der günstigsten Modelle, hat aber bei der Verwendung in selbstgemachten Designs seine eigenen Vorteile. Weit verbreitet sind auch voll ausgestattete Adapterkabel mit einem standardmäßigen neunpoligen Stecker am Ende, etwa einem COM-Port. Sie unterscheiden sich von einem regulären COM-Port nur durch die TTL-Ebenen und die Inkompatibilität mit älteren Versionen Software und einige alte Geräte. Es lässt sich auch feststellen, dass sich die Kabel auf dem CH34x-Chip in verschiedenen Extremtests als deutlich zuverlässiger und stabiler erwiesen als Konverter auf dem PL-2303. Im normalen Gebrauch ist der Unterschied jedoch nicht spürbar.

Bei der Auswahl eines USB-RS232TTL-Konverters sollten Sie auch auf die Kompatibilität seines Treibers mit der Version des von Ihnen verwendeten Betriebssystems achten.

Schauen wir uns das Prinzip der Verbindung eines Mikrocontrollers und eines USB-RS232TTL-Konverters am Beispiel von vier genauer an verschiedene Modelle MK: ATtiny13, ATtiny44, ATmega8 und ATmega128. Abbildung 3 zeigt das allgemeine Diagramm einer solchen Verbindung. Es mag Sie überraschen, dass die RS232-Signale (RTS, TXD, DTR und CTS) unsachgemäß verwendet werden. Aber keine Sorge: Das Perpetuum M-Programm ist in der Lage, direkt mit ihnen zu arbeiten – Ausgabewerte festzulegen und Eingabezustände zu lesen. Auf jeden Fall bieten die weit verbreiteten USB-RS232TTL-Konverter auf CH34x- und PL-2303-Chips diese Fähigkeit – dies wurde bestätigt. Auch mit anderen gängigen Konvertern sollte es keine Probleme geben, da für den Zugriff auf den Port Standard-Windows-Funktionen genutzt werden.

Die im Gesamtschaltbild dargestellten Widerstände können grundsätzlich nicht eingebaut werden, es ist aber dennoch besser, sie einzubauen. Was ist ihr Zweck? Durch die Nutzung der TTL-Ein- und -Ausgänge des Konverters und der Fünf-Volt-Stromversorgung des Mikrocontrollers entfällt damit die Notwendigkeit, logische Ebenen zu koordinieren – alles ist schon ganz richtig. Das heißt, die Verbindungen können direkt sein. Aber bei Experimenten , kann alles passieren. Nach dem Gesetz der Gemeinheit kann zum Beispiel ein Schraubenzieher genau an der Stelle fallen, wo er unmöglich hinfallen könnte, und etwas kurzschließen, was auf keinen Fall kurzgeschlossen werden sollte. Natürlich kann alles erweisen sich als „Schraubendreher“. Widerstände reduzieren in diesem Fall manchmal die Folgen. Einer ihrer Zwecke besteht darin, einen möglichen Ausgangskonflikt zu beseitigen. Tatsache ist, dass der Mikrocontroller nach Abschluss der Programmierung in den normalen Betriebsmodus wechselt, und zwar möglicherweise Es kann vorkommen, dass sein mit dem Ausgang des Konverters (RTS, TXD oder DTR) verbundener Pin laut dem gerade im MK aufgezeichneten Programm auch zu einem Ausgang wird. In diesem Fall wird es sehr schlimm sein, wenn zwei direkt verbundene Ausgänge „kämpfen“. - Versuchen Sie, verschiedene logische Ebenen festzulegen. In einem solchen „Kampf“ kann jemand „verlieren“, aber das wollen wir nicht.

Die Werte der drei Widerstände sind auf dem Niveau von 4,3 KOhm gewählt. Dies gilt für Verbindungen zwischen dem Wandlerausgang und dem Mikrocontroller-Eingang. Die Genauigkeit der Widerstände spielt keine Rolle: Sie können ihren Widerstand auf 1 KOhm reduzieren oder auf 10 KOhm erhöhen (im zweiten Fall erhöht sich jedoch die Gefahr von Störungen, wenn auf dem Weg zum MK lange Leitungen verwendet werden). Für die Verbindung zwischen dem Wandlereingang (CTS) und dem Mikrocontroller-Ausgang (MISO) wird hier ein 100-Ohm-Widerstand verwendet. Dies erklärt sich aus den Besonderheiten des Eingangs des verwendeten Konverters. Bei den Tests wurde auf der Mikroschaltung PL-2303 ein Konverter verwendet, dessen Eingänge offenbar mit einem relativ geringen Widerstand (in der Größenordnung von mehreren hundert Ohm) mit dem Pluspol der Stromversorgung verbunden sind. Um den Pull-up zu „brechen“, musste ich einen Widerstand mit einem so kleinen Widerstand installieren. Sie müssen es jedoch überhaupt nicht installieren. Beim Konverter ist dies immer der Eingang. Es kann kein Ausweg sein, was bedeutet, dass es bei keiner Entwicklung der Ereignisse zu einem Auswegkonflikt kommen wird.

Wenn der Chip über einen separaten AVCC-Pin zur Stromversorgung des Analog-Digital-Wandlers verfügt (z. B. ATmega8 oder ATmega128), sollte er mit dem gemeinsamen VCC-Stromanschluss verbunden werden. Einige ICs verfügen über mehr als einen VCC-Stromanschluss oder mehr als einen GND. Beispielsweise verfügt ATmega128 über 3 GND-Pins und 2 VCC-Pins. Bei einem dauerhaften Design ist es besser, gleichnamige Pins miteinander zu verbinden. In unserem Fall können Sie beim Programmieren jeweils einen VCC- und einen GND-Pin verwenden.

Und so sieht die ATtiny13-Verbindung aus. Die Abbildung zeigt die Pinbelegung, die bei der Programmierung über SPI verwendet wird. Neben dem Foto sehen Sie, wie eine temporäre Verbindung in der Realität aussieht.

Manche mögen sagen, dass das nichts Ernstes ist – Verbindungen in der Verkabelung. Aber Sie und ich sind vernünftige Menschen. Unser Ziel ist es, den Mikrocontroller zu programmieren, dabei ein Minimum an Zeit und anderen Ressourcen dafür aufzuwenden und nicht vor jemandem anzugeben. Die Qualität leidet nicht. Die Methode „auf Drähten“ ist in diesem Fall sehr effektiv und gerechtfertigt. Das Flashen der Firmware des Controllers ist ein einmaliger Vorgang, daher macht es keinen Sinn, ihn mit Strasssteinen zu bedecken. Soll in Zukunft die Firmware geändert werden, ohne den Controller aus dem Stromkreis (im fertigen Produkt) zu entfernen, so wird dies beim Einbau bei der Herstellung des Gerätes berücksichtigt. Üblicherweise wird hierfür ein Anschluss (RESET, SCK, MOSI, MISO, GND) verbaut und der MK kann auch nach der Montage auf der Platine geflasht werden. Aber das sind kreative Freuden. Wir betrachten den einfachsten Fall.

Kommen wir nun zum ATtiny44 MK. Hier ist alles ziemlich gleich. Anhand der Zeichnung und des Fotos wird auch ein Anfänger keine Schwierigkeiten haben, den Zusammenhang herauszufinden. Wie beim ATtiny44 können Sie die Mikrocontroller ATtiny24 und ATtiny84 anschließen – die Pinbelegung dieser drei ist gleich.

Ein weiteres Beispiel für den vorübergehenden Anschluss eines Controllers zur Programmierung ist ATmega8. Hier gibt es mehr Pins, aber das Prinzip ist dasselbe – ein paar Drähte, und jetzt ist der Controller bereit, Informationen hineinzufüllen. Der zusätzliche schwarze Draht auf dem Foto, der von Pin 13 kommt, nimmt nicht an der Programmierung teil. Es dient dazu, ein Tonsignal zu entfernen, nachdem der MK den Programmiermodus verlässt. Dies liegt daran, dass beim Debuggen des Skripts für „Perpetuum M“ das Programm auf das MK heruntergeladen wurde Musikbox.

Oft ist ein Controller in verschiedenen Gehäusen erhältlich. In diesem Fall ist die Belegung der Pins je nach Gehäuse unterschiedlich verteilt. Wenn das Gehäuse Ihres Controllers nicht mit dem in der Abbildung gezeigten übereinstimmt, überprüfen Sie den Zweck der Pins in der technischen Dokumentation, die Sie von der Website des MK-Entwicklers herunterladen können.

Um das Bild zu vervollständigen, schauen wir uns die Verbindung einer MK-Mikroschaltung mit einer großen Anzahl von „Beinen“ an. Der Zweck des zusätzlichen schwarzen Kabels auf dem Foto, das von Pin 15 kommt, ist genau der gleiche wie beim ATmega8.

Sie sind wahrscheinlich bereits davon überzeugt, dass alles ganz einfach ist. Jeder, der weiß, wie man die Pins von Mikroschaltungen zählt (von der Markierung im Kreis gegen den Uhrzeigersinn), wird es herausfinden. Und vergessen Sie nicht die Genauigkeit. Mikroschaltungen lieben nette Menschen und verzeihen keine nachlässige Behandlung.

Bevor Sie mit dem Softwareteil fortfahren, stellen Sie sicher, dass der USB-RS232TTL-Konvertertreiber korrekt installiert ist (überprüfen Sie den Windows-Geräte-Manager). Merken oder notieren Sie sich die Nummer des virtuellen COM-Ports, der beim Anschließen des Konverters angezeigt wird. Diese Nummer muss in den Text des Skripts eingegeben werden, über den Sie weiter unten lesen können.

4. Skript – Programmierer für „Perpetuum M“

Wir haben den Hardware-Teil des „Programmierers“ herausgefunden. Das ist bereits die halbe Miete. Nun bleibt es noch, sich mit dem Softwareteil zu befassen. Seine Rolle übernimmt das Programm Perpetuum M unter der Kontrolle eines Skripts, das alle notwendigen Funktionen für die Interaktion mit dem Mikrocontroller implementiert.

Das Archiv mit dem Skript sollte in denselben Ordner entpackt werden, in dem sich das Programm perpetuum.exe befindet. In diesem Fall wird beim Ausführen der Datei perpetuum.exe auf dem Bildschirm ein Menü mit einer Liste der installierten Skripte angezeigt, darunter die Zeile „AVR MK Programmer“ (möglicherweise die einzige). Das ist die Linie, die wir brauchen.

Das Skript befindet sich im PMS-Ordner in der Datei „MK Programmer AVR.pms“. Diese Datei kann bei Bedarf in einem normalen Texteditor wie Windows Notepad angezeigt, studiert und bearbeitet werden. Bevor Sie das Skript verwenden, müssen Sie höchstwahrscheinlich Änderungen am Text vornehmen, der sich auf die Porteinstellungen bezieht. Überprüfen Sie dazu den Namen des verwendeten Ports im Windows-Geräte-Manager und nehmen Sie ggf. die entsprechende Änderung in der Zeile „PortName="COM4";“ vor. - Anstelle der Nummer 4 kann es auch eine andere Nummer geben. Wenn Sie ein anderes USB-RS232TTL-Konvertermodell verwenden, müssen Sie möglicherweise auch die Signalinvertierungseinstellungen ändern (Skriptzeilen, die mit dem Wort „High“ beginnen). Die Umkehrung der Signale durch den USB-RS232TTL-Konverter können Sie anhand eines der Beispiele in der Anleitung zum Programm Perpetuum M (Funktionsabschnitt zum Arbeiten mit dem Port) überprüfen.

Der Unterordner MK_AVR enthält Dateien mit Beschreibungen der unterstützten Controller. Sollte der von Ihnen benötigte Controller nicht dabei sein, können Sie analog dazu den benötigten selbst hinzufügen. Nehmen Sie eine der Dateien als Beispiel und geben Sie mithilfe eines Texteditors die erforderlichen Daten ein, indem Sie diese der Dokumentation Ihres Mikrocontrollers entnehmen. Hauptsache vorsichtig sein, die Daten fehlerfrei eingeben, sonst wird der MK nicht oder falsch programmiert. Die Originalversion unterstützt 6 Mikrocontroller: ATtiny13, ATtiny24, ATtiny44, ATtiny84, ATmega8 und ATmega128. Das Skript implementiert die automatische Erkennung des angeschlossenen Controllers – eine manuelle Angabe ist nicht erforderlich. Wenn die aus dem MK ausgelesene Kennung nicht zu den verfügbaren Beschreibungen gehört, wird eine Meldung angezeigt, dass der Controller nicht erkannt werden konnte.

Das Archiv mit dem Skript enthält auch Weitere Informationen. Der Ordner „AVR Controller Inc Files“ enthält eine sehr nützliche und umfangreiche Sammlung von Controller-Definitionsdateien. Diese Dateien werden beim Schreiben eigener Programme für MK verwendet. Vier weitere Ordner „MusicBox_...“ enthalten Dateien mit einem Programm in Assemblersprache und Firmware, die separat für ATtiny13, ATtiny44, ATmega8 und ATmega128 auf den MK heruntergeladen werden können. Wenn Sie, wie in diesem Artikel vorgeschlagen, bereits einen dieser MKs zum Programmieren angeschlossen haben, können Sie ihn jetzt flashen – Sie erhalten eine Spieluhr. Mehr dazu weiter unten.

Wenn Sie im Skriptmenü die Zeile „MK AVR Programmer“ auswählen, beginnt die Ausführung des Skripts. Gleichzeitig öffnet es den Port, sendet einen Befehl an den MK, in den Programmiermodus zu wechseln, erhält vom MK eine Bestätigung über den erfolgreichen Übergang, fordert die MK-Kennung an und sucht unter den verfügbaren nach einer Beschreibung dieses MK anhand seiner Kennung Dateien mit Beschreibungen. Wenn die benötigte Beschreibung nicht gefunden wird, wird eine entsprechende Meldung angezeigt. Wird eine Beschreibung gefunden, öffnet sich das Hauptmenü des Programmierers. Den Screenshot können Sie in Abbildung 8 sehen. Das weitere Verständnis ist nicht schwierig – das Menü ist sehr einfach.

In der ersten Version des Skripts sind einige Funktionen eines vollwertigen Programmierers nicht implementiert. Beispielsweise gibt es keine Möglichkeit, das EEPROM zu lesen und zu schreiben. Wenn Sie das Skript jedoch in einem Texteditor öffnen, werden Sie feststellen, dass es sehr klein ist, obwohl das Wesentliche bereits darin implementiert ist. Dies deutet darauf hin, dass das Hinzufügen der fehlenden Funktionen nicht so schwierig ist – die Sprache ist sehr flexibel und ermöglicht die Implementierung umfangreicher Funktionen in einem kleinen Programm. Doch in den meisten Fällen reichen bereits die vorhandenen Funktionen aus.

Einige Funktionseinschränkungen werden direkt im Skripttext beschrieben:
//Aufzeichnung nur ab der Nulladresse implementiert (Extended Segment Address Record wird ignoriert, LOAD OFFSET - auch)
//Die Reihenfolge und Kontinuität der Datensätze in der HEX-Datei wird nicht überprüft
//Prüfsumme wird nicht überprüft
Dies gilt für die Arbeit mit einer HEX-Datei, aus der der Firmware-Code für den MK entnommen wird. Wenn diese Datei nicht beschädigt ist, hat die Überprüfung der Prüfsumme keine Auswirkung. Wenn es verzerrt ist, kann es mit dem Skript nicht erkannt werden. In den meisten Fällen schaden die verbleibenden Einschränkungen nicht, Sie müssen sie aber dennoch im Hinterkopf behalten.

5. Spieluhr – ein einfaches Handwerk für Anfänger

Wenn Sie einen dieser Mikrocontroller besitzen: ATtiny13, ATtiny44, ATmega8 oder ATmega128, können Sie ihn ganz einfach in eine Spieluhr oder Musikkarte verwandeln. Dazu reicht es aus, die entsprechende Firmware in die MK zu schreiben – eine der vier, die sich in den Ordnern „MusicBox_…“ im selben Archiv wie das Skript befinden. Firmware-Codes werden in Dateien mit der Erweiterung „.hex“ gespeichert. Die Verwendung von ATmega128 für ein solches Fahrzeug ist natürlich „fett“, genau wie ATmega8. Dies kann jedoch zum Testen oder Experimentieren, also zu Bildungszwecken, nützlich sein. Die Texte der Programme in Assembler sind ebenfalls beigefügt. Die Programme wurden nicht von Grund auf erstellt – als Grundlage diente das Spieluhrprogramm aus dem Buch von A.V. Belov. AVR-Mikrocontroller in der Amateurfunkpraxis.“ Das ursprüngliche Programm hat eine Reihe bedeutender Änderungen erfahren:
1. angepasst für jeden der vier MKs: ATtiny13, ATtiny44, ATmega8 und ATmega128
2. Tasten wurden eliminiert – es muss nichts außer Strom und einem Soundgeber an den Controller angeschlossen werden (Melodien werden nacheinander in einer Endlosschleife abgespielt)
3. Die Dauer jeder Note wird um die Dauer der Pause zwischen den Noten verkürzt, um Störungen im musikalischen Rhythmus zu vermeiden
4. Die achte Melodie ist verbunden und wird in der Buchversion nicht verwendet
5. Subjektiv: einige „Verbesserungen“, um den Algorithmus zu optimieren und verständlicher zu machen

In manchen Melodien hört man Unwahrheiten und sogar grobe Fehler, besonders in „Smile“ – in der Mitte. Die Klingeltoncodes wurden dem Buch entnommen (bzw. zusammen mit der Original-ASM-Datei von der Website des Buchautors heruntergeladen) und nicht verändert. Offenbar liegen Fehler in der Kodierung der Melodien vor. Aber das ist kein Problem – jeder, der mit Musik „freundlich“ ist, kann es leicht herausfinden und alles reparieren.

In ATtiny13 musste aufgrund des Fehlens eines 16-Bit-Zählers ein 8-Bit-Zähler zur Wiedergabe von Notizen verwendet werden, was zu einer leichten Verschlechterung der Genauigkeit der Notizen führte. Das ist aber kaum hörbar.

Über die Konfigurationsbits. Ihre Einstellungen müssen dem Zustand des neuen Mikrocontrollers entsprechen. Wenn Ihr MK schon einmal irgendwo verwendet wurde, müssen Sie den Zustand seiner Konfigurationsbits überprüfen und diese gegebenenfalls an die Einstellungen des neuen Mikrocontrollers anpassen. Den Zustand der Konfigurationsbits des neuen Mikrocontrollers können Sie der Dokumentation zu diesem MK entnehmen (Abschnitt „Fuse Bits“). Die Ausnahme ist ATmega128. Diese MCU verfügt über das M103C-Bit, das den Kompatibilitätsmodus mit dem älteren ATmega103 ermöglicht. Durch die Aktivierung des M103C-Bits werden die Fähigkeiten des ATmega128 erheblich eingeschränkt, und dieses Bit ist auf dem neuen MK aktiv. Sie müssen den M103C in einen inaktiven Zustand zurücksetzen. Um Konfigurationsbits zu manipulieren, verwenden Sie den entsprechenden Abschnitt des Programmierskriptmenüs.

Es hat keinen Sinn, die Spieluhr schematisch darzustellen: Sie enthält nur einen Mikrocontroller, ein Netzteil und einen Piezo-Schallgeber. Die Stromversorgung erfolgt genauso wie bei der Programmierung des MK. Der Schallsender wird zwischen dem gemeinsamen Kabel (GND-Pin des Controllers) und einem der MK-Pins angeschlossen, deren Nummer in der Datei mit dem Programm-Assembler-Code (*.asm) zu finden ist. Am Anfang des Programmtextes steht für jeden MK in den Kommentaren eine Zeile: „ Tonsignal wird an Pin XX gebildet.“ Wenn das Programmierskript seine Arbeit beendet, verlässt der Mikrocontroller den Programmiermodus und geht in den normalen Betriebsmodus. Das Abspielen von Melodien beginnt sofort. Durch Anschließen des Soundsenders können Sie dies überprüfen. Sie können den Soundsender verlassen Während der Programmierung des Quarzes ist die Verbindung nur dann möglich, wenn das Audio von einem Pin kommt, der nicht vom SPI verwendet wird, andernfalls kann die zusätzliche Kapazität am Pin die Programmierung beeinträchtigen.