Написание программы. 
Разработка программного обеспечения для блока

Для микроконтроллеров существует несколько различных языков программирования, но, наиболее подходящими являются Си и ассемблер, потому что в этих языках в реализованы все необходимые возможности по управлению аппаратными средствами микроконтроллеров.

Ассемблер (assembler) — это низкоуровневый язык программирования, который использует непосредственный набор инструкций микроконтроллера. Создание программы на этом языке требует очень хорошего знания системы команд программируемого чипа и большого количества времени на разработку программы. Ассемблер проигрывает Си в скорости и удобстве разработки программ, но имеет заметные преимущества в размере конечного исполняемого кода, а следовательно, и скорости его выполнения.

Язык Си позволяет создавать программы с гораздо большим комфортом, предоставляя разработчику все преимущества языка высокого уровня.

Архитектура и система команд AVR создавалась при непосредственном участии разработчиков компилятора языка Си и в ней были учтены все особенности этого языка. Компиляция исходных текстов, написанных на языке Си, осуществляется очень быстро и дает компактный, эффективный код.

Основные преимущества языка Си перед ассемблером: более высокая скорость разработки программ; универсальность, которая не требует досконального изучения архитектуры микроконтроллера; более хорошая документируемость и читаемость алгоритма, наличие библиотек функций, поддержка вычислений значений с плавающей точкой.

В Си сочетаются возможности программирования низкого уровня со свойствами языка высокого уровня. Возможности низкоуровневого программирования позволяют легко оперировать непосредственно аппаратными средствами, а свойства языка высокого уровня позволяют создавать легко читаемый и легко редактируемый программный код. Практически все компиляторы языка Си имеют возможность использовать ассемблерные вставки для написания участков программы, критичных по времени выполнения и занимаемым ресурсам.

Следовательно, Си — наиболее удобный язык для начинающих знакомиться с микроконтроллерами AVR и для серьезных разработчиков.

Чтобы преобразовать исходный текст программы в файл прошивки микроконтроллера, используются компиляторы.

Фирма Atmel поставляет мощный компилятор ассемблера, который входит в среду разработки AVR Studio, работающую под Windows. Наряду с компилятором, среда разработки содержит отладчик и эмулятор. Эта среда разработки поддерживает как программирование на языке Си, так и на языке Ассемблер. AVR Studio бесплатная и доступна для скачивания на сайте Atmel.

В настоящее время существует достаточное количество компиляторов Си для AVR. Самым мощным из них считается компилятор фирмы IAR Systems. IAR C Compiler имеет обширные возможности по оптимизации кода и поставляется в составе интегрированной среды разработки IAR Embedded Workbench, включающей в себя также компилятор ассемблера, линкер, менеджер проектов и библиотек, а также отладчик.

Фирмой Image Craft выпускается компилятор языка Си, получивший достаточно широкую популярность. Image Craft C Compiler обладает неплохим уровнем оптимизации кода и достаточно низкой ценой.

Не меньшую популярность завоевал Code Vision AVR C Compiler, цена полной версии этого компилятора невысока и составляет 150 EUR. Компилятор поставляется вместе с интегрированной средой разработки, в которую, помимо стандартных возможностей, включена достаточно интересная функция — CodeWizardAVR Automatic Program Generator. Наличие в среде разработки последовательного терминала позволяет производить отладку программ с использованием последовательного порта микроконтроллера.

Очень известной стала интегрированная среда разработки WinAVR. Она включает мощные компиляторы Си и ассемблера, программатор AVRDUDE, отладчик, симулятор и множество других вспомогательных программ и утилит. WinAVR прекрасно интегрируется со средой разработки AVR Studio от Atmel. Ассемблер идентичен по входному коду ассемблеру AVR Studio. Компиляторы Си и ассемблера имеют возможность создания отладочных файлов в формате COFF, что позволяет применять не только встроенные средства, но и использовать мощный симулятор AVR Studio. Еще одним немаловажным плюсом является то, что WinAVR распространяется свободно без ограничений (производители поддерживают GNU General Public License).

При создании данного проекта для прошивки микроконтроллера использовался программный проект созданный в Image Craft восьмой версии. Также для отладки отдельных блоков программы использовалась AVR Studio, так как у нее есть встроенный эмулятор, позволяющий проверить работу программы.

Для того чтобы обеспечить более продолжительную работу блока используются энергосберегающие режимы микроконтроллера.

Для долговременной работы микроконтроллера от одного и того же источника питания нужно использовать спящие режимы. Использование спящих режимов позволяет отключить неиспользуемые модули в микроконтроллере, что позволяет экономить энергию. Всего ИС 1887ВЕ1У имеет шесть режимов сна. Для введения в любой из них необходимо записать логическую единицу в разряд SE регистра MCUCR и выполнить команду «_SLEEP ()» (для ImigeCraft 8.05 AVR). С помощью разрядов SM2, SM1 и SM0 в регистре MCUCR выбирается тип спящего режима.

Виды энергосберегающих режимов ИС 1887ВЕ1У и их выбор:

Регистр управления МПУ — MCUCR.

Режим холостого хода:

Останавливается работа ЦПУ, но разрешается при этом, чтобы SPI, UART, аналоговый компаратор, AЦП, двухпроводной последовательный интерфейс, таймеры/счетчики, сторожевой таймер и система прерывания продолжали работать. Подобный спящий режим в основном останавливает clkCPU и clkFLASH, позволяя при этом работать другим тактовым сигналам.

Режим снижения шума АЦП:

Останавливается работа ЦПУ, но разрешается продолжение работы АЦП, внешних прерываний, слежения за адресом двухпроводного последовательного интерфейса, таймера/счетчика 2 и сторожевого таймера (при разрешении его работы). Этот спящий режим в основном останавливает clkI/O, clkCPU и clkFLASH, позволяя при этом работать другим тактовым сигналам. Это уменьшает внешние шумы АЦП, разрешая выполнять измерения с повышенной разрешающей способностью. Если АЦП включен, то преобразование начинается автоматически при вводе данного режима. Кроме прерывания от завершенного преобразования АЦП, только внешний сброс, сброс сторожевого таймера, сброс от схемы контроля за снижением питания (Brown-out Reset), прерывание при совпадении адреса двухпроводного последовательного интерфейса, прерывание таймера/счетчика 2, прерывание готовности SPM/EEPROM, внешние прерывания по уровню на INT0 или INT1, или внешнее прерывание на INT2 могут вывести МПУ из режима понижения шума АЦП.

Режим хранения:

В этом режиме внешний генератор останавливается, в то время как внешние прерывания, слежение за совпадением адреса двухпроводного последовательного интерфейса и сторожевой таймер (если разрешена его работа) продолжают работать. Только внешний сброс, сброс сторожевого таймера, сброс от схемы контроля за снижением питания (Brown-out Reset), прерывание при совпадении адреса двухпроводного последовательного интерфейса, внешние прерывания по уровню INT0 или INT1 или внешнее прерывание для INT2 могут активировать МK. Этот спящий режим в основном блокирует все генерируемые синхронизирующие сигналы, разрешая работать только асинхронным модулям.

Обратите внимание на то, что если прерывание, срабатывающее по уровню, используется для пробуждения из режима микропотребления, то измененный уровень должен удерживаться в течение некоторого времени для того, чтобы вызвать активацию МК.

При пробуждении из режима пониженной мощности имеет место задержка, пока микроконтроллер перейдет в активный режим. Это позволяет перезапустить тактовый генератор и стабилизировать его работу после остановки. Период пробуждения определяется теми же конфигурационными битами CKSEL, которые определяют период сброса.

Режим микропотребления:

Этот режим аналогичен режиму хранения за одним исключением: если таймер/счетчик 2 тактируются асинхронно, т. е. устанавливается разряд AS2 в ASSR, то таймер/счетчик 2 будет продолжать работать во время «сна».

Прибор может пробудиться либо от события переполнения таймера или сравнения выхода от таймера/счетчика 2, если в TIMSK установлены соответствующие разряды разрешения прерывания, а в SREG установлен разряд разрешения глобального прерывания.

Если асинхронный таймер не тактируется асинхронно, то вместо режима хранения рекомендуется режим микропотребления, поскольку содержимое регистров в асинхронном таймере должно рассматриваться как неопределенное после активации в режиме хранения, если AS2 равно нулю.

Этот режим ожидания в основном приостанавливает все тактовые сигналы, за исключением clkASY, разрешая работу только асинхронных модулей, включая таймер/счетчик 2, если тактирование выполняется асинхронно.

Режим ожидания:

Этот режим аналогичен режиму хранения, за исключением того, что генератор продолжает работать. Устройство активируется из режима Standby в течение шести тактовых циклов.

Режим длительного ожидания:

Этот режим аналогичен режиму микропотребления, за исключением того, что генератор продолжает работать. Устройство активируется из режима длительного ожидания в течение шести тактовых циклов.

Режимы работы интегральной микросхемы 1887ВЕ1У и ток потребления:

Для прошивки микроконтроллера используется следующий HEX-файл:

:20 000 0014C02A.

:200 0400D0C06A.

:2 000 8009AC09C.

:40 010 0058C0E0C034.

:14002A00CFE5D2E0CDBFDEBFC451D0400AEA08830024E0E6A5.

:14003E00F0E010E0ED36F10711F00192FBCF0083EAE2F0E056.

:1 400 5200A0E6B0E010E000E00BBFEA32F10721F0C8953196A1.

:14 006 6000D92F9CFC2D0FFCFE199FECF27B620FCFDCF1FBBD9.

:14007A000EBB2DBBE29AE19AE199FECF0895E199FECF1FBBC5.

:14008E000EBBE09A0DB3089522242EBC89EE8DBD80E28CBD22.

:1400A20083E18BBD82E18ABD83E189BD82E188BD83E187BDFA.

:1400B60082E186BD2FBC85E08EBD08952A923A924A925A9208.

:1400CA008A939A93AA93BA932FB62A9289EE8DBD80E28CBD41.

:1400DE0081E090E0A0E0B0E040906B0050906C00209069008D.

:1400F20030906A00280E391E4A1E5B1E30926A00209269001B.

:140 106 005 0926C0040926B0085E08EBD29902FBEB991A99180.

:14011A009991899159904990399029901895222425BC88E00D.

:14012E0082BD8FE584BD8FE983BD87E085BD08952A923A9243.

:14 014 2004A925A928A939A93AA93BA932FB62A928FE584BDB7.

:140 156 0081E090E0A0E0B0E040906700509068002090650020.

:14016A0030906600280E391E4A1E5B1E3092660020926500AE.

:14017E00509268004092670087E085BD82B58830E9F72990B9.

:14 019 2002FBEB991A9919991899159904990399029901895B3.

:1401A6008A938FB78A93F89481E08093620089918FBF8991E1.

:1401BA001895222423BE8BE882BF85E78CBF81E0809363001B.

:1401CE0085E083BF08952A928A932FB62A928BE882BF222465.

:1401E2002092630029902FBE89912990189522242ABA87E03D.

:1401F60084BB87EF81BB88E082BBB0993FC029B301E010E06A.

:14020A0031DF01E010E03BDF00936400083311F487E085BB07.

:14021E0020906400222011F4222425BA80916400883011F41A.

:140 232 0081E085BB80916400803111F482E085BB80916400D5.

:1 402 460 080 3211F484E085BB80916400883111F483E085BB73.

:14025A0080916400803311F486E085BB80916400883211F489.

:14026E0085E085BB22242ABA2BBA000087E08ABB25B22BBA60.

:140 282 0086B38170813009F0A6C185E489BF80E080936900A0.

:140 296 008 0936A0080936B0080936C0080E0809365008093EF.

:1402AA006600809367008093680001E010E0E7DE0093640058.

:1402BE007894EADE32DF84C08CE090E0A0E0B0E040906B00DC.

:1402D20050906C002090690030906A00281639064A065B065B.

:1402E60009F04EC0979A22243324309261002092600009C031.

:1402FA0080916000909161000196909361008093600080E00 °F.

:14030E009DE720906000309061002816390674F322243324A5.

:1 403 220 030 926 100 174 471 1689C809 160 009 091 610 050 560 °F.

:1 403 360 090 936 100 851 286 0160E09DE72090600030906100A7.

:14034A002816390674F322243324309261002092600009C020.

:14035E0080916000909161000196909361008093600080E0AA.

:14 037 2009DE720906000309061002816390674F388E082BB39.

:140 386 0088E190E0A0E0B0E0409067005090680020906500E6.

:14039A0030906600281639064A065B0609F4919A88E190E0FA.

:1403AE00A0E0B0E04090670050906800209065003090660071.

:1403C200281639064A065B0609F4909A89E190E0A0E0B0E0E8.

:1403D6004090670050906800209065003090660028163906DC.

:1403EA004A065B0608F46ACF22242092620080E385BF80E8B0.

:1403FE008BBF7894E9C080916200813091F4222420926200E9.

:1 404 120 0949AD3DE809163008130E1F3959ACDDE80916300B0.

:14 042 600 8130E1F382B3877D82BB8AE891E2A0E0B0E0409002.

:14043A006700509068002090650030906600281639064A06F7.

:14044E005B0699F480916400883379F4949AAFDE80916300E0.

:14 046 200 8130E1F3959AA9DE809163008130E1F382B3877D19.

:140 476 0082BB84E193E4A0E0B0E0409067005090680020901A.

:14048A00650030906600281639064A065B0699F480916400A3.

:14049E00883079F4949A8BDE809163008130E1F3959A85DE03.

:1404B200809163008130E1F382B3877D82BB88E296E8A0E05 °F.

:1404C600B0E04090670050906800209065003090660028169A.

:1404DA0039064A065B0699F480916400803179F4949A67DE8B.

:1404EE00809163008130E1F3959A61DE809163008130E1F39A.

:140 502 0082B3877D82BB80E59CE0A1E0B0E040906700509066.

:140 516 006 800 209 062 530 338 769 877 336 0644A065B0699F473.

:14052A0080916400803279F4949A43DE809163008130E1F3E1.

:14053E00959A3DDE809163008130E1F382B3877D82BB80EA86.

:140 552 0098E1A2E0B0E04090670050906800209065003090B6.

:14 056 600 660 028 164 0964A065B0699F480916400883179F4C5.

:14057A00949A1FDE809163008130E1F3959A19DE80916300AF.

:14058E008130E1F382B3877D82BB84EB9BE5A2E0B0E040908D.

:1405A2006700509068002090650030906600281639064A068E.

:1405B6005B0649F4969AFFDD809163008130E1F382B3877D55.

:1005CA0082BB789485B7806485BF889516CF0895D5.

:01FF.