AVR-Starterkit mit ATMega8

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1 RIBU ELEKTRONIK VERSAND 18. A-8160 Weiz. Tel / Fax 03172/64806 RIBUMühlgasse Internet: AVR-Starterkit mit ATMega8 I2C-Bus Echtzeituhr mit Kalender zur exakten Zeitsteuerung Neuester 12-Bit Temperatursensor mit I2C-Bus RS232-Schnittstelle zum Steuern oder zum Datenaustausch mit einem PC Infrarot-Empfänger zum Empfang von Steuerdaten aus IR-Fernbedienungen 4 Taster und 4 LEDs zum Testen und Anzeigen Trimmpoti zum Vorgeben, Abgleichen und Einstellen von analogen Werten 4-stellige LED-Anzeige mit I2C-Bus und 16 Zeichen LCD-Punkmatrix-Anzeige AVR-BASIC-Compiler-Demo für Programme mit bis zu 4 KByte und Basic- Beispielprogramme für allen ICs, Sensoren, LED-/LCD-Anzeige usw. auf CD Datenblätter im PDF-Format zu allen ICs, Sensoren und Anzeigen auf CD AVR-Programmer für alle gängigen AVR-Controller Steckernetzteil zur Stromversorgung 1

2 Inhaltsverzeichnis Einführung... 3 BASCOM-AVR-Basic... 4 Der Programmierdadaper STK Das AVR-Testboard mit ATMega Bestückungs- und Schaltplan des I 2 C-Bus LED-Modul... 7 Bestückungsplan des Testboards... 8 Schaltplan des Testboards... 9 Das erste Programm erstellen, compilieren und in den Chip programmieren Die BASCOM-Programmbeispiele auf der CD

3 Einführung Die kleinen und preiswerten AVR-Controller (der ATMega 8 kostet zur Zeit z.b. etwa 5 Euro) gehören zu den modernsten Universal-Mikrokontrollern. Das Design wurde an der Universität für Technologie in Trondheim/Norwegen entwickelt und dann von der Firma Atmel gekauft. Die Entwickler behaupten, daß AVR rein gar nichts meint und ganz besonders nicht Arnes og Vegards RISC. Der AVR-Kern ist außergewöhnlich klein und enthält nur rund 4000 Gates. Atmel als einziger Hersteller von Prozessoren dieses Designs bietet zwei Serien an: AT-tiny (tiny=winzig) und ATmega. Der AVR ist ein RISC-Prozessor (RISC= Reduced Instruction Set Computer ). Ein traditioneller CISC (CISC= Complex Instruction Set Coding ) verfügt über mächtige Befehle, die in einer Vielzahl von Einzelschritten ausgeführt werden. Das macht Sinn, denn z.b. muß der Befehl erst decodiert werden und die CPU hat in dieser Zeit nichts zu tun. Ebenso war das RAM früher viel langsamer als die CPU und wiederum hatte die CPU zu warten. Es lag daher nahe, daß die CPU in der Wartezeit mit komplexen Befehlen beschäftigt wird. Mit der Entwicklung der Technik bot es sich dann an, einfach die Masse der selten benötigten Befehle wegzulassen, und in der Hardware nur diejenigen zu implementieren, die auch häufig benutzt werden. Alle anderen Befehle werden dann vom Compiler aus diesen elementaren Befehlen aufgebaut. Der stark reduzierte RISC- Befehlssatz erfordert keine Dekodierung, und das macht ihn schnell, spart Platz auf dem Chip und macht ihn damit billig. Einen echten RISC in Assembler zu programmieren, ist manchmal recht umständlich, weil die fehlenden komplexen Befehle eben durch Software ersetzt werden müssen. Der AVR wurde deshalb als RISC mit Anleihen zum CISC entworfen. Neben den Instruktionen, die in einem einzigen Takt ausgeführt werden, gibt es auch solche, die 2 bis 4 Takte zur Ausführung benötigen. Wer lieber mit Assembler programmiert und vom PIC zum AVR umsteigt, wird speziell diese Instruktionen heiß lieben lernen. Außerdem ergibt sich logisch, daß AVR-Programme kürzer sind als PIC-Programme. Alle ICs der AVR-Famile sind im Prinzip gleich aufgebaut. Die Einzeltypen unterscheiden sich nur in ihrer Ausstattung, z.b. Größe des Speichers, Anzahl und Art der Timer, einige haben einen A/D-Wandler u.s.w.. Zum Kennenlernen der AVRs ist der ATMega 8 genau der Richtige. Er hat vom AD-Wander bis zum UART (serielle Schnittstelle) alles auf einem Chip und ist zur Zeit der beliebeste AVR. Das Design der AVRs ist für die Programmierung mit Hochsprachen optimiert, oder besser ausgedrückt: Die speziellen Erfordernisse von Hochsprachen wurden bereits konstruktiv berücksichtigt. Assembler läßt sich deshalb natürlich genauso gut einsetzen. 3

4 BASCOM AVR-Basic Das BASCOM AVR-Basic von MCS Electronics ist eine sehr effiziente Hochsprachen für die AVR-Controller. Einen gewissen Overhead wird man bei Hochsprachen immer haben - aber bei BASCOM bleibt er in sehr vernünftigen Grenzen. Das Programmieren mit BASCOM geht gut voran, der Code bleibt übersichtlich und man ist erheblich scheller am Ziel als bei Assembler (Inline-Assembler ist bei BASCOM trotzdem möglich). Der Editor arbeitet mit Syntax-Einfärbung und der Programmer kann aus der IDE heraus aufgerufen werden. Die Installation von BASCOM-Demo ist sehr einfach - "SetupDEMO.exe" auf der CD anklicken und der Rest geht von selbst. BASCOM ist nicht nur einfach ein Compiler. Die Bascom-IDE enthält zusätzliche Tools wie z.b. ein einfaches Terminal-Programm und einen AVR-Simulator, aber auch ein Tool, mit dem spezielle Zeichen und Grafiken für LCD-Anzeigen entworfen werden können. Der Preis der Vollversion ist vernünftig (bei uns 78 Euro) und Updates gibt es (wichtig!) kostenlos von der Homepage des Herstellers. Die mitgelieferte Demo-Version von BASCOM, die auf 4KB Programmgröße beschränkt ist, ist sonst voll funktionsfähig und daher hervorragend für den Einstig in die AVR-Programmierung geeignet. 4

5 Der Programmieradapter STK300 BASCOM kann verschiedene Programmer dierekt ansprechen und es ist daher keine externe Software zum Programmieren von AVR-Controllern nötig. Der mitgelieferte Programmieradapter ist STK300 kompatibel und es muß daher der STK200/300 Programmer in BASCOM ausgewählt werden. Dazu den Menüeintrag Options/ Programmer anklicken und den STK200/300 Programmer auswählen. Aber Achtung: BASCOM geht davon aus, daß die Programmer-Hardware an LPT1 angeschlossen ist und daß LPT1 die Hardware-Portadresse $378 hat! Hat man andere Einstellungen (LPT2 oder LPT3 bzw. LPT1 mit einer anderen Portadresse), dann muß man die Datei prog.settings im Bascom-Verzeichnis mit einem Texteditor öffnen, die entsprechenden Einträge ändern und nach dem Speichern Bascom beenden und neu starten. Die Datei prog.settings enthält eine kurze Beschreibung. Typische Portadressen für parallele Schnittstellen sind $278, $378 oder $3BC. Der Programmer wird über die paralelle Druckerschnittstelle an den PC angeschlossen. 5

6 Das AVR-Testboard mit ATMega 8 Mit der Peripherie unserer Testschaltung, die aus Tastern, LEDs, LED- und LCD-Anzeige, Drehreglern, Temperatursensor, Echtzeitur und serieller Schnittstelle besteht, kann alles getestet werden, was AVRs zu bieten haben. Zu allen ICs, Sensoren und zu der LED-/LCD- Anzeige sind Datenblätter (unter PDF) im PDF-Format auf der CD. Alle Programmbeispiele (unter BASCOM-Beispiele) auf der CD sind für dieses Testboard erstellt und ermöglichen dadurch einen einfachen Einstig in die AVR-Programmierung. Die AVR-Hardware besteht aus zwei getrennte Einheiten, dem AVR-Testbord und dem Programmiergerät, damit das Programmiergerät auch für andere Schaltungen wiederverwendet werden kann. Das Programmiergerät eignet sich übrigens für alle AVR-Typen einschließlich der ATMega- und der ATiny-Serie. Davon ausgenonmen sind nur die wenigen AVRs, die sich nicht seriell mit 5 Volt programmieren lassen (ATiny10, ATiny11 und ATiny28). 16 Zeichen LCD-Punkmatrix-Anzeige AVR-Controller ATMega 8 mit: 8 KByte Flash-Programmspeicher 1 KByte RAM und 512 Byte EEPROM 23 Digitale programmierbare Ein-/Ausgangsleitungen 6 Kanal 10-Bit AD-Wandler und interner Referenzspannung interner RC-Oszillator mit program-mierbarem Vorteiler für 1, 2, 4 und 8 MHz und externer Quarz mit 16 MHz Zwei 8-Bit und einen 16-Bit Timer/Counter serielle Schnittstelle mit programmierbarem Baudratengenerator Programmierstecker zur seriellen Programmierung des Controllers im der Schaltung. 4 LEDs zur Anzeige von Schaltzuständen. 4-stellige LED-Anzeige mit I 2 C-Bus. Jedes einzelne Segment ist beliebig Ansteuerbar. Das LED-Modul wird auf die Testplatine gesteckt und kann dadurch jederzeit durch das LCD-Modul ausgetauscht werden. RS232-Schnittstelle zum Steuern oder zum Datenaustausch mit einem PC oder anderen Controlleranwendungen. Trimmpoti zum Vorgeben, Abgleichen und Einstellen von analogen Werten. I 2 C-Bus-Echtzeituhr mit Kalender (PCF 8583) zur exakten Zeitsteuerung. Neuester 12-Bit Temperatursensor von Microchip mit I 2 C-Bus (MCP9801) zur Temperaturmessung und Temperaturregelung. Tastenfeld mit 4 Tastern zum Steuern, Einstellen und Testen. Infrarot-Empfänger mit eingebautem Vorverstärker und 36 KHz Demodulator zum Empfang von Steuerdaten aus IR- Ferbedienugen. Buchsenleiste zum Anschluß weiterer I 2 C-Bus-Bausteine. 6

7 Stückliste I 2 C-Bus LED-Modul Oberseite I 2 C-Bus LED-Modul R1 = 10 K / SMD R2 = 22 K / SMD R3 = 18 K / SMD R4-R5 = 330 R /SMD C1 = 2,2 nf / SMD C2 = 100 nf / SMD C3 = 10 µf / SMD T1, T2 = BC 846 IC1 = SAA 1064 / SMD Lötseite I 2 C-Bus LED-Modul 1 Stk. Stiftleiste 4polig (von der Lötseite bestücken) 4 Stk. 7-Segment-LED-Anzeigen 1 Stk. Platine 80x36 mm Schaltsplan I 2 C-Bus LED-Modul 7

8 Stückliste Testboard R1-R4 = 1,5 K R5-R9, R12 = 10 K R10-R11 = 10 K / SMD R13 = 330 Ohm P1,P2 = 10 K Trimmpoti C1, C2 = 27 pf / RM2,5 C3 = Trimmkondens. C4-C8, C10-C14 = 100 nf / RM2,5 C9 = 100 nf / SMD C15 = 10 nf / RM2,5 C16 = 4,7 µf / RM2,5 C17 = 220 µf / RM5 C18-C19 = 100 µf / RM2,5 D1 = BAT 85 D2 = 1N4007 LED1-LED4 = 3 mm rot / 2 ma IC1 = ATMega 8 IC2 = MAX 232 IC3 = PCF 8583 IC4 = MCP 9801 IC5 = 7805 T Q1 = 32,768 KHz Q2 = 16 MHz IF-Empfäger = SFH T1-T4 = Mini-Taster Sonstiges: 1 Stk. D-Sub-Buchse 9polig 1 Stk. Wannenstecker 10polig 1 Stk. LCD-Modul 1 Zeile mit 16 Zeichen 1 Stk. Stiftleiste 14polig für LCD-Modul 1 Stk. Buchsenleiste 14polig für LCD-Modul 1 Stk. Buchsenleiste 4polig für LED-Modul 1 Stk. Buchsenleiste 4polig für IIC-Bus 1 Stk. IC-Sockel 16polig 1 Stk. IC-Sockel 28polig 1 Stk. IC-Sockel 8polig 1 Stk. Anreihklemmen 2polig 4 Stk. Distanzbolzen 10 mm (LED/LCD-Modul) 8 Stk. Schrauben M3x6 (LED/LCD-Modul) 4 Stk. selbstklebende Gerätefüße 1 Stk. Platine 100x80 mm Bestückungsplan Testboard 8

9 Schaltplan Testboard 9

10 Das erste Programm erstellen, compilieren und in den Controller programmieren Hier wird Schritt für Schritt beschrieben wie mit dem AVR-BASCOM-Compiler ein ganz einfaches Programm erstellt, compiliert und in den Controller programmiert wird. 1.) Starten sie BASCOM bzw. installieren sie BASCOM 2.) Öffnen sie ein neues Programmfenster mit den Menüeintrag "File/New". 3.) Schreiben sie folgendes einfache Programm in das geöffnete Programmfenster oder laden sie das Programm "start.bas" von der CD (unter BASCOM-Beispiele). $regfile = "m8def.dat" Config Portd = Output Portd = 144 End 4.) Compilieren sie das Programm mit dem Menüeintrag "Program/Compile". Nach wenigen Sekunden ist das Programm übersetzt. Es darf keine Fehlermeldung kommen! Wenn doch, dann den Text noch mal genau kontrollieren. Jetzt ist das erste Programm geschrieben und mit dem Basic-Compiler auch schon übersetzt worden. 5.) Als nächsten Schritt wird das kleine Programm in den Controller programmiert. Verbinden sie dazu den Programmieradapter mit dem Testboard über das 10polige Flachbandkabel und versorgen sie danach das Testboard über das Steckernetzteil mit Strom. Welches bzw. ob ein Anzeige-Modul auf dem Testboard montiert ist hat zur Zeit keine Bedeutung. Verbinden sie jetzt den Programmieradapter mit der paralellen Druckerschnitstelle des PC. Wenn der Programmieradapter unter BASCOM bereit konfiguriert wurde gehen sie zum nächsten Schritt oder konfigurieren sie jetzt den Programmieradaper wie auf Seite 5 beschrieben. 6.) Öffnen sie jetzt mit dem Menüeintrag "Program/Send to chip" die Programmieroberfläche. Programmieren sie jetzt das Programm mit dem Menüeintrag der Programmieroberfläche "Chip/Write buffer into chip" in den Controller. Wenn jetzt auf dem Testboard die LED1 und LED4 leuchten dann ist alles ok und sie haben somit das erste kleine Programm erstellt, compiliert und in den Controller programmiert! 10

11 Die BASCOM-Programmbeispiele auf der CD Start.bas Einfaches Beispiel das nur die LED1 und LED4 dauerhaft leuchten läßt. RIBU_M8_LCD-Uhr.bas Dieses Beispiel liest die Stunden,Minuten und Sekunden aus der Echzeituhr (PCF 8583) aus und zeigt die Uhrzeit auf dem LCD-Display an. RIBU_M8_LED-Uhr.bas Wie "RIBU_M8_LCD-Uhr.bas" jedoch erfolgt die Anzeige auf dem LED-Modul RIBU_M8_LCD_MCP9801.bas Dieses Beispiel liest den Wert vom Temperatursensor MCP9801 aus und zeigt den Werte auf dem LCD-Display an. RIBU_M8_LED_MCP9801.bas Wie "RIBU_M8_LCD_MCP9801.bas" jedoch erfolgt die Anzeige auf dem LED-Modul RIBU_M8_RC5.bas Dieses Beispiel zeigt im LCD-Display die Geräteadresse und den Befehl einer RC5-Infrarot- Ferbedienung an und steuert beim richigen IR-Befehl die LED1 und LED2 an. Als IR- Empfänger wird der SFH 5111 von Siemens verwendet. RIBU_M8_Poti.bas Dieses Beispiel liest den Spannungswert vom Poti ein und zeigt den Wert auf dem LCD- Display an. RIBU_M8_Tasten.bas Dieses Beispiel fragt die Tasten T1-4 ab und zeigt die Betätigung durch Leuchten der LEDs 1-4 an. Auf der CD sind noch weiter BASCOM-Beispiele. Die Funktion der Programme wird im Programmkopf beschrieben. 11

12 BASIC-COMPILER für AVR-Controller BASCOM-AVR ist ein Windows BASIC COMPILER für die AVR-Controller-Familie von ATMEL. Der Compiler läuft unter W95/W98/NT. Das Programm, die Dokumentation und alle Beispiele sind in Englisch. Strukturiertes BASIC mit Labels. Vielfältige Verzweigungen mit IF-THEN-ELSE-END IF, DO-LOOP, WHILE-WEND, SELECT- CASE. Erzeugt schnellen Maschienencode aus den BASIC-Anweisungen. Variablen und Labels können bis zu 32 Zeichen lang sein. Bit, Byte, Integer, Word, Long, und String Variablen. Programmcode ist für alle AVR-Controller mit internen RAM geeignet. Speziele Befehle für LCD-Displays, I2C-Bus und 1WIRE-Chips. Integrierter Zeicheneditor für LCD-Display-Sonderzeichen Integriertes Terminal-Programm und contextabhängiger Hilfetext. AVR-BASCOM-Buch 12 78,00 Best.-Nr.: Wegen seiner zahlreichen Veröffentlichungen ist Claus Kühnel inzwischen weithin als Autor fundierter Fachartikel bekannt. Daß er in in der Lage ist, auch komplexe Sachverhalte klar und anschaulich (mit treffenden Beispielen!) dazustellen, dürfte einer der wichtigsten Gründe für die Beliebtheit seiner Publikationen sein. Jetzt ist sein neuestes Werk erschienen. Programmieren der AVR RISC Mikrocontroller mit BASCOM-AVR ist 361 Seiten (2. erweiterte Auflage) stark und bringt dem Leser einen sehr praxisorientierten Kurs, der in die Programmierung mit BASCOM einführt. Beispielübersicht (Auszug): Programmierbare Logik, Erfassen von Pulslängen, IR-Fernbedienung, LCD-Punkt-Matrix-Anzeige mit serieller Schnittstelle, PC-Tastatur, Matrix-Tastatur, LED-Punk-Matrix, SPI-Interface, 1-WIRE- Interface, Easy TCP/IP, Kommunikation über Festnetz- und GSM-Modem, Auswertung von GPS- Informationen usw. 361 Seiten, Format 17x22 cm Komplettes Inhaltverzeichnis im Internet! Befehlsübersicht (Auszug) PRINT, INPUT, INKEY, PRINT, INPUTHEX, LCD, UPPERLINE, LOWERLINE,DISPLAY ON/OFF, CURSOR ON/OFF/BLINK/ NOBLINK, HOME, LOCATE, SHIFTLCD LEFT/RIGHT, SHIFTCURSOR LEFT/RIGHT, CLS, DEFLCDCHAR, WAITKEY, INPUTBIN, PRINTBIN, OPEN, CLOSE, DEBOUNCE, SHIFTIN, SHIFTOUT, IF, THEN, ELSE, ELSEIF, END IF, DO, LOOP, WHILE, WEND, UNTIL, EXIT DO, EXIT WHILE, FOR, NEXT, TO, DOWNTO, STEP, EXIT FOR, ON.. GOTO/GOSUB, SELECT, CASE, AND, OR, XOR, INC, DEC, MOD, NOT, ABS, BCD, SWAP, END, STOP, CONST, DELAY, WAIT, WAITMS, GOTO, GOSUB, POWERDOWN, IDLE, DECLARE, CALL, SUB, END SUB, MAKEDEC, MAKEBCD, INP, OUT, ALIAS, DIM, ERASE, DATA, READ, RESTORE, INCR, DECR, PEEK, POKE, CPEEK, DIM, BIT, BYTE, INTEGER, WORD, LONG, SINGLE, STRING, DEFBIT, DEFBYTE, DEFINT, DEFWORD, STRING, SPACE, LEFT, RIGHT, MID, VAL, HEXVAL, LEN, STR, HEX, LTRIM, RTRIM, TRIM, SET, RESET, ROTATE, SHIFT, BITWAIT, ON INT0/INT1/ TIMER0/TIMER1/SERIAL, RETURN, ENABLE, DISABLE, COUNTERx, CAPTUREx, INTERRUPTS, CONFIG, START, LOAD, I2CSTART, I2CSTOP, I2CWBYTE, I2CRBYTE, I2CSEND, I2CRECEIVE, SPIINIT, SPIIN, SPIOUT usw. Die Demo-Version des BASIC- Compilers können Sie von unser Homepage herunterladen! 38,00 Best.-Nr.: