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Rasenmaehroboter Test

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* [[Avr-gcc|avr-gcc]] - Leistungsfähiger AVR-Port des freien Compilers GCC
 
* [[On Chip Debugging]]
 
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* [[Bootloader]]
 
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Version vom 1. Dezember 2005, 17:49 Uhr

Atmel ist der u.a. der Hersteller der AVR-Controllerserie.

Beispiel eines Atmel Controllers

Es gibt eine ganze Serie von AVR-Controllern. Sie alle werden ähnlich programmiert bieten jedoch unterschiedliche Features (I/O Leitungem, Timer, Pwm-Ports usw.) Es gibt inzwischen Entwicklungssysteme in den Sprachen Basic, C, Pascal und Assembler für diese Controller. AVR steht angeblich für Advanced Virtual RISC (in einem Paper von Alf Egin Bogen und Vegard Wollan)

  • 8 Bit Architektur ist für Hochsprachen (C) optimiert
  • Harvard-Architektur (getrennter Befehls- und Datenspeicher)
  • 32 Register, kein Akkumulator, 3 Pointerregister
  • In-System progammierbar - Das bedeutet der Controller kann sehr einfach über ein Programmierkabel (oft ISP-Kabel genannt ) das mit dem PC verbunden wird programmiert werden, auch dann wenn sich dieser in einer Schaltung befindet
  • JTAG (Debugerinterface)
  • AVR Typen (AT90, ATtiny, ATmega)
  • Viele Entwicklungsboards erhältlich, z.B. das Roboternetzboard RN-Control


Einige Pinbelegungen der populärsten Controller im Roboternetz

(in etwa nach Leistungsfähigkeit sortiert)


Die AVR-Pin-Bezeichnungen und deren Funktion

Die meisten Ports sind doppelt belegt und besitzen neben der normalen Port-Funktion noch eine Sonderfunktion. Die verschiedenen Pinbezeichnungen und Sonderfunktionen werden hier beschrieben:


PA 0 – 7 Port A - Ein 8 Bit breiter, bi-direktionaler I/O Port. Jeder Pin des Ports kann individuell als Eingang oder Ausgang konfiguriert werden.
PB 0 – 7 Port B - Ein 8 Bit breiter, bi-direktionaler I/O Port. Jeder Pin des Ports kann individuell als Eingang oder Ausgang konfiguriert werden.
PC 0 – 7 Port C - Ein 8 Bit breiter, bi-direktionaler I/O Port. Jeder Pin des Ports kann individuell als Eingang oder Ausgang konfiguriert werden.
PD 0 – 7 Port D - Ein 8 Bit breiter, bi-direktionaler I/O Port. Jeder Pin des Ports kann individuell als Eingang oder Ausgang konfiguriert werden.
XCK Externe Takt für UART. Wird nur in Sonderfällen für Baudrate benötigt.

UART ("Universal Asynchronous Receiver and Transmitter"). Das ist die serielle Schnittstelle, die zur Datenübertragung zwischen Mikrocontroller und PC genutzt wird. Zur Übertragung werden zwei Pins am Controller benötigt: TXD und RXD. Über TXD ("Transmit Data") werden Daten gesendet, RXD ("Receive Data") dient zum Empfang.

T0 Timer Eingang. Timer kann gestartet, gestoppt oder getaktet werden
T1 Timer Eingang. Timer kann gestartet, gestoppt oder getaktet werden
AIN0 Erster Eingang des Analog Komperators.

Mit AIN0 und AIN1 kann man zwei Spannungen miteinander vergleichen. Wenn die Spannung an AIN0 höher als bei AIN1 ist, liefert der Komparator "High", wenn umgekehrt ein "Low".

AIN1 Zweiter Teil des Analog Komperators

Mit AIN0 und AIN1 kann man zwei Spannungen miteinander vergleichen. Wenn die Spannung an AIN0 höher als bei AIN1 ist, liefert der Komparator "High", wenn umgekehrt ein "Low".

OC0 PWM bzw. Output Compare Ausgang des Timers 0
SS SPI-Interface – wird beneötigt um den richtigen Slave am Bus zu wählen
MOSI SPI-Interface – Datenausgang (bei Slave Eingang)
MISO SPI-Interface – Dateneingang (bei Slave Ausgang)
SCK SPI-Interface – Bustakt vom Controller
RESET Rücksetz Eingang. Ein log. 0 – Pegel an diesem Pin für die Dauer von mindestens zwei Zyklen des Systemtaktes bei aktivem Oszillator setzt den Controller zurück
VCC Betriebsspannung 5 V

(2,7 Volt bis 6 V bei 8 Mhz, die nächsten AVRs sollen ab 1,8 Volt funktionieren )

GND Masse
XTAL1 Eingang des internen Oszillators zur Erzeugung des Systemtaktes bzw. Eingang für ein externes Taktsignal, wenn der interne Oszillator nicht verwendet werden soll
XTAL2 Ausgang des integrierten Oszillators zur Erzeugung des Systemtaktes
RXD Serielle Schnittstelle Eingang TTL-Pegel
TXD Serielle Schnittstelle Ausgang TTL-Pegel
INT0 Externe Interrupt
INT1 Externe Interrupt
INT2 Externer Interrupt 2
OC1A Ausgang für die Compare-Funktion des integrierten Zeitgeber- / Zählerbausteines

Der erste PWM Ausgang des Timers1. Er wird oft zum Regeln der Bot-Motogeschwindigkeit benutzt.

OC1B Ausgang für die Compare-Funktion des integrierten Zeitgeber- / Zählerbausteines

Der zweite PWM Ausgang des Timers1. Er wird oft zum Regeln der Bot-Motogeschwindigkeit benutzt.

ICP1 Eingang für die Capture-Funktion des integrierten Zeitgebers / Zählerbausteines
ADC0 bis ADC7 Eingänge des Analag nach Digital (AD) Wandlers. Spannungen können hier gemessen werden.
AREF Referenzspannung für Analog-Digitalwandler (wird meist auf 5 V gesetzt)
GND Masse
AVCC Analog Digital Wandler (siehe Beschaltungsskizze)

Die Betriebsspannung für den AD Wandler. Die Pins AVCC, AGND und AREF sollten immer beschaltet werden, da es sonst es passieren kann, dass Port A nicht richtig funktioniert, selbst wenn man den AD Wandler nicht benutzt

TOSC1 TOSC1 und 2 sind Eingänge für den Asyncronen Modus von Timer2. Sie sind vorgesehen für den Anschluss eines externen Uhrenquarzes ( 32.768 kHz ). Damit lässen sich zum Beispiel sehr genaue 1 Sekunden Impulse für eine Uhr generien...
TOSC2 TOSC1 und 2 sind Eingänge für den Asyncronen Modus von Timer2. Sie sind vorgesehen für den Anschluss eines externen Uhrenquarzes ( 32.768 kHz ). Damit lässen sich zum Beispiel sehr genaue 1 Sekunden Impulse für eine Uhr generien...
TDI JTAG-Debug Interface
TDO JTAG-Debug Interface
TMS JTAG-Debug Interface
TCK JTAG-Debug Interface
SDA I2C-Schnittstelle (Bus aus 2 Leitungen) Datenleitung
SCL I2C-Schnittstelle (Bus aus 2 Leitungen) Clockleitung
OC2 Pwm bzw. Output Compare Ausgang des Timers2

Die Fusebits

Fusebits nennt man bestimmte Bits zur Konfigurierung eines AVR-Controllers. Bei der Auslieferung neuer AVR Controller sind die Fusebits bereits vorkonfiguriert. In vielen Fällen kann man die Konfiguration unverändert belassen, je nach Controllertyp. Bei den Typen Mega xxx bestimmen einige Fusebits beispielsweise, dass der interne Taktgeber aktiviert ist. Möchte man dagegen einen externen Quarz anschließen oder die Taktfrequenz ändern, so müssen auch die Fusebits geändert werden. Auch das Deaktivieren des "On Chip Debugging" Modus ist oft notwendig, wenn man alle Ports ausnutzen möchte.

Die Fusebits werden in der Regel über die Software eingestellt, welche auch für das Übertragen des Programmcodes zuständig ist. Besonders einfach geht dies beispielsweise mit der Entwicklungsumgebung Bascom. Aber auch andere Programme wie PonyProg können für die Umstellung der Fusebits genutzt werden. Einmal eingestellte Fusebits bleiben bis zur erneuten Fusebit-Änderung erhalten. Der normale Programmiermodus verändert die Fusebits nicht.

Je nach AVR Controllertyp sind unterschiedliche Fusebits (Einstellungen) vorhanden. Die genaue Beschreibung findet man im jeweiligen Datenblatt. Da aber falsch gesetzte Fusebit-Einstellungen zu den häufigsten Problemen gehören, liste ich hier die Funktion der üblichen Fusebits nochmals genauer auf:

CKSEL0, CKSEL1, CKSEL2, CKSEL3 Die Kombination dieser 4 Fusebits bestimmt die Taktquelle des Controllers. Das kann eine interner Taktgenerator, ein Quarz, Quarzoszillator, RC-Glied und ähnliches sein.
JTAGEN Hiermit wird die "On Chip Debugging" Schnittstelle aktiviert bzw. deaktiviert. Das sind die Bits mit den Bezeichnungen TDI, TDO, TMS und TCK. Möchte man diese Pins als normalen Port nutzen, so muss diese Schnittstelle immer deaktiviert werden.
SUT0, SUT1 Die sogenannte StartUp-Zeit (PowerOn delay). Diese Einstellung muss abhängig von der Art des Taktgenerators eingestellt werden, genaueres im jeweiligen Datenblatt.
SPIEN Hiermit kann die serielle ISP-Programmierung, welche die meisten Programmierkabel nutzen, deaktiviert werden. Dies sollte man lieber vermeiden, denn wenn dieser Programmiermodus deaktiviert wurde, kann nur noch der Parallel-Programmiermodus genutzt werden. Der Parallel-Programmiermodus benötigt jedoch ein spezielles Programmiergerät, das die wenigsten Bastler besitzen. Also Vorsicht!
BODEN Über dieses Bit wird der Brown-out Detector aktiviert bzw. deaktiviert. Dies ist eine Überwachung der Betriebsspannung. Diese Überwachung soll dafür sorgen, dass bei Spannungseinbrüchen ein ordentlicher RESET durchgeführt wird. Dadurch wird verhindert, dass ein Controller in einen undefinierten Zustand gerät (hängen bleibt).
BOOTLEVEL Über dieses Bit kann die Spannung festgelegt werden, ab welcher der Brown-out Detector den Controller neu startet (also RESET ausführt).
BOOTRST Gewöhnlich startet ein Programm im Controller nach einem RESET ab Adresse 0. Durch dieses Fusebit kann der Controller jedoch veranlasst werden, nach einem Reset einen sogenannten Bootloader-Bereich auszuführen. Ein Bootloader kann genutzt werden, um Controller über andere Schnittstellen (z.B. RS232) zu programmieren.
BOOTSZ0, BOOTSZ1 Der zuvor genannte Bootloaderbereich kann bei AVR-Controllern verschieden groß sein. Über diese beiden Bits können vier verschiedene Größen eingestellt werden. Siehe unter Bootloader.
EESAVE Dieses Bit legt fest, ob beim Programmieren des Controllers (man nennt es auch brennen) immer das EEPROM gelöscht werden soll.
CKOPT Abhängig von den Einstellungen von CKSEL kann hier dir Oszillator-Verstärkung eingestellt werden. Genaueres im Datenblatt des jeweiligen Controllers.
WDTON Schaltet den WatchDog-Timer beim Booten ein/aus. Dies ist auch per Software möglich
RSTDISBL Durch dieses Bit kann man den RESET-Pin deaktivieren und dann als normalen I/O-Port nutzen. Aber Vorsicht! Da die RESET-Leitung beim Programmieren (Brennen) des Chips genutzt wird, kann man nach dessen Deaktivierung den Controller mit den üblichen ISP-Adaptern nicht mehr programmieren. In diesem Fall könnte man zwar den Controlle noch mit speziellen Programmiergeräten im Parallelmodus programmieren, aber in der Praxis verfügen nur wenige Bastler über ein Programmiergerät, das dies leistet.
LB1, LB2 Das sind die sogenannten Lockbits, mit denen sich das Auslesen des Flash- als auch EEPROM-Speichers verhindern läßt. Zwar können andere Anwender immer noch Daten lesen, allerdings handelt es sich dabei nicht mehr um den wirklichen Inhalt sondern lediglich um wirre Datenbytefolgen. Programmierer, die den erarbeiteten Code vor Raubkopierern schützen wollen, nutzen diese Lockbits. Das Programmieren ist auch bei gesetzen Lockbits noch möglich. Der Bootloader-Bereich wird nicht durch die Lockbits geschützt.
BLB01, BLB02 Durch diese Bits kann der Code sogar vor dem Zugriff durch den Bootloader geschützt werden
BLB11, BLB12 Diese Bits schützen den Bootloaderbereich selbst

Wie man die Fusebits mit Bascom einstellt, wird im Beitrag Bascom - Erstes Programm in den AVR Controller übertragen erläutert.

--Frank 19:49, 29. Nov 2005 (CET)

Siehe auch

Weblinks

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