Есть одна замечательная микросхемка — FT2232D. Это конвертер USB-UARTx2. Удобно когда надо получить два UART хвоста из одного USB провода. Но это семечки по сравнению с тем, что в эту микруху FTDI внедрили мощную аппаратную поддержку MPSSE (Multi-Protocol Synchronous Serial Engine), что позволяет на одной только этой микрухе реализовать кучу разных интерфейсов вроде SPI или JTAG.
Что дает просто широчайший простор под построение разнокалиберных программаторов под все что угодно. На данный момент я видел схемы для прошивки AVR, ARM, Altera и бог еще весть чего.
Теоретически, с ее помощью можно прошить что угодно, была бы программная поддержка и открытый и задокументированный протокол.
Поэтому, под такую няшечку, я не обломался и сделал универсальную платку, которая в последствии, путем навеса мезонинных платок будет превращаться в разные прошивальщики и отладчики.
Готовую программу надо каким-либо образом запихать в контроллер. Для этого существует множество способов.
JTAG/SWD адаптер
Так как часто для отладки под ARM используется JTAG, то этот метод получается наверное самым популярным. Для этой цели используется какой-либо адаптер. Например я использую так что показывать буду на его примере. Там все просто — подключаешь адаптер к контроллеру стандартным SWD или JTAG шлейфом. Через линии NRST/TDI/TDO/TCK/TMS для JTAG или через SWO/SWOCLK/SWDIO/NRST для SWD режима. На адаптере моей верси CoLinkEX оба эти разьема выведены на одну колодку, так что получается как бы сразу и JTAG и SWD соединение. А там какое надо такое и выбираешь. Особой разницы в отладке/прошивке между ними нет.
Либо используя утилитку CoFlash oт CooCox.com
Одним из серьезных достоинств контроллеров AVR является дикое количество прерываний. Фактически, каждое периферийное устройство имеет по вектору, а то и не по одному. Так что на прерываних можно замутить кучу параллельных процессов. Работа на прерываниях является одним из способов сделать псевдо многозадачную среду.
Идеально для передачи данных и обработки длительных процессов.
Для примера покажу буфферизированный вывод данных по USART на прерываниях.
В прошлых примерах был такой код:
// Отправка строки
void SendStr(char *string)
{
while (*string!="\0")
{
SendByte(*string);
string++;
}
}
// Отправка одного символа
void SendByte(char byte)
{
while(!(UCSRA & (1< Данный метод, очевидно, совершенно неэффективен. Дело в том, что у нас тут есть тупейшее ожидание события — поднятие флага готовности USART. А это зависит, в первую очередь, от скорости передачи данных. Например, на скорости 600 бод передача каких то 600 знаков будет длиться 9 секунд, блокируя работу всей программы, что ни в какие ворота не лезет. Как то раз мне потребовалось устройство способное соединяться с удаленным сервером и пересылать байты. Конечно, для этих целей можно использовать компьютер, но это громоздко и неудобно, да и надежность такой системы оставляет желать лучшего — слишком сложное устройство. Другое дело микроконтроллер, например Microchip PIC, MSC-51 или Atmel AVR — простой, надежный, потребляет минимум энергии и способен надежно выполнить узкий круг поставленных задач. Например, мониторинг сигнализации через Internet или Ethernet сеть. Всё бы хорошо, но тут появляется очередная проблема — протокол TCP/IP. Реализовать на AVR или PIC стек протоколов TCP/IP задача выполнимая, но требует времени, а время, как известно, деньги. Надо было срочно и с минимальным геморроем. И вот тут мне на помощь пришел интерфейсный модуль Ethernet — RS232. Прикупил я себе парочку модулей HM-TR433
. Так, помучить. Стоит такая радость на данный момент порядка 800рублей. Это трансивер, то есть он может как принимать, так и передавать. Мало того, тут стоит управляющий контроллер, который сам кодирует информацию, загоняет ее в радио канал и декодирует пойманное. То есть, по сути, мы получаем удлинитель UART и всякие проблемы вроде шума после пропадания несущей, какие были в связке HM-T433/HM-R433
нас уже не волнуют. Один минус — канал полудуплексный, то есть синхронный прием и передача невозможны, только по очереди. Но это не велика проблема — зачастую полудуплекса хватает за глаза. Существует две модификации этого модуля. Одна имеет окончание TTL другая RS232. Разница лишь в уровнях и в том, что в первую китайцы забыли впаять MAX232 и обвязку из конденсаторов, зато поставили перемычки. Так что имея прямые руки и нужный инструмент можно из TTL сделать RS232 и наоборот. Впрочем, по цене они копейка в копейку идут. Такс, в порядке работы над коммерческим проектом (и не спрашивайте о каком — не скажу), который сожрал все мое свободное время огромной зазубренной ложкой, раскурил до самого пепла радиомодули HopeRF HM-R433/HM-T433
. Сегодня собрал полудуплексную схему на четырех модулях и провел сеанс дальнобойной приемо-передачи.
Итак, что из себя представляла установка:
Блок А:
Блок Б:
Условие передачи:
При первоначальных испытаниях сея железка показала себя с лучшей стороны, но вот на практике вылезли не просто баги, а прям гигантские тараканы убийцы. Казалось бы, чему там работать не так? А, как оказалось, есть чему. Точнее это не баги, а особенности, о которых производитель самым подлым образом умолчал в даташитах. Знай я о них я бы еще подумал стоит ли их покупать. Итак:
Несущая Ждущий режим
Совместная работа
Баги при передаче
В числе прочих ништячков, помимо ультразвукового дальномера мне в посылке из Терры пришли еще и радиомодули. Hope HM-T433
и Hope HM-R433
На передачу и на прием, соответственно. Сам модуль представляет из себя крошечную платку 15х25 мм
с торчащим из нее разъемом. У передатчика разъем трехконтактный — GND, DATA и Vcc
у приемника есть еще вход ENABLE
при подаче на который высокого уровня разрешается прием. Возникла у меня необходимость забабахать себе девайсину, чтобы можно было с его помощью раздавать байты по i 2 c
и UART
, а также принимать байты по этим же протоколам и выдавать на экранчик. Как по одному, так и пачками. Этакий дебаггер.
Ну а чо, сказано сделано. Воткнул ATMega8535
— первая которая под руку подвернулась из многоногих. Вывел все что только можно наружу, присобачил небольшую клавиатурную матрицу 4х4 и LCD экранчик
. Экранчик мелкий WH0802A
8х2 символа, но уж какой был. Других у нас в продаже не встречал, а под заказ везти лень. Да и, думаю, там и не надо больше. А раз уж пошла такая пьянка, то до кучи вывел наружу пару каналов ШИМ
, да пару входов АЦП
. Ну и SPI
заодно — гулять так гулять. Там же можно и Dallas
1-wire
проткол организовать, приделать частотомер, индикатор сигнала, вольтмер и вообще можно много чего наворотить, было бы желание. Опять же, линий на вход/выход получается дофига, так что из нее можно сделать головной блок умного дома или контроллер чего нибудь. Корпус взял халявный, PAC-TEC
‘овский который намутил года два назад. Вот и пригодится коробочка:) Надо сказать, PAC-TEC
делает просто изумительные коробки. Не чета тому говну, что продается в наших радиомагазинах. Не скрипят, не люфтят, крепко сбиты, ладно скроены и выглядят круто. Где бы их еще продавали у нас. Пока только плату развел, еще некоторых деталей не хватает. На днях вытравлю плату, соберу и буду программировать. Вот тогда будет вам и примеры живого кода и подробное описание SPI
, i2c, UART,
клавиатура и LCD
. Кстати, обратите внимание как легко матрицировать обычные тактовые кнопки. А все благодаря тому, что у них четыре попарно соединенных вывода. Пока же, раз все еще в виде чертежа, набрасывайте в комменты свои идеи по поводу фич будущего девайса. Пока писал статью про UART пришла в голову одна извращенная идея — на базе UART же можно организовать самый натуральный низкодискретный ШИМ!
Достаточно только сделать где-нибудь в памяти переменную, куда мы будем совать число с заданной скважностью нулей и единиц, а по прерыванию опустошения буфера это число снова пихать в регистр UDRE. Таким образом, генерация ШИМ будет самопроизвольной, без лишних телодвижений. Правда можно получить всего 10 разных значений ШИМ, но зато нахаляву!!! Для тех кто не понял как, приведу числа которые надо будет непрерывно слать через UART: 00000000 — 1/10 Да и частоты там можно получить нефиговые! Почти каждый микроконтроллер имеет на борту универсальный последовательный интерфейс — UART
. AVR
тут не исключение и поддерживает этот протокол в полном обьеме полностью аппаратно. По структуре это обычный асинхронный
последовательный протокол, то есть передающая сторона по очереди выдает в линию 0 и 1, а принимающая отслеживает их и запоминает. Синхронизация идет по времени — приемник и передатчик заранее договариваются о том на какой частоте будет идти обмен. Это очень важный момент! Если скорость передатчика и приемника не будут совпадать, то передачи может не быть вообще, либо будут считаны не те данные. Протокол
В конце байта, перед стоп битом, может быть и бит четности. Который получается если поксорить между собой все биты, для контроля качества передачи. Также может быть два стопа, опять же для надежности. Битов может быть не 8, а 9. О всех этих параметрах договариваются на берегу, до начала передачи. Самым же популярным является 8 бит, один старт один стоп, без четности. Причем с самим протоколом можно не заморачиваться — все реализовано аппаратно. Разве что захочется завести второй UART, тогда придется делать его программно. По такому же протоколу работает COM порт компьютера, разница лишь в разнице напряжений, поэтому именно этот протокол я буду использовать для связи микроконтроллера с компом. Для преобразования напряжений можно использовать RS232-TTL конвертер.
COM
порт. Но есть тут одна проблема — дело в том, что комповый RS232
он за логические уровни принимает +/- 12
вольт, а UART
работает на пятивольтовых уровнях. Как их совместить? Для этого существует несоколько вариантов схем преобразователей уровня, но самая популярная это все же на специальном преобразователе RS232-TTL
. Это микросхема MAX232
и ее аналоги. Кстати, существует еще и MAX3232
это то же самое, но на выходе у него не 5вольт TTL, а 3.3 вольта TTL. Её используют для низковольтных контроллеров. Я себе сделал один такой универсальный шнурочек, чтобы к контроллерам цепляться было удобно по UART
. Для общей компактности всю схему запихал прям в разъем, благо у меня были ST232
в soic корпусе. Получилась платка не больше рублевой монеты. Так как под рукой не было мелких SMD конденсаторов, то пришлось напаять кондеры сверху, кто во что горазд. Главное работает, хоть и не очень красиво вышло. Если сомневаешься, что у тебя получится столь мелкий монтаж, то я тебе развел плату на стандартный PDIP корпус. Размером она будет со спичечный коробок, зато мельчить не надо. После сборки проверяется просто:
Дальше открваешь любую терминалку, хоть Hyper Terminal
, цепляешься к порту и начинаешь посылать байты, они должны тотчас возвращаться обратно. Если этого не произошло — проверяй схему, где то косяк. Если работает, то дальше все просто. Тот провод который идет от ножки 9 микросхемы MAX232
это передающий вывод
, его заводи на ногу RxD
контроллера. А тот который с ножки 10 — принимающий
, его смело сажай на вывод TxD
контроллера. Плата сделана была методом ЛУТ , в одном месте по моему недосмотру толщина просвета оказалась 0.05мм, протравилась, но со спайками, пришлось процарапывать. А в целом с первого раза ать и никаких проблем. Аж сразу захотелось сделать что нибудь маленькое маленькое, нафаршированное нафаршированное:) В этом уроке я расскажу про UART интерфейс в микроконтроллерах AVR и про работу с ним в . UART это универсальный асинхронный приёмопередатчик. Сам интерфейс достаточно распространён и имеется практически во всех AVR микроконтроллерах, исключения лишь составляет микроконтроллер Attiny13 и еще некоторые. Передача данных осуществляется по биту в равные промежутки времени, этот промежуток времени задаётся скоростью в бодах, вот например стандартные скорости: 4800 бод, 9600 бод, 19200 бод, 38400 бод и т.д. Следует также учесть, что скорость должна быть одинаковой с обеих сторон подключения. Кстати приёмник и передатчик работают независимо. Подключение UART осуществляется по трём линиям: RXD – приём, TXD – передача и GND – общий (минус). Подключать UART надо, так сказать "наоборот" RXD к TXD, а TXD к RXD как на картинке ниже: С помощью UART также можно можно связать микроконтроллер и компьютер, но есть одна проблема: у UART интерфейса логические уровни 0 и +5 вольт, а в компьютере логические уровни в интерфейсе RS-232 могут быть от -25 до -3 вольт и от +3 до +25 вольт. Решить эту проблему нам поможет конвертер уровней, его можно собрать на транзисторах, а лучше использовать специальную микросхему MAX232. Вот самая распространенная схема подключения MAX232: Прежде всего, перед началом работы с UART нужно указать скорость в бодах, делается это командой: $baud =
(скорость). Например: $baud = 9600
.Также не забываем указывать реальную частоту тактового генератора командой $crystal =
(скорость Hz), в ином случае скорость работы программы будет не совпадать со скоростью работы микроконтроллера и в итоге приём или передача данных будет неверная. Пример написания команды $crystal
на частоту 8МГц: $crystal = 8000000
. Кстати, имеет смысл открыть окно настроек в BASCOM-AVR (Options>Compiler>Communications): В этом окне настроек вы можете указать скорость работы UART, тактовую частоту тактового генератора и посмотреть процент ошибок при выбранной тактовой частоте. Но лучше указывать скорость и тактовую частоту непосредственно в самой программе. Кстати процент ошибок при тактовой частоте в 4МГц очень мал (0.16%), но все, же есть. Если вы хотите чтобы процент ошибок был нулевой надо подобрать такую тактовую частоту, которая будет кратна скорости работы UART. Например, при тактовой частоте 3.6864 МГц и скорости работы UART в 115 200 бод процент ошибок будет нулевым. И так, после указания тактовой частоты и скорости работы UART можно приступить к работе с самим интерфейсом. Чтобы послать, что-либо в UART есть команда Print
(переменная или текст в кавычках), вот пример её использования: Print "Hello, world!"
. Кроме текста в кавычках можно выводить и переменные, причём сразу несколько разделяя точкой с запитой, например: Print "Weight:" ; a ; "kg"
или так Print "Hello," ; "world!"
. Также с UART можно и принять, делается это командой Input
(текст или переменная в кавычках для посылки),
(переменная, куда записывать полученные данные). Как видим всё очень просто: сначала пишем в кавычках текст, который передастся в UART, а потом указываем переменную, в которую запишутся данные полученные данные из UART. Вот пример: Input "Weight:", a
Ну а теперь попробуем "порулить" UART на практике, сначала соберём простую схему: Потом наберём простую программку, (используя полученные знания) и откомпилируем её. Вот и она:
$crystal = 8000000
$baud = 9600
Dim A As Byte
Print "Hello, world!"
Print "Hello http://сайт"
Input "Size:" , A
Print "Size=" ; A ; "bytes"
End
А работать эта программка будет так: сначала будет посылать в UART текст, а потом будет ждать приёма данных (в данном случае числа) которые запишутся в переменную a
и позже пошлёт текст вместе с переменой. Для тех, кому лень компилировать, в файлах к уроку есть готовая прошивка. Прошиваем микроконтроллер, подключаем выводы микроконтроллера RXD, TXD (подключаем, как я писал выше) и GND к COM порту компьютера (через конвертер уровней) или к USB (USB – UART переходник), открываем на компьютере программу для работы с COM портами, например: Terminal by Bray, Hyper Terminal или Terminal emulator в BASCOM-AVR, указываем COM порт к которому подключились, указываем скорость в бодах, смотрим в окно программы, подаём питание на микроконтроллер и радуемся. Необходимо также учесть, что после прошивки микроконтроллера необходимо установить фьюз биты на нужную нам тактовую частоту генератора в данном случае (для программки выше) на 8МГц. На 8МГц можно использовать внутренний тактовый генератор микроконтроллера и установить фьюз биты вот так (для ). Раз уж я буду использовать UART для связки устройств блога с Вашими проектами немного расскажу как он устроен и как им пользоваться. Универсальный асинхронный приемопередатчик (UART) довольно старый и распространенный интерфейс. До недавнего времени разъем COM порта (тот-же UART только уровни напряжения другие) был обязательным атрибутом каждого компьютера. Теперь COM порт постепенно «отмирает» и если на «башнях» он еще не редкость, то на ноутбуках его уже нет и в помине. Но в виду простоты и популярности интерфейса подавляющее большинство микроконтроллеров имеет UART в составе своей периферии. И если персональный компьютер UART перестает удовлетворять из-за низкой скорости и невозможности расширения, то для микроконтроллеров интерфейс удобен и использование его будет продолжаться. где: Если посылка содержит более одного байта, каждый следующий байт передается отдельным кадром. Передача (и прием) данных ведется на определенных фиксированных частотах (измеряется в Бод=бит/сек) от 600 до 128 000 Бод. Условием правильной работы порта есть задание одинаковых параметров, как для приемника, так и для передатчика (скорость, количество бит данных, бит четности, количество стоп битов). Договоримся о формате кадра (настройках UART) для устройств блога: Еще UART может работать в синхронном режиме (для этого задействуется еще одна ножка контроллера) и поддерживать адресацию множества устройств. Но так как наши устройства несложны и нам не нужны данные функции, то рассматривать мы их не будем. Если нужны дополнительные возможности, то полное описание UART есть в datasheet на микроконтроллер – обращайтесь к нему. Для того чтобы устройство с блога начало работать с Вашим проектом через интерфейс UART нужно: Теперь рассмотрим подробно каждый пункт:
1 СОЕДИНЕНИЕ УСТРОЙСТВ ПОСРЕДСТВОМ UART.
Тут все просто: 2 НАСТРОЙКА ПРИЕМО-ПЕРЕДАТЧИКА UART.
Как мы договорились выше, формат кадра для наших устройств: Для начала — Algorithm Builder
. Жмем «ОК»
. Готово – UART проинициализирован и готов к работе. Так как в программе будут разрешены прерывания, нужно перед инициализацией USART установить указатель стека на конец памяти («S»
/Stack Pointer SP
) и озаглавить вершину блока ключевым словом «Reset
». В ассемблере.
Честно говоря, я не знаю, есть ли в асемблерах для AVR настройщики периферии, но даже если нет, простое решение использовать все тот же Algorithm Builder. В окошке настройки USART, в правой части, прописаны мнемокоманды (Operations), обеспечивающие выбранные характеристики. Перевести их в ассемблерный код не составит труда. Переводим в ассемблерные команды. ;USART initialization
;Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, Even Parity
;USART Receiver: On
;USART Transmitter: On
;USART Mode: Asynchronous
;USART Baud Rate: 9600
uart_init: LDI R16, $00
OUT UBRRH,R16
LDI R16, $33
OUT UBRRL,R16
LDI R16,$26
OUT UCSRC, R16
LDI R16,$00
OUT UCSRA, R16
LDI R16,$98
OUT UCSRB, R16 CodeVision содержит свой настройщик периферии (CodeWisard), еще похлеще чем у Algorithm Builder’а. Для генерации настроек UART, нажимаем на значок шестеренку (CodeWisardAVR
) на панели инструментов. В открывшемся окошке сначала выбираем вкладку Chip
в ней выбираем микроконтроллер и устанавливаем частоту, с которой будет работать задающий генератор. Далее выбираем и заполняем вкладку USART
в соответствии с нужными характеристиками (если нужен только приемник или только передатчик ставим соответствующую галочку). // USART initialization
// Communication Parameters:
// 8 Data, 1 Stop, Even Parity
// USART Receiver: On
// USART Transmitter: On
// USART Mode: Asynchronous
// USART Baud Rate: 9600
UCSRA=0x00;
UCSRB=0x98;
UCSRC=0x26;
UBRRH=0x00;
UBRRL=0x33; Сохраняем сгенерированный проект (File\Generate, Save and Exit
) — готово. Создан проект со всеми нужными установками для UART. В проекте инициализируется и другая периферия (зачастую не нужная). После создания проекта его можно подкорректировать – удалить все не нужное. 3 СОЗДАНИЕ ПРОЦЕДУР ОБРАБОТКИ СООБЩЕНИЙ UART.
Небольшое отступление.
В дальнейшем я буду ориентироваться на такой алгоритм работы, если другой не будет более оправданным. Algorithm Builder. Если работа с принятым значением несложна можно это сделать прямо в теле обработки прерывания. Ассемблер. ;Обработка прерывания по окончании приема байта
PUSH R16
IN R16,SREG
PUSH R16
IN R16,UCSRA ;Читаем статус из UCSRA
IN R17,UDR ;Читаем данные из UDR
ANDI R16,$1C
BREQ _END ;Проверяем на ошибки
CLR R17
_END:
;в R17 находится принятый байт
POP R16
OUT SREG,R16
POP R16
RETI Передача байта LDI R16,значение
SBIS UCSRA,UDRE
RJMP PC-1 ; ждем готовности принять байт
OUT UDR, R16 ; шлем байт С — в программе CodeVisionAVR
. // Глобальная переменная - полученные даные от устройства
// Эсли FromGCnDevice==0 - ничего не получено
char FromGCnDevice;
// Обработка прерывания окончания приема байта
interrupt void usart_rx_isr(void)
{
char status;
// Получаем байт статуса и данных
status=UCSRA;
FromGCnDevice=UDR;
// Если произошла ошибка при приеме байта то FromGCnDevice=0
if ((status & (FRAMING_ERROR | PARITY_ERROR | DATA_OVERRUN))!=0)FromGCnDevice=0;
}
// Процедура передачи байта
void ToGCnDevice (char c)
{
// Ждем окончания передачи предідущего байта
while ((UCSRA & DATA_REGISTER_EMPTY)==0);
// Передаем байт
UDR=c;
} Во и все про UART. Этого должно хватить для того чтобы подключить устройство к Вашему проекту. По анологии приведенных примеров легко все можно проделать и для других микроконтроллеров АВР. P.S. Я слабо знаю С и Asm, поэтому пинать и кидать тапками — разрешается! Мы все учимся. Инициализируется
(Visited 10 796 times, 2 visits today) UART микроконтроллеров AVR.
Одним из самых распространенных протоколов взаимодействия микроконтроллера с внешними устройствами является UART
(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter
) - Универсальный асинхронный приёмопередатчик
. Данный протокол аппаратно реализован в большинстве микроконтроллеров AVR
, что позволяет разработчику не вдаваться в особенности реализации данного интерфейса. Для его использования достаточно настроить всего несколько регистров! Рассмотрим кратко принцип работы UART
.
Данный протокол является последовательным, то есть данные идут строго друг за другом, что в некоторой мере ограничивает скорость работы. Так как протокол является асинхронным, приемник и передатчик должны работать строго на одной частоте, которую необходимо настроить ещё до начала работы. При передаче байта передатчик изначально выставляет логический 0 на выводе TX
(Transmitter
). Это так называемый старт-бит, означающий начало передачи. После этого передатчик выставляет биты передаваемого байта через определенные промежутки времени, заданные частотой. Далее может быть передан бит четности, который служит для проверки качества передачи. Когда переданы все биты, выставляется стоп-бит, то есть логическая 1 на линии передачи. Число стоп-битов может быть различным:1
;
1
,
5
;
2.
Огромным плюсом данного интерфейса является возможность его использования для настройки связи с ПК. Для этого необходимо изготовить UART
—RS
232 или UART
—USB
переходники, основанные на микросхемах MAX
232 и FT
232RL
соответственно. Подробнее о переходниках здесь.
За работу с UART
(на самом деле USART
, о
днако, для нас это сейчас не важно) отвечают следующие регистры:
UDR
- Регистр данных
UART
. При передаче в него записываются данные, которые необходимо отправить, а при чтении — принятые данные. Всё просто.
UCSRA
- Регистр контроля и статуса
UART
.
Рассмотрим биты данного регистра подробнее: UCSRB
-
Регистр контроля и статуса
UART
.
UCSR
С
-
Регистр контроля и статуса
UART
.
Регистры UBRRL
и UBRRH
отвечают за настройку скорости работы приемопередатчика. Следует помнить, что при работе с регистром UBRRH
бит URSEL
должен быть равен 0. Для получения необходимой скорости работы UART
значение UBRR
(Пары регистров UBRRH
и UBRRL
) рассчитывается по следующей формуле: UBRR = (F
osc
/(B*16))-1
Где,
F
osc
- частота работы микроконтроллера (Гц). B
- необходимая скорость работы UART
(Бит/сек). Например, необходимо настроить скорость передачи 9600 бит/ сек при работе микроконтроллера на частоте 8 МГЦ(8000000 Гц). UBRR
= (8000000/(9600*16))-1 = 51.083333 Округляем до целого числа, то есть до 51.И уже данное число записываем в регистры UBRRL:UBRRH. Урок получился достаточно объемным, поэтому практическую реализацию протокола UART
на микроконтроллерах AVR
рассмотрим в следующем уроке. Любое копирование, воспроизведение, цитирование материала, или его частей разрешено только с письменного согласия администрации MKPROG
.RU
. Незаконное копирование, цитирование, воспроизведение преследуется по закону!
Задача стандартная, поэтому предложений на рынке готовых модулей предостаточно, однако не стоит торопиться. Тут есть ряд тонкостей, связанных с особенностями работы данных устройств. Например, подавляющее большинство модулей может работать исключительно в роли сервера, которому требуется выделенный IP адрес. Устройство-клиент работает только с специализированным софтом, как правило под Windows, и открывает виртуальный COM порт который соединяется с удаленной системой (UART — Ethernet модуль) и обеспечивает обмен данными. Не самый удобный вариант. Для моей задачи данная конструкция была совершенно непригодна. Поэтому я начал искать дальше, вскоре был обнаружен замечательный модуль EG-SR-7100
, а потом и его более новая модификация WIZ100SR
. Почитал характеристики — оно! Все для решения моей задачи! 
Блок Б дает десятибайтный пакет блоку А, тот, убедившись, что пакет принят без искажений, шлет подтверждение обратно на блок Б, те же десять байт. Блок Б, получив подтверждение зажигает зеленый диод. Передача идет с обрывом несущей. Т.е. после отправки пакета передатчик вырубается полностью.
Приемник ловит изменение несущей, которую генерирует передатчик. А если не будет передатчика, что будет ловить приемник? По идее не должен ловить ничего, а что на практике? А на практике дикий срач!!! Натурально белый шум по всему диапазону от 0 до 255. Фигасе бага, да? Но ладно, хрен с этим белым шумом, его, в конце концов, можно фильтровать, отслеживать в нем наличие чего либо разумного и лишь после начинать прием.
У передатчика, к моему, а также ряда внимательных читателей, удивлению нет входа Enable.
У приемника то есть. Редкостный бред, особенно ввиду того, что спустя 70mS простоя на линии DATA передатчик впадает в спячку
и… правильно, отрубает несущую — на выходе приемника начинается в этот момент жуткий срач. Так что либо шли данные непрерывным потоком, либо перед каждой посылкой шли идентификационный пакет. А еще не забыв предупредить приемник о том, что передача закончена и дальше ловить нечего.
Тут все просто, два передатчика одновременно работать не могут. От слова совсем. Либо по отдельности, либо никак. Это было ожидаемо и это надо учитывать.
Но что меня больше всего добило, так это баги. Если с первые три пункта можно учитывать и обрабатывать программно без лишних заморочек, то со последним уже все гораздо веселей.
два дополнительных значения мы получим за счет старт и стоп битов.
00000001 — 2/10
00000011 — 3/10
00000111 — 4/10
00001111 — 5/10
00011111 — 6/10
00111111 — 7/10
01111111 — 8/10
11111111 — 9/10
Красота!=)))))
Вначале передатчик бросает линию в низкий уровень — это старт бит
. Почуяв что линия просела, приемник выжидает интервал Т1 и считывает первый бит, потом через интервалы Т2 выковыриваются остальные биты. Последний бит это стоп бит
. Говорящий о том, что передача этого байта завершена. Это в самом простом случае.
Практически каждая фирма делает свой преобразователь, так что тут сгодится и ST232
, и ADM232
, и HIN232
. Схемка простая как три копейки — вход, выход, питание и обвязка из пяти конденсаторов. Конденсаторы обычно ставятся 1uF
электролиты, но в некоторых модификациях ставится 0.1uF
керамика. Я везде впаивал 0.1uF
керамику и обычно этого хватало. :) Работает как часы. Если же на высоких скоростях будет глючить, то надо будет повышать емкость.
Втыкается в разъем COM
порта. Подается 5 вольт питания на схему, а затем замыкаешь Rx
на Tx
(у меня это зеленый и желтый провода). 
Работа с UART в BASCOM-AVR
Работа с UART на практике
Раз UART есть во многих микроконтроллерах, значит мы его будем использовать как один из интерфейсов связи устройств блога с Вашими электронными устройствами.
Для начала немного теории работы интерфейса
(без лишних подробностей). Для связи по интерфейсу UART используется две ножки контроллера RXD
– для приема сообщений (Receiver) и TXD
– для передачи сообщений (Transmitter). UART — полнодуплексный интерфейс. Это значит, что приемник и передатчик работают независимо друг от друга. Более того, передатчик или приемник можно отдельно отключить, освободив ножку контроллера для других нужд. Передача (соответственно и прием) сообщений осуществляется фиксированными пакетами битов (такой пакет называют кадром). Кадр состоит из старт-бита
(с него начинается каждый кадр), битов данных
(может быть от 5 до 9 бит), бита проверки четности
(проверка правильности передачи данных) и одного или двух стоп-битов
(сигнал об окончании кадра).
IDLE
— ожидание обмена — должна быть 1
;
St
— Старт-бит — всегда 0
;
(n)
— Биты данных — может быть от 5 до 9 бит;
P
— Бит четности;
Sp
— Стоп бит — всегда 1.
Скорость передачи – 9600
(это в пределах килобайта в секунду);
Количество бит данных – 8
(наиболее удобно работать);
Бит четности – Even
(производится проверка на четность);
Количество стоп-бит – 1;
В сокращенном варианте это выглядит так:
Baud Rate: 9600, 8 Data, 1 Stop, Even Parity
1 Подключить устройство блога к соответствующим ножкам микроконтроллера.
2 Настроить приемо-передатчик UART Вашего контроллера. Для этого в соответствующие порта ввода/вывода записать определенные значения.
3 Иметь (написать) процедуры приема/передачи сообщений по UART в Вашей программе.
— если планируется и прием и передача — устройства соединяются по двум линиям — TX_устройства с RX_проекта и TX _проекта с RX_устройства (здесь и далее под «устройством» я буду понимать устройство с блога, а под «проектом» — Ваш электронный проект);
— если нужен только прием (например принимаются данные с клавиатуры) — TX_устройства с RX_проекта;
— если нужна только передача (например передаются данные на устройство отображения) — TX _проекта с RX_устройства.
Baud Rate: 9600, 8 Data, 1 Stop, Even Parity
Для работы в с этим форматом кадра нужно в разделе инициализации устройств в Вашей программе, записать соответствующие значения в нужные порта ввода/вывода контроллера. Для этого нужно открыть раздел USART datasheet’а на Ваш микроконтроллер и выбрать/вычислить необходимые значения. Но можно сделать все гораздо проще – использовать автоматические настройщики периферии – CodeWisard’ы.
Возьмем для примера микроконтроллер Attiny2313 (по аналогии можно настроить любой микроконтроллер) и настроим UART в разных языках программирования.
Тут все предельно просто – создаем проект (Файл/Новый
). Выбираем микроконтроллер и частоту задающего генератора в Опции/Опции проекта…
(ATtiny2313, внутренний задающий генератор на 8МГц). В панели инструментов жмем кнопочку «S»
— настройщик управляющих регистров» выбираем USART
и в открывшемся окошке заполняем все как на картинке. Там все подписано и понятно.
Если нужен только приемник или только передатчик ставим только нужную галочку – незадействованную ножку можно использовать как порт ввода-вывода.
;USART initialization
;Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, Even Parity
;USART Receiver: On
;USART Transmitter: On
;USART Mode: Asynchronous
;USART Baud Rate: 9600
uart_init:
LDI R16,
$
00
OUT
UBRRH,
R16
LDI R16,
$
33
OUT
UBRRL,
R16
LDI R16,
$
26
OUT
UCSRC,
R16
LDI R16,
$
00
OUT
UCSRA,
R16
LDI R16,
$
98
OUT
UCSRB,
R16
// USART initialization
// Communication Parameters:
// 8 Data, 1 Stop, Even Parity
// USART Receiver: On
// USART Transmitter: On
// USART Mode: Asynchronous
// USART Baud Rate: 9600
UCSRA=
0x00
;
UCSRB=
0x98
;
UCSRC=
0x26
;
UBRRH=
0x00
;
UBRRL=
0x33
;
Работу с UART можно организовать различными способами. Например:
— просто ожидать в теле программы когда придет сообщение, постоянно проверяя бит приема сообщения;
— разрешить прерывание и в теле прерывания обрабатывать сообщение;
— создать буфер куда по прерываниям будут загоняться сообщения, а уже в теле программы, «по свободе», считывать из буфера значения;
— еще куча вариантов – выбор за Вами.
Но
, исходя из того, что сообщения от устройств, в большинстве своем, единичные (один байт) и не слишком часты (взять, к примеру, клавиатуру – пару нажатий в секунду, не больше), наилучшим вариантом, в плане экономии памяти и скорости обработки, будет обработка сообщения UART в теле прерывания. Под обработкой я понимаю чтение регистров, проверка на правильность приема и сохранение принятого байта в глобальной переменной (своего рода буфер в один байт). Если предполагаются несложные манипуляции с принятым байтом можно их тоже организовать в теле прерывания.
Прием данных
осуществляется в процедуре обработки прерывания по окончании приема байта (кадра). Принятый байт записывается в глобальную переменную FromGCnDevice.
В теле программы проверяется значение FromGCnDevice ели оно нулевое ничего не принято.
Передача данных
производиться без использования прерываний и буфера (аппаратно у UART передатчика существует буфер на 2 байта). Это значит, что комфортно будут передаваться только единичные байты (что мы и планируем делать). Если зарядить сразу строку данных, то микроконтроллер будет заниматься только этой строкой.
Прием байта осуществляется в прерывании, результат остается в регистре r17 (если нужно сохраните в SRAM). ;Обработка прерывания по окончании приема байта
PUSH
R16
IN
R16,
SREG
PUSH
R16
IN
R16,
UCSRA ;Читаем статус из UCSRA
IN
R17,
UDR ;Читаем данные из UDR
ANDI R16,
$
1C
BREQ _END ;Проверяем на ошибки
CLR R17
_END:
;в R17 находится принятый байт
POP
R16
OUT
SREG,
R16
POP
R16
RETI
Тут все просто CodeWizard вместе с инициализацией UART создает и процедуры для приема-передачи. Единственно что можно тут поковырять так это выкинуть буфер для приема (если разрешить прерывания по приему или передаче автоматически создается буфер). Если этот буфер не нужен процедура обработки прерывания приема байта и процедура передачи могут выглядеть так: // Глобальная переменная - полученные даные от устройства
// Эсли FromGCnDevice==0 - ничего не получено
char
FromGCnDevice;
// Обработка прерывания окончания приема байта
interrupt [
USART_RXC]
void
usart_rx_isr(void
)
{
char
status;
// Получаем байт статуса и данных
status=
UCSRA;
FromGCnDevice=
UDR;
// Если произошла ошибка при приеме байта то FromGCnDevice=0
if
((status &
amp;
(FRAMING_ERROR |
PARITY_ERROR |
DATA_OVERRUN)
)
!=
0
)
FromGCnDevice=
0
;
}
// Процедура передачи байта
void
ToGCnDevice (char
c)
{
// Ждем окончания передачи предідущего байта
while
((UCSRA &
amp;
DATA_REGISTER_EMPTY)
==
0
)
;
// Передаем байт
UDR=
c;
}
Ниже оставляю архивы программ с примерами работы UART для ATtiny2313.
- Пример проекта созданного автоматически CodeWisionsAVR
- Пример программы для работы с UART в Algorithm Builder
