Как написать программу для контроллера

Что это? Программирование микроконтроллеров тесно связано с интернетом вещей. То есть вы пишите программу для компактного умного устройства, который управляет, к примеру, десятками девайсов в вашем умном доме или определенными процессами на производстве.

Как научиться? Чтобы научиться программировать микроконтроллеры, необходимо для начала разобраться в самой архитектуре этих устройств, понять, как они работают, выучить один из языков программирования. Всё это можно сделать на специальных курсах.

1. Что такое микроконтроллер
2. Классификация микроконтроллеров
3. 3 условия для программирования микроконтроллеров
4. Программы и алгоритмы для микроконтроллеров
5. Языки программирования микроконтроллеров
6. Быстрый способ начать программировать микроконтроллеры

Пройди тест и узнай, какая сфера тебе подходит:
айти, дизайн или маркетинг.
Бесплатно от Geekbrains

Что такое микроконтроллер

Эту микросхему (микроконтроллер) можно назвать ЭВМ, собранной на одном кристалле. Она также содержит процессор и периферийные устройства, оперативную память и ПЗУ. Такой однокристальный компьютер предназначен для управления периферией и вполне способен выполнять некоторые вычислительные функции.

Основы программирования контроллеров за 5 минут

В классическом исполнении ПК или телефон оснащен микропроцессором, у которого все вспомогательные модули (блок питания, таймеры, устройства ввода-вывода и др.), без которых невозможна его работа, находятся отдельно.

Микроконтроллер принципиально отличается тем, что в единую микросхему интегрированы не только ядро процессора и память, но и множество дополнительных устройств, предназначение которых состоит в решении различных задач. Между основными производителями подобных микросхем происходит даже негласное соревнование по количеству и функционалу периферийных устройств, а не по тактовой частоте или объёму памяти.

Развитие и программирование микроконтроллеров происходит одновременно с разработкой новых процессоров. Разработанный в далеком 1980 году Intel 8051 до сих пор можно увидеть даже в современных изделиях. Время от времени отличий между этими устройствами становилось меньше.

Бывало, что разрабатывались модели микроконтроллеров с внешним основным запоминающим устройством, и, наоборот, производители процессоров часто реализовывали интеграцию периферийных устройств на одном кристалле. Можно вспомнить, что ранние ПК оснащались вычислителями с вынесенным кэшем. Но, тем не менее эволюция осуществляется по двум независимым направлениям.

За последние 10 лет наибольшую популярность завоевали такие модели микроконтроллеров:

• 8-битные микроконтроллеры PIC фирмы Microchip Technology и AVR фирмы Atmel;
• 16-битные MSP430 фирмы TI;
• 32-битные микроконтроллеры, архитектуры ARM. Разработчики других компаний могут её приобрести и использовать как базу для конструирования своих наработок.

Для вас подарок! В свободном доступе до 18.06 —>
Скачайте ТОП-10

Учимся писать прошивки.

бесплатных нейросетей
для программирования
Помогут писать код быстрее на 25%
Чтобы получить подарок, заполните информацию в открывшемся окне

Такие интегральные устройства разработали и начали производить с целью значительно снизить размеры изделий, функционирование которых не требует больших вычислительных мощностей. Кроме этого, монтаж одного чипа обходится дешевле, чем сборка на плате нескольких отдельных элементов.

Но здесь есть, конечно, и свои ограничения. На современном технологическом уровне пока ещё невозможно на одном кристалле получить устройство, сравнимое по мощности и функциональным возможностям со сборками интегральных схем на довольно внушительных по размерам платах персонального компьютера.

• Тактовая частота колеблется около величины в 200 МГц (чаще даже ниже – не превышая 100 МГц).
• Объём ОЗУ и памяти программ составляет от нескольких десятков килобайт до 1 Мб.

Классификация микроконтроллеров

Устройства подразделяются по параметрам:

• разрядность;
• система команд;
• архитектура памяти.

Разрядность – это удельная величина количества информации, передаваемой за один цикл работы процессора или микроконтроллера. Это понятие неразрывно связано с понятием тактовой частоты — количества операций за единицу времени. Объединение всех элементов на одном кристалле породило проблему скорости передачи информации между процессором и другими устройствами на шине, так как любая пересылка данных не может происходить быстрее продолжительности одного такта.

Минимальное время на выполнение одной команды – это один такт. Единицей информации является бит (разряд). Поэтому чем больше можно передать таких разрядов, тем выше скорость процессора.

По разрядности различают:

Узнай, какие
ИТ-профессии входят
в ТОП-30 с доходом от 200 000 ₽/мес

Команда GeekBrains совместно с международными специалистами по развитию карьеры подготовили материалы, которые помогут вам начать путь к профессии мечты.

Подборка содержит только самые востребованные и высокооплачиваемые специальности и направления в IT-сфере. 86% наших учеников с помощью данных материалов определились с карьерной целью на ближайшее будущее!

Скачивайте и используйте уже сегодня:

Александр Сагун
Эксперт GeekBrains

Топ-30 самых востребованных и высокооплачиваемых профессий 2023

Поможет разобраться в актуальной ситуации на рынке труда

Подборка 50+ ресурсов об IT-сфере

Только лучшие телеграм-каналы, каналы Youtube, подкасты, форумы и многое другое для того, чтобы узнавать новое про IT

ТОП 50+ сервисов и приложений от Geekbrains

Безопасные и надежные программы для работы в наши дни

Скачать подборку бесплатно
Уже скачали 21243

Классификация по типу системы команд:

• RISC-архитектура, или вычислитель с комплектом редуцированных команд. Этот подход к проектированию процессоров с целью повышения их скорости за счет упрощения декодирования инструкций позволяет повысить тактовую частоту. Часто UNIX-системы работают на устройствах с этой архитектурой.
• СISC-архитектура (complexinstruction set computer) характеризуется нефиксированным значением длины команд и небольшим количеством регистров, имеющих жестко заданный набор функций. Классическим примером является процессоры Motorola MC680x0. Некоторые процессоры Intel совместимы с СISC, но у них всё же RISC-ядро, и их можно отнести к гибридным.

• Архитектура Фон-Неймана – это принцип одновременного хранения в ячейках памяти и данных. Недостатком такого принципа является ограничение пропускной способности между вычислителем и памятью. Отчасти такая проблема решается кэшировнием, но оно приводит к усложнению всей архитектуры и вызывает когерентность памяти. Основы были заложены Нейманом в 1944 году.
• Гарвардская архитектура. Отличается от предыдущей тем, что для хранения инструкций и данных предназначены отдельные физические устройства. По такому же принципу построены каналы данных и команд. Была разработана Говардом Эйкеном в конце 30-х годов 20 века.

Применение систем на микропроцессорах позволило значительно уменьшить габариты устройств при одновременном увеличении функционала. Выбор компонентов, различных по архитектуре, разрядности, объёму и типу памяти, оказывает влияние на итоговую цену всего устройства. В условиях серийного и массового выпуска стоимость значительно снижается.

3 условия для программирования микроконтроллеров

Условие №1: Готовность к реализации поставленной задачи

Без этого ничего не получится. Даже закончив курсы по программированию микроконтроллеров, без настойчивости в решении возникающих проблем, невозможно получить положительные результаты.

Условие №2: Иметь понятие о структуре микроконтроллера

Без чёткого представления принципа действия этого устройства вряд ли получится освоить даже азы программирования микроконтроллеров. Не стоит, конечно же, изучать его строение до уровня эксперта, но основы должны быть достаточно хорошо изучены.

Условие №3: Уверенное знание инструкций управления микроконтроллером

Микроконтроллер не может работать без полученной команды. Программирование микроконтроллеров с нуля начинается с изучения этих инструкций, которых насчитывается свыше 130 единиц. Не следует зубрить все из них без исключения, так как некоторые команды часто дублируют друг друга.

Но первыми шагами в программировании микроконтроллеров для начинающих будет освоение управляющих инструкций, без которых не получить красивый и лаконичный код. Зная команды управления, вы заставите работать устройство в соответствии с вашими желаниями.

Программы и алгоритмы для микроконтроллеров

Программа

В основе программирования микроконтроллеров лежит набор выполняемых в определённой последовательности инструкций. Это и есть программа (в переводе с греческого это слово означает – “запись”), которая, по сути, является последовательными шагами определённого алгоритма действий. Руководствуясь этими предписаниями, устройство и будет осуществлять те или иные действия.

В качестве практического программирования микроконтроллеров рассмотрим следующий тривиальный случай: нам необходимо, чтобы светодиод начал мигать. Для этого необходимо с помощью команд «рассказать» управляющему устройству последовательность выполняемых им манипуляций, то есть написать программу.

Что-то вроде такого:

• подготовить вывод микроконтроллера, к которому подключен светодиод для работы;
• осуществить подачу логического уровня, который позволит светодиоду начать излучение в видимом диапазоне.

• выполнить подпрограмму, формирующую задержку, значение которой необходимо указать;
• после завершения подпрограммы паузы сделать возврат в основную программу.

• подать на вывод микроконтроллера логический уровень, гасящий светодиод. Указать число итераций.

Понятие «Программа» тесно связано с другим термином – «Алгоритм».

Алгоритм является совокупностью точно заданных правил, задающих порядок их выполнения для решения определённых задач

Алгоритм – набор инструкций, описывающих порядок действия для достижения нужного результата. Одна и та же совокупность правил в разных средах программирования микроконтроллеров может быть реализована неодинаковыми методами.

Отличие алгоритма от программы состоит в том, что он определяет общий порядок действия устройства, который потом и находит подробнейшее воплощение в коде. По аналогии с вышеприведенном примером:

• Активировать светодиод.
• Сделать паузу.
• Деактивировать светодиод.

Только до 19.06
Скачай подборку тестов, чтобы определить свои самые конкурентные скиллы
Список документов:

Тест на определение компетенций

Чек-лист «Как избежать обмана при трудоустройстве»

Инструкция по выходу из выгорания

Чтобы зарегистрироваться на бесплатный интенсив и получить в подарок подборку файлов от GeekBrains, заполните информацию в открывшемся окне

В самом широком смысле алгоритм является универсальным описанием процесса, который уже при помощи различных языков воплощается в программе. И чем подробнее составлен набор инструкций, тем легче потом будет его кодировать.

Языки программирования микроконтроллеров

К большому сожалению электронные устройства не понимают человеческую речь. Все команды должны быть переведены на понятный им язык.

Инструкции, воспринимаемые микроконтроллером, имеют вид последовательности единичек и нулей:

• 00110101 011000100

Это код команд. Для того чтобы перевести наши слова в этот вид, существуют специальные программы.

Они помогают описать в понятных нам терминах порядок работы устройства, а затем представить этот алгоритм в виде, доступном пониманию микроконтроллера. В итоге получается машинный код, то есть последовательность команд в виде опкода (двоичное исчисление). Программа, написанная человеком на одном из языков, называется исходным кодом. Перевод программы с исходного кода на машинный осуществляют трансляторы. Использование различных языков позволяет реализовывать, например, программирование микроконтроллеров на ассемблере.

Эти программы составляются с применением специальных наборов семантических, лексических правил – языков программирования, являющихся способом передачи команд, инструкций, чёткого руководства к действию для микроконтроллера.

Существует большое количество языков, но подразделяются они на два типа:

• Низкоуровневые языки программирования.
• Языки программирования высокого уровня.

Их отличие состоит в «близости» к микроконтроллеру.

Когда были изобретены первые электронные устройства, программы для них составлялись только при помощи машинного кода, то есть алгоритм работы записывался последовательностью двоичного кода. Пример такой программы:

01010010
01000110
10010011

Такое лаконизм и отсутствие наглядности даже у специалиста вызовет затруднения в определении, о чём же конкретно идёт речь. Поэтому в стремлении сделать инструкции более понятными большинству людей стали разрабатываться языки программирования, содержащие слова. Другими словами, чем больше единиц и нулей – тем ниже уровень.

Наиболее востребованные языки программирования:

• язык низкого уровня – Ассемблер.
• язык высокого уровня – С (Си).

Таким образом, подходят не только низкоуровневые, но возможно и программирование микроконтроллеров на С.

Приведём абстрактный пример их различия:

Допустим перед нами стоит задача найти сумму чисел: 25 и 35.

Машинным кодом это описывается так:

• 00000101 1101001

На языке низкого уровня:

На языке высокого уровня:

Как видите, разница в наглядности очевидна.

Поговорим об этих примерах подробнее. Не будем заострять внимание на примере машинного кода, так как он подобен реализации на Ассемблере. На этом языке команды, по своей сути, это те же наборы единиц и нолей, только их последовательностям присвоены буквенные обозначения.

Инструкция ADD Rd, Rr ставит перед микроконтроллером задачу сложения двух чисел, находящихся соответственно в Rd и в Rr (но предварительно необходимо их туда записать). Таким образом, контроллер получает чёткое указание: где что находится, что надо просуммировать, и куда записать результат. В этом заключается работа с электронным устройством напрямую.

Третий пример выглядит как обычная математическая запись. Но, в этом случае микроконтроллер не является прямым объектом нашего воздействия. Перед ним поставлена задача, аналогичная команде на Ассемблере: записать эти числа, произвести арифметическое действие. Записать сумму.

Здесь то и есть главное принципиальное отличие высокоуровневых и языков низкого уровня. Кодирование на Ассемблере независимо от нашего желания подразумевает полный контроль всего процесса: нам известно, в каком месте записаны эти два числа, и мы знаем, где будет результат. Другая картина при использовании языка С: программа сама решает местонахождение чисел и их суммы. В большинстве случаев в этом и нет необходимости, главное получить итог – число 60 на выходе.

Считается, что программы, написанные на языках высокого уровня, лучше воспринимаются, более лаконичны и наглядны (есть и противники такой оценки), им не нужно досконально расписывать каждое действие микроконтроллера.

Эту задачу выполнит компилятор – «переводчик» на машинный код. Тут и скрывается один из недостатков: один и тот же алгоритм, реализованный на Ассемблере и на С после компиляции, будет иметь разный размер. Низкоуровневая программа будет чуть ли не вдовое короче. В некоторых случаях даже делают вставки на Ассемблере в программу, написанную на С.

Быстрый способ начать программировать микроконтроллеры

Специалисты, проектирующие электронные устройства, часто оперируют таким термином как «быстрый старт». Им описывают случаи, когда необходимо в сжатые сроки испытать после тестового программирования, например, микроконтроллер Atmel и посмотреть, как он выполняет элементарные задачи.

Источник: gb.ru

Пишем свою первую программу на микроконтроллере AVR

Решил начать осваивать микроконтроллеры (далее МК) AVR. Думал что все просто раз и прошил микроконтроллера, но не так все просто как казалось на первый взгляд. В процессе прошивки контроллера возникли ряд трудностей о которых я хочу описать в этом посте. Я сам начинающий в этом нелегком деле, поэтому если увидели ошибки или другие косяки то прошу сообщить.

В качестве среды разработки я взял Atmel Studio на мой взгляд она очень удобная и постоянно обновляется к тому же абсолютно бесплатная. Скачать ее можно с официального сайта Atmel. Тут думаю проблем никаких не возникнет, скачиваем устанавливаем запускаем и все и наслаждается кучей разных непонятных кнопочек)

Подопытным МК будет Atmega8. Для того чтобы ее прошить нужна будет ее распиновка выводов представлена ниже. Распиновку также можно посмотреть тут. Нам нужно понимать куда подключать программатор куда подавать напряжение.

Далее нам необходимо определиться с программатором которым будем шить МК. Я взял USBasp программатор, самый простой программатор. Они бывают с разными разъемами, какой взять не принципиально. Главное правильно подключить выводы MOSI, MISO, RST, SCK а также питалово VCC и GND к микроконтроллеру.

Также нужно установить под этот программатор драйвера, без них ПК просто не поймет что это за устройство такое мы подключили. Ссылка на драйвера для программатора USBasp приложена в конце статьи.

После того как мы выбрали программатор и МК нам нужно их соединить) Вот схема подключения программатора и микроконтроллера

Создание проекта в Atmel Studio

Вывод AVCC подключать не обязательно, у меня камень прошивался спокойно и без этого провода. После того как мы подключили нашего подопытного и программатор. Приступаем к написанию программы и ее компиляции.

Запускам среду Atmel Studio и создаем новый проект.

И выбираем в списке устройств наш камень Atmega8

И пишем программу, в качестве примера возьмем код мигания светодиодом. Так же вот есть проект мигалки на микроконтроллере с 4-мя светодиодами.

Код программы в Atmel Studio

/* * LED blink.c * * Created: 06.04.2020 21:31:26 * Author : Mudji */ #ifndef F_CPU #define F_CPU 1000000UL // 1 MHz clock speed #endif #include #include int main(void) < DDRC = 0xFF; //Nakes PORTC as Output while(1) //infinite loop < PORTC = 0xFF; //Turns ON All LEDs _delay_ms(1000); //1 second delay PORTC= 0x00; //Turns OFF All LEDs _delay_ms(1000); //1 second delay >>

Следует обратить внимание вот на первые 2 две сточки:

#ifndef F_CPU #define F_CPU 1000000UL // 1 MHz clock speed #endif

тут мы определяем частоту тактирования микроконтроллера. В нашем случаем это 1 МГц. И запоминаем это значение — оно нам еще пригодится.

Компиляция программы

Далее необходимо откомпилировать программу, для этого нажимаем Build -> Build Solution или просто нажимаем клавишу F7 . Если никаких ошибок не было то программа откомпилируется и в консоле появится сообщение что все у нас гуд нет никаких варнингов и ошибок.

И так поздравляю Вас с успешной компиляции программы. Далее нам нужно найти файл hex который появляется после компиляции программы. Его можно найти в папке с проектом, лежит он в папке , в моем случае папка проект Led blink и там в папке Debug находится наш долгожданный файл hex.

Загрузка прошивки в микроконтроллер

Остается только залить этот файл в память прошиваемого микроконтроллера. Для этого я использовал программу Khazama AVR Programmer на мой взгляд очень удобная программа.

Для загрузки прошивки в МК делаем следующее:

1. Запускаем программу и устанавливаем состояние fuse битов. Что такое фьюз биты мы говорили ранее. Для того чтобы установить их сначала нужно считать, для это жмем Command->Fuses and Lock Bits и далее во всплывающем окне жмем Read All

Тут выставляем нужные нам Fuse биты Lock биты лучше пока не трогать если не знаете какой бит за что отвечает.

Нас интересуют биты CKSEL 0…3 они отвечают за выбор типа тактирования внешний кварц или внутренний RC генератор. В нашем случае частота 1 МГц и тактирование от внутреннего RC генератора. Поэтому пишем значение 0001.

После того как выставили Fuse биты нажимаем кнопку Write All после чего биты установятся в МК.

Ну и последний этап это загружаем hex файл сначала в буфер программы и далее заливаем в микроконтроллер.

После загрузки прошивки, микроконтроллер автоматом запуститься и начнет мигать светодиодом, который подключен к порту выводу порта C.

• Staticvoid
• 11 Апр 2020
• 9 комментариев

Источник: www.radiodetectori.online

Как программировать на codesys 2.3 новичку? Легко

Перед тем, как программировать ПЛК в среде разработки CoDeSyS 2.3 новички часто задаются вопросом: А какие системы требуется установить для корректной работы с аппаратом?? А как конфигурировать входы и выходы контроллера?? А каким образом связать устройство с ПК?? И снова, а как, а как?? Все мы с вами понимаем, устройства сложные и алгоритмы объёмные, и на изучение потребуется время.

Я вот думаю, может написать небольшую книжку и назвать codesys для чайников? А вы согласны?

Из этой статьи вы узнаете:

Здравствуйте уважаемые коллеги и гости. Пишет вам автор блога kip-world.ru, Гридин Семён, и в этой статье я вам расскажу, как правильно программировать контроллер. Тема достаточно актуальная, я надеюсь после прочтения статьи, некоторые вопросы отпадут самим собой. =)

Как работает ПЛК?

ПЛК(программируемый логический контроллер) — это устройства полностью автоматизирующие работу аппаратов, различных агрегатов и станков. Фактически, это некий блок, который содержит входы и выходы, для подключения датчиков и исполнительных органов. Внутри прописывается логика.

Вычисления в устройстве выполняются циклически. То есть одни и те же действия выполнения программы выполняются в короткий промежуток времени.

Сормовский бетонный завод узнать больше.

В один цикл осуществляемый прибором выполняются следующие операции:

1. Начало цикла;
2. Чтение состояния входа;
3. Выполнение кода пользователя;
4. Запись состояния выходов;
5. Обслуживание аппаратных ресурсов;
6. Монитор системы исполнения;
7. Контроль времени цикла;
8. Переход на начало цикла;

Не буду больше разглагольствовать по теории. Давайте сразу перейдём к практике.

Из чего состоит программный комплекс для полноценной работы с ПЛК

Конечно вам поначалу покажется, что слишком много нужно знать, чтобы связать друг с другом основное приложение и утилитки, а потом соединить устройство. Я хочу вам сказать, что ничего сложного в процессе установки и связей — нет. В этом поможет моя статья.

Для начала нам нужно установить основной дистрибутив CoDeSyS 2.3 c официального сайта ОВЕН . А, я предлагаю во многих постах, касающихся программирования, использовать устройство ОВЕН ПЛК63 . Так как это универсальное устройство с экраном. У него на борту есть и дискретные входы, и аналоговые входы, и релейные выходы.

Итак, скачиваем программу:

Затем следует стандартная процедура установки. Указываем путь и все время жмём “Далее”, “Далее”.

Следующим этапом будет установка таргетов для плк. Таргет — это некое описание о конфигурации ПЛК. Инструкция подсказывает CoDeSyS 2.3, какое количество и какие входы/выходы имеет устройство.
Скачиваем также с сайта ОВЕН . Рекомендую установить все таргеты, которые там есть. Чтобы потом не искать и не думать об этом, если придется писать алгоритм на другой ПЛК.

Запускаем автоматический установщик, устанавливаем инструкции. Всё, половину пути мы с вами уже сделали в этой работе! После этих всех процедур можно устанавливать библиотеки, но о них позже. Переходим к следующему пункту.

Рабочее окно программы

Дистрибутив мы с вами установили, таргеты тоже. Давайте мы с вами рассмотрим рабочее окно среды разработки, элементы меню и основные вкладки.

Основное поле на рисунке выше делится на три области:

1. Редактор переменных и их типов;
2. Дерево объектов;
3. Редактор основного алгоритма программы;

Редактор переменных — здесь мы с вами вводим переменные и присваиваем им типы данных. Для тех, кто не знает, переменная — это имя, к которому будет обращаться программа и возвращать результат. А тип данных определяет род информации, диапазон представления чисел и множество других операций.

Дерево объектов — в этом окне располагаются такие объекты, как функции, функциональные блоки, подпрограммы, конфигурация ПЛК, библиотеки. Об этом я расскажу позже.

Редактор программы — тут мы с вами описываем основной алгоритм программы работы контроллера. Пишется на любом языке стандарта МЭК. Более подробно, можете прочитать статью .

Простой пример на ST

Для удобства восприятия информации я постарался структурировать. Поэтапно расписал последовательность действий. Если возникнут вопросы или пожелания, обязательно пишите в комментариях.

Изначально я размещу в статье код на языке ST. Логика работы заключается в следующем: на дискретный вход прибора подаётся сигнал и через задержку времени включается выход. В принципе задача простая, и мы с вами её решим.

Источник: kip-world.ru