Programao em C no AVR
Rodrigo Toste Gomes a.k.a Cynary Nuno Joo a.k.a Njay Senso
ltima reviso: 21/12/2010
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Neste documento tentamos explicar ao leitor as vrias funes que
um micro-controlador AVR disponibiliza, e como pode controlar as
mesmas, sem recorrer a bibliotecas de alto nvel que muitas vezes
roubam performance e acrescentam tamanho aos programas, como por
exemplo as que o arduino disponibiliza. Assumimos que o leitor tem
alguma experincia com programao em C, e que o contacto que tem com
AVR com o arduino (logo, todos os exemplos que temos aqui iro
funcionar no mesmo. No entanto, podem funcionar noutros
micro-controladores AVR com poucas ou nenhumas alteraes). Todos os
programas aqui podem ser compilados atravs dos seguintes comandos:
avr-gcc -Wall prog.c -Os -mmcu=atmega168 -o prog.out
-DF_CPU=16000000 avr-objcopy -O ihex -R .eeprom prog.out prog.hex
(substituir prog.c pelo nome do ficheiro com o cdigo) E podem ser
transferidos para o arduino com o seguinte comando: avrdude -p
m328p -c avrisp -P /dev/ttyUSB0 -b 57600 -F -U flash:w:prog.hex
muito fcil alterar estes comandos para funcionarem com outros
micro-controladores e programadores, estando essa informao
provavelmente na datasheet. Os programas necessrios para os
comandos acima funcionarem vm instalados com o IDE do arduino, e
podem ser utilizados para programar outros micro-controladores que
no o usado pelo arduino. Para os utilizadores de windows, a
utilizao das ferramentas AVRStudio e WinAVR recomendada, mas visto
que est alm do alcance deste documento, o leitor incentivado a
pesquisar, mas garantimos que os comandos acima funcionam. Qualquer
software presente neste documento oferecido com objectivos
didcticos, e no acompanhado de qualquer garantia de performance ou
funcionalidade. Gostaria de agradecer a todos os membros da
lusorobtica que comentaram no tpico respectivo a estes tutoriais, e
em especial ao membro Njay, que me autorizou a usar o seu
Micro-tutorial neste documento.
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ndiceProgramao em C no
AVR..................................................................................................................1
Introduo.............................................................................................................................................5
Programao em C em
micro-controladores........................................................................................6
Controlo da funcionalidade do micro-controlador os
registers....................................................6
Pseudo-cdigo/cdigo
esqueleto......................................................................................................7
MACROS.........................................................................................................................................8
Variveis
volatile..............................................................................................................................8
Operaes bit-wise em
C.................................................................................................................8
GPIO General Purpose
Input/Output...............................................................................................14
Entrada Digital
Normal..................................................................................................................14
Entrada com pull-up (puxa para
cima)...................................................................................15
Entrada controlada por um
perifrico............................................................................................16
Sada Digital
Normal.....................................................................................................................16
Sada em Colector Aberto (open
colector).....................................................................................17
Sada controlada por um
perifrico................................................................................................17
GPIOs na Arquitectura
AVR..........................................................................................................18
Configurao dos Portos em Linguagem
C...................................................................................20
Interrupes........................................................................................................................................21
O que uma
interrupo?..............................................................................................................21
Como funciona uma interrupo no
AVR?....................................................................................21
Como lidar com uma interrupo no
AVR?...................................................................................22
Exemplo de interrupo atravs do pino digital 2
(INT0).............................................................23
Cuidados a ter na utilizao de
interrupes.................................................................................26
Timers.................................................................................................................................................28
O que so e como funcionam
timers?............................................................................................28
Timers no
AVR...............................................................................................................................28
Modos Normal e
CTC....................................................................................................................29
Como usar um timer no
AVR.........................................................................................................29
Eventos relacionados com
timers..................................................................................................32
Interrupes e
timers......................................................................................................................36
Timers Parte 2, Pulse Width
Modulation.........................................................................................39
O que
PWM?...............................................................................................................................39
Vrios Modos de
PWM.................................................................................................................39
Fast
PWM......................................................................................................................................41
Phase and Frequency Correct
PWM..............................................................................................46
Analog-to-Digital
Converter..............................................................................................................52
Formato Analgico e
Digital..........................................................................................................52
O que o
ADC?.............................................................................................................................52
Como funciona o ADC no
AVR?...................................................................................................52
Como ligar o input ao
AVR?..........................................................................................................56
Utilizar o ADC construir um sensor de
distncia.......................................................................57
ADC8 medir a temperatura
interna.............................................................................................61
Comunicao Serial no
AVR..............................................................................................................62
Como funciona a comunicao
Serial?..........................................................................................62
O que a
USART?.........................................................................................................................63
Inicializando a USART do
AVR....................................................................................................64
Enviando e Recebendo Dados atravs da
USART........................................................................65
Exemplo de utilizao do
USART.................................................................................................68
Comunicao por
IC..........................................................................................................................72
O Protocolo
IC..............................................................................................................................72
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IC no
AVR.....................................................................................................................................74
Bibliografia.........................................................................................................................................83
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"Excerto do "Micro Tutorial AVR" de Njay
(http://embeddeddreams.com/users/njay/Micro Tutorial AVR -
Njay.pdf) com alteraes/adaptaes de Cynary (formatao e contedo)"
Introduo"AVR" o nome de uma famlia de micro-controladores de 8
bits comercializada pela ATMEL. A arquitectura do AVR foi
desenvolvida por 2 estudantes de doutoramento noruegueses em 1992 e
depois proposta ATMEL para comercializao. Para quem souber ingls,
podem ver uma pequeno vdeo sobre os AVR aqui:
http://www.avrtv.com/2007/09/09/avrtv-special-005/ . O AVR
consiste, tal como um PIC e outros micro-controladores, num
processador (o "core"), memrias volteis e no- volteis e perifricos.
Ao contrrio do PIC, o core do AVR foi muito bem pensado e
implementado desde o inicio, e o core que usado nos chips
desenhados hoje o mesmo que saiu no 1o AVR h mais de 10 anos (o PIC
teve "dores de crescimento" e o tamanho das instrues aumentou
algumas vezes ao longo do tempo de forma a suportar mais
funcionalidade). Assim de uma forma rpida podemos resumir a
arquitectura do AVR nos seguintes pontos: Consiste num core de
processamento, memria de programa (no voltil, FLASH), memria voltil
(RAM esttica, SRAM), memria de dados persistentes (no voltil,
EEPROM) e bits fuse/lock (permitem configurar alguns parmetros
especiais do AVR). Arquitectura de memria Harvard (memria de
programa e memria de dados separadas) A memria voltil (SRAM)
contnua A maior parte das instrues tm 16 bits de tamanho, e este o
tamanho de cada palavra na Execuo de 1 instruo por ciclo de relgio
para a maior parte das instrues. Existem 32 registos de 8 bits
disponveis e h poucas limitaes ao que se pode fazer com Os registos
do processador e os de configurao dos perifricos esto mapeados (so
Existe um vector de interrupo diferente por cada fonte de
interrupo. Existem instrues com modos de endereamento complexo,
como base + deslocamento O conjunto de instrues foi pensado para
melhorar a converso de cdigo C em assembly.
memria de programa (FLASH).
cada um. acessveis) na SRAM.
seguido de auto- incremento/decremento do endereo. (A introduo
do Micro tutorial do Njay mencionava mais alguns tpicos, que
considerei como irrelevantes para este tutorial, logo
cortei-os).
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Programao em C em micro-controladores.Neste conjunto de
tutoriais, tentamos ensinar ao leitor como programar um
micro-controlador AVR em C low-level. Para fazer isso,
especialmente necessrio compreender como controlar as vrias funes
do micro-controlador. Os restantes tutoriais concentram-se nisso.
No entanto, para compreender os exemplos dados, e poder aplicar o
que ensinado, o leitor necessita de compreender algumas coisas
bsicas primeiro, respectivamente: Controlo da funcionalidade do
micro-controlador os registers. Pseudo-cdigo/cdigo esqueleto MACROS
Variveis volatile Operaes bit-wise em C. assumido que o leitor sabe
programar em C e que domina os seguintes conceitos: comentrios,
bibliotecas, variveis, funes, ponteiros, ciclos, condies, lgica e
bases numricas.
Controlo da funcionalidade do micro-controlador os registersOs
AVR tm vrias funes: podem ser usados para comparar e ler diferenas
de potencial, comunicar por serial, Todas estas funes so
controladas por registers mas o que so registers? Todos os CPUs tm
uma certa memria interna. Esta funciona quase como a memria ram,
excepto no uso de ponteiros. O CPU tem acesso directo a esta
memria, o que significa que em termos de performance muito mais
eficiente usar registers para armazenamento do que memria ram (o
compilador em C optimiza automaticamente os programas, dando uso
deste boost na performance sempre que possvel da a importncia de
usar variveis volatile quando se usam interrupes, estudadas mais
frente). No entanto, estes no so s usados para armazenamento, mas
tambm para controlar vrias funes dos micro-controladores. Certos
bits em certos registers podem controlar o estado de um pino, ligar
e desligar o ADC, Nos AVR todos os registers tm o tamanho de 8
bits. Logo, quando necessrio armazenar valores maiores que 255,
usam-se mais do que um register. No entanto, este pormenor abstrado
pelo compilador, visto que podemos muitas vezes aceder a um
conjunto de registers como se fosse um s (como por exemplo, o
register TCNT1 do timer1 que corresponde a dois registers, visto
que pode conter um valor de 16 bits). Agora que sabemos o que um
register, vamos aprender como us-los. As bibliotecas do avr do-nos
um header muito til que nos permite aceder directamente aos ltima
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registers e bits dos mesmos atravs dos seus nomes: avr/io.h Um
exemplo: Para alterar o estado de um pino, alteramos o bit
correspondente no register DDRx (em que x corresponde porta. Por
exemplo, o pino PB1 est na porta B, logo para alterar o seu estado,
alteramos o bit PB1 no register DDRB). Logo, utilizamos o cdigo
seguinte: #include int main(void) { DDRB |= (1
