AVR-Tutorial: Equipment
AVR-Tutorial - Benötigte Ausrüstung
Hardware
Ein Mikrocontroller alleine ist noch zu nichts nütze. Damit man etwas damit anfangen kann braucht man eine Schaltung in die der Controller eingesetzt wird. Dazu werden bei Elektronikhändlern Platinen angeboten, die alles nötige (Taster, LEDs, Steckverbinder...) enthalten. Häufig enthalten diese Platinen nicht nur Platz für den Mikroprozessor, sondern auch einen ISP-Programmierer (Näheres dazu später)
Da es eine Unmenge verschiedener Mikrocontroller allein aus der AVR-Familie gibt, ist der Anfänger mit der Auswahl bereits überfordert. Dieses Tutorial (und viele andere auch) beginnt mit dem mittelgroßen Controller ATmega8. Die 8 steht für 8 Kilobyte Flash-Speicher. Er gilt als ideal für Einsteiger, und auch von „alten Hasen“ wird dieser Typ gern verwendet. Es gibt ihn im 28-poligen DIL-Gehäuse, ideal für Bastelschaltungen auf dem Steckbrett, als auch in verschiedenen SMD-Gehäusen wenn das Endgerät klein werden soll.
Fertige Evaluations-Boards und Starterkits
AVR Starterkit aus dem Mikrocontroller.net-Shop
Sehr gut für dieses Tutorial geeignet ist das Olimex AVR-P28-Board, welches zusätzlich noch den Controller ATmega8, einen USB-ISP-Programmieradapter und ein Steckernetzteil benötigt. Die Platine enthält eine Fassung für den Controller, einen Spannungswandler, die Beschaltung für die serielle Schnittstelle und einen Anschluss für den Programmieradapter. Die restliche Hardware wie LEDs und Taster kann man sich selber nach Belieben auf das Lochrasterfeld löten.
STK500
Das STK500 ist das Standard-Board für AVR Entwicklung, direkt von Atmel. Es enthält auch einen ISP-Programmer und ist fertig aufgebaut. Es ist unter Entwicklern sehr beliebt und wird natürlich von Atmel unterstützt. Es gilt allgemein als gute Investition wenn man ernsthaft in das Thema einsteigen möchte.
Das STK500 kostet bei Reichelt ca. 115 Euro (Stand November 2015). Ein geeignetes Netzteil muss zusätzlich erworben werden.
Pollin ATMEL Evaluations-Board Version 2.x
Bei Pollin Electronic gab es für ca. 15 Euro ein Evaluations-Board als Bausatz zum Selbstlöten. Im Bausatz waren die Aufbauanleitung, die Platine und Bauteile enthalten. Der/die Mikrocontroller und eine Stromversorgung mussten separat beschafft werden. Auf dem Board war ein einfacher ISP-Programmer (serielles bit-banging) integriert. Siehe Pollin ATMEL Evaluations-Board. Inzwischen (Stand 2022) ist das Pollin-Board nicht mehr im Angebot.
Pollin Funk-AVR-Evaluationsboard v1.x
Bei diesem Board von Pollin bestand die Möglichkeit, Funkmodule wie das RFM12, RFM01 oder RFM02 auf dem Board aufzulöten. Siehe Pollin Funk-AVR-Evaluationsboard. Auch dieses Board ist im Jahr 2022 nicht mehr lieferbar.
Rumpus Board von lochraster.org
Lochraster.org bietet ein Entwicklungsboard namens rumpus an. Es kommt als Bausatz mit allen Teilen und Microcontroller (Atmega 168). Auf dem Microcontroller ist bereits ein USB Bootloader installiert, so dass man nach dem Zusammenbau sofort starten kann. Das Board wird direkt über USB mit Strom versorgt und programmiert. Es kann auch selbst als Programmer für AVR Microcontroller benutzt werden. Das Board ist mit recht umfangreicher Peripherie ausgestattet, so dass sich von sehr einfachen Anwendungen wie dem Blinken einer LED bis hin zu komplexen Aufgaben wie Senden und Empfangen von Infrarot Signalen eine Vielzahl von Anwendungen realisieren lassen. Mit 45 Euro gehört es sicher nicht zu den ganz billigen Einsteigerboards, für den ambitionierten Amateur bietet die reichhaltige Peripherie den Vorteil, das Board während des gesamten Lernprozesses zu nutzen ohne für die Realisierung komplexerer Aufgaben neue Hardware auflöten zu müssen. Auch relativiert sich dieser Preis wieder dadurch, dass kein ISP Programmer benötigt wird. Beim Umstieg auf ein anderes Board, für welches man dann einen ISP Programmer benötigt, kann der Rumpus diese Aufgabe übernehmen anstatt zum alten Eisen geworfen zu werden (s. Infos im Forumbeitrag von Sebastian Noack).
Weitere Infos unter http://www.lochraster.org/ und http://wiki.lochraster.org/
RN-Control
Die Forengemeinde von Roboternetz hat ebenfalls ein Evaluierungsboard entwickelt das mittlerweile sehr ausgereift ist und viele Erweiterungsmöglichkeiten bietet.
Siehe:
Arduino
Die Boards der Arduino-Familie bieten z.B. einen ATmega328P mit 16MHz und lassen sich über einen integrierten USB-seriell-Wandler und Bootloader programmieren. Die Ports sind auf Buchsenleisten herausgeführt. Arduino-Boards können auch unabhängig von der Arduino-Entwicklungsumgebung (Arduino-IDE) als AVR-Entwicklungsboard genutzt werden.
Andere
Das Angebot an AVR-Evaluationboards, -Experimentierplatinen, -Entwicklerplatinen oder wie die jeweiligen Hersteller ihre Produkte auch immer bezeichnen, ist mittlerweile recht groß geworden. Sie alle zu bewerten ist unmöglich geworden.
Selbstbau
Ein fertiges Board ist gar nicht nötig, man kann die benötigte Schaltung auch selbst auf einem kleinen Steckbrett oder einer Lochrasterplatine aufbauen. So kompliziert wie das STK500 wird es nicht, es reichen eine Handvoll Bauteile. Wie man das macht wird im Folgenden beschrieben. Steckbretter (Breadboards) gibt's z. B. bei Reichelt, ConeleK, ELV oder Conrad.
ACHTUNG: Die Pinbelegung der 6-poligen ISP-Verbindung weicht von den ATMEL-Angaben ab! Wenn ATMEL oder ATMEL-kompatible ISP-Adapter benutzt werden, die Pinbelegung aus Application Note AVR042 (PDF) bzw. AVR_In_System_Programmer#Pinbelegung benutzen
Über den Takteingang XTAL1 ist der Mikrocontroller mit dem Quarzoszillator verbunden, der den benötigten Takt von 4 MHz liefert (siehe unten). Achtung: die Pins werden, wenn man den Oszillator mit der Schrift nach oben vor sich liegen hat, von unten links aus abgezählt. Unten links ist Pin 1, unten rechts Pin 7, oben rechts Pin 8 und oben links Pin 14 (natürlich hat der Oszillator nur vier Pins. Die Nummerierung kommt daher, dass bei einem normalen IC dieser Größe an den gleichen Positionen die Pins Nr. 1, 7, 8 und 14 wären). Zu den Pins Datenblatt beachten [1].
PD0–PD7 und PB0–PB5 sind die IO-Ports des Mikrocontrollers. Hier können Bauteile wie LEDs, Taster oder LCDs angeschlossen werden. Der Port C (PC0–PC5) spielt beim ATmega8 eine Sonderrolle: mit diesem Port können Analog-Spannungen gemessen werden. Aber dazu später mehr! An Pin 17–19 ist die Stiftleiste zur Verbindung mit dem ISP-Programmer angeschlossen, über den der AVR vom PC programmiert wird (Achtung: Pins in Abbildung entsprechen nicht der Belegung des AVRISP mkII. Die korrekte Pin-Belegung kann im Handbuch des AVRISP mkII eingesehen werden). Die Resetschaltung, bestehend aus R1 und C1, sorgt dafür, dass der Reseteingang des Controllers standardmäßig auf Vcc=+5V liegt. Zum Programmieren zieht der ISP-Adapter die Resetleitung auf Masse (GND), die Programmausführung wird dadurch unterbrochen und der interne Speicher des Controllers kann neu programmiert werden. Zwischen Vcc und GND kommen noch jeweils ein 100nF-Keramik- oder Folienkondensator C3 und C4, um Störungen in der Versorgungsspannung zu unterdrücken. Diese Abblockkondensatoren sollten so nah wie möglich am Controller platziert werden. An den Ausgang ARef wird ebenfalls ein 100nF-Kondensator angeschlossen. Dieser wird allerdings erst benötigt, wenn der Analog/Digital-Konverter des µC in Betrieb genommen wird.
Für den Anschluss des ISP-Programmiergerätes kann man im Grunde jede beliebige Pin-Belegung des ISP-Steckers benutzen, solange nur alle benötigten Leitungen mit dem Programmiergerät verbunden sind. In der Praxis haben sich allerdings bestimmte Belegungen durchgesetzt. Im Schaltbild ist eine eigene Belegung des 6-poligen Steckers gezeigt. Die alternative Pinbelegung eines 2-reihigen/10-poligen Steckers ist eine übliche Belegung. Benutzt man so eine übliche Belegung, so reicht normalerweise ein 10-poliges Flachbandkabel, um den vorhandenen ISP-Programmer so mit der Schaltung zu verbinden, dass alle Signale am richtigen Prozessorpin ankommen. Siehe auch AVR_In_System_Programmer.
Hier die Liste der benötigten Bauteile:
- R1 Widerstand 10 kOhm
- C1 Keramikkondensator 47 nF
- C2, C3, C4 Keramik- oder Folienkondensator 100 nF
- Stiftleiste 6-polig
- Mikrocontroller ATmega8 oder ATmega8A (kann u.a. auf http://shop.mikrocontroller.net/ bestellt werden)
- Quarzoszillator 4 MHz
Beim Steckbrett ist darauf zu achten, dass man die parallellaufenden Schienen für GND (blau) und Vcc (rot) jeweils mit Drähten verbindet (nicht Vcc und GND miteinander!).
Eine Zusammenstellung der benötigten Bauteile befindet sich in der Bestellliste.
Eine weitere Beschreibung für ein Minimalsystem gibt es auf conelek.org.
Ergänzende Hinweise zur Taktversorgung (kann übersprungen werden)
Ein Mikrocontroller benötigt, wie jeder Computer, eine Taktversorgung. Der Takt ist notwendig, um die internen Abläufe im Prozessor in einer zeitlich geordneten Reihenfolge ausführen zu können. Die Frequenz des Taktes bestimmt im Wesentlichen, wie schnell ein Mikrocontroller arbeitet. Bei einem ATmega8 gibt es viele Möglichkeiten zur Taktversorgung, die Wichtigsten sollen hier gezeigt werden:
- interner RC-Oszillator (das ist der Auslieferungszustand),
- Keramikresonator,
- Quarz,
- Quarzoszillator.
| Typ | Genauigkeit | Vorteile | Nachteile |
|---|---|---|---|
| interner RC-Oszillator |
1…5 % | • XTAL1/2-Pins als I/O verfügbar • kostenlos • kein Platzbedarf • schnellstes Einschwingen (wenige Takte) |
• ungenau • Betrieb der UART unzuverlässig |
| Keramikresonator | 0,5…1 % | • ausreichend genau für UART • in sehr hohen Stückzahlen billiger als Quarz • schnelleres Einschwingen als Quarz (ca. 1ms) |
• XTAL1/2-Pins nicht als I/O verfügbar • Platzbedarf |
| Quarz | 10…100 ppm | • sehr genau • temperaturstabil |
• XTAL1/2-Pins nicht als I/O verfügbar • Platzbedarf • Kosten bei sehr hohen Stückzahlen (1000++) • langsames Anschwingen (ca. 10 ms) • 2 zusätzliche Ballast-Kondensatoren (typ. 22 pF) erforderlich |
| Quarzoszillator | 1…100 ppm | • hochgenau • sehr temperaturstabil • liefert selbst ein Signal, kann dadurch „verfuste“ AVRs retten • kann mehrere Takteingänge treiben |
• XTAL1-Pin nicht als I/O verfügbar • Platzbedarf • Kosten bei sehr hohen Stückzahlen (1000++) • langsames Anschwingen (ca. 10 ms) |
1 ppm = 0,0001 % (engl. one part per million, der millionste Teil)
Achtung: Ein ATmega8 wird mit aktiviertem internen RC-Oszillator ausgeliefert. Um eine andere Taktquelle zu aktivieren, müssen die AVR Fuses des Prozessors verändert werden. Das muss jedoch sehr vorsichtig gemacht werden, siehe Artikel.
Keramikresonator
Die Anbindung eines dreibeinigen Keramikresonators sieht so aus:
Es werden keine Kondensatoren benötigt, diese sind schon eingebaut, daher ist der Anschluss eines Keramikschwingers kinderleicht. Achtung: Keramikresonatoren gibt es mit zwei oder drei Pins. Nur die mit drei Pins besitzen interne Kondensatoren.
Quarz
Die Anbindung eines Quarzes sieht so aus:
Die beiden (gleichen) Kondensatoren C3 und C4 sind zum Betrieb des Quarzes notwendig. Ihre Größe ist abhängig von den Daten des Quarzes. Zur Berechnung ihres Wertes C gibt es die folgende Formel (u.a. nachzulesen in der Application Note AVR042):
- [math]\displaystyle{ C = 2\cdot C_L-(C_P+C_I) }[/math]
- [math]\displaystyle{ C_P }[/math]: Leiterbahnen-bedingte Kapazität
- [math]\displaystyle{ C_I }[/math]: µC-Pin-bedingte Kapazität
- [math]\displaystyle{ C_L }[/math]: Nenn-Lastkapazität des Quarzes, siehe dessen Datenblatt
Die Summe [math]\displaystyle{ C_P+C_I }[/math] kann meist mit ca. 5…10 pF angenommen werden.
Da in den AVR-Datenblättern i.d.R. ein Wertebereich von C=12…22 pF empfohlen wird, sollte ein Quarz mit entsprechender CL gewählt werden (d.h. ungefähr 10 pF < CL < 16 pF); siehe dazu die Diskussion in diesem Forumsthread. Am Beispiel von CL = 15 pF:
- [math]\displaystyle{ C = 2\cdot 15\,\mathrm{pF}-7{,}5\,\mathrm{pF} = 22{,}5\,\mathrm{pF} }[/math]
Somit wird in diesem Fall der Normwert 22 pF gewählt.
Spannungsversorgung
Die Versorgungsspannung UCC beträgt 5V und kann z. B. mit der in diesem Kapitel beschriebenen Schaltung erzeugt werden. Falls zum Programmieren des Mikrocontrollers ein ISP-Programmiergerät verwendet wird, das an die USB-Schnittstelle angeschlossen ist, kann man die Schaltung auch darüber mit Strom versorgen und dieses Kapitel überspringen.
Bauteile:
- IC1: 5V-Spannungsregler 7805
- C1: Elko 10µF (Polung beachten!)
- C2,C3: 2x Kondensator 100nF (kein Elektrolyt)
- D1: Diode 1N4001
Hauptelement der Schaltung ist das IC 7805. Seine Aufgabe ist es aus der Versorgungsspannung stabile 5 V zu erzeugen. Dieses IC gibt es seit vielen Jahren und wird von vielen Chipherstellern produziert. Er stellt die einfachste Möglichkeit dar, aus einer vorhandenen Gleichspannung definierte 5 V zu erzeugen. Den 7805 gibt es in verschiedenen Ausführungen, was seine maximale Strombelastung angeht. Für die Zwecke dieses Tutorials ist die Standard-Variante, welche maximal 1 A abgeben kann, völlig ausreichend. Der 7805 enthält eine Übertemperatursicherung, so dass er abschaltet, wenn es ihm zu heiß wird. Auch ansonsten ist dieser Spannungsregler-IC kaum kaputt zu bekommen.
Die beiden 100-nF-Kondensatoren haben die Aufgabe, eine mögliche Schwingneigung des 7805 zu unterdrücken. Sie müssen so nahe wie möglich an den Anschlusspins des 7805 angeschlossen werden, um ihre Wirkung zu entfalten.
An den Eingang (+ und – im Schaltplan) wird ein Steckernetzteil mit einer Spannung von 7 .. 12 V angeschlossen. Der 7805 benötigt an seinem Eingang eine Gleichspannung, die mindestens 7 V beträgt. Auf der anderen Seite ergibt es auch keinen Sinn, wesentlich über 12 V Eingangsspannung hinauszugehen. Der 7805 ist ein Linearregler. Salopp gesagt, wird die überschüssige Spannung in Form von Wärme vernichtet. Deshalb die Kühlfahne zum thermischen Anschluss an eine Wärmesenke. Liegt die Eingangsspannung weit über 12 V, so wird schon wesentlich mehr Energie in Form von Wärme umgesetzt, als am Ausgang entnommen werden kann. Mal ganz davon abgesehen, dass der 7805 davon brennend heiß wird. Je nach Strombedarf der Gesamtschaltung kann es zweckmäßig sein, einen Schaltregler vorzusehen, wenn die Eingangsspannung stark schwanken kann, etwa für die alternative Speisung mit 24 V aus einem Schaltschrank oder dem LKW-Bordnetz. Für Anfänger führt das zu weit, und ein Kühlblech am 7805 tut es dann auch.
Hier ein paar kleine Rechenbeispiele: 12 V Eingangsspannung – 5 V Ausgangsspannung = 7 V Differenz x 0,1 A Strombedarf der Schaltung ergibt die Verlustwärme die abgeführt werden muss.
7 V × 0,1 A = 0,7 Watt
Wenn man jetzt eine Eingangsspannung von 7 V nimmt, so dass die Mindestdifferenz von 2V noch eingehalten wird kommen wir zu diesen Werten
2 V × 0,1 A = 0,2 Watt Abwärme 2 V × 0,35 A = 0,7 Watt Abwärme oder anders gesagt, können wir der Schaltung 350 mA entnehmen und haben die gleiche Abwärme wie im oberen Beispiel mit nur 100 mA Stromentnahme.
Man sieht, dass man die Eingangsspannung so klein wie möglich wählen sollte um dadurch die Verluste in Grenzen halten zu können. Außerdem ist es meist so, dass für eine geringere Stromentnahme auch eine niedrigere Differenzspannung ausreicht. In manchen Datenblätter ist z.B. angegeben 0,5 A = 1 V Spannungsgefälle und bei 1 A = 2 V Gefälle …
Weiterhin sei gesagt, dass es so genannte Low-Drop-, Ultra-Low-Drop- usw. -Regler gibt, die mit einer viel kleineren Differenz zwischen Ein- und Ausgangsspannung zurechtkommen, wodurch man die Verluste noch weiter drücken kann.
Eine Stromversorgung mit Batterien ist grundsätzlich auch möglich, wenn die elektrischen Grenzdaten des Mikrocontrollers eingehalten werden (max. Spannung, min. Spannung). Bei der geregelten Stromversorgung oben sollte die Batteriespannung ca. 1,5 .. 2,5 V (Dropout-Spannung des Linearreglers) größer sein als die Versorgungsspannung des Controllers. Die Versorgung aus einer Zelle ist ein Thema für Fortgeschrittene. In der Regel verzichtet man dabei auf die Spannungsregelung, da der Controller in einem weiten Speisespannungsbereich betriebsfähig ist.
Beispielhafter Aufbau auf einem Steckbrett
Auf einem Steckbrett könnte eine Schaltung etwa so aussehen:
Hier ist die oben beschriebene Selbstbauschaltung zu sehen. Spannungsversorgung (links), 6-poliger ISP-Anschluss (rechts hinter dem µC), Quarz mit 2 Kondensatoren statt Oszillator, erweitert um eine LED mit Vorwiderstand an PB0 (rechts vor dem µC), einem Resettaster (links vor dem µC) und einem Stützkondensator zwischen +5V und GND (rechts unten).
Der ISP-Programmierer (In-System-Programmer)
Dann braucht man nur noch den ISP-Programmieradapter, über den man die Programme vom PC in den Controller übertragen kann. Eine Übersicht über mögliche ISP-Programmer-Varianten findet sich im Artikel AVR In System Programmer.
Fertige ISP-Programmer zum Anschluss an USB gibt es z. B. von myAVR.
Eine Bauanleitung für Parallelport-Programmer gibt es u. a. auf rn-wissen.de oder rumil.de.
Den ISP-Adapter schließt man an USB (oder den Parallelport) an und verbindet ihn mit der Stiftleiste SV1 über ein 6-adriges Kabel (siehe Schaltplan).
Sonstiges
Wer vorausschauend kauft, kauft mehr als einen Mikrocontroller. Bis der erste Controller defekt ist, oder man durch Austauschen sicher gehen möchte, ob der Fehler im Programm oder im Controller ist, vergeht nur wenig Zeit.
Tipp: Die Preise für Mikrocontroller haben eine deutliche Spannweite, nicht selten ist ein und derselbe Typ für 3 oder 8 Euro zu haben. Oft sind neuere oder größere Modelle billiger (ATmega8A statt ATmega8, ATmega328 statt ATmega8A). Eine Suche im Internet lohnt sich. Das Gleiche gilt für den Kauf von ISP-Programmierern.
Für weitere Kapitel dieses Tutorials sollte man sich noch die folgenden Bauteile besorgen:
Teil 2 (I/O-Grundlagen)
- 6 LEDs 5mm (Standard-LED, ruhig auch in unterschiedlichen Farben, rot/gelb/grün)
- 5 Taster
- 6 Widerstände 1k
- 5 Widerstände 10k
Teil 6 (LC-Display)
- 1 Potentiometer 10k
- 1 HD44780-kompatibles LCD, z. B. 4x20 oder 2x16 Zeichen
- besitzt das LCD eine Hintergrundbeleuchtung, dann noch einen Vorwiderstand dafür. Details dazu stehen im Datenblatt des LCD. Ein Wert von 50Ω sollte aber in jedem Fall passen. Schlimmstenfalls ist die Hintergrundbeleuchtung dann etwas zu dunkel.
Teil 10 (Der UART)
- 1 Pegelwandler MAX232, MAX232A oder MAX202
- 5 Kondensatoren
- Bei einem MAX232: je 1µF Elektrolytkondensator
- Bei einem MAX202 oder MAX232A: je 100nF Keramik- oder Elektrolytkondensator
- Die Kondensatoren dürfen auch größer sein. Ist man sich nicht sicher, welchen MAX232 man hat (A oder nicht A), dann die größeren Kondensatoren 1µF nehmen, die funktionieren auch beim MAX232A oder MAX202.
- 1 9-polige SUBD-Buchse (female)
- 1 dazu passendes Modem(nicht Nullmodem!)-Kabel
Teil 14 (ADC)
- 1 Kondensator 100n
- 1 Potentiometer 10k
- nach Lust und Laune temperatur- oder lichtabhängige Widerstände und jeweils einen Widerstand in der gleichen Größenordnung wie der Sensor
Teil 17 (Schieberegister)
- 2 Schieberegister 74HC595
- einige LED, damit man an die Schieberegister auch etwas anschließen kann, samt passenden Vorwiderständen
Teil 19 (7-Segmentanzeige)
- 4 7-Segmentanzeigen mit gemeinsamer Anode
- 4 PNP-Transistoren BC328
- 4 Widerstände 1k
- 7 Widerstände 100Ω
Für weitere Bauteile, die man als angehender µC Bastler auch des Öfteren mal benötigt, empfiehlt sich ein Blick in die Liste der Standardbauelemente bzw. in die Grundausstattung. Wenn Ihr Händler Großpackungen (zb. 100 Stück) von 100n Kondensatoren, 10k, 1k oder 100Ω Widerständen anbietet, sollten Sie deren Erwerb in Erwägung ziehen. Diese Bauteile benötigt man oft, und derartige Großpackungen sind meist nicht teurer, als wenn man einige wenige Exemplare einzeln kauft. Dies hängt damit zusammen, dass das Herauszählen von 9 Bauteilen für den Verkäufer teurer kommt, als 100 Bauteile abgepackt aus dem Regal zu nehmen.
Software
In diesem Tutorial wird nur auf die Programmierung in Assembler eingegangen, da Assembler für das Verständnis der Hardware am besten geeignet ist.
Assembler
Zuerst braucht man einen Assembler, der in Assemblersprache geschriebene Programme in Maschinencode übersetzt. Windows-User können das Microchip-Studio (frühere Versionen von Atmel) verwenden, das neben dem Assembler auch einen Simulator enthält, mit dem sich die Programme vor der Übertragung in den Controller testen lassen; für Linux gibt es tavrasm, avra und gavrasm.
Um die vom Assembler erzeugte ".hex"-Datei über den ISP-Adapter in den Mikrocontroller zu programmieren, kann man unter Windows z. B. das Programm yaap verwenden, für Linux gibt es uisp, für beide avrdude.
C
Wer in C programmieren möchte, kann den kostenlosen GNU-C-Compiler AVR-GCC (unter Windows "WinAVR") ausprobieren. Dieser C-Compiler kann auch in das für Assembler-Programmierung notwendige AVR-Studio integriert werden. In der Artikelsammlung gibt es ein umfangreiches Tutorial zu diesem Compiler;
Wer unter Windows und Linux gleichermassen kostenlos entwickeln will, der sollte sich die IDE Eclipse for C/C++ Developers und das AVR-Eclipse Plugin ansehen, beide sind unter Windows und Linux einfach zu installieren. Hier wird auch der AVR-GCC benutzt. In der Artikelsammlung gibt es ein umfangreiches AVR Eclipse Tutorial zu dieser IDE. Ebenfalls unter Linux und Windows verfügbar ist die Entwicklungsumgebung Code::Blocks (aktuelle, stabile Versionen sind als Nightly Builds regelmäßig im Forum verfügbar). Innerhalb dieser Entwicklungsumgebung können ohne die Installation zusätzlicher Plugins "AVR-Projekte" angelegt werden.
Fragen dazu stellt man am besten hier im GCC-Forum.
Pascal
Wer in Pascal programmieren muss, kann AVRPascal ausprobieren.
Dieser Pascalcompiler ist kostenfrei bis 4kb Code und bietet viele ausgereifte Bibliotheken für Servoansteuerung, Serielle Schnittstellen (COM, TWI, SPI), PWM, Timernutzung, LC-Displays usw.
Außerdem gibt es eine kostenfreie Version für den Mega8 und den Mega88.
E-LAB.
Basic
Auch Basic-Fans kommen nicht zu kurz, für die gibt es z. B. Bascom AVR ($69, Demo verfügbar) oder das kostenlose [LunaAVR].
Forth
Wer einen direkten und interaktiven Zugang zum Controller haben will, sollte sich Forth anschauen. Voraussetzung ist ein serieller Anschluß (Max232), also etwas mehr als die Minimalbeschaltung.
Bereit für das erste Programm?
Zum nächsten Kapitel geht es erst, wenn man Hard- und Software in einer Weise zum Funktionieren gebracht hat, dass:
- die Programmiersoftware das Programmiergerät erkennt
- die Programmiersoftware den Mikrocontroller erkennt (alle heute üblichen Controller haben eine typspezifische Selbsterkennung), dazu muss der Controller mit Strom versorgt sein
- die verwendete Erstell-Software (bspw. der Assembler) aus einem leeren oder Beispiel-Projekt eine Programmier-Datei erstellt (meistens eine .HEX-Datei), die man in die Programmiersoftware laden kann (noch nicht in den Controller programmieren!)
Diesen arbeitsfähigen Zustand zu erreichen ist im Eigenbau (etwa dem Steckbrett) schwieriger als mit einem Starterkit — und der wichtigste Grund warum viele das Geld für das ansonsten nutzlose Starterkit ausgeben.
Literatur
Bevor man anfängt, sollte man sich die folgenden Dokumente runterladen und zumindest mal reinschauen:
- Datenblatt des ATmega8: Original (PDF; 6,3 MB) oder in deutscher Übersetzung (HTML)
- Befehlssatz-Handbuch der AVRs: Original (PDF; 1,2 MB) oder in deutscher Übersetzung (HTML)
Das Datenblatt eines Controllers ist das wichtigste Dokument für einen Entwickler. Es enthält Informationen über die Pinbelegung, Versorgungsspannung, Beschaltung, Speicher, die Verwendung der IO-Komponenten und vieles mehr.
Im Befehlssatz sind alle Assemblerbefehle der AVR-Controllerfamilie aufgelistet und erklärt.