https://www.mikrocontroller.net/api.php?action=feedcontributions&feedformat=atom&user=134.109.52.140Mikrocontroller.net - Benutzerbeiträge [de]2026-04-10T23:39:49ZBenutzerbeiträgeMediaWiki 1.39.7https://www.mikrocontroller.net/index.php?title=PIC&diff=96900PIC2017-08-01T15:08:53Z<p>134.109.52.140: Historie</p>
<hr />
<div>Ein PIC ist ein [[Mikrocontroller]] der Firma Microchip. Zu aller erst möchte ich die Aufteilung der PICs veranschaulichen. Die PIC-Familien werden fast immer wie folgt bezeichnet: als Beispiel „PIC18“ oder „18er PIC“ bedeutet, es handelt sich um ein PIC18Fxxxx Microcontroller. Alle PICs haben die [[Harvard-Architektur]]. Es können auch alle PICs mittels dem ICSP-Adapter programmiert werden. ICSP steht für In-Ciruit-Serial-Programmer, also ist mittels diesem Anschluss ein brennen möglich, wenn der PIC schon in der Schaltung eingebaut ist. Zudem haben alle PICs, wie auch Microcontroller anderer Hersteller, interne Module. Ein Modul übernimmt eine spezielle Aufgabe, die von der Software nur konfiguriert und nicht zusätzlich ausgeführt wird. Ein Beispiel ist das PWM-Modul. Man kann eine PWM mit der Software generieren (SoftPWM), aber einfacher geht es mit dem Modul, dass nur konfiguriert werden muss. Die Ausgabe der PWM erfolgt anschließend allein durch das Modul und nicht der Software. Da die PICs aber sonst sehr unterschiedlich sind, sollten sie getrennt aufgeführt werden. Grob unterteilt werden sie anhand ihrer Datenbreite.<br />
<br />
== 8 Bit ==<br />
<br />
Die 8-Bit-Microcontroller-Familien sind '''PIC10, PIC12, PIC16 und PIC18'''. Bei den 8-bittigen PICs gibt es einmal den Buchstaben „F“ hinter der Familienbezeichnung und den Buchstaben „C“. Der zulässige Speisespannungsbereich liegt typischerweise bei 1,8..5 V.<br />
<br />
Die mit einem „F“ in der Bezeichnung haben einen [http://www.mikrocontroller.net/articles/Flash-ROM Flash]-Programmspeicher, dieser ist somit mehrmals (weit über 1000×) beschreibbar.<br />
<br />
Das „C“ bedeutet, dass der Programmspeicher entweder ein [http://www.mikrocontroller.net/articles/OTP-ROM OTP]-Speicher (One-Time-Programable – Nur einmal beschreibbar), oder aber ein [[EPROM]]-Speicher ist, den man nur mit Hilfe von UV-Licht löschen kann. Aus diesem Grund sind die „C“-Varianten uninteressant für Hobby-Elektroniker, zudem die C-Varianten ziemlich alt und (mit Löschfenster) teuer sind. Ihr Einsatz lohnt sich erst bei Massenfertigung, Richtwert ab 5000 Stück.<br />
<br />
Die Typen der Familien haben unterschiedliche Ausstattung. Je höher die Zahl ''vor'' dem "F", desto leistungsfähiger ist der Rechnerkern (CPU) und auch die Mindestausstattung mit Peripherie. Je höher die Zahl ''hinter'' dem "F", desto mehr Ausstattung mit Peripherie und Portpins ist zu erwarten. Einen Typ der PIC10-Familie gibt im 2×3 mm großen SOT23-Gehäuse, wohingegen der kleinste PIC18 ein SOIC18 (etwa 8×15 mm) ist. Zudem ist der PIC10 billiger als ein PIC18.<br />
<br />
Die Zahl hinter PIC ist '''nicht gleich''' der Flash-Speicherbreite (und damit der Anzahl von Operationskodes)! 8-bit-PICs gibt es mit 12, 14 und 16 Bit Flash-Breite.<br />
<br />
8-Bit-PICs können folgendes beinhalten:<br />
* bis zu 128k [[Byte]] ROM<br />
* bis zu 4k [[Byte]] [[RAM]]<br />
* bis zu 1024 [[Byte]] [[EEPROM]] (Richtwert: 100000× wiederbeschreibbar)<br />
* 6 bis 100 Pins / 4 bis 70 IOs<br />
* Interner Oszillator<br />
* 8/10/12-bit [[ADC]]<br />
* 5/8-bit [[DAC]]<br />
* [[SPI]]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/I2C I²C]<br />
* [[UART]]<br />
* [[CAN]]<br />
* [[USB]]<br />
* [[PWM]]<br />
* [[Komparator]]<br />
* [[Operationsverstärker]]<br />
* Hardwaremultiplizierer 8×8<br />
* CTMU (Charge Time Measurement Unit, für Cap-Touch-Anwendungen)<br />
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Ethernet Ethernet]<br />
* rfPIC12F675: [http://de.wikipedia.org/wiki/Dezimeterwelle UHF]-Sender/Empfänger mit [http://de.wikipedia.org/wiki/Amplitude_Shift_Keying ASK] / [http://de.wikipedia.org/wiki/Frequenzumtastung FSK]-Modulation für Funkanwendungen<br />
* PIC16HV785: (kompatibel zum PIC16F785) I/O-Spannungsbereich von 2V bis 15V, für direkten Betrieb in einem 12-V-System, zur Ansteuerung von Hochvolt-MOSFET-Gates u.a.m.<br />
<br />
Details findet man auf der [http://www.microchip.com/en_US/family/8bit/architecture/ Microchip-Seite] und eine Liste aller Typen ist für jede Familie verfügbar: [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1009&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC10], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1001&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC12], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1002&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC16], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1004&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC18].<br />
<br />
== 16 Bit ==<br />
Die Vertreter der 16 Bit Microcontroller sind '''PIC24E, PIC24F, PIC24H, dsPIC30F, dsPIC33E, dsPIC33F'''. Trotz dessen nicht überall ein „F“ in der Bezeichnung ist, haben diese Familien dennoch einen Flash-Speicher. Die dsPICs haben, wie der Name schon vermuten lässt, eine zusätzliche [[DSP]]-Einheit, die extra für komplexere Berechnungen wie [http://de.wikipedia.org/wiki/Schnelle_Fourier-Transformation FFT] oder [http://de.wikipedia.org/wiki/Digitales_Filter Digital-Filter] benutzt werden können. <br />
<br />
16 Bit PICs können folgendes beinhalten:<br />
* bis zu 70 [[MIPS]]<br />
* bis zu 536k [[Byte]] Rom<br />
* bis zu 96k [[Byte]] Ram<br />
* bis zu 4k [[Byte]] [[EEPROM]]<br />
* 14 bis 144 Pins / 12 bis 122 IOs<br />
* “Single Cycle” Multiplikation 16x16 und 32/16 sowie 16/16 Division<br />
* bis zu 32 Channel 10/12-bit [[ADC]]<br />
* 10/16-bit [[DAC]]<br />
* Digital Power, Motor Control und Audio Peripherals<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/I2C I²C]<br />
* [[SPI]]<br />
* [[CAN]]<br />
* [[PWM]]<br />
* PMP (Parallel Master Port)<br />
* [[USB]]-OTG<br />
* CTMU<br />
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Echtzeituhr RTCC] (Real Time Clock&Calendar)<br />
* [[DMA]] Channels für schnelleren Datentransfer<br />
<br />
Die Übersicht ist wieder unter der [http://www.microchip.com/en_US/family/16bit/architecture/ Microchip-Seite] zu finden und auch hier gibt es die Typenlisten für die Familien [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8187&mid=14&lang=en PIC24E], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8181&mid=14&lang=en&pageId=75 PIC24F]<br />
[http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8186&mid=14&lang=en&pageId=75 PIC24H], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8182&mid=14&lang=en&pageId=75 dsPIC30F], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8188&mid=14&lang=en dsPIC33E], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8183&mid=14&lang=en&pageId=75 dsPIC33F].<br />
<br />
== 32 Bit ==<br />
Der 32 Bit Microcontroller hat nicht mehr viel mit den anfänglichen PICs gemeinsam. Er besitzt einen „MIPS M4K“-Kern aber ist trotzdem Pin-Kompatibel zu den 16 Bit PICs. Die Typen der PIC32-Familie unterstützen zusätzlich das [[JTAG]]-Interface. Es wurde außerdem auf PIC32-Basis eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Arduino-Plattform Arduino]-Alternative entwickelt, die dadurch deutlich leistungsfähiger ist. Genannt wurde dies „chipKIT“ und ist im Moment in 2 Varianten verfügbar. Die Entwicklungsumgebung für die chipKITs basiert auf der Arduino-Software und somit sollen auch alle für den Arduino programmierten Progamme auf dem chipKIT laufen. Es gibt auch PIC32er im DIP-Gehäuse. Somit kann man auch den 32bit Microcontroller von Microchip auf z.B. eine Lochrasterkarte bringen und hat nicht soviele (evtl sogar überflüssige) Pins, wie in den kleinen TQFP/N- oder BGA-Gehäusen.<br />
<br />
32 Bit PICs können folgendes beinhalten:<br />
* 80 MHz, 1.56 DMIPS/MHz<br />
* bis zu 512k [[Byte]] Rom<br />
* bis zu 128k [[Byte]] Ram<br />
* Full-speed [[USB]] Host/Device/OTG<br />
* 10/100 [http://de.wikipedia.org/wiki/Ethernet Ethernet] MAC mit MII/RMII Interfaces<br />
* [[CAN]] 2.0B<br />
* [[UART]]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/I2C I²C]<br />
* [[SPI]]<br />
* bis zu 8 Channel [[DMA]]<br />
* Analoger [[Komparator]]<br />
* [[PWM]]<br />
* 16-Channel 10bit [[ADC]]<br />
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Echtzeituhr RTCC]<br />
<br />
Die Übersicht ist wieder unter der [http://www.microchip.com/en_US/family/32bit/architecture/ Microchip-Seite] zu finden und auch hier gibt es eine Typenliste für die Familie: [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=211&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC32MX].<br />
<br />
Neu hinzugekommen ist die Serie PIC32MZXXX mit u. a. folgenden wichtigen Neuerungen zu den bestehenden<br />
PIC32MX:<br />
* 200 MHz / 330DMIPS<br />
* teilweise mit FPU (FloatingPointUnit)<br />
* bis zu 2MB Flash<br />
* bis zu 512K RAM<br />
* EBI (External Bus Interface)<br />
* SQI (Serial Quad Interface)<br />
* crypto engine<br />
<br />
== Dokumentation ==<br />
<br />
Bei den PICs gibt es zu jedem Mikrocontroller ein Datenblatt. Bei den Familien 10F, 12F, 16F und 18F wird in diesem Datenblatt jeweils der ganze Controller incl. seiner Peripherie ausführlich beschrieben. Bei den 16 & 32 Bit Familien (PIC24F und aufwärts) gibt es hingegen zu jedem Controller ein Kurzdatenblatt das die genauen Leistungsmerkmale sowie die wichtigsten Informationen für den alltäglichen Gebrauch enthält. Da bestimmte Peripherie (bspw. I2C, SPI, ... ) aber sehr komplex ist und innerhalb einer Familie (PIC24/dSPic/32) sich identisch verhält, gibt es bei diesen Familien zu jeder Familie die sogenannten Family-Datasheets, welche alle Module im Detail beschreiben.<br />
<br />
== Compiler und IDE ==<br />
=== MPLAB X ===<br />
MPLAB X ist die aktuelle [http://de.wikipedia.org/wiki/Integrierte_Entwicklungsumgebung Entwicklungsumgebung] von Microchip. Es beinhaltet alle Funktionen von MPLAB (s.u.), jedoch wurde die Software komplett neu gestaltet. Vom Simulator bis zum Projektmanagement ist alles modernisiert worden. Syntaxhervorhebung und Symbolverfolgung funktionieren hinreichend gut. MPLAB X ist für alle gängigen Betriebssysteme erhältlich (Windows, Linux und OS X). Größe ca. 500 MB. Benötigt Java-Runtime, wird ggf. bei der Installation heruntergeladen.<br />
Weitere Informationen findet man auf der [http://www.microchip.com/pagehandler/en-us/family/mplabx/ Produktseite von MPLAB X].<br />
<br />
Mit der Installation von MPLAB X kann ein Programmiertool installiert werden, der C-Compiler muss jedoch danach extra installiert werden. Sonst kann man damit kaum etwas anfangen. Größe ca. 100 MB.<br />
<br />
=== MPLAB ===<br />
<br />
MPLAB ist die (inzwischen veraltete) [http://de.wikipedia.org/wiki/Integrierte_Entwicklungsumgebung IDE] von Microchip und unterstützt von vornherein alle Brenner, Debugger, Emulatoren von Microchip. Zudem kann das Programm in der IDE per Software emuliert werden. Um Programme in [[C]] zu schreiben, können [[C]]-[[Compiler]], sofern die Software das unterstützt, in die IDE eingebettet werden, wie z.B. der HI-TECH C-Compiler. Genaueres kann man auf der [http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1406&dDocName=en019469 Microchip-Seite] anschauen.<br />
<br />
=== C-Compiler ===<br />
Microchip bietet direkt [[C]]-[[Compiler]] an. Aktuell mit MPLAB X sind die [http://www.microchip.com/pagehandler/en_us/promo/mplabxc/ XC]-Compiler von Microchip verfügbar: XC8 für 8-Bit-PICs, XC16 für [[PIC24]] und [[dsPIC]]s und XC32 für [[PIC32]]-Mikrocontroller. Die freie Version kann nur sehr beschränkt optimieren. Etwa kein Inlining von einmal aufgerufenen static-Funktionen. Mit dem XC8 können erstmalig kleinere PICs in C mit den Bordmitteln von Microchip programmiert werden. C++ oder C99 wird vom XC8 nicht unterstützt. Die XC-Compiler scheinen vom (bereits früher erhältlichen) HI-TECH-Compiler abzustammen, darauf deutet der typische Anfang <tt>#include <htc.h></tt>.<br />
<br />
Vor der XC-Serie anzusiedeln sind die Compiler C18 (für PIC18-Typen), C30 (für 16-bit-Typen) und C32 (für 32-bit-Typen). Diese [[Compiler]] können als nicht-kommerzielle Freeware-Version heruntergeladen werden. Dabei wird nach einer gewissen Zeit die Optimierung eingeschränkt. Diese ist für Hobby-Bastler allerdings nicht unbedingt kritisch. Da die [[C]]-[[Compiler]] C30 und C32 von Microchip auf Open-Source aufbauen, sollte der Sourcecode direkt von deren Seite heruntergeladen und die Aufhebung entfernt werden können (sofern man die Möglichkeit hat, die Software danach wieder zu kompilieren).<br />
Andere wären noch CC5X oder Compiler der Firma mikroElektronika. Letzterer unterstützt nicht nur alle PICs, sondern ist auch für [[AVR]]s, [[8051]]er und [[ARM]] Microcontroller, sowie jeweils auch in [[Basic]] und [http://de.wikipedia.org/wiki/Pascal_%28Programmiersprache%29 Pascal] erhältlich. MikroE-Compiler, sowie der CC5X sind in der Freeware-Version allerdings Codegrößenbegrenzt, was gerade bei 16bit oder 32bit PICs schnell eng werden kann.<br />
<br />
Alle diese C-Compiler haben z.T. erhebliche Unterschiede in ihrer Syntax und in ihrem Verhalten. Daher ist es nur sehr schwer möglich, portablen Quellkode zu schreiben.<br />
<br />
Ein Vergleich einiger C-Compiler ist in diesem Artikel zu sehen:<br />
[[PIC C-Compilervergleich]]<br />
<br />
== Programmiergeräte ==<br />
Um das Programm auf einen PIC zu bekommen, muss dieses per Gerät auf den PIC „gebrannt“ werden. Microchip bietet dazu das PICKIT2 und PICKIT3 an. Das PICKIT3 ist das aktuellere, was bedeutet, dass Firmwareupdates hauptsächlich für diese Version entwickelt werden. Spürbar ist das jetzt schon bei den PIC32MX, die nur vom PICKIT3 unterstützt werden. Wenn man aber kein PIC32 benutzen möchte, kann man bis jetzt aber auch noch zum PICKIT2 greifen, das zusätzlich noch als kleiner Logik-Analyzer dienen kann. Das nächst bessere, was Microchip bietet, ist ein ICD (In-Circuit-Debugger), das eine erweiterte Debuggermöglichkeit bietet. Das „Flagschiff“ ist der REAL-ICE (In-Circuit-Emulator), der zusätzlich noch in der Hardware emulieren kann. Eine Übersicht ist [http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=2519&param=en534451&page=wwwdevMPLABEmulatorDebuggers hier] zu sehen.<br />
<br />
Wie für andere Microcontroller, gibt es auch für den PIC Selbstbaubrenner. Der wohl Bekannteste ist der [http://sprut.de/electronic/pic/brenner/ Brenner8] von der [http://sprut.de Sprut-Seite]. Doch allgemein gilt für Third-Party-Brenner: Es werden neue Microcontroller-Typen, wenn überhaupt, erst später unterstützt, als bei einem originalen Brenner und es führt zu zusätzlichen, möglichen Fehlerquellen durch den Bau. Denn wer kommt schon auf die Idee den Fehler im Brenner zu suchen und nicht in der Schaltung. Hier im Forum sind schon mehrere solcher Fälle vorgekommen. Außerdem bekommt man das "Henne oder Ei"-Problem zu spüren, denn für den Brenner8 muss man einen PIC18 brennen, d.h. man muss sich irgendwo seinen PIC brennen lassen, bevor man es selbst tun kann. Zudem wird nicht jeder bzw. kaum ein Selbst-Bau-Brenner von der IDE unterstützt, was bedeutet, dass man mindestens 2 Programme braucht - Eine zum brennen und eine zum programmieren. Der Brenner8 unterstützt auch kein Debugging, wie es das PICKIT3 jedoch tut. Die Hilfestellung bei einem verbreitetem Programmiergerät ist selbstverständlich besser als bei einem opensource Selbsbau-Brenner. Zudem wird so ein Brenner und die Software meist von einer Einzelperson gepflegt. Dies bedeutet aber auch, dass die Updates usw von dieser Person abhängig ist. Fällt dieser aus (Krankheit oder persönliche Gründe), geht erstmal nichts weiter voran. Es muss also jeder selbst abwägen, ob einem das die ca. 10€ weniger Wert ist. Wenn es jemanden darum geht, den Brenner selbst zu bauen, der kann auch das PICKIT2 nachbauen, denn [http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/51553E.pdf Schaltplan] (Seite 77+78) und [http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/PK2V023200.zip Firmware] sind offen auf der Herstellerseite verfügbar. Hier ist zwar immer noch die mögliche Fehlerquelle beim Zusammenbau vorhanden, jedoch hat man damit einen besseren Brenner. Wenn einem der originale Brenner zu teuer ist, kann man sich bei Ebay auch nach einem Clone vom PICKIT2 oder PICKIT3 umsehen. Diese kosten im Moment zwischen 15€ und 25€.<br />
<br />
=== Hardware ===<br />
Allen PICs ist ein einfaches serielles ISP-Interface mit nur 3 Signalleitungen (ISPCLK, ISPDAT und <span style="text-decoration:overline">RESET</span>/U<sub>PP</sub>) gemeinsam. Dazu kommt, dass PICs häufig ein derartiges Anschlussschema haben, dass verschiedene DIL-PICs (auch größere) in einer 8-poligen Fassung gebrannt werden können. Die Programmierspannung an U<sub>PP</sub> beträgt meist 12 V, aber auch mal nur 8 V. Daher müssen hinreichend moderne Programmiergeräte eine einstellbare Programmierspannung haben. Neuere PICs können auch mit Low-Voltage-ISP programmiert werden, mit U<sub>PP</sub> = 0 V.<br />
Dieses einfache Interface lässt den nahezu direkten Betrieb an einem Parallel- oder seriellen Port eines PCs zu, und deshalb gibt es eine Fülle von Bauplänen für einfachste PIC-Programmiergeräte. Sie alle funktionieren, nur sind sie nicht sonderlich performant.<br />
PICs geben sich aus Brenner-Sicht in einer von-Neumann-Architektur aus: Flash, EEPROM und Konfigurationsbits haben eigene Adressbereiche.<br />
<br />
Im Unterschied zu AVRs gibt es keine getrennten Low-Voltage- und High-Voltage-Programmieralgorithmen und -Beschaltungen. Wer von PIC zu AVR wechselt kann beim Thema Programmieren beinahe Haarausfall bekommen, so einfach sind PICs in dieser Hinsicht.<br />
<br />
== Missverständnisse und Eigenheiten ==<br />
Es gibt einiges, was einen PIC-Neuling abschrecken oder verwirren könnte. (Davon ausgehen, dass der Neuling mit 8 Bit anfängt.) Ein Argument ist, dass kaum oder schlechte Peripherie verbaut wurde. Das trifft — wie auch bei AVR — nur auf sehr alte (um 1995) oder winzig kleine Controller zu. Neue PICs haben oft mehr oder bessere Peripherie als ATmegas.<br />
<br />
Historisch gesehen liegt das (etwas) daran, dass PIC der erste flashprogrammierbare (also bastelfreundliche) Mikrocontroller war (PIC16F84), aber Microchip lange Zeit nichts nachgeschoben hatte (alle übrigen Controller wurden weiterhin für Jahre als einmalprogrammierbare "C"-Typen hergestellt).<br />
Der Konkurrent Atmel stellte daraufhin seine gesamte Controller-Palette auf Flash um und zog so den Bastler weg vom PIC16F84 hin zu AVR, etwa den heute veralteten AT90S4433, der pinkompatible Vorläufer des ATmega8 und später ATmega328, das Arbeitspferd des Arduino Uno.<br />
Inzwischen hat Microchip schon längst nachgezogen und eine unwahrscheinlich riesige Palette von 8-Bit-Controllern mit Flash-Speicher im Angebot.<br />
<br />
Andere 8-bit-Mikrocontroller-Familien, wie Hitachi HC8, 8051- und Z80-basierte sind preislich nie so recht in Bastelregionen angekommen und blieben bis heute uninteressant.<br />
<br />
Es wird oft bemängelt, dass der Quarz-Takt bei 8-bit-PICs durch 4 und bei 16-bit-PICs durch 2 geteilt wird. Das muss vor allem bei Warteschleifen beachtet werden. Schade, dass der Hersteller MHz und nicht ehrlichere MIPS angab. Historisch bedingt. Fingerzeig auf Marktstrategen. Dafür werden so gut wie alle Befehle in einem System-Takt ausgeführt, wo andere mehr brauchen, besonders beim RAM-Zugriff. 8-bit-PICs gibt es heutzutage mit bis zu 16 MIPS entsprechend 64 MHz.<br />
<br />
Böse Fallstricke für Neulinge gibt es nur wenige und unkritische (im Vergleich zum „Verfusen“ eines [[AVR]]s). Es muss zum Beispiel bedacht werden, dass, um auf manche Register zugreifen zu können, die Bank gewechselt werden muss — dies macht ein [[C]]-[[Compiler]] zum Glück automatisch. Verwirrend für Umsteiger vom [[AVR]] ist, dass das Richtungsregister zum Konfigurieren der IOs eine 1 für einen Eingang braucht, und keine 0. Doch merken kann man sich, dass die 1 wie ein großes I aussieht und für Input -> Eingang steht. Andersrum steht die 0 für ein großes O wie Output -> Ausgang. Das ist historisch gewachsen und auch bei früherer Intel/Z80-Peripherie so.<br />
<br />
Wer sich hier im Forum schon mal rumgetrieben hat, kann eventuell auch den „kleinen Krieg“ zwischen [[AVR]] und PIC mitbekommen haben. Jeder Microcontroller hat seine Daseinsberechtigung.<br />
* Viele 8-Bit-Probleme lassen sich gleichermaßen günstig mit AVR oder PIC lösen. Dann nimmt man den, den man besser kennt.<br />
* Einige Probleme lassen sich besser mit PIC bzw. AVR lösen. Dann ist es Zeit die Seite zu wechseln.<br />
Bei höherer Anforderung an CPU-Leistung nimmt man 16 oder 32 Bit. Das Problem für Anfänger liegt darin, dass dabei der Umfang an Peripherie, Portpins und des Datenblatts deutlich zunimmt. Auch sinkt die maximale I/O-Spannung auf 3 V, und die Gehäuse sind kaum mehr bastelfreundlich. Daher bleiben die meisten bei 8 Bit solange es geht.<br />
<br />
Ob PIC oder [[AVR]], ob 8 Bit oder 32 Bit. Man sollte einfach die Microcontroller ausprobieren und selbst entscheiden. Wenn jemand sich einen, meiner Meinung nach guten Vergleich zwischen [[AVR]] und PIC angucken will, kann sich das ->[http://www.youtube.com/watch?v=DBftApUQ8QI EEVBlog #63]<- Video auf Youtube angucken. Da wird auch erläutert, warum es keinen Grund gibt, einen der beiden Microcontroller zu meiden. Zudem ist es auch etwas unprofessionell, ohne selbst eigene Erfahrung gesammelt zu haben, eine Familie oder sogar einen ganzen Hersteller abzuschreiben. Inzwischen kommen sowohl PIC als auch AVR von Microchip.<br />
<br />
== Alte und neue PICs ==<br />
Microchip stellt schon seit Anfang der 90er Microcontroller her. Damals war die Technik logischerweise noch nicht auf dem Stand wie heute. Es wird immer kleiner und dennoch schneller und stromsparender. Doch da manche wohl einfach nicht von den alten PICs loskommen, werden diese Heutzutage auch noch teilweilse eingesetzt. Außerdem gibt es mehrere (oft alte) fertige Projekte, die eben so einen alten PIC verwenden und da viele die Projekte nachbauen und nichts neu programmieren (wollen), sind diese PICs immer wieder oft zu finden. Die neuen PICs sind nicht nur Stromsparender und haben mehr Platz, sondern sind auch noch billiger. Ich hab mal zwei alte/ältere und oft zu findende PICs rausgesucht (PIC16F84A und PIC16F887) und einfach mal mit neuen PICs der selben Pinzahl und Bauform(DIP) verglichen:<br />
<br />
{| class="wikitable"<br />
|+ '''PIC16F84A vs. PIC16F1827'''<br />
|-<br />
! || PIC16F84A || PIC16F1827<br />
|-<br />
| ROM/Flash || 1k Word || 4k Word<br />
|-<br />
| SRAM || 68 Byte || 384 Byte<br />
|-<br />
| EEPROM || 64 Byte || 256 Byte<br />
|-<br />
| Pins/IOs || 18/13 || 18/16<br />
|-<br />
| Max. Frequenz || 20MHz || 32MHz<br />
|-<br />
| Internal Oscillator || - || 32MHz, 32kHz<br />
|-<br />
| Comparators || 0 || 2<br />
|-<br />
| ADC-Channels || 0 || 12<br />
|-<br />
| Communication || - || 1xUART, 2xI²C/SPI<br />
|-<br />
| CCP || - || 2xECCP, 2xCCP<br />
|-<br />
| Timer || 1x8bit || 4x8bit, 1x16bit<br />
|-<br />
| Preis Reichelt (30.03.2012) || 3,15€ || 1,60€<br />
|}<br />
<br />
{| class="wikitable"<br />
|+ '''PIC16F887 vs. PIC16F1939'''<br />
|-<br />
! || PIC16F887 || PIC16F1939<br />
|-<br />
| ROM/Flash || 8k Word || 16k Word<br />
|-<br />
| SRAM || 368 Byte || 1024 Byte<br />
|-<br />
| EEPROM || 256 Byte || 256 Byte<br />
|-<br />
| Pins/IOs || 40/36 || 40/36<br />
|-<br />
| Max. Frequenz || 20MHz || 32MHz<br />
|-<br />
| Internal Oscillator || 8MHz, 32kHz || 32MHz, 32kHz<br />
|-<br />
| Comparators || 2 || 2<br />
|-<br />
| ADC-Channels || 14 || 14<br />
|-<br />
| Communication || 1xUART, 1xI²C/SPI || 1xUART, 1xI²C/SPI<br />
|-<br />
| CCP || 1xECCP, 1xCCP || 3xECCP, 2xCCP<br />
|-<br />
| Timer || 2x8bit, 1x16bit || 4x8bit, 1x16bit<br />
|-<br />
| Preis Reichelt (30.03.2012)|| 2,65€ || 2,15€<br />
|}<br />
<br />
Hier sieht man gerade bei dem verbreitetem PIC16F84A, dass dieser aus heutiger Sicht total klein, schlecht und dafür überteuert ist und man für das gleiche Geld 2 bessere bekommt. Der einzige Grund, der für ältere PICs spricht, ist der, dass man eine vorhandene Software benutzen und nicht umschreiben will. Sollte es aber ein neues, eigenes Projekt werden, tut euch einen Gefallen, spart Geld und kauf neue PICs ;)<br />
<br />
== Bezugsquellen ==<br />
<br />
=== Controller ===<br />
<br />
Versandhäuser für Privatpersonen<br />
* [http://reichelt.de/PIC-Microcontroller/2/index.html?;ACTION=2;LA=2;GROUPID=2961;SHOW=1; Reichelt]<br />
* [http://de.rs-online.com/web/c/?sra=oss&searchTerm=pic&x=0&y=0 RS-Online]<br />
* [https://www.distrelec.de/ishopWebFront/search/luceneSearch.do?dispatch=show&fromCatalog=true&filterHierarchyNodeId=178072&filterHierarchyLevel=5&hierarchyDepth=0&autoAttributeEnabled=false Distrelec]<br />
<br />
=== Evaluation Boards ===<br />
<br />
* [http://de.farnell.com/jsp/search/browse.jsp?N=2008+202682&Ntk=gensearch&Ntt=pic&Ntx=mode+matchallpartial Farnell] Microchip Boarde<br />
* [http://thinkembedded.ch/PIC:::12.html Thinkembedded Webshop] Olimex Boarde<br />
* [http://www.futurlec.com/Boards.shtml Futurelec]<br />
* [http://pic-projekte.de/wordpress/?p=653 StartPIC18]<br />
<br />
== Links und Literatur ==<br />
* [http://www.microchip.com/ Microchip Homepage]<br />
* [http://www.htsoft.com/ Hi-TECH Homepage]<br />
* [http://www.bknd.com/cc5x/ CC5X Homepage]<br />
* [http://www.mikroe.com/eng/home/index MikroElektronika Homepage]<br />
* [http://pic-projekte.de/phpBB3/ PIC-Forum (deutsch)]<br />
* [http://sprut.de/ Sprut Homepage]<br />
* [http://pic-projekte.de/ Tutorials (PIC/C) und PIC-Forum]<br />
* [http://sprut.de/electronic/pic/projekte/brenner8/index.htm Brenner8 Projektseite]<br />
<br />
[[Kategorie:Mikrocontroller]]<br />
[[Kategorie:PIC| ]]</div>134.109.52.140https://www.mikrocontroller.net/index.php?title=PIC&diff=96899PIC2017-08-01T14:35:05Z<p>134.109.52.140: /* Hardware */</p>
<hr />
<div>Ein PIC ist ein [[Mikrocontroller]] der Firma Microchip. Zu aller erst möchte ich die Aufteilung der PICs veranschaulichen. Die PIC-Familien werden fast immer wie folgt bezeichnet: als Beispiel „PIC18“ oder „18er PIC“ bedeutet, es handelt sich um ein PIC18Fxxxx Microcontroller. Alle PICs haben die [[Harvard-Architektur]]. Es können auch alle PICs mittels dem ICSP-Adapter programmiert werden. ICSP steht für In-Ciruit-Serial-Programmer, also ist mittels diesem Anschluss ein brennen möglich, wenn der PIC schon in der Schaltung eingebaut ist. Zudem haben alle PICs, wie auch Microcontroller anderer Hersteller, interne Module. Ein Modul übernimmt eine spezielle Aufgabe, die von der Software nur konfiguriert und nicht zusätzlich ausgeführt wird. Ein Beispiel ist das PWM-Modul. Man kann eine PWM mit der Software generieren (SoftPWM), aber einfacher geht es mit dem Modul, dass nur konfiguriert werden muss. Die Ausgabe der PWM erfolgt anschließend allein durch das Modul und nicht der Software. Da die PICs aber sonst sehr unterschiedlich sind, sollten sie getrennt aufgeführt werden. Grob unterteilt werden sie anhand ihrer Datenbreite.<br />
<br />
== 8 Bit ==<br />
<br />
Die 8-Bit-Microcontroller-Familien sind '''PIC10, PIC12, PIC16 und PIC18'''. Bei den 8-bittigen PICs gibt es einmal den Buchstaben „F“ hinter der Familienbezeichnung und den Buchstaben „C“. Der zulässige Speisespannungsbereich liegt typischerweise bei 1,8..5 V.<br />
<br />
Die mit einem „F“ in der Bezeichnung haben einen [http://www.mikrocontroller.net/articles/Flash-ROM Flash]-Programmspeicher, dieser ist somit mehrmals (weit über 1000×) beschreibbar.<br />
<br />
Das „C“ bedeutet, dass der Programmspeicher entweder ein [http://www.mikrocontroller.net/articles/OTP-ROM OTP]-Speicher (One-Time-Programable – Nur einmal beschreibbar), oder aber ein [[EPROM]]-Speicher ist, den man nur mit Hilfe von UV-Licht löschen kann. Aus diesem Grund sind die „C“-Varianten uninteressant für Hobby-Elektroniker, zudem die C-Varianten ziemlich alt und (mit Löschfenster) teuer sind. Ihr Einsatz lohnt sich erst bei Massenfertigung, Richtwert ab 5000 Stück.<br />
<br />
Die Typen der Familien haben unterschiedliche Ausstattung. Je höher die Zahl ''vor'' dem "F", desto leistungsfähiger ist der Rechnerkern (CPU) und auch die Mindestausstattung mit Peripherie. Je höher die Zahl ''hinter'' dem "F", desto mehr Ausstattung mit Peripherie und Portpins ist zu erwarten. Einen Typ der PIC10-Familie gibt im 2×3 mm großen SOT23-Gehäuse, wohingegen der kleinste PIC18 ein SOIC18 (etwa 8×15 mm) ist. Zudem ist der PIC10 billiger als ein PIC18.<br />
<br />
Die Zahl hinter PIC ist '''nicht gleich''' der Flash-Speicherbreite (und damit der Anzahl von Operationskodes)! 8-bit-PICs gibt es mit 12, 14 und 16 Bit Flash-Breite.<br />
<br />
8-Bit-PICs können folgendes beinhalten:<br />
* bis zu 128k [[Byte]] ROM<br />
* bis zu 4k [[Byte]] [[RAM]]<br />
* bis zu 1024 [[Byte]] [[EEPROM]] (Richtwert: 100000× wiederbeschreibbar)<br />
* 6 bis 100 Pins / 4 bis 70 IOs<br />
* Interner Oszillator<br />
* 8/10/12-bit [[ADC]]<br />
* 5/8-bit [[DAC]]<br />
* [[SPI]]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/I2C I²C]<br />
* [[UART]]<br />
* [[CAN]]<br />
* [[USB]]<br />
* [[PWM]]<br />
* [[Komparator]]<br />
* [[Operationsverstärker]]<br />
* Hardwaremultiplizierer 8×8<br />
* CTMU (Charge Time Measurement Unit, für Cap-Touch-Anwendungen)<br />
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Ethernet Ethernet]<br />
* rfPIC12F675: [http://de.wikipedia.org/wiki/Dezimeterwelle UHF]-Sender/Empfänger mit [http://de.wikipedia.org/wiki/Amplitude_Shift_Keying ASK] / [http://de.wikipedia.org/wiki/Frequenzumtastung FSK]-Modulation für Funkanwendungen<br />
* PIC16HV785: (kompatibel zum PIC16F785) I/O-Spannungsbereich von 2V bis 15V, für direkten Betrieb in einem 12-V-System, zur Ansteuerung von Hochvolt-MOSFET-Gates u.a.m.<br />
<br />
Details findet man auf der [http://www.microchip.com/en_US/family/8bit/architecture/ Microchip-Seite] und eine Liste aller Typen ist für jede Familie verfügbar: [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1009&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC10], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1001&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC12], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1002&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC16], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1004&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC18].<br />
<br />
== 16 Bit ==<br />
Die Vertreter der 16 Bit Microcontroller sind '''PIC24E, PIC24F, PIC24H, dsPIC30F, dsPIC33E, dsPIC33F'''. Trotz dessen nicht überall ein „F“ in der Bezeichnung ist, haben diese Familien dennoch einen Flash-Speicher. Die dsPICs haben, wie der Name schon vermuten lässt, eine zusätzliche [[DSP]]-Einheit, die extra für komplexere Berechnungen wie [http://de.wikipedia.org/wiki/Schnelle_Fourier-Transformation FFT] oder [http://de.wikipedia.org/wiki/Digitales_Filter Digital-Filter] benutzt werden können. <br />
<br />
16 Bit PICs können folgendes beinhalten:<br />
* bis zu 70 [[MIPS]]<br />
* bis zu 536k [[Byte]] Rom<br />
* bis zu 96k [[Byte]] Ram<br />
* bis zu 4k [[Byte]] [[EEPROM]]<br />
* 14 bis 144 Pins / 12 bis 122 IOs<br />
* “Single Cycle” Multiplikation 16x16 und 32/16 sowie 16/16 Division<br />
* bis zu 32 Channel 10/12-bit [[ADC]]<br />
* 10/16-bit [[DAC]]<br />
* Digital Power, Motor Control und Audio Peripherals<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/I2C I²C]<br />
* [[SPI]]<br />
* [[CAN]]<br />
* [[PWM]]<br />
* PMP (Parallel Master Port)<br />
* [[USB]]-OTG<br />
* CTMU<br />
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Echtzeituhr RTCC] (Real Time Clock&Calendar)<br />
* [[DMA]] Channels für schnelleren Datentransfer<br />
<br />
Die Übersicht ist wieder unter der [http://www.microchip.com/en_US/family/16bit/architecture/ Microchip-Seite] zu finden und auch hier gibt es die Typenlisten für die Familien [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8187&mid=14&lang=en PIC24E], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8181&mid=14&lang=en&pageId=75 PIC24F]<br />
[http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8186&mid=14&lang=en&pageId=75 PIC24H], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8182&mid=14&lang=en&pageId=75 dsPIC30F], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8188&mid=14&lang=en dsPIC33E], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8183&mid=14&lang=en&pageId=75 dsPIC33F].<br />
<br />
== 32 Bit ==<br />
Der 32 Bit Microcontroller hat nicht mehr viel mit den anfänglichen PICs gemeinsam. Er besitzt einen „MIPS M4K“-Kern aber ist trotzdem Pin-Kompatibel zu den 16 Bit PICs. Die Typen der PIC32-Familie unterstützen zusätzlich das [[JTAG]]-Interface. Es wurde außerdem auf PIC32-Basis eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Arduino-Plattform Arduino]-Alternative entwickelt, die dadurch deutlich leistungsfähiger ist. Genannt wurde dies „chipKIT“ und ist im Moment in 2 Varianten verfügbar. Die Entwicklungsumgebung für die chipKITs basiert auf der Arduino-Software und somit sollen auch alle für den Arduino programmierten Progamme auf dem chipKIT laufen. Es gibt auch PIC32er im DIP-Gehäuse. Somit kann man auch den 32bit Microcontroller von Microchip auf z.B. eine Lochrasterkarte bringen und hat nicht soviele (evtl sogar überflüssige) Pins, wie in den kleinen TQFP/N- oder BGA-Gehäusen.<br />
<br />
32 Bit PICs können folgendes beinhalten:<br />
* 80 MHz, 1.56 DMIPS/MHz<br />
* bis zu 512k [[Byte]] Rom<br />
* bis zu 128k [[Byte]] Ram<br />
* Full-speed [[USB]] Host/Device/OTG<br />
* 10/100 [http://de.wikipedia.org/wiki/Ethernet Ethernet] MAC mit MII/RMII Interfaces<br />
* [[CAN]] 2.0B<br />
* [[UART]]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/I2C I²C]<br />
* [[SPI]]<br />
* bis zu 8 Channel [[DMA]]<br />
* Analoger [[Komparator]]<br />
* [[PWM]]<br />
* 16-Channel 10bit [[ADC]]<br />
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Echtzeituhr RTCC]<br />
<br />
Die Übersicht ist wieder unter der [http://www.microchip.com/en_US/family/32bit/architecture/ Microchip-Seite] zu finden und auch hier gibt es eine Typenliste für die Familie: [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=211&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC32MX].<br />
<br />
Neu hinzugekommen ist die Serie PIC32MZXXX mit u. a. folgenden wichtigen Neuerungen zu den bestehenden<br />
PIC32MX:<br />
* 200 MHz / 330DMIPS<br />
* teilweise mit FPU (FloatingPointUnit)<br />
* bis zu 2MB Flash<br />
* bis zu 512K RAM<br />
* EBI (External Bus Interface)<br />
* SQI (Serial Quad Interface)<br />
* crypto engine<br />
<br />
== Dokumentation ==<br />
<br />
Bei den PICs gibt es zu jedem Mikrocontroller ein Datenblatt. Bei den Familien 10F, 12F, 16F und 18F wird in diesem Datenblatt jeweils der ganze Controller incl. seiner Peripherie ausführlich beschrieben. Bei den 16 & 32 Bit Familien (PIC24F und aufwärts) gibt es hingegen zu jedem Controller ein Kurzdatenblatt das die genauen Leistungsmerkmale sowie die wichtigsten Informationen für den alltäglichen Gebrauch enthält. Da bestimmte Peripherie (bspw. I2C, SPI, ... ) aber sehr komplex ist und innerhalb einer Familie (PIC24/dSPic/32) sich identisch verhält, gibt es bei diesen Familien zu jeder Familie die sogenannten Family-Datasheets, welche alle Module im Detail beschreiben.<br />
<br />
== Compiler und IDE ==<br />
=== MPLAB X ===<br />
MPLAB X ist die aktuelle [http://de.wikipedia.org/wiki/Integrierte_Entwicklungsumgebung Entwicklungsumgebung] von Microchip. Es beinhaltet alle Funktionen von MPLAB (s.u.), jedoch wurde die Software komplett neu gestaltet. Vom Simulator bis zum Projektmanagement ist alles modernisiert worden. Syntaxhervorhebung und Symbolverfolgung funktionieren hinreichend gut. MPLAB X ist für alle gängigen Betriebssysteme erhältlich (Windows, Linux und OS X). Größe ca. 500 MB. Benötigt Java-Runtime, wird ggf. bei der Installation heruntergeladen.<br />
Weitere Informationen findet man auf der [http://www.microchip.com/pagehandler/en-us/family/mplabx/ Produktseite von MPLAB X].<br />
<br />
Mit der Installation von MPLAB X kann ein Programmiertool installiert werden, der C-Compiler muss jedoch danach extra installiert werden. Sonst kann man damit kaum etwas anfangen. Größe ca. 100 MB.<br />
<br />
=== MPLAB ===<br />
<br />
MPLAB ist die (inzwischen veraltete) [http://de.wikipedia.org/wiki/Integrierte_Entwicklungsumgebung IDE] von Microchip und unterstützt von vornherein alle Brenner, Debugger, Emulatoren von Microchip. Zudem kann das Programm in der IDE per Software emuliert werden. Um Programme in [[C]] zu schreiben, können [[C]]-[[Compiler]], sofern die Software das unterstützt, in die IDE eingebettet werden, wie z.B. der HI-TECH C-Compiler. Genaueres kann man auf der [http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1406&dDocName=en019469 Microchip-Seite] anschauen.<br />
<br />
=== C-Compiler ===<br />
Microchip bietet direkt [[C]]-[[Compiler]] an. Aktuell mit MPLAB X sind die [http://www.microchip.com/pagehandler/en_us/promo/mplabxc/ XC]-Compiler von Microchip verfügbar: XC8 für 8-Bit-PICs, XC16 für [[PIC24]] und [[dsPIC]]s und XC32 für [[PIC32]]-Mikrocontroller. Die freie Version kann nur sehr beschränkt optimieren. Etwa kein Inlining von einmal aufgerufenen static-Funktionen. Mit dem XC8 können erstmalig kleinere PICs in C mit den Bordmitteln von Microchip programmiert werden. C++ oder C99 wird vom XC8 nicht unterstützt. Die XC-Compiler scheinen vom (bereits früher erhältlichen) HI-TECH-Compiler abzustammen, darauf deutet der typische Anfang <tt>#include <htc.h></tt>.<br />
<br />
Vor der XC-Serie anzusiedeln sind die Compiler C18 (für PIC18-Typen), C30 (für 16-bit-Typen) und C32 (für 32-bit-Typen). Diese [[Compiler]] können als nicht-kommerzielle Freeware-Version heruntergeladen werden. Dabei wird nach einer gewissen Zeit die Optimierung eingeschränkt. Diese ist für Hobby-Bastler allerdings nicht unbedingt kritisch. Da die [[C]]-[[Compiler]] C30 und C32 von Microchip auf Open-Source aufbauen, sollte der Sourcecode direkt von deren Seite heruntergeladen und die Aufhebung entfernt werden können (sofern man die Möglichkeit hat, die Software danach wieder zu kompilieren).<br />
Andere wären noch CC5X oder Compiler der Firma mikroElektronika. Letzterer unterstützt nicht nur alle PICs, sondern ist auch für [[AVR]]s, [[8051]]er und [[ARM]] Microcontroller, sowie jeweils auch in [[Basic]] und [http://de.wikipedia.org/wiki/Pascal_%28Programmiersprache%29 Pascal] erhältlich. MikroE-Compiler, sowie der CC5X sind in der Freeware-Version allerdings Codegrößenbegrenzt, was gerade bei 16bit oder 32bit PICs schnell eng werden kann.<br />
<br />
Alle diese C-Compiler haben z.T. erhebliche Unterschiede in ihrer Syntax und in ihrem Verhalten. Daher ist es nur sehr schwer möglich, portablen Quellkode zu schreiben.<br />
<br />
Ein Vergleich einiger C-Compiler ist in diesem Artikel zu sehen:<br />
[[PIC C-Compilervergleich]]<br />
<br />
== Programmiergeräte ==<br />
Um das Programm auf einen PIC zu bekommen, muss dieses per Gerät auf den PIC „gebrannt“ werden. Microchip bietet dazu das PICKIT2 und PICKIT3 an. Das PICKIT3 ist das aktuellere, was bedeutet, dass Firmwareupdates hauptsächlich für diese Version entwickelt werden. Spürbar ist das jetzt schon bei den PIC32MX, die nur vom PICKIT3 unterstützt werden. Wenn man aber kein PIC32 benutzen möchte, kann man bis jetzt aber auch noch zum PICKIT2 greifen, das zusätzlich noch als kleiner Logik-Analyzer dienen kann. Das nächst bessere, was Microchip bietet, ist ein ICD (In-Circuit-Debugger), das eine erweiterte Debuggermöglichkeit bietet. Das „Flagschiff“ ist der REAL-ICE (In-Circuit-Emulator), der zusätzlich noch in der Hardware emulieren kann. Eine Übersicht ist [http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=2519&param=en534451&page=wwwdevMPLABEmulatorDebuggers hier] zu sehen.<br />
<br />
Wie für andere Microcontroller, gibt es auch für den PIC Selbstbaubrenner. Der wohl Bekannteste ist der [http://sprut.de/electronic/pic/brenner/ Brenner8] von der [http://sprut.de Sprut-Seite]. Doch allgemein gilt für Third-Party-Brenner: Es werden neue Microcontroller-Typen, wenn überhaupt, erst später unterstützt, als bei einem originalen Brenner und es führt zu zusätzlichen, möglichen Fehlerquellen durch den Bau. Denn wer kommt schon auf die Idee den Fehler im Brenner zu suchen und nicht in der Schaltung. Hier im Forum sind schon mehrere solcher Fälle vorgekommen. Außerdem bekommt man das "Henne oder Ei"-Problem zu spüren, denn für den Brenner8 muss man einen PIC18 brennen, d.h. man muss sich irgendwo seinen PIC brennen lassen, bevor man es selbst tun kann. Zudem wird nicht jeder bzw. kaum ein Selbst-Bau-Brenner von der IDE unterstützt, was bedeutet, dass man mindestens 2 Programme braucht - Eine zum brennen und eine zum programmieren. Der Brenner8 unterstützt auch kein Debugging, wie es das PICKIT3 jedoch tut. Die Hilfestellung bei einem verbreitetem Programmiergerät ist selbstverständlich besser als bei einem opensource Selbsbau-Brenner. Zudem wird so ein Brenner und die Software meist von einer Einzelperson gepflegt. Dies bedeutet aber auch, dass die Updates usw von dieser Person abhängig ist. Fällt dieser aus (Krankheit oder persönliche Gründe), geht erstmal nichts weiter voran. Es muss also jeder selbst abwägen, ob einem das die ca. 10€ weniger Wert ist. Wenn es jemanden darum geht, den Brenner selbst zu bauen, der kann auch das PICKIT2 nachbauen, denn [http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/51553E.pdf Schaltplan] (Seite 77+78) und [http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/PK2V023200.zip Firmware] sind offen auf der Herstellerseite verfügbar. Hier ist zwar immer noch die mögliche Fehlerquelle beim Zusammenbau vorhanden, jedoch hat man damit einen besseren Brenner. Wenn einem der originale Brenner zu teuer ist, kann man sich bei Ebay auch nach einem Clone vom PICKIT2 oder PICKIT3 umsehen. Diese kosten im Moment zwischen 15€ und 25€.<br />
<br />
=== Hardware ===<br />
Allen PICs ist ein einfaches serielles ISP-Interface mit nur 3 Signalleitungen (ISPCLK, ISPDAT und <span style="text-decoration:overline">RESET</span>/U<sub>PP</sub>) gemeinsam. Dazu kommt, dass PICs häufig ein derartiges Anschlussschema haben, dass verschiedene DIL-PICs (auch größere) in einer 8-poligen Fassung gebrannt werden können. Die Programmierspannung an U<sub>PP</sub> beträgt meist 12 V, aber auch mal nur 8 V. Daher müssen hinreichend moderne Programmiergeräte eine einstellbare Programmierspannung haben. Neuere PICs können auch mit Low-Voltage-ISP programmiert werden, mit U<sub>PP</sub> = 0 V.<br />
Dieses einfache Interface lässt den nahezu direkten Betrieb an einem Parallel- oder seriellen Port eines PCs zu, und deshalb gibt es eine Fülle von Bauplänen für einfachste PIC-Programmiergeräte. Sie alle funktionieren, nur sind sie nicht sonderlich performant.<br />
PICs geben sich aus Brenner-Sicht in einer von-Neumann-Architektur aus: Flash, EEPROM und Konfigurationsbits haben eigene Adressbereiche.<br />
<br />
Im Unterschied zu AVRs gibt es keine getrennten Low-Voltage- und High-Voltage-Programmieralgorithmen und -Beschaltungen. Wer von PIC zu AVR wechselt kann beim Thema Programmieren beinahe Haarausfall bekommen, so einfach sind PICs in dieser Hinsicht.<br />
<br />
== Missverständnisse und Eigenheiten ==<br />
Es gibt einiges, was einen PIC-Neuling abschrecken oder verwirren könnte. Manchmal hört man z.B. dass kaum oder schlechte Peripherie verbaut wurde, wobei dies meist, wenn überhaupt zutreffend, für sehr alte PICs gilt (90er Jahre). Neue PICs habe oft mehr/bessere Peripherie als ATmegas. Es wird auch oft bemängelt, dass der Quarz-Takt bei 8bit PICs durch 4 und bei 16bit PICs durch 2 geteilt wird. Dafür werden so gut wie alle Befehle in einem System-Takt ausgeführt, wo andere mehr brauchen. 8bit PICs gibt es mit bis zu 64MHz (16 MIPS).<br />
Fallen für Neulinge gibt es nur wenige und unkritische (im Vergleich zum „verfusen“ eines [[AVR]]s). Es muss zum Beispiel bedacht werden, dass, um auf manche Register zugreifen zu können, die Bank gewechselt werden muss - dies macht ein [[C]]-[[Compiler]] aber automatisch. Außerdem muss die geplante Vierteilung von oben bedacht werden, um Zeitschleifen zu berechnen. Verwirrend kann gerade für Leute, die den [[AVR]] gewohnt sind sein, dass das Register zum Konfigurieren der IOs eine 1 für einen Eingang braucht, und keine 0. Doch merken kann man sich, dass die 1 wie ein großes I aussieht und für Input -> Eingang steht. Andersrum steht die 0 für ein großes O wie Output -> Ausgang.<br />
<br />
Wer sich hier im Forum schon mal rumgetrieben hat, kann eventuell auch den „kleinen Krieg“ zwischen [[AVR]] und PIC mitbekommen haben. Dazu will ich auch nur sagen, dass an sich jeder Microcontroller seine Daseinsberechtigung hat. Ob PIC oder [[AVR]], ob 8 Bit oder 32 Bit. Deswegen sollte man einfach die Microcontroller ausprobieren und selbst entscheiden. Wenn jemand sich einen, meiner Meinung nach guten Vergleich zwischen [[AVR]] und PIC angucken will, kann sich das ->[http://www.youtube.com/watch?v=DBftApUQ8QI EEVBlog #63]<- Video auf Youtube angucken. Da wird auch erläutert, warum es keinen Grund gibt, einen der beiden Microcontroller zu meiden. Zudem ist es auch etwas unprofessionell, ohne selbst eigene Erfahrung gesammelt zu haben, eine Familie oder sogar einen ganzen Hersteller abzuschreiben.<br />
<br />
== Alte und neue PICs ==<br />
Microchip stellt schon seit Anfang der 90er Microcontroller her. Damals war die Technik logischerweise noch nicht auf dem Stand wie heute. Es wird immer kleiner und dennoch schneller und stromsparender. Doch da manche wohl einfach nicht von den alten PICs loskommen, werden diese Heutzutage auch noch teilweilse eingesetzt. Außerdem gibt es mehrere (oft alte) fertige Projekte, die eben so einen alten PIC verwenden und da viele die Projekte nachbauen und nichts neu programmieren (wollen), sind diese PICs immer wieder oft zu finden. Die neuen PICs sind nicht nur Stromsparender und haben mehr Platz, sondern sind auch noch billiger. Ich hab mal zwei alte/ältere und oft zu findende PICs rausgesucht (PIC16F84A und PIC16F887) und einfach mal mit neuen PICs der selben Pinzahl und Bauform(DIP) verglichen:<br />
<br />
{| class="wikitable"<br />
|+ '''PIC16F84A vs. PIC16F1827'''<br />
|-<br />
! || PIC16F84A || PIC16F1827<br />
|-<br />
| ROM/Flash || 1k Word || 4k Word<br />
|-<br />
| SRAM || 68 Byte || 384 Byte<br />
|-<br />
| EEPROM || 64 Byte || 256 Byte<br />
|-<br />
| Pins/IOs || 18/13 || 18/16<br />
|-<br />
| Max. Frequenz || 20MHz || 32MHz<br />
|-<br />
| Internal Oscillator || - || 32MHz, 32kHz<br />
|-<br />
| Comparators || 0 || 2<br />
|-<br />
| ADC-Channels || 0 || 12<br />
|-<br />
| Communication || - || 1xUART, 2xI²C/SPI<br />
|-<br />
| CCP || - || 2xECCP, 2xCCP<br />
|-<br />
| Timer || 1x8bit || 4x8bit, 1x16bit<br />
|-<br />
| Preis Reichelt (30.03.2012) || 3,15€ || 1,60€<br />
|}<br />
<br />
{| class="wikitable"<br />
|+ '''PIC16F887 vs. PIC16F1939'''<br />
|-<br />
! || PIC16F887 || PIC16F1939<br />
|-<br />
| ROM/Flash || 8k Word || 16k Word<br />
|-<br />
| SRAM || 368 Byte || 1024 Byte<br />
|-<br />
| EEPROM || 256 Byte || 256 Byte<br />
|-<br />
| Pins/IOs || 40/36 || 40/36<br />
|-<br />
| Max. Frequenz || 20MHz || 32MHz<br />
|-<br />
| Internal Oscillator || 8MHz, 32kHz || 32MHz, 32kHz<br />
|-<br />
| Comparators || 2 || 2<br />
|-<br />
| ADC-Channels || 14 || 14<br />
|-<br />
| Communication || 1xUART, 1xI²C/SPI || 1xUART, 1xI²C/SPI<br />
|-<br />
| CCP || 1xECCP, 1xCCP || 3xECCP, 2xCCP<br />
|-<br />
| Timer || 2x8bit, 1x16bit || 4x8bit, 1x16bit<br />
|-<br />
| Preis Reichelt (30.03.2012)|| 2,65€ || 2,15€<br />
|}<br />
<br />
Hier sieht man gerade bei dem verbreitetem PIC16F84A, dass dieser aus heutiger Sicht total klein, schlecht und dafür überteuert ist und man für das gleiche Geld 2 bessere bekommt. Der einzige Grund, der für ältere PICs spricht, ist der, dass man eine vorhandene Software benutzen und nicht umschreiben will. Sollte es aber ein neues, eigenes Projekt werden, tut euch einen Gefallen, spart Geld und kauf neue PICs ;)<br />
<br />
== Bezugsquellen ==<br />
<br />
=== Controller ===<br />
<br />
Versandhäuser für Privatpersonen<br />
* [http://reichelt.de/PIC-Microcontroller/2/index.html?;ACTION=2;LA=2;GROUPID=2961;SHOW=1; Reichelt]<br />
* [http://de.rs-online.com/web/c/?sra=oss&searchTerm=pic&x=0&y=0 RS-Online]<br />
* [https://www.distrelec.de/ishopWebFront/search/luceneSearch.do?dispatch=show&fromCatalog=true&filterHierarchyNodeId=178072&filterHierarchyLevel=5&hierarchyDepth=0&autoAttributeEnabled=false Distrelec]<br />
<br />
=== Evaluation Boards ===<br />
<br />
* [http://de.farnell.com/jsp/search/browse.jsp?N=2008+202682&Ntk=gensearch&Ntt=pic&Ntx=mode+matchallpartial Farnell] Microchip Boarde<br />
* [http://thinkembedded.ch/PIC:::12.html Thinkembedded Webshop] Olimex Boarde<br />
* [http://www.futurlec.com/Boards.shtml Futurelec]<br />
* [http://pic-projekte.de/wordpress/?p=653 StartPIC18]<br />
<br />
== Links und Literatur ==<br />
* [http://www.microchip.com/ Microchip Homepage]<br />
* [http://www.htsoft.com/ Hi-TECH Homepage]<br />
* [http://www.bknd.com/cc5x/ CC5X Homepage]<br />
* [http://www.mikroe.com/eng/home/index MikroElektronika Homepage]<br />
* [http://pic-projekte.de/phpBB3/ PIC-Forum (deutsch)]<br />
* [http://sprut.de/ Sprut Homepage]<br />
* [http://pic-projekte.de/ Tutorials (PIC/C) und PIC-Forum]<br />
* [http://sprut.de/electronic/pic/projekte/brenner8/index.htm Brenner8 Projektseite]<br />
<br />
[[Kategorie:Mikrocontroller]]<br />
[[Kategorie:PIC| ]]</div>134.109.52.140https://www.mikrocontroller.net/index.php?title=PIC&diff=96898PIC2017-08-01T14:32:40Z<p>134.109.52.140: Programmer: Hintergrundbeleuchtung</p>
<hr />
<div>Ein PIC ist ein [[Mikrocontroller]] der Firma Microchip. Zu aller erst möchte ich die Aufteilung der PICs veranschaulichen. Die PIC-Familien werden fast immer wie folgt bezeichnet: als Beispiel „PIC18“ oder „18er PIC“ bedeutet, es handelt sich um ein PIC18Fxxxx Microcontroller. Alle PICs haben die [[Harvard-Architektur]]. Es können auch alle PICs mittels dem ICSP-Adapter programmiert werden. ICSP steht für In-Ciruit-Serial-Programmer, also ist mittels diesem Anschluss ein brennen möglich, wenn der PIC schon in der Schaltung eingebaut ist. Zudem haben alle PICs, wie auch Microcontroller anderer Hersteller, interne Module. Ein Modul übernimmt eine spezielle Aufgabe, die von der Software nur konfiguriert und nicht zusätzlich ausgeführt wird. Ein Beispiel ist das PWM-Modul. Man kann eine PWM mit der Software generieren (SoftPWM), aber einfacher geht es mit dem Modul, dass nur konfiguriert werden muss. Die Ausgabe der PWM erfolgt anschließend allein durch das Modul und nicht der Software. Da die PICs aber sonst sehr unterschiedlich sind, sollten sie getrennt aufgeführt werden. Grob unterteilt werden sie anhand ihrer Datenbreite.<br />
<br />
== 8 Bit ==<br />
<br />
Die 8-Bit-Microcontroller-Familien sind '''PIC10, PIC12, PIC16 und PIC18'''. Bei den 8-bittigen PICs gibt es einmal den Buchstaben „F“ hinter der Familienbezeichnung und den Buchstaben „C“. Der zulässige Speisespannungsbereich liegt typischerweise bei 1,8..5 V.<br />
<br />
Die mit einem „F“ in der Bezeichnung haben einen [http://www.mikrocontroller.net/articles/Flash-ROM Flash]-Programmspeicher, dieser ist somit mehrmals (weit über 1000×) beschreibbar.<br />
<br />
Das „C“ bedeutet, dass der Programmspeicher entweder ein [http://www.mikrocontroller.net/articles/OTP-ROM OTP]-Speicher (One-Time-Programable – Nur einmal beschreibbar), oder aber ein [[EPROM]]-Speicher ist, den man nur mit Hilfe von UV-Licht löschen kann. Aus diesem Grund sind die „C“-Varianten uninteressant für Hobby-Elektroniker, zudem die C-Varianten ziemlich alt und (mit Löschfenster) teuer sind. Ihr Einsatz lohnt sich erst bei Massenfertigung, Richtwert ab 5000 Stück.<br />
<br />
Die Typen der Familien haben unterschiedliche Ausstattung. Je höher die Zahl ''vor'' dem "F", desto leistungsfähiger ist der Rechnerkern (CPU) und auch die Mindestausstattung mit Peripherie. Je höher die Zahl ''hinter'' dem "F", desto mehr Ausstattung mit Peripherie und Portpins ist zu erwarten. Einen Typ der PIC10-Familie gibt im 2×3 mm großen SOT23-Gehäuse, wohingegen der kleinste PIC18 ein SOIC18 (etwa 8×15 mm) ist. Zudem ist der PIC10 billiger als ein PIC18.<br />
<br />
Die Zahl hinter PIC ist '''nicht gleich''' der Flash-Speicherbreite (und damit der Anzahl von Operationskodes)! 8-bit-PICs gibt es mit 12, 14 und 16 Bit Flash-Breite.<br />
<br />
8-Bit-PICs können folgendes beinhalten:<br />
* bis zu 128k [[Byte]] ROM<br />
* bis zu 4k [[Byte]] [[RAM]]<br />
* bis zu 1024 [[Byte]] [[EEPROM]] (Richtwert: 100000× wiederbeschreibbar)<br />
* 6 bis 100 Pins / 4 bis 70 IOs<br />
* Interner Oszillator<br />
* 8/10/12-bit [[ADC]]<br />
* 5/8-bit [[DAC]]<br />
* [[SPI]]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/I2C I²C]<br />
* [[UART]]<br />
* [[CAN]]<br />
* [[USB]]<br />
* [[PWM]]<br />
* [[Komparator]]<br />
* [[Operationsverstärker]]<br />
* Hardwaremultiplizierer 8×8<br />
* CTMU (Charge Time Measurement Unit, für Cap-Touch-Anwendungen)<br />
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Ethernet Ethernet]<br />
* rfPIC12F675: [http://de.wikipedia.org/wiki/Dezimeterwelle UHF]-Sender/Empfänger mit [http://de.wikipedia.org/wiki/Amplitude_Shift_Keying ASK] / [http://de.wikipedia.org/wiki/Frequenzumtastung FSK]-Modulation für Funkanwendungen<br />
* PIC16HV785: (kompatibel zum PIC16F785) I/O-Spannungsbereich von 2V bis 15V, für direkten Betrieb in einem 12-V-System, zur Ansteuerung von Hochvolt-MOSFET-Gates u.a.m.<br />
<br />
Details findet man auf der [http://www.microchip.com/en_US/family/8bit/architecture/ Microchip-Seite] und eine Liste aller Typen ist für jede Familie verfügbar: [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1009&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC10], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1001&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC12], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1002&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC16], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1004&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC18].<br />
<br />
== 16 Bit ==<br />
Die Vertreter der 16 Bit Microcontroller sind '''PIC24E, PIC24F, PIC24H, dsPIC30F, dsPIC33E, dsPIC33F'''. Trotz dessen nicht überall ein „F“ in der Bezeichnung ist, haben diese Familien dennoch einen Flash-Speicher. Die dsPICs haben, wie der Name schon vermuten lässt, eine zusätzliche [[DSP]]-Einheit, die extra für komplexere Berechnungen wie [http://de.wikipedia.org/wiki/Schnelle_Fourier-Transformation FFT] oder [http://de.wikipedia.org/wiki/Digitales_Filter Digital-Filter] benutzt werden können. <br />
<br />
16 Bit PICs können folgendes beinhalten:<br />
* bis zu 70 [[MIPS]]<br />
* bis zu 536k [[Byte]] Rom<br />
* bis zu 96k [[Byte]] Ram<br />
* bis zu 4k [[Byte]] [[EEPROM]]<br />
* 14 bis 144 Pins / 12 bis 122 IOs<br />
* “Single Cycle” Multiplikation 16x16 und 32/16 sowie 16/16 Division<br />
* bis zu 32 Channel 10/12-bit [[ADC]]<br />
* 10/16-bit [[DAC]]<br />
* Digital Power, Motor Control und Audio Peripherals<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/I2C I²C]<br />
* [[SPI]]<br />
* [[CAN]]<br />
* [[PWM]]<br />
* PMP (Parallel Master Port)<br />
* [[USB]]-OTG<br />
* CTMU<br />
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Echtzeituhr RTCC] (Real Time Clock&Calendar)<br />
* [[DMA]] Channels für schnelleren Datentransfer<br />
<br />
Die Übersicht ist wieder unter der [http://www.microchip.com/en_US/family/16bit/architecture/ Microchip-Seite] zu finden und auch hier gibt es die Typenlisten für die Familien [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8187&mid=14&lang=en PIC24E], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8181&mid=14&lang=en&pageId=75 PIC24F]<br />
[http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8186&mid=14&lang=en&pageId=75 PIC24H], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8182&mid=14&lang=en&pageId=75 dsPIC30F], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8188&mid=14&lang=en dsPIC33E], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8183&mid=14&lang=en&pageId=75 dsPIC33F].<br />
<br />
== 32 Bit ==<br />
Der 32 Bit Microcontroller hat nicht mehr viel mit den anfänglichen PICs gemeinsam. Er besitzt einen „MIPS M4K“-Kern aber ist trotzdem Pin-Kompatibel zu den 16 Bit PICs. Die Typen der PIC32-Familie unterstützen zusätzlich das [[JTAG]]-Interface. Es wurde außerdem auf PIC32-Basis eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Arduino-Plattform Arduino]-Alternative entwickelt, die dadurch deutlich leistungsfähiger ist. Genannt wurde dies „chipKIT“ und ist im Moment in 2 Varianten verfügbar. Die Entwicklungsumgebung für die chipKITs basiert auf der Arduino-Software und somit sollen auch alle für den Arduino programmierten Progamme auf dem chipKIT laufen. Es gibt auch PIC32er im DIP-Gehäuse. Somit kann man auch den 32bit Microcontroller von Microchip auf z.B. eine Lochrasterkarte bringen und hat nicht soviele (evtl sogar überflüssige) Pins, wie in den kleinen TQFP/N- oder BGA-Gehäusen.<br />
<br />
32 Bit PICs können folgendes beinhalten:<br />
* 80 MHz, 1.56 DMIPS/MHz<br />
* bis zu 512k [[Byte]] Rom<br />
* bis zu 128k [[Byte]] Ram<br />
* Full-speed [[USB]] Host/Device/OTG<br />
* 10/100 [http://de.wikipedia.org/wiki/Ethernet Ethernet] MAC mit MII/RMII Interfaces<br />
* [[CAN]] 2.0B<br />
* [[UART]]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/I2C I²C]<br />
* [[SPI]]<br />
* bis zu 8 Channel [[DMA]]<br />
* Analoger [[Komparator]]<br />
* [[PWM]]<br />
* 16-Channel 10bit [[ADC]]<br />
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Echtzeituhr RTCC]<br />
<br />
Die Übersicht ist wieder unter der [http://www.microchip.com/en_US/family/32bit/architecture/ Microchip-Seite] zu finden und auch hier gibt es eine Typenliste für die Familie: [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=211&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC32MX].<br />
<br />
Neu hinzugekommen ist die Serie PIC32MZXXX mit u. a. folgenden wichtigen Neuerungen zu den bestehenden<br />
PIC32MX:<br />
* 200 MHz / 330DMIPS<br />
* teilweise mit FPU (FloatingPointUnit)<br />
* bis zu 2MB Flash<br />
* bis zu 512K RAM<br />
* EBI (External Bus Interface)<br />
* SQI (Serial Quad Interface)<br />
* crypto engine<br />
<br />
== Dokumentation ==<br />
<br />
Bei den PICs gibt es zu jedem Mikrocontroller ein Datenblatt. Bei den Familien 10F, 12F, 16F und 18F wird in diesem Datenblatt jeweils der ganze Controller incl. seiner Peripherie ausführlich beschrieben. Bei den 16 & 32 Bit Familien (PIC24F und aufwärts) gibt es hingegen zu jedem Controller ein Kurzdatenblatt das die genauen Leistungsmerkmale sowie die wichtigsten Informationen für den alltäglichen Gebrauch enthält. Da bestimmte Peripherie (bspw. I2C, SPI, ... ) aber sehr komplex ist und innerhalb einer Familie (PIC24/dSPic/32) sich identisch verhält, gibt es bei diesen Familien zu jeder Familie die sogenannten Family-Datasheets, welche alle Module im Detail beschreiben.<br />
<br />
== Compiler und IDE ==<br />
=== MPLAB X ===<br />
MPLAB X ist die aktuelle [http://de.wikipedia.org/wiki/Integrierte_Entwicklungsumgebung Entwicklungsumgebung] von Microchip. Es beinhaltet alle Funktionen von MPLAB (s.u.), jedoch wurde die Software komplett neu gestaltet. Vom Simulator bis zum Projektmanagement ist alles modernisiert worden. Syntaxhervorhebung und Symbolverfolgung funktionieren hinreichend gut. MPLAB X ist für alle gängigen Betriebssysteme erhältlich (Windows, Linux und OS X). Größe ca. 500 MB. Benötigt Java-Runtime, wird ggf. bei der Installation heruntergeladen.<br />
Weitere Informationen findet man auf der [http://www.microchip.com/pagehandler/en-us/family/mplabx/ Produktseite von MPLAB X].<br />
<br />
Mit der Installation von MPLAB X kann ein Programmiertool installiert werden, der C-Compiler muss jedoch danach extra installiert werden. Sonst kann man damit kaum etwas anfangen. Größe ca. 100 MB.<br />
<br />
=== MPLAB ===<br />
<br />
MPLAB ist die (inzwischen veraltete) [http://de.wikipedia.org/wiki/Integrierte_Entwicklungsumgebung IDE] von Microchip und unterstützt von vornherein alle Brenner, Debugger, Emulatoren von Microchip. Zudem kann das Programm in der IDE per Software emuliert werden. Um Programme in [[C]] zu schreiben, können [[C]]-[[Compiler]], sofern die Software das unterstützt, in die IDE eingebettet werden, wie z.B. der HI-TECH C-Compiler. Genaueres kann man auf der [http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1406&dDocName=en019469 Microchip-Seite] anschauen.<br />
<br />
=== C-Compiler ===<br />
Microchip bietet direkt [[C]]-[[Compiler]] an. Aktuell mit MPLAB X sind die [http://www.microchip.com/pagehandler/en_us/promo/mplabxc/ XC]-Compiler von Microchip verfügbar: XC8 für 8-Bit-PICs, XC16 für [[PIC24]] und [[dsPIC]]s und XC32 für [[PIC32]]-Mikrocontroller. Die freie Version kann nur sehr beschränkt optimieren. Etwa kein Inlining von einmal aufgerufenen static-Funktionen. Mit dem XC8 können erstmalig kleinere PICs in C mit den Bordmitteln von Microchip programmiert werden. C++ oder C99 wird vom XC8 nicht unterstützt. Die XC-Compiler scheinen vom (bereits früher erhältlichen) HI-TECH-Compiler abzustammen, darauf deutet der typische Anfang <tt>#include <htc.h></tt>.<br />
<br />
Vor der XC-Serie anzusiedeln sind die Compiler C18 (für PIC18-Typen), C30 (für 16-bit-Typen) und C32 (für 32-bit-Typen). Diese [[Compiler]] können als nicht-kommerzielle Freeware-Version heruntergeladen werden. Dabei wird nach einer gewissen Zeit die Optimierung eingeschränkt. Diese ist für Hobby-Bastler allerdings nicht unbedingt kritisch. Da die [[C]]-[[Compiler]] C30 und C32 von Microchip auf Open-Source aufbauen, sollte der Sourcecode direkt von deren Seite heruntergeladen und die Aufhebung entfernt werden können (sofern man die Möglichkeit hat, die Software danach wieder zu kompilieren).<br />
Andere wären noch CC5X oder Compiler der Firma mikroElektronika. Letzterer unterstützt nicht nur alle PICs, sondern ist auch für [[AVR]]s, [[8051]]er und [[ARM]] Microcontroller, sowie jeweils auch in [[Basic]] und [http://de.wikipedia.org/wiki/Pascal_%28Programmiersprache%29 Pascal] erhältlich. MikroE-Compiler, sowie der CC5X sind in der Freeware-Version allerdings Codegrößenbegrenzt, was gerade bei 16bit oder 32bit PICs schnell eng werden kann.<br />
<br />
Alle diese C-Compiler haben z.T. erhebliche Unterschiede in ihrer Syntax und in ihrem Verhalten. Daher ist es nur sehr schwer möglich, portablen Quellkode zu schreiben.<br />
<br />
Ein Vergleich einiger C-Compiler ist in diesem Artikel zu sehen:<br />
[[PIC C-Compilervergleich]]<br />
<br />
== Programmiergeräte ==<br />
Um das Programm auf einen PIC zu bekommen, muss dieses per Gerät auf den PIC „gebrannt“ werden. Microchip bietet dazu das PICKIT2 und PICKIT3 an. Das PICKIT3 ist das aktuellere, was bedeutet, dass Firmwareupdates hauptsächlich für diese Version entwickelt werden. Spürbar ist das jetzt schon bei den PIC32MX, die nur vom PICKIT3 unterstützt werden. Wenn man aber kein PIC32 benutzen möchte, kann man bis jetzt aber auch noch zum PICKIT2 greifen, das zusätzlich noch als kleiner Logik-Analyzer dienen kann. Das nächst bessere, was Microchip bietet, ist ein ICD (In-Circuit-Debugger), das eine erweiterte Debuggermöglichkeit bietet. Das „Flagschiff“ ist der REAL-ICE (In-Circuit-Emulator), der zusätzlich noch in der Hardware emulieren kann. Eine Übersicht ist [http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=2519&param=en534451&page=wwwdevMPLABEmulatorDebuggers hier] zu sehen.<br />
<br />
Wie für andere Microcontroller, gibt es auch für den PIC Selbstbaubrenner. Der wohl Bekannteste ist der [http://sprut.de/electronic/pic/brenner/ Brenner8] von der [http://sprut.de Sprut-Seite]. Doch allgemein gilt für Third-Party-Brenner: Es werden neue Microcontroller-Typen, wenn überhaupt, erst später unterstützt, als bei einem originalen Brenner und es führt zu zusätzlichen, möglichen Fehlerquellen durch den Bau. Denn wer kommt schon auf die Idee den Fehler im Brenner zu suchen und nicht in der Schaltung. Hier im Forum sind schon mehrere solcher Fälle vorgekommen. Außerdem bekommt man das "Henne oder Ei"-Problem zu spüren, denn für den Brenner8 muss man einen PIC18 brennen, d.h. man muss sich irgendwo seinen PIC brennen lassen, bevor man es selbst tun kann. Zudem wird nicht jeder bzw. kaum ein Selbst-Bau-Brenner von der IDE unterstützt, was bedeutet, dass man mindestens 2 Programme braucht - Eine zum brennen und eine zum programmieren. Der Brenner8 unterstützt auch kein Debugging, wie es das PICKIT3 jedoch tut. Die Hilfestellung bei einem verbreitetem Programmiergerät ist selbstverständlich besser als bei einem opensource Selbsbau-Brenner. Zudem wird so ein Brenner und die Software meist von einer Einzelperson gepflegt. Dies bedeutet aber auch, dass die Updates usw von dieser Person abhängig ist. Fällt dieser aus (Krankheit oder persönliche Gründe), geht erstmal nichts weiter voran. Es muss also jeder selbst abwägen, ob einem das die ca. 10€ weniger Wert ist. Wenn es jemanden darum geht, den Brenner selbst zu bauen, der kann auch das PICKIT2 nachbauen, denn [http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/51553E.pdf Schaltplan] (Seite 77+78) und [http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/PK2V023200.zip Firmware] sind offen auf der Herstellerseite verfügbar. Hier ist zwar immer noch die mögliche Fehlerquelle beim Zusammenbau vorhanden, jedoch hat man damit einen besseren Brenner. Wenn einem der originale Brenner zu teuer ist, kann man sich bei Ebay auch nach einem Clone vom PICKIT2 oder PICKIT3 umsehen. Diese kosten im Moment zwischen 15€ und 25€.<br />
<br />
=== Hardware ===<br />
Allen PICs ist ein einfaches serielles ISP-Interface mit nur 3 Signalleitungen (ISPCLK, ISPDAT und <span style="text-decoration:overline">RESET</span>/U<sub>PP</sub>) gemeinsam. Dazu kommt, dass PICs häufig ein derartiges Anschlussschema haben, dass verschiedene DIL-PICs (auch größere) in einer 8-poligen Fassung gebrannt werden können. Die Programmierspannung an U<sub>PP</sub> beträgt meist 12 V, aber auch mal nur 8 V. Daher müssen hinreichend moderne Programmiergeräte eine einstellbare Programmierspannung haben. Neuere PICs können auch mit Low-Voltage-ISP programmiert werden, mit U<sub>PP</sub> = 0 V.<br />
Dieses einfache Interface lässt den nahezu direkten Betrieb an einem Parallel- oder seriellen Port eines PCs zu, und deshalb gibt es eine Fülle von Bauplänen für einfachste PIC-Programmiergeräte. Sie alle funktionieren, nur sind sie nicht sonderlich performant.<br />
<br />
Im Unterschied zu AVRs gibt es keine getrennten Low-Voltage- und High-Voltage-Programmieralgorithmen und -Beschaltungen. Wer von PIC zu AVR wechselt kann beim Thema Programmieren beinahe Haarausfall bekommen, so einfach sind PICs in dieser Hinsicht.<br />
<br />
== Missverständnisse und Eigenheiten ==<br />
Es gibt einiges, was einen PIC-Neuling abschrecken oder verwirren könnte. Manchmal hört man z.B. dass kaum oder schlechte Peripherie verbaut wurde, wobei dies meist, wenn überhaupt zutreffend, für sehr alte PICs gilt (90er Jahre). Neue PICs habe oft mehr/bessere Peripherie als ATmegas. Es wird auch oft bemängelt, dass der Quarz-Takt bei 8bit PICs durch 4 und bei 16bit PICs durch 2 geteilt wird. Dafür werden so gut wie alle Befehle in einem System-Takt ausgeführt, wo andere mehr brauchen. 8bit PICs gibt es mit bis zu 64MHz (16 MIPS).<br />
Fallen für Neulinge gibt es nur wenige und unkritische (im Vergleich zum „verfusen“ eines [[AVR]]s). Es muss zum Beispiel bedacht werden, dass, um auf manche Register zugreifen zu können, die Bank gewechselt werden muss - dies macht ein [[C]]-[[Compiler]] aber automatisch. Außerdem muss die geplante Vierteilung von oben bedacht werden, um Zeitschleifen zu berechnen. Verwirrend kann gerade für Leute, die den [[AVR]] gewohnt sind sein, dass das Register zum Konfigurieren der IOs eine 1 für einen Eingang braucht, und keine 0. Doch merken kann man sich, dass die 1 wie ein großes I aussieht und für Input -> Eingang steht. Andersrum steht die 0 für ein großes O wie Output -> Ausgang.<br />
<br />
Wer sich hier im Forum schon mal rumgetrieben hat, kann eventuell auch den „kleinen Krieg“ zwischen [[AVR]] und PIC mitbekommen haben. Dazu will ich auch nur sagen, dass an sich jeder Microcontroller seine Daseinsberechtigung hat. Ob PIC oder [[AVR]], ob 8 Bit oder 32 Bit. Deswegen sollte man einfach die Microcontroller ausprobieren und selbst entscheiden. Wenn jemand sich einen, meiner Meinung nach guten Vergleich zwischen [[AVR]] und PIC angucken will, kann sich das ->[http://www.youtube.com/watch?v=DBftApUQ8QI EEVBlog #63]<- Video auf Youtube angucken. Da wird auch erläutert, warum es keinen Grund gibt, einen der beiden Microcontroller zu meiden. Zudem ist es auch etwas unprofessionell, ohne selbst eigene Erfahrung gesammelt zu haben, eine Familie oder sogar einen ganzen Hersteller abzuschreiben.<br />
<br />
== Alte und neue PICs ==<br />
Microchip stellt schon seit Anfang der 90er Microcontroller her. Damals war die Technik logischerweise noch nicht auf dem Stand wie heute. Es wird immer kleiner und dennoch schneller und stromsparender. Doch da manche wohl einfach nicht von den alten PICs loskommen, werden diese Heutzutage auch noch teilweilse eingesetzt. Außerdem gibt es mehrere (oft alte) fertige Projekte, die eben so einen alten PIC verwenden und da viele die Projekte nachbauen und nichts neu programmieren (wollen), sind diese PICs immer wieder oft zu finden. Die neuen PICs sind nicht nur Stromsparender und haben mehr Platz, sondern sind auch noch billiger. Ich hab mal zwei alte/ältere und oft zu findende PICs rausgesucht (PIC16F84A und PIC16F887) und einfach mal mit neuen PICs der selben Pinzahl und Bauform(DIP) verglichen:<br />
<br />
{| class="wikitable"<br />
|+ '''PIC16F84A vs. PIC16F1827'''<br />
|-<br />
! || PIC16F84A || PIC16F1827<br />
|-<br />
| ROM/Flash || 1k Word || 4k Word<br />
|-<br />
| SRAM || 68 Byte || 384 Byte<br />
|-<br />
| EEPROM || 64 Byte || 256 Byte<br />
|-<br />
| Pins/IOs || 18/13 || 18/16<br />
|-<br />
| Max. Frequenz || 20MHz || 32MHz<br />
|-<br />
| Internal Oscillator || - || 32MHz, 32kHz<br />
|-<br />
| Comparators || 0 || 2<br />
|-<br />
| ADC-Channels || 0 || 12<br />
|-<br />
| Communication || - || 1xUART, 2xI²C/SPI<br />
|-<br />
| CCP || - || 2xECCP, 2xCCP<br />
|-<br />
| Timer || 1x8bit || 4x8bit, 1x16bit<br />
|-<br />
| Preis Reichelt (30.03.2012) || 3,15€ || 1,60€<br />
|}<br />
<br />
{| class="wikitable"<br />
|+ '''PIC16F887 vs. PIC16F1939'''<br />
|-<br />
! || PIC16F887 || PIC16F1939<br />
|-<br />
| ROM/Flash || 8k Word || 16k Word<br />
|-<br />
| SRAM || 368 Byte || 1024 Byte<br />
|-<br />
| EEPROM || 256 Byte || 256 Byte<br />
|-<br />
| Pins/IOs || 40/36 || 40/36<br />
|-<br />
| Max. Frequenz || 20MHz || 32MHz<br />
|-<br />
| Internal Oscillator || 8MHz, 32kHz || 32MHz, 32kHz<br />
|-<br />
| Comparators || 2 || 2<br />
|-<br />
| ADC-Channels || 14 || 14<br />
|-<br />
| Communication || 1xUART, 1xI²C/SPI || 1xUART, 1xI²C/SPI<br />
|-<br />
| CCP || 1xECCP, 1xCCP || 3xECCP, 2xCCP<br />
|-<br />
| Timer || 2x8bit, 1x16bit || 4x8bit, 1x16bit<br />
|-<br />
| Preis Reichelt (30.03.2012)|| 2,65€ || 2,15€<br />
|}<br />
<br />
Hier sieht man gerade bei dem verbreitetem PIC16F84A, dass dieser aus heutiger Sicht total klein, schlecht und dafür überteuert ist und man für das gleiche Geld 2 bessere bekommt. Der einzige Grund, der für ältere PICs spricht, ist der, dass man eine vorhandene Software benutzen und nicht umschreiben will. Sollte es aber ein neues, eigenes Projekt werden, tut euch einen Gefallen, spart Geld und kauf neue PICs ;)<br />
<br />
== Bezugsquellen ==<br />
<br />
=== Controller ===<br />
<br />
Versandhäuser für Privatpersonen<br />
* [http://reichelt.de/PIC-Microcontroller/2/index.html?;ACTION=2;LA=2;GROUPID=2961;SHOW=1; Reichelt]<br />
* [http://de.rs-online.com/web/c/?sra=oss&searchTerm=pic&x=0&y=0 RS-Online]<br />
* [https://www.distrelec.de/ishopWebFront/search/luceneSearch.do?dispatch=show&fromCatalog=true&filterHierarchyNodeId=178072&filterHierarchyLevel=5&hierarchyDepth=0&autoAttributeEnabled=false Distrelec]<br />
<br />
=== Evaluation Boards ===<br />
<br />
* [http://de.farnell.com/jsp/search/browse.jsp?N=2008+202682&Ntk=gensearch&Ntt=pic&Ntx=mode+matchallpartial Farnell] Microchip Boarde<br />
* [http://thinkembedded.ch/PIC:::12.html Thinkembedded Webshop] Olimex Boarde<br />
* [http://www.futurlec.com/Boards.shtml Futurelec]<br />
* [http://pic-projekte.de/wordpress/?p=653 StartPIC18]<br />
<br />
== Links und Literatur ==<br />
* [http://www.microchip.com/ Microchip Homepage]<br />
* [http://www.htsoft.com/ Hi-TECH Homepage]<br />
* [http://www.bknd.com/cc5x/ CC5X Homepage]<br />
* [http://www.mikroe.com/eng/home/index MikroElektronika Homepage]<br />
* [http://pic-projekte.de/phpBB3/ PIC-Forum (deutsch)]<br />
* [http://sprut.de/ Sprut Homepage]<br />
* [http://pic-projekte.de/ Tutorials (PIC/C) und PIC-Forum]<br />
* [http://sprut.de/electronic/pic/projekte/brenner8/index.htm Brenner8 Projektseite]<br />
<br />
[[Kategorie:Mikrocontroller]]<br />
[[Kategorie:PIC| ]]</div>134.109.52.140https://www.mikrocontroller.net/index.php?title=PIC&diff=96897PIC2017-08-01T13:57:12Z<p>134.109.52.140: neu vorn, alt hinten</p>
<hr />
<div>Ein PIC ist ein [[Mikrocontroller]] der Firma Microchip. Zu aller erst möchte ich die Aufteilung der PICs veranschaulichen. Die PIC-Familien werden fast immer wie folgt bezeichnet: als Beispiel „PIC18“ oder „18er PIC“ bedeutet, es handelt sich um ein PIC18Fxxxx Microcontroller. Alle PICs haben die [[Harvard-Architektur]]. Es können auch alle PICs mittels dem ICSP-Adapter programmiert werden. ICSP steht für In-Ciruit-Serial-Programmer, also ist mittels diesem Anschluss ein brennen möglich, wenn der PIC schon in der Schaltung eingebaut ist. Zudem haben alle PICs, wie auch Microcontroller anderer Hersteller, interne Module. Ein Modul übernimmt eine spezielle Aufgabe, die von der Software nur konfiguriert und nicht zusätzlich ausgeführt wird. Ein Beispiel ist das PWM-Modul. Man kann eine PWM mit der Software generieren (SoftPWM), aber einfacher geht es mit dem Modul, dass nur konfiguriert werden muss. Die Ausgabe der PWM erfolgt anschließend allein durch das Modul und nicht der Software. Da die PICs aber sonst sehr unterschiedlich sind, sollten sie getrennt aufgeführt werden. Grob unterteilt werden sie anhand ihrer Datenbreite.<br />
<br />
== 8 Bit ==<br />
<br />
Die 8-Bit-Microcontroller-Familien sind '''PIC10, PIC12, PIC16 und PIC18'''. Bei den 8-bittigen PICs gibt es einmal den Buchstaben „F“ hinter der Familienbezeichnung und den Buchstaben „C“. Der zulässige Speisespannungsbereich liegt typischerweise bei 1,8..5 V.<br />
<br />
Die mit einem „F“ in der Bezeichnung haben einen [http://www.mikrocontroller.net/articles/Flash-ROM Flash]-Programmspeicher, dieser ist somit mehrmals (weit über 1000×) beschreibbar.<br />
<br />
Das „C“ bedeutet, dass der Programmspeicher entweder ein [http://www.mikrocontroller.net/articles/OTP-ROM OTP]-Speicher (One-Time-Programable – Nur einmal beschreibbar), oder aber ein [[EPROM]]-Speicher ist, den man nur mit Hilfe von UV-Licht löschen kann. Aus diesem Grund sind die „C“-Varianten uninteressant für Hobby-Elektroniker, zudem die C-Varianten ziemlich alt und (mit Löschfenster) teuer sind. Ihr Einsatz lohnt sich erst bei Massenfertigung, Richtwert ab 5000 Stück.<br />
<br />
Die Typen der Familien haben unterschiedliche Ausstattung. Je höher die Zahl ''vor'' dem "F", desto leistungsfähiger ist der Rechnerkern (CPU) und auch die Mindestausstattung mit Peripherie. Je höher die Zahl ''hinter'' dem "F", desto mehr Ausstattung mit Peripherie und Portpins ist zu erwarten. Einen Typ der PIC10-Familie gibt im 2×3 mm großen SOT23-Gehäuse, wohingegen der kleinste PIC18 ein SOIC18 (etwa 8×15 mm) ist. Zudem ist der PIC10 billiger als ein PIC18.<br />
<br />
Die Zahl hinter PIC ist '''nicht gleich''' der Flash-Speicherbreite (und damit der Anzahl von Operationskodes)! 8-bit-PICs gibt es mit 12, 14 und 16 Bit Flash-Breite.<br />
<br />
8-Bit-PICs können folgendes beinhalten:<br />
* bis zu 128k [[Byte]] ROM<br />
* bis zu 4k [[Byte]] [[RAM]]<br />
* bis zu 1024 [[Byte]] [[EEPROM]] (Richtwert: 100000× wiederbeschreibbar)<br />
* 6 bis 100 Pins / 4 bis 70 IOs<br />
* Interner Oszillator<br />
* 8/10/12-bit [[ADC]]<br />
* 5/8-bit [[DAC]]<br />
* [[SPI]]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/I2C I²C]<br />
* [[UART]]<br />
* [[CAN]]<br />
* [[USB]]<br />
* [[PWM]]<br />
* [[Komparator]]<br />
* [[Operationsverstärker]]<br />
* Hardwaremultiplizierer 8×8<br />
* CTMU (Charge Time Measurement Unit, für Cap-Touch-Anwendungen)<br />
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Ethernet Ethernet]<br />
* rfPIC12F675: [http://de.wikipedia.org/wiki/Dezimeterwelle UHF]-Sender/Empfänger mit [http://de.wikipedia.org/wiki/Amplitude_Shift_Keying ASK] / [http://de.wikipedia.org/wiki/Frequenzumtastung FSK]-Modulation für Funkanwendungen<br />
* PIC16HV785: (kompatibel zum PIC16F785) I/O-Spannungsbereich von 2V bis 15V, für direkten Betrieb in einem 12-V-System, zur Ansteuerung von Hochvolt-MOSFET-Gates u.a.m.<br />
<br />
Details findet man auf der [http://www.microchip.com/en_US/family/8bit/architecture/ Microchip-Seite] und eine Liste aller Typen ist für jede Familie verfügbar: [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1009&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC10], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1001&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC12], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1002&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC16], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1004&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC18].<br />
<br />
== 16 Bit ==<br />
Die Vertreter der 16 Bit Microcontroller sind '''PIC24E, PIC24F, PIC24H, dsPIC30F, dsPIC33E, dsPIC33F'''. Trotz dessen nicht überall ein „F“ in der Bezeichnung ist, haben diese Familien dennoch einen Flash-Speicher. Die dsPICs haben, wie der Name schon vermuten lässt, eine zusätzliche [[DSP]]-Einheit, die extra für komplexere Berechnungen wie [http://de.wikipedia.org/wiki/Schnelle_Fourier-Transformation FFT] oder [http://de.wikipedia.org/wiki/Digitales_Filter Digital-Filter] benutzt werden können. <br />
<br />
16 Bit PICs können folgendes beinhalten:<br />
* bis zu 70 [[MIPS]]<br />
* bis zu 536k [[Byte]] Rom<br />
* bis zu 96k [[Byte]] Ram<br />
* bis zu 4k [[Byte]] [[EEPROM]]<br />
* 14 bis 144 Pins / 12 bis 122 IOs<br />
* “Single Cycle” Multiplikation 16x16 und 32/16 sowie 16/16 Division<br />
* bis zu 32 Channel 10/12-bit [[ADC]]<br />
* 10/16-bit [[DAC]]<br />
* Digital Power, Motor Control und Audio Peripherals<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/I2C I²C]<br />
* [[SPI]]<br />
* [[CAN]]<br />
* [[PWM]]<br />
* PMP (Parallel Master Port)<br />
* [[USB]]-OTG<br />
* CTMU<br />
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Echtzeituhr RTCC] (Real Time Clock&Calendar)<br />
* [[DMA]] Channels für schnelleren Datentransfer<br />
<br />
Die Übersicht ist wieder unter der [http://www.microchip.com/en_US/family/16bit/architecture/ Microchip-Seite] zu finden und auch hier gibt es die Typenlisten für die Familien [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8187&mid=14&lang=en PIC24E], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8181&mid=14&lang=en&pageId=75 PIC24F]<br />
[http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8186&mid=14&lang=en&pageId=75 PIC24H], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8182&mid=14&lang=en&pageId=75 dsPIC30F], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8188&mid=14&lang=en dsPIC33E], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8183&mid=14&lang=en&pageId=75 dsPIC33F].<br />
<br />
== 32 Bit ==<br />
Der 32 Bit Microcontroller hat nicht mehr viel mit den anfänglichen PICs gemeinsam. Er besitzt einen „MIPS M4K“-Kern aber ist trotzdem Pin-Kompatibel zu den 16 Bit PICs. Die Typen der PIC32-Familie unterstützen zusätzlich das [[JTAG]]-Interface. Es wurde außerdem auf PIC32-Basis eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Arduino-Plattform Arduino]-Alternative entwickelt, die dadurch deutlich leistungsfähiger ist. Genannt wurde dies „chipKIT“ und ist im Moment in 2 Varianten verfügbar. Die Entwicklungsumgebung für die chipKITs basiert auf der Arduino-Software und somit sollen auch alle für den Arduino programmierten Progamme auf dem chipKIT laufen. Es gibt auch PIC32er im DIP-Gehäuse. Somit kann man auch den 32bit Microcontroller von Microchip auf z.B. eine Lochrasterkarte bringen und hat nicht soviele (evtl sogar überflüssige) Pins, wie in den kleinen TQFP/N- oder BGA-Gehäusen.<br />
<br />
32 Bit PICs können folgendes beinhalten:<br />
* 80 MHz, 1.56 DMIPS/MHz<br />
* bis zu 512k [[Byte]] Rom<br />
* bis zu 128k [[Byte]] Ram<br />
* Full-speed [[USB]] Host/Device/OTG<br />
* 10/100 [http://de.wikipedia.org/wiki/Ethernet Ethernet] MAC mit MII/RMII Interfaces<br />
* [[CAN]] 2.0B<br />
* [[UART]]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/I2C I²C]<br />
* [[SPI]]<br />
* bis zu 8 Channel [[DMA]]<br />
* Analoger [[Komparator]]<br />
* [[PWM]]<br />
* 16-Channel 10bit [[ADC]]<br />
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Echtzeituhr RTCC]<br />
<br />
Die Übersicht ist wieder unter der [http://www.microchip.com/en_US/family/32bit/architecture/ Microchip-Seite] zu finden und auch hier gibt es eine Typenliste für die Familie: [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=211&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC32MX].<br />
<br />
Neu hinzugekommen ist die Serie PIC32MZXXX mit u. a. folgenden wichtigen Neuerungen zu den bestehenden<br />
PIC32MX:<br />
* 200 MHz / 330DMIPS<br />
* teilweise mit FPU (FloatingPointUnit)<br />
* bis zu 2MB Flash<br />
* bis zu 512K RAM<br />
* EBI (External Bus Interface)<br />
* SQI (Serial Quad Interface)<br />
* crypto engine<br />
<br />
== Dokumentation ==<br />
<br />
Bei den PICs gibt es zu jedem Mikrocontroller ein Datenblatt. Bei den Familien 10F, 12F, 16F und 18F wird in diesem Datenblatt jeweils der ganze Controller incl. seiner Peripherie ausführlich beschrieben. Bei den 16 & 32 Bit Familien (PIC24F und aufwärts) gibt es hingegen zu jedem Controller ein Kurzdatenblatt das die genauen Leistungsmerkmale sowie die wichtigsten Informationen für den alltäglichen Gebrauch enthält. Da bestimmte Peripherie (bspw. I2C, SPI, ... ) aber sehr komplex ist und innerhalb einer Familie (PIC24/dSPic/32) sich identisch verhält, gibt es bei diesen Familien zu jeder Familie die sogenannten Family-Datasheets, welche alle Module im Detail beschreiben.<br />
<br />
== Compiler und IDE ==<br />
=== MPLAB X ===<br />
MPLAB X ist die aktuelle [http://de.wikipedia.org/wiki/Integrierte_Entwicklungsumgebung Entwicklungsumgebung] von Microchip. Es beinhaltet alle Funktionen von MPLAB (s.u.), jedoch wurde die Software komplett neu gestaltet. Vom Simulator bis zum Projektmanagement ist alles modernisiert worden. Syntaxhervorhebung und Symbolverfolgung funktionieren hinreichend gut. MPLAB X ist für alle gängigen Betriebssysteme erhältlich (Windows, Linux und OS X). Größe ca. 500 MB. Benötigt Java-Runtime, wird ggf. bei der Installation heruntergeladen.<br />
Weitere Informationen findet man auf der [http://www.microchip.com/pagehandler/en-us/family/mplabx/ Produktseite von MPLAB X].<br />
<br />
Mit der Installation von MPLAB X kann ein Programmiertool installiert werden, der C-Compiler muss jedoch danach extra installiert werden. Sonst kann man damit kaum etwas anfangen. Größe ca. 100 MB.<br />
<br />
=== MPLAB ===<br />
<br />
MPLAB ist die (inzwischen veraltete) [http://de.wikipedia.org/wiki/Integrierte_Entwicklungsumgebung IDE] von Microchip und unterstützt von vornherein alle Brenner, Debugger, Emulatoren von Microchip. Zudem kann das Programm in der IDE per Software emuliert werden. Um Programme in [[C]] zu schreiben, können [[C]]-[[Compiler]], sofern die Software das unterstützt, in die IDE eingebettet werden, wie z.B. der HI-TECH C-Compiler. Genaueres kann man auf der [http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1406&dDocName=en019469 Microchip-Seite] anschauen.<br />
<br />
=== C-Compiler ===<br />
Microchip bietet direkt [[C]]-[[Compiler]] an. Aktuell mit MPLAB X sind die [http://www.microchip.com/pagehandler/en_us/promo/mplabxc/ XC]-Compiler von Microchip verfügbar: XC8 für 8-Bit-PICs, XC16 für [[PIC24]] und [[dsPIC]]s und XC32 für [[PIC32]]-Mikrocontroller. Die freie Version kann nur sehr beschränkt optimieren. Etwa kein Inlining von einmal aufgerufenen static-Funktionen. Mit dem XC8 können erstmalig kleinere PICs in C mit den Bordmitteln von Microchip programmiert werden. C++ oder C99 wird vom XC8 nicht unterstützt. Die XC-Compiler scheinen vom (bereits früher erhältlichen) HI-TECH-Compiler abzustammen, darauf deutet der typische Anfang <tt>#include <htc.h></tt>.<br />
<br />
Vor der XC-Serie anzusiedeln sind die Compiler C18 (für PIC18-Typen), C30 (für 16-bit-Typen) und C32 (für 32-bit-Typen). Diese [[Compiler]] können als nicht-kommerzielle Freeware-Version heruntergeladen werden. Dabei wird nach einer gewissen Zeit die Optimierung eingeschränkt. Diese ist für Hobby-Bastler allerdings nicht unbedingt kritisch. Da die [[C]]-[[Compiler]] C30 und C32 von Microchip auf Open-Source aufbauen, sollte der Sourcecode direkt von deren Seite heruntergeladen und die Aufhebung entfernt werden können (sofern man die Möglichkeit hat, die Software danach wieder zu kompilieren).<br />
Andere wären noch CC5X oder Compiler der Firma mikroElektronika. Letzterer unterstützt nicht nur alle PICs, sondern ist auch für [[AVR]]s, [[8051]]er und [[ARM]] Microcontroller, sowie jeweils auch in [[Basic]] und [http://de.wikipedia.org/wiki/Pascal_%28Programmiersprache%29 Pascal] erhältlich. MikroE-Compiler, sowie der CC5X sind in der Freeware-Version allerdings Codegrößenbegrenzt, was gerade bei 16bit oder 32bit PICs schnell eng werden kann.<br />
<br />
Alle diese C-Compiler haben z.T. erhebliche Unterschiede in ihrer Syntax und in ihrem Verhalten. Daher ist es nur sehr schwer möglich, portablen Quellkode zu schreiben.<br />
<br />
Ein Vergleich einiger C-Compiler ist in diesem Artikel zu sehen:<br />
[[PIC C-Compilervergleich]]<br />
<br />
== Programmiergeräte ==<br />
Um das Programm auf einen PIC zu bekommen, muss dieses per Gerät auf den PIC „gebrannt“ werden. Microchip bietet dazu das PICKIT2 und PICKIT3 an. Das PICKIT3 ist das aktuellere, was bedeutet, dass Firmwareupdates hauptsächlich für diese Version entwickelt werden. Spürbar ist das jetzt schon bei den PIC32MX, die nur vom PICKIT3 unterstützt werden. Wenn man aber kein PIC32 benutzen möchte, kann man bis jetzt aber auch noch zum PICKIT2 greifen, das zusätzlich noch als kleiner Logik-Analyzer dienen kann. Das nächst bessere, was Microchip bietet, ist ein ICD (In-Circuit-Debugger), das eine erweiterte Debuggermöglichkeit bietet. Das „Flagschiff“ ist der REAL-ICE (In-Circuit-Emulator), der zusätzlich noch in der Hardware emulieren kann. Eine Übersicht ist [http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=2519&param=en534451&page=wwwdevMPLABEmulatorDebuggers hier] zu sehen.<br />
<br />
Wie für andere Microcontroller, gibt es auch für den PIC Selbstbaubrenner. Der wohl Bekannteste ist der [http://sprut.de/electronic/pic/brenner/ Brenner8] von der [http://sprut.de Sprut-Seite]. Doch allgemein gilt für Third-Party-Brenner: Es werden neue Microcontroller-Typen, wenn überhaupt, erst später unterstützt, als bei einem originalen Brenner und es führt zu zusätzlichen, möglichen Fehlerquellen durch den Bau. Denn wer kommt schon auf die Idee den Fehler im Brenner zu suchen und nicht in der Schaltung. Hier im Forum sind schon mehrere solcher Fälle vorgekommen. Außerdem bekommt man das "Henne oder Ei"-Problem zu spüren, denn für den Brenner8 muss man einen PIC18 brennen, d.h. man muss sich irgendwo seinen PIC brennen lassen, bevor man es selbst tun kann. Zudem wird nicht jeder bzw. kaum ein Selbst-Bau-Brenner von der IDE unterstützt, was bedeutet, dass man mindestens 2 Programme braucht - Eine zum brennen und eine zum programmieren. Der Brenner8 unterstützt auch kein Debugging, wie es das PICKIT3 jedoch tut. Die Hilfestellung bei einem verbreitetem Programmiergerät ist selbstverständlich besser als bei einem opensource Selbsbau-Brenner. Zudem wird so ein Brenner und die Software meist von einer Einzelperson gepflegt. Dies bedeutet aber auch, dass die Updates usw von dieser Person abhängig ist. Fällt dieser aus (Krankheit oder persönliche Gründe), geht erstmal nichts weiter voran. Es muss also jeder selbst abwägen, ob einem das die ca. 10€ weniger Wert ist. Wenn es jemanden darum geht, den Brenner selbst zu bauen, der kann auch das PICKIT2 nachbauen, denn [http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/51553E.pdf Schaltplan] (Seite 77+78) und [http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/PK2V023200.zip Firmware] sind offen auf der Herstellerseite verfügbar. Hier ist zwar immer noch die mögliche Fehlerquelle beim Zusammenbau vorhanden, jedoch hat man damit einen besseren Brenner. Wenn einem der originale Brenner zu teuer ist, kann man sich bei Ebay auch nach einem Clone vom PICKIT2 oder PICKIT3 umsehen. Diese kosten im Moment zwischen 15€ und 25€.<br />
<br />
== Missverständnisse und Eigenheiten ==<br />
Es gibt einiges, was einen PIC-Neuling abschrecken oder verwirren könnte. Manchmal hört man z.B. dass kaum oder schlechte Peripherie verbaut wurde, wobei dies meist, wenn überhaupt zutreffend, für sehr alte PICs gilt (90er Jahre). Neue PICs habe oft mehr/bessere Peripherie als ATmegas. Es wird auch oft bemängelt, dass der Quarz-Takt bei 8bit PICs durch 4 und bei 16bit PICs durch 2 geteilt wird. Dafür werden so gut wie alle Befehle in einem System-Takt ausgeführt, wo andere mehr brauchen. 8bit PICs gibt es mit bis zu 64MHz (16 MIPS).<br />
Fallen für Neulinge gibt es nur wenige und unkritische (im Vergleich zum „verfusen“ eines [[AVR]]s). Es muss zum Beispiel bedacht werden, dass, um auf manche Register zugreifen zu können, die Bank gewechselt werden muss - dies macht ein [[C]]-[[Compiler]] aber automatisch. Außerdem muss die geplante Vierteilung von oben bedacht werden, um Zeitschleifen zu berechnen. Verwirrend kann gerade für Leute, die den [[AVR]] gewohnt sind sein, dass das Register zum Konfigurieren der IOs eine 1 für einen Eingang braucht, und keine 0. Doch merken kann man sich, dass die 1 wie ein großes I aussieht und für Input -> Eingang steht. Andersrum steht die 0 für ein großes O wie Output -> Ausgang.<br />
<br />
Wer sich hier im Forum schon mal rumgetrieben hat, kann eventuell auch den „kleinen Krieg“ zwischen [[AVR]] und PIC mitbekommen haben. Dazu will ich auch nur sagen, dass an sich jeder Microcontroller seine Daseinsberechtigung hat. Ob PIC oder [[AVR]], ob 8 Bit oder 32 Bit. Deswegen sollte man einfach die Microcontroller ausprobieren und selbst entscheiden. Wenn jemand sich einen, meiner Meinung nach guten Vergleich zwischen [[AVR]] und PIC angucken will, kann sich das ->[http://www.youtube.com/watch?v=DBftApUQ8QI EEVBlog #63]<- Video auf Youtube angucken. Da wird auch erläutert, warum es keinen Grund gibt, einen der beiden Microcontroller zu meiden. Zudem ist es auch etwas unprofessionell, ohne selbst eigene Erfahrung gesammelt zu haben, eine Familie oder sogar einen ganzen Hersteller abzuschreiben.<br />
<br />
== Alte und neue PICs ==<br />
Microchip stellt schon seit Anfang der 90er Microcontroller her. Damals war die Technik logischerweise noch nicht auf dem Stand wie heute. Es wird immer kleiner und dennoch schneller und stromsparender. Doch da manche wohl einfach nicht von den alten PICs loskommen, werden diese Heutzutage auch noch teilweilse eingesetzt. Außerdem gibt es mehrere (oft alte) fertige Projekte, die eben so einen alten PIC verwenden und da viele die Projekte nachbauen und nichts neu programmieren (wollen), sind diese PICs immer wieder oft zu finden. Die neuen PICs sind nicht nur Stromsparender und haben mehr Platz, sondern sind auch noch billiger. Ich hab mal zwei alte/ältere und oft zu findende PICs rausgesucht (PIC16F84A und PIC16F887) und einfach mal mit neuen PICs der selben Pinzahl und Bauform(DIP) verglichen:<br />
<br />
{| class="wikitable"<br />
|+ '''PIC16F84A vs. PIC16F1827'''<br />
|-<br />
! || PIC16F84A || PIC16F1827<br />
|-<br />
| ROM/Flash || 1k Word || 4k Word<br />
|-<br />
| SRAM || 68 Byte || 384 Byte<br />
|-<br />
| EEPROM || 64 Byte || 256 Byte<br />
|-<br />
| Pins/IOs || 18/13 || 18/16<br />
|-<br />
| Max. Frequenz || 20MHz || 32MHz<br />
|-<br />
| Internal Oscillator || - || 32MHz, 32kHz<br />
|-<br />
| Comparators || 0 || 2<br />
|-<br />
| ADC-Channels || 0 || 12<br />
|-<br />
| Communication || - || 1xUART, 2xI²C/SPI<br />
|-<br />
| CCP || - || 2xECCP, 2xCCP<br />
|-<br />
| Timer || 1x8bit || 4x8bit, 1x16bit<br />
|-<br />
| Preis Reichelt (30.03.2012) || 3,15€ || 1,60€<br />
|}<br />
<br />
{| class="wikitable"<br />
|+ '''PIC16F887 vs. PIC16F1939'''<br />
|-<br />
! || PIC16F887 || PIC16F1939<br />
|-<br />
| ROM/Flash || 8k Word || 16k Word<br />
|-<br />
| SRAM || 368 Byte || 1024 Byte<br />
|-<br />
| EEPROM || 256 Byte || 256 Byte<br />
|-<br />
| Pins/IOs || 40/36 || 40/36<br />
|-<br />
| Max. Frequenz || 20MHz || 32MHz<br />
|-<br />
| Internal Oscillator || 8MHz, 32kHz || 32MHz, 32kHz<br />
|-<br />
| Comparators || 2 || 2<br />
|-<br />
| ADC-Channels || 14 || 14<br />
|-<br />
| Communication || 1xUART, 1xI²C/SPI || 1xUART, 1xI²C/SPI<br />
|-<br />
| CCP || 1xECCP, 1xCCP || 3xECCP, 2xCCP<br />
|-<br />
| Timer || 2x8bit, 1x16bit || 4x8bit, 1x16bit<br />
|-<br />
| Preis Reichelt (30.03.2012)|| 2,65€ || 2,15€<br />
|}<br />
<br />
Hier sieht man gerade bei dem verbreitetem PIC16F84A, dass dieser aus heutiger Sicht total klein, schlecht und dafür überteuert ist und man für das gleiche Geld 2 bessere bekommt. Der einzige Grund, der für ältere PICs spricht, ist der, dass man eine vorhandene Software benutzen und nicht umschreiben will. Sollte es aber ein neues, eigenes Projekt werden, tut euch einen Gefallen, spart Geld und kauf neue PICs ;)<br />
<br />
== Bezugsquellen ==<br />
<br />
=== Controller ===<br />
<br />
Versandhäuser für Privatpersonen<br />
* [http://reichelt.de/PIC-Microcontroller/2/index.html?;ACTION=2;LA=2;GROUPID=2961;SHOW=1; Reichelt]<br />
* [http://de.rs-online.com/web/c/?sra=oss&searchTerm=pic&x=0&y=0 RS-Online]<br />
* [https://www.distrelec.de/ishopWebFront/search/luceneSearch.do?dispatch=show&fromCatalog=true&filterHierarchyNodeId=178072&filterHierarchyLevel=5&hierarchyDepth=0&autoAttributeEnabled=false Distrelec]<br />
<br />
=== Evaluation Boards ===<br />
<br />
* [http://de.farnell.com/jsp/search/browse.jsp?N=2008+202682&Ntk=gensearch&Ntt=pic&Ntx=mode+matchallpartial Farnell] Microchip Boarde<br />
* [http://thinkembedded.ch/PIC:::12.html Thinkembedded Webshop] Olimex Boarde<br />
* [http://www.futurlec.com/Boards.shtml Futurelec]<br />
* [http://pic-projekte.de/wordpress/?p=653 StartPIC18]<br />
<br />
== Links und Literatur ==<br />
* [http://www.microchip.com/ Microchip Homepage]<br />
* [http://www.htsoft.com/ Hi-TECH Homepage]<br />
* [http://www.bknd.com/cc5x/ CC5X Homepage]<br />
* [http://www.mikroe.com/eng/home/index MikroElektronika Homepage]<br />
* [http://pic-projekte.de/phpBB3/ PIC-Forum (deutsch)]<br />
* [http://sprut.de/ Sprut Homepage]<br />
* [http://pic-projekte.de/ Tutorials (PIC/C) und PIC-Forum]<br />
* [http://sprut.de/electronic/pic/projekte/brenner8/index.htm Brenner8 Projektseite]<br />
<br />
[[Kategorie:Mikrocontroller]]<br />
[[Kategorie:PIC| ]]</div>134.109.52.140https://www.mikrocontroller.net/index.php?title=PIC&diff=96896PIC2017-08-01T13:40:53Z<p>134.109.52.140: Details zum Download</p>
<hr />
<div>Ein PIC ist ein [[Mikrocontroller]] der Firma Microchip. Zu aller erst möchte ich die Aufteilung der PICs veranschaulichen. Die PIC-Familien werden fast immer wie folgt bezeichnet: als Beispiel „PIC18“ oder „18er PIC“ bedeutet, es handelt sich um ein PIC18Fxxxx Microcontroller. Alle PICs haben die [[Harvard-Architektur]]. Es können auch alle PICs mittels dem ICSP-Adapter programmiert werden. ICSP steht für In-Ciruit-Serial-Programmer, also ist mittels diesem Anschluss ein brennen möglich, wenn der PIC schon in der Schaltung eingebaut ist. Zudem haben alle PICs, wie auch Microcontroller anderer Hersteller, interne Module. Ein Modul übernimmt eine spezielle Aufgabe, die von der Software nur konfiguriert und nicht zusätzlich ausgeführt wird. Ein Beispiel ist das PWM-Modul. Man kann eine PWM mit der Software generieren (SoftPWM), aber einfacher geht es mit dem Modul, dass nur konfiguriert werden muss. Die Ausgabe der PWM erfolgt anschließend allein durch das Modul und nicht der Software. Da die PICs aber sonst sehr unterschiedlich sind, sollten sie getrennt aufgeführt werden. Grob unterteilt werden sie anhand ihrer Datenbreite.<br />
<br />
== 8 Bit ==<br />
<br />
Die 8-Bit-Microcontroller-Familien sind '''PIC10, PIC12, PIC16 und PIC18'''. Bei den 8-bittigen PICs gibt es einmal den Buchstaben „F“ hinter der Familienbezeichnung und den Buchstaben „C“. Der zulässige Speisespannungsbereich liegt typischerweise bei 1,8..5 V.<br />
<br />
Die mit einem „F“ in der Bezeichnung haben einen [http://www.mikrocontroller.net/articles/Flash-ROM Flash]-Programmspeicher, dieser ist somit mehrmals (weit über 1000×) beschreibbar.<br />
<br />
Das „C“ bedeutet, dass der Programmspeicher entweder ein [http://www.mikrocontroller.net/articles/OTP-ROM OTP]-Speicher (One-Time-Programable – Nur einmal beschreibbar), oder aber ein [[EPROM]]-Speicher ist, den man nur mit Hilfe von UV-Licht löschen kann. Aus diesem Grund sind die „C“-Varianten uninteressant für Hobby-Elektroniker, zudem die C-Varianten ziemlich alt und (mit Löschfenster) teuer sind. Ihr Einsatz lohnt sich erst bei Massenfertigung, Richtwert ab 5000 Stück.<br />
<br />
Die Typen der Familien haben unterschiedliche Ausstattung. Je höher die Zahl ''vor'' dem "F", desto leistungsfähiger ist der Rechnerkern (CPU) und auch die Mindestausstattung mit Peripherie. Je höher die Zahl ''hinter'' dem "F", desto mehr Ausstattung mit Peripherie und Portpins ist zu erwarten. Einen Typ der PIC10-Familie gibt im 2×3 mm großen SOT23-Gehäuse, wohingegen der kleinste PIC18 ein SOIC18 (etwa 8×15 mm) ist. Zudem ist der PIC10 billiger als ein PIC18.<br />
<br />
Die Zahl hinter PIC ist '''nicht gleich''' der Flash-Speicherbreite (und damit der Anzahl von Operationskodes)! 8-bit-PICs gibt es mit 12, 14 und 16 Bit Flash-Breite.<br />
<br />
8-Bit-PICs können folgendes beinhalten:<br />
* bis zu 128k [[Byte]] ROM<br />
* bis zu 4k [[Byte]] [[RAM]]<br />
* bis zu 1024 [[Byte]] [[EEPROM]] (Richtwert: 100000× wiederbeschreibbar)<br />
* 6 bis 100 Pins / 4 bis 70 IOs<br />
* Interner Oszillator<br />
* 8/10/12-bit [[ADC]]<br />
* 5/8-bit [[DAC]]<br />
* [[SPI]]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/I2C I²C]<br />
* [[UART]]<br />
* [[CAN]]<br />
* [[USB]]<br />
* [[PWM]]<br />
* [[Komparator]]<br />
* [[Operationsverstärker]]<br />
* Hardwaremultiplizierer 8×8<br />
* CTMU (Charge Time Measurement Unit, für Cap-Touch-Anwendungen)<br />
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Ethernet Ethernet]<br />
* rfPIC12F675: [http://de.wikipedia.org/wiki/Dezimeterwelle UHF]-Sender/Empfänger mit [http://de.wikipedia.org/wiki/Amplitude_Shift_Keying ASK] / [http://de.wikipedia.org/wiki/Frequenzumtastung FSK]-Modulation für Funkanwendungen<br />
* PIC16HV785: (kompatibel zum PIC16F785) I/O-Spannungsbereich von 2V bis 15V, für direkten Betrieb in einem 12-V-System, zur Ansteuerung von Hochvolt-MOSFET-Gates u.a.m.<br />
<br />
Details findet man auf der [http://www.microchip.com/en_US/family/8bit/architecture/ Microchip-Seite] und eine Liste aller Typen ist für jede Familie verfügbar: [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1009&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC10], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1001&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC12], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1002&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC16], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1004&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC18].<br />
<br />
== 16 Bit ==<br />
Die Vertreter der 16 Bit Microcontroller sind '''PIC24E, PIC24F, PIC24H, dsPIC30F, dsPIC33E, dsPIC33F'''. Trotz dessen nicht überall ein „F“ in der Bezeichnung ist, haben diese Familien dennoch einen Flash-Speicher. Die dsPICs haben, wie der Name schon vermuten lässt, eine zusätzliche [[DSP]]-Einheit, die extra für komplexere Berechnungen wie [http://de.wikipedia.org/wiki/Schnelle_Fourier-Transformation FFT] oder [http://de.wikipedia.org/wiki/Digitales_Filter Digital-Filter] benutzt werden können. <br />
<br />
16 Bit PICs können folgendes beinhalten:<br />
* bis zu 70 [[MIPS]]<br />
* bis zu 536k [[Byte]] Rom<br />
* bis zu 96k [[Byte]] Ram<br />
* bis zu 4k [[Byte]] [[EEPROM]]<br />
* 14 bis 144 Pins / 12 bis 122 IOs<br />
* “Single Cycle” Multiplikation 16x16 und 32/16 sowie 16/16 Division<br />
* bis zu 32 Channel 10/12-bit [[ADC]]<br />
* 10/16-bit [[DAC]]<br />
* Digital Power, Motor Control und Audio Peripherals<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/I2C I²C]<br />
* [[SPI]]<br />
* [[CAN]]<br />
* [[PWM]]<br />
* PMP (Parallel Master Port)<br />
* [[USB]]-OTG<br />
* CTMU<br />
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Echtzeituhr RTCC] (Real Time Clock&Calendar)<br />
* [[DMA]] Channels für schnelleren Datentransfer<br />
<br />
Die Übersicht ist wieder unter der [http://www.microchip.com/en_US/family/16bit/architecture/ Microchip-Seite] zu finden und auch hier gibt es die Typenlisten für die Familien [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8187&mid=14&lang=en PIC24E], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8181&mid=14&lang=en&pageId=75 PIC24F]<br />
[http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8186&mid=14&lang=en&pageId=75 PIC24H], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8182&mid=14&lang=en&pageId=75 dsPIC30F], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8188&mid=14&lang=en dsPIC33E], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8183&mid=14&lang=en&pageId=75 dsPIC33F].<br />
<br />
== 32 Bit ==<br />
Der 32 Bit Microcontroller hat nicht mehr viel mit den anfänglichen PICs gemeinsam. Er besitzt einen „MIPS M4K“-Kern aber ist trotzdem Pin-Kompatibel zu den 16 Bit PICs. Die Typen der PIC32-Familie unterstützen zusätzlich das [[JTAG]]-Interface. Es wurde außerdem auf PIC32-Basis eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Arduino-Plattform Arduino]-Alternative entwickelt, die dadurch deutlich leistungsfähiger ist. Genannt wurde dies „chipKIT“ und ist im Moment in 2 Varianten verfügbar. Die Entwicklungsumgebung für die chipKITs basiert auf der Arduino-Software und somit sollen auch alle für den Arduino programmierten Progamme auf dem chipKIT laufen. Es gibt auch PIC32er im DIP-Gehäuse. Somit kann man auch den 32bit Microcontroller von Microchip auf z.B. eine Lochrasterkarte bringen und hat nicht soviele (evtl sogar überflüssige) Pins, wie in den kleinen TQFP/N- oder BGA-Gehäusen.<br />
<br />
32 Bit PICs können folgendes beinhalten:<br />
* 80 MHz, 1.56 DMIPS/MHz<br />
* bis zu 512k [[Byte]] Rom<br />
* bis zu 128k [[Byte]] Ram<br />
* Full-speed [[USB]] Host/Device/OTG<br />
* 10/100 [http://de.wikipedia.org/wiki/Ethernet Ethernet] MAC mit MII/RMII Interfaces<br />
* [[CAN]] 2.0B<br />
* [[UART]]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/I2C I²C]<br />
* [[SPI]]<br />
* bis zu 8 Channel [[DMA]]<br />
* Analoger [[Komparator]]<br />
* [[PWM]]<br />
* 16-Channel 10bit [[ADC]]<br />
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Echtzeituhr RTCC]<br />
<br />
Die Übersicht ist wieder unter der [http://www.microchip.com/en_US/family/32bit/architecture/ Microchip-Seite] zu finden und auch hier gibt es eine Typenliste für die Familie: [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=211&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC32MX].<br />
<br />
Neu hinzugekommen ist die Serie PIC32MZXXX mit u. a. folgenden wichtigen Neuerungen zu den bestehenden<br />
PIC32MX:<br />
* 200 MHz / 330DMIPS<br />
* teilweise mit FPU (FloatingPointUnit)<br />
* bis zu 2MB Flash<br />
* bis zu 512K RAM<br />
* EBI (External Bus Interface)<br />
* SQI (Serial Quad Interface)<br />
* crypto engine<br />
<br />
== Dokumentation ==<br />
<br />
Bei den PICs gibt es zu jedem Mikrocontroller ein Datenblatt. Bei den Familien 10F, 12F, 16F und 18F wird in diesem Datenblatt jeweils der ganze Controller incl. seiner Peripherie ausführlich beschrieben. Bei den 16 & 32 Bit Familien (PIC24F und aufwärts) gibt es hingegen zu jedem Controller ein Kurzdatenblatt das die genauen Leistungsmerkmale sowie die wichtigsten Informationen für den alltäglichen Gebrauch enthält. Da bestimmte Peripherie (bspw. I2C, SPI, ... ) aber sehr komplex ist und innerhalb einer Familie (PIC24/dSPic/32) sich identisch verhält, gibt es bei diesen Familien zu jeder Familie die sogenannten Family-Datasheets, welche alle Module im Detail beschreiben.<br />
<br />
== Compiler und IDE ==<br />
=== MPLAB ===<br />
<br />
MPLAB ist die freie [http://de.wikipedia.org/wiki/Integrierte_Entwicklungsumgebung IDE] von Microchip und unterstützt von vornherein alle Brenner, Debugger, Emulatoren von Microchip. Zudem kann das Programm in der IDE per Software emuliert werden. Um Programme in [[C]] zu schreiben, können [[C]]-[[Compiler]], sofern die Software das unterstützt, in die [http://de.wikipedia.org/wiki/Integrierte_Entwicklungsumgebung IDE] eingebettet werden, wie z.B. der HI-TECH C-Compiler. Genaueres kann man auf der [http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1406&dDocName=en019469 Microchip-Seite] anschauen.<br />
<br />
=== MPLAB X ===<br />
MPLAB X ist ist eine Weiterentwicklung von MPLAB. Es beinhaltet alle Funktionen von MPLAB (v8). Jedoch wurde die Software komplett neu gestaltet. Vom Simulator bis zum Projektmanagement ist alles modernisiert worden. MPLAB X ist für alle gängigen Betriebssysteme erhältlich (Windows, Linux und OS X). Größe ca. 500 MB.<br />
Weitere Informationen findet man auf der [http://www.microchip.com/pagehandler/en-us/family/mplabx/ Produktseite von MPLAB X].<br />
<br />
Mit der Installation von MPLAB X kann ein Programmiertool installiert werden, der C-Compiler muss jedoch danach extra installiert werden. Größe ca. 100 MB.<br />
<br />
=== C-Compiler ===<br />
Microchip bietet direkt [[C]]-[[Compiler]] an. Diese wären C18 (für PIC18 Typen), C30 (für 16bit Typen) und C32 (für 32bit Typen). Diese [[Compiler]] können als nicht-kommerzielle Freeware-Version heruntergeladen werden. Dabei wird nach einer gewissen Zeit die Optimierung eingeschränkt. Diese ist für Hobby-Bastler allerdings nicht unbedingt kritisch. Da die [[C]]-[[Compiler]] C30 und C32 von Microchip auf Open-Source aufbauen, sollte der Sourcecode direkt von deren Seite heruntergeladen und die Aufhebung entfernt werden können (sofern man die Möglichkeit hat, die Software danach wieder zu kompilieren).<br />
Es gibt auch andere [[Compiler]], wie z.B. der [[C]]-[[Compiler]] von HI-TECH.<br />
Andere wären noch CC5X oder Compiler der Firma mikroElektronika. Letzterer unterstützt nicht nur alle PICs, sondern ist auch für [[AVR]]s, [[8051]]er und [[ARM]] Microcontroller, sowie jeweils auch in [[Basic]] und [http://de.wikipedia.org/wiki/Pascal_%28Programmiersprache%29 Pascal] erhältlich. MikroE-Compiler, sowie der CC5X sind in der Freeware-Version allerdings Codegrößenbegrenzt, was gerade bei 16bit oder 32bit PICs schnell eng werden kann.<br />
<br />
Mit der Einführung von MPLAB X wurden auch die neuen [http://www.microchip.com/pagehandler/en_us/promo/mplabxc/ XC] Compiler von Microchip veröffentlicht. XC8 für 8Bit PICs, XC16 für [[PIC24]] und [[dsPIC]]s und XC32 für [[PIC32]] Mikrocontroller. Auch hier sind Free-Versionen erhältlich.<br />
<br />
Ein Vergleich einiger C-Compiler ist in diesem Artikel zu sehen:<br />
[[PIC C-Compilervergleich]]<br />
<br />
== Programmiergeräte ==<br />
Um das Programm auf einen PIC zu bekommen, muss dieses per Gerät auf den PIC „gebrannt“ werden. Microchip bietet dazu das PICKIT2 und PICKIT3 an. Das PICKIT3 ist das aktuellere, was bedeutet, dass Firmwareupdates hauptsächlich für diese Version entwickelt werden. Spürbar ist das jetzt schon bei den PIC32MX, die nur vom PICKIT3 unterstützt werden. Wenn man aber kein PIC32 benutzen möchte, kann man bis jetzt aber auch noch zum PICKIT2 greifen, das zusätzlich noch als kleiner Logik-Analyzer dienen kann. Das nächst bessere, was Microchip bietet, ist ein ICD (In-Circuit-Debugger), das eine erweiterte Debuggermöglichkeit bietet. Das „Flagschiff“ ist der REAL-ICE (In-Circuit-Emulator), der zusätzlich noch in der Hardware emulieren kann. Eine Übersicht ist [http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=2519&param=en534451&page=wwwdevMPLABEmulatorDebuggers hier] zu sehen.<br />
<br />
Wie für andere Microcontroller, gibt es auch für den PIC Selbstbaubrenner. Der wohl Bekannteste ist der [http://sprut.de/electronic/pic/brenner/ Brenner8] von der [http://sprut.de Sprut-Seite]. Doch allgemein gilt für Third-Party-Brenner: Es werden neue Microcontroller-Typen, wenn überhaupt, erst später unterstützt, als bei einem originalen Brenner und es führt zu zusätzlichen, möglichen Fehlerquellen durch den Bau. Denn wer kommt schon auf die Idee den Fehler im Brenner zu suchen und nicht in der Schaltung. Hier im Forum sind schon mehrere solcher Fälle vorgekommen. Außerdem bekommt man das "Henne oder Ei"-Problem zu spüren, denn für den Brenner8 muss man einen PIC18 brennen, d.h. man muss sich irgendwo seinen PIC brennen lassen, bevor man es selbst tun kann. Zudem wird nicht jeder bzw. kaum ein Selbst-Bau-Brenner von der IDE unterstützt, was bedeutet, dass man mindestens 2 Programme braucht - Eine zum brennen und eine zum programmieren. Der Brenner8 unterstützt auch kein Debugging, wie es das PICKIT3 jedoch tut. Die Hilfestellung bei einem verbreitetem Programmiergerät ist selbstverständlich besser als bei einem opensource Selbsbau-Brenner. Zudem wird so ein Brenner und die Software meist von einer Einzelperson gepflegt. Dies bedeutet aber auch, dass die Updates usw von dieser Person abhängig ist. Fällt dieser aus (Krankheit oder persönliche Gründe), geht erstmal nichts weiter voran. Es muss also jeder selbst abwägen, ob einem das die ca. 10€ weniger Wert ist. Wenn es jemanden darum geht, den Brenner selbst zu bauen, der kann auch das PICKIT2 nachbauen, denn [http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/51553E.pdf Schaltplan] (Seite 77+78) und [http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/PK2V023200.zip Firmware] sind offen auf der Herstellerseite verfügbar. Hier ist zwar immer noch die mögliche Fehlerquelle beim Zusammenbau vorhanden, jedoch hat man damit einen besseren Brenner. Wenn einem der originale Brenner zu teuer ist, kann man sich bei Ebay auch nach einem Clone vom PICKIT2 oder PICKIT3 umsehen. Diese kosten im Moment zwischen 15€ und 25€.<br />
<br />
== Missverständnisse und Eigenheiten ==<br />
Es gibt einiges, was einen PIC-Neuling abschrecken oder verwirren könnte. Manchmal hört man z.B. dass kaum oder schlechte Peripherie verbaut wurde, wobei dies meist, wenn überhaupt zutreffend, für sehr alte PICs gilt (90er Jahre). Neue PICs habe oft mehr/bessere Peripherie als ATmegas. Es wird auch oft bemängelt, dass der Quarz-Takt bei 8bit PICs durch 4 und bei 16bit PICs durch 2 geteilt wird. Dafür werden so gut wie alle Befehle in einem System-Takt ausgeführt, wo andere mehr brauchen. 8bit PICs gibt es mit bis zu 64MHz (16 MIPS).<br />
Fallen für Neulinge gibt es nur wenige und unkritische (im Vergleich zum „verfusen“ eines [[AVR]]s). Es muss zum Beispiel bedacht werden, dass, um auf manche Register zugreifen zu können, die Bank gewechselt werden muss - dies macht ein [[C]]-[[Compiler]] aber automatisch. Außerdem muss die geplante Vierteilung von oben bedacht werden, um Zeitschleifen zu berechnen. Verwirrend kann gerade für Leute, die den [[AVR]] gewohnt sind sein, dass das Register zum Konfigurieren der IOs eine 1 für einen Eingang braucht, und keine 0. Doch merken kann man sich, dass die 1 wie ein großes I aussieht und für Input -> Eingang steht. Andersrum steht die 0 für ein großes O wie Output -> Ausgang.<br />
<br />
Wer sich hier im Forum schon mal rumgetrieben hat, kann eventuell auch den „kleinen Krieg“ zwischen [[AVR]] und PIC mitbekommen haben. Dazu will ich auch nur sagen, dass an sich jeder Microcontroller seine Daseinsberechtigung hat. Ob PIC oder [[AVR]], ob 8 Bit oder 32 Bit. Deswegen sollte man einfach die Microcontroller ausprobieren und selbst entscheiden. Wenn jemand sich einen, meiner Meinung nach guten Vergleich zwischen [[AVR]] und PIC angucken will, kann sich das ->[http://www.youtube.com/watch?v=DBftApUQ8QI EEVBlog #63]<- Video auf Youtube angucken. Da wird auch erläutert, warum es keinen Grund gibt, einen der beiden Microcontroller zu meiden. Zudem ist es auch etwas unprofessionell, ohne selbst eigene Erfahrung gesammelt zu haben, eine Familie oder sogar einen ganzen Hersteller abzuschreiben.<br />
<br />
== Alte und neue PICs ==<br />
Microchip stellt schon seit Anfang der 90er Microcontroller her. Damals war die Technik logischerweise noch nicht auf dem Stand wie heute. Es wird immer kleiner und dennoch schneller und stromsparender. Doch da manche wohl einfach nicht von den alten PICs loskommen, werden diese Heutzutage auch noch teilweilse eingesetzt. Außerdem gibt es mehrere (oft alte) fertige Projekte, die eben so einen alten PIC verwenden und da viele die Projekte nachbauen und nichts neu programmieren (wollen), sind diese PICs immer wieder oft zu finden. Die neuen PICs sind nicht nur Stromsparender und haben mehr Platz, sondern sind auch noch billiger. Ich hab mal zwei alte/ältere und oft zu findende PICs rausgesucht (PIC16F84A und PIC16F887) und einfach mal mit neuen PICs der selben Pinzahl und Bauform(DIP) verglichen:<br />
<br />
{| class="wikitable"<br />
|+ '''PIC16F84A vs. PIC16F1827'''<br />
|-<br />
! || PIC16F84A || PIC16F1827<br />
|-<br />
| ROM/Flash || 1k Word || 4k Word<br />
|-<br />
| SRAM || 68 Byte || 384 Byte<br />
|-<br />
| EEPROM || 64 Byte || 256 Byte<br />
|-<br />
| Pins/IOs || 18/13 || 18/16<br />
|-<br />
| Max. Frequenz || 20MHz || 32MHz<br />
|-<br />
| Internal Oscillator || - || 32MHz, 32kHz<br />
|-<br />
| Comparators || 0 || 2<br />
|-<br />
| ADC-Channels || 0 || 12<br />
|-<br />
| Communication || - || 1xUART, 2xI²C/SPI<br />
|-<br />
| CCP || - || 2xECCP, 2xCCP<br />
|-<br />
| Timer || 1x8bit || 4x8bit, 1x16bit<br />
|-<br />
| Preis Reichelt (30.03.2012) || 3,15€ || 1,60€<br />
|}<br />
<br />
{| class="wikitable"<br />
|+ '''PIC16F887 vs. PIC16F1939'''<br />
|-<br />
! || PIC16F887 || PIC16F1939<br />
|-<br />
| ROM/Flash || 8k Word || 16k Word<br />
|-<br />
| SRAM || 368 Byte || 1024 Byte<br />
|-<br />
| EEPROM || 256 Byte || 256 Byte<br />
|-<br />
| Pins/IOs || 40/36 || 40/36<br />
|-<br />
| Max. Frequenz || 20MHz || 32MHz<br />
|-<br />
| Internal Oscillator || 8MHz, 32kHz || 32MHz, 32kHz<br />
|-<br />
| Comparators || 2 || 2<br />
|-<br />
| ADC-Channels || 14 || 14<br />
|-<br />
| Communication || 1xUART, 1xI²C/SPI || 1xUART, 1xI²C/SPI<br />
|-<br />
| CCP || 1xECCP, 1xCCP || 3xECCP, 2xCCP<br />
|-<br />
| Timer || 2x8bit, 1x16bit || 4x8bit, 1x16bit<br />
|-<br />
| Preis Reichelt (30.03.2012)|| 2,65€ || 2,15€<br />
|}<br />
<br />
Hier sieht man gerade bei dem verbreitetem PIC16F84A, dass dieser aus heutiger Sicht total klein, schlecht und dafür überteuert ist und man für das gleiche Geld 2 bessere bekommt. Der einzige Grund, der für ältere PICs spricht, ist der, dass man eine vorhandene Software benutzen und nicht umschreiben will. Sollte es aber ein neues, eigenes Projekt werden, tut euch einen Gefallen, spart Geld und kauf neue PICs ;)<br />
<br />
== Bezugsquellen ==<br />
<br />
=== Controller ===<br />
<br />
Versandhäuser für Privatpersonen<br />
* [http://reichelt.de/PIC-Microcontroller/2/index.html?;ACTION=2;LA=2;GROUPID=2961;SHOW=1; Reichelt]<br />
* [http://de.rs-online.com/web/c/?sra=oss&searchTerm=pic&x=0&y=0 RS-Online]<br />
* [https://www.distrelec.de/ishopWebFront/search/luceneSearch.do?dispatch=show&fromCatalog=true&filterHierarchyNodeId=178072&filterHierarchyLevel=5&hierarchyDepth=0&autoAttributeEnabled=false Distrelec]<br />
<br />
=== Evaluation Boards ===<br />
<br />
* [http://de.farnell.com/jsp/search/browse.jsp?N=2008+202682&Ntk=gensearch&Ntt=pic&Ntx=mode+matchallpartial Farnell] Microchip Boarde<br />
* [http://thinkembedded.ch/PIC:::12.html Thinkembedded Webshop] Olimex Boarde<br />
* [http://www.futurlec.com/Boards.shtml Futurelec]<br />
* [http://pic-projekte.de/wordpress/?p=653 StartPIC18]<br />
<br />
== Links und Literatur ==<br />
* [http://www.microchip.com/ Microchip Homepage]<br />
* [http://www.htsoft.com/ Hi-TECH Homepage]<br />
* [http://www.bknd.com/cc5x/ CC5X Homepage]<br />
* [http://www.mikroe.com/eng/home/index MikroElektronika Homepage]<br />
* [http://pic-projekte.de/phpBB3/ PIC-Forum (deutsch)]<br />
* [http://sprut.de/ Sprut Homepage]<br />
* [http://pic-projekte.de/ Tutorials (PIC/C) und PIC-Forum]<br />
* [http://sprut.de/electronic/pic/projekte/brenner8/index.htm Brenner8 Projektseite]<br />
<br />
[[Kategorie:Mikrocontroller]]<br />
[[Kategorie:PIC| ]]</div>134.109.52.140https://www.mikrocontroller.net/index.php?title=PIC&diff=96895PIC2017-08-01T13:36:44Z<p>134.109.52.140: Strukturierung</p>
<hr />
<div>Ein PIC ist ein [[Mikrocontroller]] der Firma Microchip. Zu aller erst möchte ich die Aufteilung der PICs veranschaulichen. Die PIC-Familien werden fast immer wie folgt bezeichnet: als Beispiel „PIC18“ oder „18er PIC“ bedeutet, es handelt sich um ein PIC18Fxxxx Microcontroller. Alle PICs haben die [[Harvard-Architektur]]. Es können auch alle PICs mittels dem ICSP-Adapter programmiert werden. ICSP steht für In-Ciruit-Serial-Programmer, also ist mittels diesem Anschluss ein brennen möglich, wenn der PIC schon in der Schaltung eingebaut ist. Zudem haben alle PICs, wie auch Microcontroller anderer Hersteller, interne Module. Ein Modul übernimmt eine spezielle Aufgabe, die von der Software nur konfiguriert und nicht zusätzlich ausgeführt wird. Ein Beispiel ist das PWM-Modul. Man kann eine PWM mit der Software generieren (SoftPWM), aber einfacher geht es mit dem Modul, dass nur konfiguriert werden muss. Die Ausgabe der PWM erfolgt anschließend allein durch das Modul und nicht der Software. Da die PICs aber sonst sehr unterschiedlich sind, sollten sie getrennt aufgeführt werden. Grob unterteilt werden sie anhand ihrer Datenbreite.<br />
<br />
== 8 Bit ==<br />
<br />
Die 8-Bit-Microcontroller-Familien sind '''PIC10, PIC12, PIC16 und PIC18'''. Bei den 8-bittigen PICs gibt es einmal den Buchstaben „F“ hinter der Familienbezeichnung und den Buchstaben „C“. Der zulässige Speisespannungsbereich liegt typischerweise bei 1,8..5 V.<br />
<br />
Die mit einem „F“ in der Bezeichnung haben einen [http://www.mikrocontroller.net/articles/Flash-ROM Flash]-Programmspeicher, dieser ist somit mehrmals (weit über 1000×) beschreibbar.<br />
<br />
Das „C“ bedeutet, dass der Programmspeicher entweder ein [http://www.mikrocontroller.net/articles/OTP-ROM OTP]-Speicher (One-Time-Programable – Nur einmal beschreibbar), oder aber ein [[EPROM]]-Speicher ist, den man nur mit Hilfe von UV-Licht löschen kann. Aus diesem Grund sind die „C“-Varianten uninteressant für Hobby-Elektroniker, zudem die C-Varianten ziemlich alt und (mit Löschfenster) teuer sind. Ihr Einsatz lohnt sich erst bei Massenfertigung, Richtwert ab 5000 Stück.<br />
<br />
Die Typen der Familien haben unterschiedliche Ausstattung. Je höher die Zahl ''vor'' dem "F", desto leistungsfähiger ist der Rechnerkern (CPU) und auch die Mindestausstattung mit Peripherie. Je höher die Zahl ''hinter'' dem "F", desto mehr Ausstattung mit Peripherie und Portpins ist zu erwarten. Einen Typ der PIC10-Familie gibt im 2×3 mm großen SOT23-Gehäuse, wohingegen der kleinste PIC18 ein SOIC18 (etwa 8×15 mm) ist. Zudem ist der PIC10 billiger als ein PIC18.<br />
<br />
Die Zahl hinter PIC ist '''nicht gleich''' der Flash-Speicherbreite (und damit der Anzahl von Operationskodes)! 8-bit-PICs gibt es mit 12, 14 und 16 Bit Flash-Breite.<br />
<br />
8-Bit-PICs können folgendes beinhalten:<br />
* bis zu 128k [[Byte]] ROM<br />
* bis zu 4k [[Byte]] [[RAM]]<br />
* bis zu 1024 [[Byte]] [[EEPROM]] (Richtwert: 100000× wiederbeschreibbar)<br />
* 6 bis 100 Pins / 4 bis 70 IOs<br />
* Interner Oszillator<br />
* 8/10/12-bit [[ADC]]<br />
* 5/8-bit [[DAC]]<br />
* [[SPI]]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/I2C I²C]<br />
* [[UART]]<br />
* [[CAN]]<br />
* [[USB]]<br />
* [[PWM]]<br />
* [[Komparator]]<br />
* [[Operationsverstärker]]<br />
* Hardwaremultiplizierer 8×8<br />
* CTMU (Charge Time Measurement Unit, für Cap-Touch-Anwendungen)<br />
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Ethernet Ethernet]<br />
* rfPIC12F675: [http://de.wikipedia.org/wiki/Dezimeterwelle UHF]-Sender/Empfänger mit [http://de.wikipedia.org/wiki/Amplitude_Shift_Keying ASK] / [http://de.wikipedia.org/wiki/Frequenzumtastung FSK]-Modulation für Funkanwendungen<br />
* PIC16HV785: (kompatibel zum PIC16F785) I/O-Spannungsbereich von 2V bis 15V, für direkten Betrieb in einem 12-V-System, zur Ansteuerung von Hochvolt-MOSFET-Gates u.a.m.<br />
<br />
Details findet man auf der [http://www.microchip.com/en_US/family/8bit/architecture/ Microchip-Seite] und eine Liste aller Typen ist für jede Familie verfügbar: [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1009&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC10], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1001&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC12], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1002&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC16], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1004&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC18].<br />
<br />
== 16 Bit ==<br />
Die Vertreter der 16 Bit Microcontroller sind '''PIC24E, PIC24F, PIC24H, dsPIC30F, dsPIC33E, dsPIC33F'''. Trotz dessen nicht überall ein „F“ in der Bezeichnung ist, haben diese Familien dennoch einen Flash-Speicher. Die dsPICs haben, wie der Name schon vermuten lässt, eine zusätzliche [[DSP]]-Einheit, die extra für komplexere Berechnungen wie [http://de.wikipedia.org/wiki/Schnelle_Fourier-Transformation FFT] oder [http://de.wikipedia.org/wiki/Digitales_Filter Digital-Filter] benutzt werden können. <br />
<br />
16 Bit PICs können folgendes beinhalten:<br />
* bis zu 70 [[MIPS]]<br />
* bis zu 536k [[Byte]] Rom<br />
* bis zu 96k [[Byte]] Ram<br />
* bis zu 4k [[Byte]] [[EEPROM]]<br />
* 14 bis 144 Pins / 12 bis 122 IOs<br />
* “Single Cycle” Multiplikation 16x16 und 32/16 sowie 16/16 Division<br />
* bis zu 32 Channel 10/12-bit [[ADC]]<br />
* 10/16-bit [[DAC]]<br />
* Digital Power, Motor Control und Audio Peripherals<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/I2C I²C]<br />
* [[SPI]]<br />
* [[CAN]]<br />
* [[PWM]]<br />
* PMP (Parallel Master Port)<br />
* [[USB]]-OTG<br />
* CTMU<br />
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Echtzeituhr RTCC] (Real Time Clock&Calendar)<br />
* [[DMA]] Channels für schnelleren Datentransfer<br />
<br />
Die Übersicht ist wieder unter der [http://www.microchip.com/en_US/family/16bit/architecture/ Microchip-Seite] zu finden und auch hier gibt es die Typenlisten für die Familien [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8187&mid=14&lang=en PIC24E], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8181&mid=14&lang=en&pageId=75 PIC24F]<br />
[http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8186&mid=14&lang=en&pageId=75 PIC24H], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8182&mid=14&lang=en&pageId=75 dsPIC30F], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8188&mid=14&lang=en dsPIC33E], [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=8183&mid=14&lang=en&pageId=75 dsPIC33F].<br />
<br />
== 32 Bit ==<br />
Der 32 Bit Microcontroller hat nicht mehr viel mit den anfänglichen PICs gemeinsam. Er besitzt einen „MIPS M4K“-Kern aber ist trotzdem Pin-Kompatibel zu den 16 Bit PICs. Die Typen der PIC32-Familie unterstützen zusätzlich das [[JTAG]]-Interface. Es wurde außerdem auf PIC32-Basis eine [http://de.wikipedia.org/wiki/Arduino-Plattform Arduino]-Alternative entwickelt, die dadurch deutlich leistungsfähiger ist. Genannt wurde dies „chipKIT“ und ist im Moment in 2 Varianten verfügbar. Die Entwicklungsumgebung für die chipKITs basiert auf der Arduino-Software und somit sollen auch alle für den Arduino programmierten Progamme auf dem chipKIT laufen. Es gibt auch PIC32er im DIP-Gehäuse. Somit kann man auch den 32bit Microcontroller von Microchip auf z.B. eine Lochrasterkarte bringen und hat nicht soviele (evtl sogar überflüssige) Pins, wie in den kleinen TQFP/N- oder BGA-Gehäusen.<br />
<br />
32 Bit PICs können folgendes beinhalten:<br />
* 80 MHz, 1.56 DMIPS/MHz<br />
* bis zu 512k [[Byte]] Rom<br />
* bis zu 128k [[Byte]] Ram<br />
* Full-speed [[USB]] Host/Device/OTG<br />
* 10/100 [http://de.wikipedia.org/wiki/Ethernet Ethernet] MAC mit MII/RMII Interfaces<br />
* [[CAN]] 2.0B<br />
* [[UART]]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/I2C I²C]<br />
* [[SPI]]<br />
* bis zu 8 Channel [[DMA]]<br />
* Analoger [[Komparator]]<br />
* [[PWM]]<br />
* 16-Channel 10bit [[ADC]]<br />
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Echtzeituhr RTCC]<br />
<br />
Die Übersicht ist wieder unter der [http://www.microchip.com/en_US/family/32bit/architecture/ Microchip-Seite] zu finden und auch hier gibt es eine Typenliste für die Familie: [http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=211&mid=10&lang=en&pageId=74 PIC32MX].<br />
<br />
Neu hinzugekommen ist die Serie PIC32MZXXX mit u. a. folgenden wichtigen Neuerungen zu den bestehenden<br />
PIC32MX:<br />
* 200 MHz / 330DMIPS<br />
* teilweise mit FPU (FloatingPointUnit)<br />
* bis zu 2MB Flash<br />
* bis zu 512K RAM<br />
* EBI (External Bus Interface)<br />
* SQI (Serial Quad Interface)<br />
* crypto engine<br />
<br />
== Dokumentation ==<br />
<br />
Bei den PICs gibt es zu jedem Mikrocontroller ein Datenblatt. Bei den Familien 10F, 12F, 16F und 18F wird in diesem Datenblatt jeweils der ganze Controller incl. seiner Peripherie ausführlich beschrieben. Bei den 16 & 32 Bit Familien (PIC24F und aufwärts) gibt es hingegen zu jedem Controller ein Kurzdatenblatt das die genauen Leistungsmerkmale sowie die wichtigsten Informationen für den alltäglichen Gebrauch enthält. Da bestimmte Peripherie (bspw. I2C, SPI, ... ) aber sehr komplex ist und innerhalb einer Familie (PIC24/dSPic/32) sich identisch verhält, gibt es bei diesen Familien zu jeder Familie die sogenannten Family-Datasheets, welche alle Module im Detail beschreiben.<br />
<br />
== Compiler und IDE ==<br />
=== MPLAB ===<br />
<br />
MPLAB ist die freie [http://de.wikipedia.org/wiki/Integrierte_Entwicklungsumgebung IDE] von Microchip und unterstützt von vornherein alle Brenner, Debugger, Emulatoren von Microchip. Zudem kann das Programm in der IDE per Software emuliert werden. Um Programme in [[C]] zu schreiben, können [[C]]-[[Compiler]], sofern die Software das unterstützt, in die [http://de.wikipedia.org/wiki/Integrierte_Entwicklungsumgebung IDE] eingebettet werden, wie z.B. der HI-TECH C-Compiler. Genaueres kann man auf der [http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1406&dDocName=en019469 Microchip-Seite] anschauen.<br />
<br />
=== MPLAB X ===<br />
MPLAB X ist ist eine Weiterentwicklung von MPLAB. Es beinhaltet alle Funktionen von MPLAB (v8). Jedoch wurde die Software komplett neu gestaltet. Vom Simulator bis zum Projektmanagement ist alles modernisiert worden. MPLAB X ist für alle gängigen Betriebssysteme erhältlich (Windows, Linux und OS X).<br />
Weitere Informationen findet man auf der [http://www.microchip.com/pagehandler/en-us/family/mplabx/ Produktseite von MPLAB X].<br />
<br />
=== C-Compiler ===<br />
Microchip bietet direkt [[C]]-[[Compiler]] an. Diese wären C18 (für PIC18 Typen), C30 (für 16bit Typen) und C32 (für 32bit Typen). Diese [[Compiler]] können als nicht-kommerzielle Freeware-Version heruntergeladen werden. Dabei wird nach einer gewissen Zeit die Optimierung eingeschränkt. Diese ist für Hobby-Bastler allerdings nicht unbedingt kritisch. Da die [[C]]-[[Compiler]] C30 und C32 von Microchip auf Open-Source aufbauen, sollte der Sourcecode direkt von deren Seite heruntergeladen und die Aufhebung entfernt werden können (sofern man die Möglichkeit hat, die Software danach wieder zu kompilieren).<br />
Es gibt auch andere [[Compiler]], wie z.B. der [[C]]-[[Compiler]] von HI-TECH.<br />
Andere wären noch CC5X oder Compiler der Firma mikroElektronika. Letzterer unterstützt nicht nur alle PICs, sondern ist auch für [[AVR]]s, [[8051]]er und [[ARM]] Microcontroller, sowie jeweils auch in [[Basic]] und [http://de.wikipedia.org/wiki/Pascal_%28Programmiersprache%29 Pascal] erhältlich. MikroE-Compiler, sowie der CC5X sind in der Freeware-Version allerdings Codegrößenbegrenzt, was gerade bei 16bit oder 32bit PICs schnell eng werden kann.<br />
<br />
Mit der Einführung von MPLAB X wurden auch die neuen [http://www.microchip.com/pagehandler/en_us/promo/mplabxc/ XC] Compiler von Microchip veröffentlicht. XC8 für 8Bit PICs, XC16 für [[PIC24]] und [[dsPIC]]s und XC32 für [[PIC32]] Mikrocontroller. Auch hier sind Free-Versionen erhältlich.<br />
<br />
Ein Vergleich einiger C-Compiler ist in diesem Artikel zu sehen:<br />
[[PIC C-Compilervergleich]]<br />
<br />
== Programmiergeräte ==<br />
Um das Programm auf einen PIC zu bekommen, muss dieses per Gerät auf den PIC „gebrannt“ werden. Microchip bietet dazu das PICKIT2 und PICKIT3 an. Das PICKIT3 ist das aktuellere, was bedeutet, dass Firmwareupdates hauptsächlich für diese Version entwickelt werden. Spürbar ist das jetzt schon bei den PIC32MX, die nur vom PICKIT3 unterstützt werden. Wenn man aber kein PIC32 benutzen möchte, kann man bis jetzt aber auch noch zum PICKIT2 greifen, das zusätzlich noch als kleiner Logik-Analyzer dienen kann. Das nächst bessere, was Microchip bietet, ist ein ICD (In-Circuit-Debugger), das eine erweiterte Debuggermöglichkeit bietet. Das „Flagschiff“ ist der REAL-ICE (In-Circuit-Emulator), der zusätzlich noch in der Hardware emulieren kann. Eine Übersicht ist [http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=2519&param=en534451&page=wwwdevMPLABEmulatorDebuggers hier] zu sehen.<br />
<br />
Wie für andere Microcontroller, gibt es auch für den PIC Selbstbaubrenner. Der wohl Bekannteste ist der [http://sprut.de/electronic/pic/brenner/ Brenner8] von der [http://sprut.de Sprut-Seite]. Doch allgemein gilt für Third-Party-Brenner: Es werden neue Microcontroller-Typen, wenn überhaupt, erst später unterstützt, als bei einem originalen Brenner und es führt zu zusätzlichen, möglichen Fehlerquellen durch den Bau. Denn wer kommt schon auf die Idee den Fehler im Brenner zu suchen und nicht in der Schaltung. Hier im Forum sind schon mehrere solcher Fälle vorgekommen. Außerdem bekommt man das "Henne oder Ei"-Problem zu spüren, denn für den Brenner8 muss man einen PIC18 brennen, d.h. man muss sich irgendwo seinen PIC brennen lassen, bevor man es selbst tun kann. Zudem wird nicht jeder bzw. kaum ein Selbst-Bau-Brenner von der IDE unterstützt, was bedeutet, dass man mindestens 2 Programme braucht - Eine zum brennen und eine zum programmieren. Der Brenner8 unterstützt auch kein Debugging, wie es das PICKIT3 jedoch tut. Die Hilfestellung bei einem verbreitetem Programmiergerät ist selbstverständlich besser als bei einem opensource Selbsbau-Brenner. Zudem wird so ein Brenner und die Software meist von einer Einzelperson gepflegt. Dies bedeutet aber auch, dass die Updates usw von dieser Person abhängig ist. Fällt dieser aus (Krankheit oder persönliche Gründe), geht erstmal nichts weiter voran. Es muss also jeder selbst abwägen, ob einem das die ca. 10€ weniger Wert ist. Wenn es jemanden darum geht, den Brenner selbst zu bauen, der kann auch das PICKIT2 nachbauen, denn [http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/51553E.pdf Schaltplan] (Seite 77+78) und [http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/PK2V023200.zip Firmware] sind offen auf der Herstellerseite verfügbar. Hier ist zwar immer noch die mögliche Fehlerquelle beim Zusammenbau vorhanden, jedoch hat man damit einen besseren Brenner. Wenn einem der originale Brenner zu teuer ist, kann man sich bei Ebay auch nach einem Clone vom PICKIT2 oder PICKIT3 umsehen. Diese kosten im Moment zwischen 15€ und 25€.<br />
<br />
== Missverständnisse und Eigenheiten ==<br />
Es gibt einiges, was einen PIC-Neuling abschrecken oder verwirren könnte. Manchmal hört man z.B. dass kaum oder schlechte Peripherie verbaut wurde, wobei dies meist, wenn überhaupt zutreffend, für sehr alte PICs gilt (90er Jahre). Neue PICs habe oft mehr/bessere Peripherie als ATmegas. Es wird auch oft bemängelt, dass der Quarz-Takt bei 8bit PICs durch 4 und bei 16bit PICs durch 2 geteilt wird. Dafür werden so gut wie alle Befehle in einem System-Takt ausgeführt, wo andere mehr brauchen. 8bit PICs gibt es mit bis zu 64MHz (16 MIPS).<br />
Fallen für Neulinge gibt es nur wenige und unkritische (im Vergleich zum „verfusen“ eines [[AVR]]s). Es muss zum Beispiel bedacht werden, dass, um auf manche Register zugreifen zu können, die Bank gewechselt werden muss - dies macht ein [[C]]-[[Compiler]] aber automatisch. Außerdem muss die geplante Vierteilung von oben bedacht werden, um Zeitschleifen zu berechnen. Verwirrend kann gerade für Leute, die den [[AVR]] gewohnt sind sein, dass das Register zum Konfigurieren der IOs eine 1 für einen Eingang braucht, und keine 0. Doch merken kann man sich, dass die 1 wie ein großes I aussieht und für Input -> Eingang steht. Andersrum steht die 0 für ein großes O wie Output -> Ausgang.<br />
<br />
Wer sich hier im Forum schon mal rumgetrieben hat, kann eventuell auch den „kleinen Krieg“ zwischen [[AVR]] und PIC mitbekommen haben. Dazu will ich auch nur sagen, dass an sich jeder Microcontroller seine Daseinsberechtigung hat. Ob PIC oder [[AVR]], ob 8 Bit oder 32 Bit. Deswegen sollte man einfach die Microcontroller ausprobieren und selbst entscheiden. Wenn jemand sich einen, meiner Meinung nach guten Vergleich zwischen [[AVR]] und PIC angucken will, kann sich das ->[http://www.youtube.com/watch?v=DBftApUQ8QI EEVBlog #63]<- Video auf Youtube angucken. Da wird auch erläutert, warum es keinen Grund gibt, einen der beiden Microcontroller zu meiden. Zudem ist es auch etwas unprofessionell, ohne selbst eigene Erfahrung gesammelt zu haben, eine Familie oder sogar einen ganzen Hersteller abzuschreiben.<br />
<br />
== Alte und neue PICs ==<br />
Microchip stellt schon seit Anfang der 90er Microcontroller her. Damals war die Technik logischerweise noch nicht auf dem Stand wie heute. Es wird immer kleiner und dennoch schneller und stromsparender. Doch da manche wohl einfach nicht von den alten PICs loskommen, werden diese Heutzutage auch noch teilweilse eingesetzt. Außerdem gibt es mehrere (oft alte) fertige Projekte, die eben so einen alten PIC verwenden und da viele die Projekte nachbauen und nichts neu programmieren (wollen), sind diese PICs immer wieder oft zu finden. Die neuen PICs sind nicht nur Stromsparender und haben mehr Platz, sondern sind auch noch billiger. Ich hab mal zwei alte/ältere und oft zu findende PICs rausgesucht (PIC16F84A und PIC16F887) und einfach mal mit neuen PICs der selben Pinzahl und Bauform(DIP) verglichen:<br />
<br />
{| class="wikitable"<br />
|+ '''PIC16F84A vs. PIC16F1827'''<br />
|-<br />
! || PIC16F84A || PIC16F1827<br />
|-<br />
| ROM/Flash || 1k Word || 4k Word<br />
|-<br />
| SRAM || 68 Byte || 384 Byte<br />
|-<br />
| EEPROM || 64 Byte || 256 Byte<br />
|-<br />
| Pins/IOs || 18/13 || 18/16<br />
|-<br />
| Max. Frequenz || 20MHz || 32MHz<br />
|-<br />
| Internal Oscillator || - || 32MHz, 32kHz<br />
|-<br />
| Comparators || 0 || 2<br />
|-<br />
| ADC-Channels || 0 || 12<br />
|-<br />
| Communication || - || 1xUART, 2xI²C/SPI<br />
|-<br />
| CCP || - || 2xECCP, 2xCCP<br />
|-<br />
| Timer || 1x8bit || 4x8bit, 1x16bit<br />
|-<br />
| Preis Reichelt (30.03.2012) || 3,15€ || 1,60€<br />
|}<br />
<br />
{| class="wikitable"<br />
|+ '''PIC16F887 vs. PIC16F1939'''<br />
|-<br />
! || PIC16F887 || PIC16F1939<br />
|-<br />
| ROM/Flash || 8k Word || 16k Word<br />
|-<br />
| SRAM || 368 Byte || 1024 Byte<br />
|-<br />
| EEPROM || 256 Byte || 256 Byte<br />
|-<br />
| Pins/IOs || 40/36 || 40/36<br />
|-<br />
| Max. Frequenz || 20MHz || 32MHz<br />
|-<br />
| Internal Oscillator || 8MHz, 32kHz || 32MHz, 32kHz<br />
|-<br />
| Comparators || 2 || 2<br />
|-<br />
| ADC-Channels || 14 || 14<br />
|-<br />
| Communication || 1xUART, 1xI²C/SPI || 1xUART, 1xI²C/SPI<br />
|-<br />
| CCP || 1xECCP, 1xCCP || 3xECCP, 2xCCP<br />
|-<br />
| Timer || 2x8bit, 1x16bit || 4x8bit, 1x16bit<br />
|-<br />
| Preis Reichelt (30.03.2012)|| 2,65€ || 2,15€<br />
|}<br />
<br />
Hier sieht man gerade bei dem verbreitetem PIC16F84A, dass dieser aus heutiger Sicht total klein, schlecht und dafür überteuert ist und man für das gleiche Geld 2 bessere bekommt. Der einzige Grund, der für ältere PICs spricht, ist der, dass man eine vorhandene Software benutzen und nicht umschreiben will. Sollte es aber ein neues, eigenes Projekt werden, tut euch einen Gefallen, spart Geld und kauf neue PICs ;)<br />
<br />
== Bezugsquellen ==<br />
<br />
=== Controller ===<br />
<br />
Versandhäuser für Privatpersonen<br />
* [http://reichelt.de/PIC-Microcontroller/2/index.html?;ACTION=2;LA=2;GROUPID=2961;SHOW=1; Reichelt]<br />
* [http://de.rs-online.com/web/c/?sra=oss&searchTerm=pic&x=0&y=0 RS-Online]<br />
* [https://www.distrelec.de/ishopWebFront/search/luceneSearch.do?dispatch=show&fromCatalog=true&filterHierarchyNodeId=178072&filterHierarchyLevel=5&hierarchyDepth=0&autoAttributeEnabled=false Distrelec]<br />
<br />
=== Evaluation Boards ===<br />
<br />
* [http://de.farnell.com/jsp/search/browse.jsp?N=2008+202682&Ntk=gensearch&Ntt=pic&Ntx=mode+matchallpartial Farnell] Microchip Boarde<br />
* [http://thinkembedded.ch/PIC:::12.html Thinkembedded Webshop] Olimex Boarde<br />
* [http://www.futurlec.com/Boards.shtml Futurelec]<br />
* [http://pic-projekte.de/wordpress/?p=653 StartPIC18]<br />
<br />
== Links und Literatur ==<br />
* [http://www.microchip.com/ Microchip Homepage]<br />
* [http://www.htsoft.com/ Hi-TECH Homepage]<br />
* [http://www.bknd.com/cc5x/ CC5X Homepage]<br />
* [http://www.mikroe.com/eng/home/index MikroElektronika Homepage]<br />
* [http://pic-projekte.de/phpBB3/ PIC-Forum (deutsch)]<br />
* [http://sprut.de/ Sprut Homepage]<br />
* [http://pic-projekte.de/ Tutorials (PIC/C) und PIC-Forum]<br />
* [http://sprut.de/electronic/pic/projekte/brenner8/index.htm Brenner8 Projektseite]<br />
<br />
[[Kategorie:Mikrocontroller]]<br />
[[Kategorie:PIC| ]]</div>134.109.52.140https://www.mikrocontroller.net/index.php?title=AVR-Tutorial:_Schieberegister&diff=96780AVR-Tutorial: Schieberegister2017-07-11T15:38:07Z<p>134.109.52.140: Vorstellung des '299</p>
<hr />
<div>Ab und an stellt sich folgendes Problem: Man würde wesentlich mehr Ausgangspins oder Eingangspins benötigen als der [[Mikrocontroller]] zur Verfügung stellt. Ein möglicher Ausweg ist eine Porterweiterung mit einem Schieberegister. Zwei beliebte Schieberegister sind beispielsweise der 74xx595 bzw. der 74xx165.<br />
<br />
== Porterweiterung für Ausgänge ==<br />
<br />
Um neue Ausgangspins zu gewinnen kann der [[74xx | 74xx595]] verwendet werden. Dabei handelt es sich um ein ''8-Bit 3-state Serial-in/Serial-out or Parallel-Out Schieberegister mit einem Ausgangsregister und einem asynchronen Reset''.<br />
<br />
Hinter dieser kompliziert anmutenden Beschreibung verbirgt sich eine einfache Funktionalität: Das Schieberegister besteht aus zwei Funktionseinheiten: Dem eigentlichen Schieberegister und dem Ausgangsregister. In das Schieberegister können die Daten seriell hineingetaktet werden und durch ein bestimmtes Signal werden die Daten des Schieberegisters in das Ausgangsregister übernommen und können von dort auf die Ausgangspins geschaltet werden.<br />
<br />
Im Einzelnen bedeuten die Begriffe:<br />
<br />
<center><br />
{| {{Tabelle}}<br />
|- style="background-color:#ffddcc"<br />
! Begriff || Erklärung<br />
|-<br />
||8-Bit<br />
|align="left"| Acht Ausgangs[[Bit|bit]]s<br />
|-<br />
||3-state<br>(lies: Tristejt)<br />
|align="left"| Die acht Registerausgänge können drei Zustände, Low, High und High-Impedanz annehmen.<BR>Siehe [[Ausgangsstufen Logik-ICs]]<br />
|-<br />
||Serial-in<br />
|align="left"| Serieller Eingang des Schieberegisters<br />
|-<br />
||Serial-out<br />
|align="left"| Serieller Ausgang des Schieberegisters<br />
|-<br />
||Parallel-Out<br />
|align="left"| Parallele Ausgänge des Ausgangsregisters. Hier 3-state<br />
|-<br />
||Schieberegister<br />
|align="left"| Serielle Daten werden durch den Baustein durchgeschoben<br />
|-<br />
|Ausgangsregister<br />
|align="left"| Ein Speicher, welcher die Daten des Schieberegisters zwischenspeichern kann.<BR>Dieses besteht aus acht [[FlipFlop]]s.<br />
|-<br />
|Asynchroner Reset<br />
|align="left"| Die Daten im Schieberegister können asynchron zurückgesetzt werden.<br />
|-<br />
|asynchron (Eingang)<br />
|align="left"| Der Eingang wirkt ohne zusätzliche Taktflanke.<br>Der Gegenentwurf „synchron“ meint, dass der Eingang nur bei Flanke am Takteingang zur Wirkung kommt.<br />
|}<br />
</center><br />
<br />
=== Aufbau 74xx595 ===<br />
<br />
[[Bild:74xx595-1.png|framed|center|Pinbelegung eines 595]]<br />
<br />
Hinweis: Die Benennung der Pins in den Datenblättern verschiedener Hersteller unterscheidet sich zum Teil. Die Funktionen der Pins sind jedoch gleich. <br />
<br />
Werden viele Ausgänge mit bis zu 15 Volt benötigt (typischerweise zum Durchsteuern von MOSFETs, die nicht „logik-kompatibel“ sind), eignet sich der CMOS-Typ CD4096B zum Ersatz des '595, mit abweichender Pinbelegung. Seine Verwendung erfordert nur drei Pegelkonverter, etwa ½ 4504, ¾ 40109 oder diskret aufgebaut. Die genannten ICs sind preiswert und leicht beschaffbar.<br />
<br />
Achtung: Es gibt auch noch einen IC von TI mit eingebauten Treibern 50 V 150 mA, den TPIC6B595, der hat 20 Pins und eine abweichende Pinbelegung: http://www.ti.com/product/tpic6b595<br />
Auch dieser IC ist leicht beschaffbar. Man kann diesen aus einem '595 und einem ULN2803 vorstellen bzw. zusammensetzen: Seine Ausgänge ziehen nur nach Low, nicht nach High. Für den Anschluss von Relais werden externe Freilaufdioden benötigt, die beim ULN2803 integriert sind.<br />
<br />
==== HC oder HCT? ====<br />
<br />
Mal gibt es 74'''HC'''595, mal 74'''HCT'''595.<br />
Diese beiden Typen unterscheiden sich nur dadurch, wie sie Eingangs-Signale erkennen:<br />
* HC: High-Signal muss mindestens ca. 75% der Betriebsspannung haben (siehe V<sub>IH</sub> im Datenblatt);<br />
* HC'''T''': TTL-kompatibel: High-Signal muss mindestens 2 V haben (Betriebsspannung ist immer 5 V).<br />
Es gibt auch 74LS595. In der modernen CMOS-Welt sollte man sich Low-Power-Schottky (= bipolar = Ruhestrom fressend) nicht mehr antun.<br />
<br />
Im allgemeinen kann man alle Typen gleichermaßen verwenden und nimmt einfach den billigsten oder verfügbarsten. Nur beim Übergang zu echtem TTL oder verschiedenen Speisespannungen für Mikrocontroller und Portexpander wird es interessant.<br />
<br />
Ein häufiges Szenario ist ein Mikrocontroller mit 3-V-Speisung (etwa ein ARM7 oder MSP430). Dann kann man mit einem 74'''HCT'''595, an 5 V betrieben, echte 5-V-Ausgänge und die Pegelkonvertierung dazu haben.<br />
74'''HC'''595 funktionieren hier nur mit Glück, und bei noch geringerer Speisespannung des Controllers — etwa 2,5 V — gar nicht.<br />
<br />
=== Pinbelegung 74xx595 ===<br />
<br />
<center><br />
{| {{Tabelle}}<br />
|- style="background-color:#ffddcc"<br />
! DIL Pin-Nummer || Funktion || Dieses Tutorial || Motorola / ON Semi || Philips / NXP || Fairchild || SGS|| Texas Instruments<br />
|-<br />
| 1 || Ausgang B || QB || Q<sub>B</sub> || Q<sub>1</sub> || Q<sub>B</sub> || QB|| Q<sub>B</sub> <br />
|-<br />
| 2 || Ausgang C || QC || Q<sub>C</sub> || Q<sub>2</sub> || Q<sub>C</sub> || QC|| Q<sub>C</sub> <br />
|-<br />
| 3 || Ausgang D || QD || Q<sub>D</sub> || Q<sub>3</sub> || Q<sub>D</sub> || QD|| Q<sub>D</sub> <br />
|-<br />
| 4 || Ausgang E || QE || Q<sub>E</sub> || Q<sub>4</sub> || Q<sub>E</sub> || QE|| Q<sub>E</sub> <br />
|-<br />
| 5 || Ausgang F || QF || Q<sub>F</sub> || Q<sub>5</sub> || Q<sub>F</sub> || QF|| Q<sub>F</sub> <br />
|-<br />
| 6 || Ausgang G || QG || Q<sub>G</sub> || Q<sub>6</sub> || Q<sub>G</sub> || QG|| Q<sub>G</sub> <br />
|-<br />
| 7 || Ausgang H || QH || Q<sub>H</sub> || Q<sub>7</sub> || Q<sub>H</sub> || QH|| Q<sub>H</sub> <br />
|-<br />
| 8 || Masse, 0 V || [nicht dargestellt] || GND || GND || GND || GND|| GND<br />
|-<br />
| 9 || Serieller Ausgang || QH* || SQ<sub>H</sub> || Q<sub>7</sub>´ ||Q'<sub>H</sub> || QH´||Q<sub>H'</sub> <br />
|-<br />
| 10 || Reset für Schieberegister || SCL || RESET || /MR || /SCLR || /SCLR || /SRCLR<br />
|-<br />
| 11 || Schiebetakt || SCK || SHIFT CLOCK || SH<sub>CP</sub> || SCK || SCK || SRCLK<br />
|-<br />
| 12 || Speichertakt || RCK || LATCH CLOCK || ST<sub>CP</sub> || RCK || RCK || RCLK<br />
|-<br />
| 13 || Ausgangssteuerung || G || OUTPUT ENABLE || /OE || /G || /G || /OE<br />
|-<br />
| 14 || Serieller Dateneingang || SER || A || D<sub>S</sub> || SER || SI || SER<br />
|-<br />
| 15 || Ausgang A || QA || Q<sub>A</sub> || Q<sub>0</sub> || Q<sub>A</sub> || QA|| Q<sub>A</sub> <br />
|-<br />
| 16 || Betriebsspannung || [nicht dargestellt] || V<sub>CC</sub> || V<sub>CC</sub> || V<sub>CC</sub> || V<sub>CC</sub>|| V<sub>CC</sub><br />
|}<br />
</center><br />
<br />
Der Baustein besteht aus zwei Einheiten:<br />
* dem Schieberegister<br />
* dem Ausgangsregister<br />
<br />
Im Schieberegister werden die einzelnen Bits durchgeschoben. Mit jeder positiven Taktflanke(LOW -> HIGH) an '''SCK''' wird eine Schiebeoperation durchgeführt.<br />
<br />
Das Ausgangsregister hat die Aufgabe die Ausgangspins des Bausteins anzusteuern. Durch dieses Ausgangsregister ist es möglich, die Schiebeoperationen im Hintergrund durchzuführen, ohne dass IC Pins ihren Wert ändern. Erst wenn die Schiebeoperation abgeschlossen ist, wird der aktuelle Zustand der Schieberegisterkette durch einen Puls an '''RCK''' in das Ausgangsregister übernommen.<br />
<br />
===Funktionsweise===<br />
<br />
Am Eingang '''SER''' (Pin 14) wird das gewünschte nächste Datum (0 oder 1) angelegt. Durch einen positiven Puls an '''SCK''' (Pin 11) wird der momentan an '''SER''' anliegende Wert als neuer Wert für Bit 0, das unterste Bit des Schieberegisters, übernommen. Gleichzeitig werden alle anderen Bits im Schieberegister um eine Stelle verschoben: Das Bit 6 wird ins Bit 7 übernommen, Bit 5 ins Bit 6, Bit 4 ins Bit 5, etc. sodass das Bit 0 zur Aufnahme des '''SER''' Bits frei wird.<br />
<br />
[[Bild:74xx595-2.png|center]]<br />
<br />
Eine Sonderstellung nimmt das ursprüngliche Bit 7 ein. Dieses Bit steht direkt auch am Ausgang '''QH*''' (Pin 9) zur Verfügung. Dadurch ist es möglich an ein Schieberegister einen weiteren Baustein 74xxx595 anzuschließen und so beliebig viele Schieberegister hintereinander zu schalten (kaskadieren). Auf diese Art lassen sich Schieberegister mit beliebig vielen Stufen aufbauen.<br />
<br />
Wurde das Schieberegister mit den Daten gefüllt, so wird mit einem LOW-HIGH Puls am Pin 12, '''RCK''' der Inhalt des Schieberegisters in das Ausgangsregister übernommen.<br />
<br />
[[Bild:74xx595-3.png|center]]<br />
<br />
Mit dem Eingang '''G''' (Pin 13) kann das Ausgangsregister freigegeben werden. Liegt '''G''' auf 0, so führen die Ausgänge '''QA''' bis '''QH''' entsprechende Pegel. Liegt '''G''' auf 1, so schalten die Ausgänge '''QA''' bis '''QH''' auf [[Ausgangsstufen Logik-ICs |Tristate]]. D.h. sie treiben aktiv weder LOW oder HIGH, sondern sind hochohmig wie ein Eingang und nehmen jeden Pegel an, der ihnen von außen aufgezwungen wird.<br />
<br />
Bleibt nur noch der Eingang '''SCL'''(Pin 10). Mit ihm kann das Schieberegister im Baustein gelöscht, also auf eine definierte 0, gesetzt werden.<br />
<br />
Die Ansteuerung eines 74xxx595 Schieberegisters gestaltet sich sehr einfach. Im Grunde gibt es 2 Möglichkeiten:<br />
* Mittels [[SPI]] kann der [[AVR]] das Schieberegister direkt und autark ansteuern. Das ist sehr schnell und verbraucht nur wenig CPU-Leistung<br />
* Sind die entsprechenden SPI-Pins am AVR nicht frei, so ist auch eine softwaremäßige Ansteuerung des Schieberegisters mit einfachen Mitteln durchführbar.<br />
<br />
=== Ansteuerung per Software===<br />
<br />
[[Bild:Mega8-595-SPI.png|framed|right|Anschluss eines 595]]<br />
Für eine komplette Softwarelösung kann das Schieberegister an jede beliebige Port-Pin Kombination angeschlossen werden. Wir wählen die Pins '''PB2''', '''PB3''' und '''PB5''' um dort die Schieberegisteranschlüsse '''RCK''', '''SER''' und '''SCK''' anzuschließen. Des Weiteren muss das Schieberegister mit Spannung versorgt werden: Pin 16 muss auf +5V und Pin 8 auf GND geschaltet werden.<br />
<br />
<br />
Die Programmierung gestaltet sich dann nach folgendem Schema: Die 8 Bits eines Bytes werden nacheinander an den Ausgang '''PB3''' ('''SER''') ausgegeben. Durch Generierung eines Pulses 0-1-0 an Pin '''PB5''' ('''SCK''') übernimmt das Schieberegister nacheinander die einzelnen Bits. Dabei ist zu beachten, dass die Ausgabe mit dem höherwertigen Bit beginnen muss, denn dieses Bit wandert ja am weitesten zur Stelle '''QH'''. Sind alle 8 Bits ausgegeben, so wird durch einen weiteren 0-1-0 Impuls am Pin '''PB2''' ('''RCK''') der Inhalt der Schieberegisterbits 0 bis 7 in die Ausgaberegister '''QA''' bis '''QH''' übernommen. Dadurch, dass am Schieberegister der Eingang '''G''' konstant auf 0-Pegel gehalten wird, erscheint dann auch die Ausgabe sofort an den entsprechenden Pins und kann zb. mit LEDs (low-current LEDs + Vorwiderstand verwenden) sichtbar gemacht werden.<br />
<br />
Der Schieberegister-Rücksetzeingang '''SCL''' wird auf U<sub>CC</sub> gelegt. Das Einschieben von 0x00 hat die gleiche Wirkung wie das Rücksetzen mit diesem Pin.<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
.include "m8def.inc"<br />
<br />
.def temp1 = r16<br />
.def temp2 = r17<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ RCK = 2<br />
.equ SCK = 5<br />
.equ SIN = 3<br />
<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1 ;(wird bei modernen AVRs nicht mehr benötigt)<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
<br />
;<br />
; Die Port Pins auf Ausgang konfigurieren<br />
;<br />
ldi temp1, (1<<RCK) | (1<<SCK) | (1<<SIN) ; Anm.1<br />
out SCHIEBE_DDR, temp1<br />
<br />
;<br />
; Ein Datenbyte ausgeben<br />
;<br />
ldi temp1, 0b10101010<br />
rcall Schiebe<br />
rcall SchiebeOut<br />
<br />
loop:<br />
rjmp loop<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Die Ausgabe im Schieberegister in das Ausgaberegister übernehmen<br />
;<br />
; Dazu am RCK Eingang am Schieberegister einen 0-1-0 Puls erzeugen<br />
;<br />
SchiebeOut:<br />
sbi SCHIEBE_PORT, RCK<br />
cbi SCHIEBE_PORT, RCK<br />
ret<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; 8 Bits aus temp1 an das Schieberegister ausgeben<br />
Schiebe:<br />
push temp2<br />
ldi temp2, 8 ; 8 Bits müssen ausgegeben werden<br />
<br />
Schiebe_1:<br />
;<br />
; jeweils das höchstwertige Bit aus temp1 ins Carry-Flag schieben<br />
; Je nach Zustand des Carry-Flags wird die Datenleitung entsprechend<br />
; gesetzt oder gelöscht<br />
;<br />
rol temp1 ; MSB -> Carry<br />
brcs Schiebe_One ; Carry gesetzt? -> weiter bei Schiebe_One<br />
cbi SCHIEBE_PORT, SIN ; Eine 0 ausgeben<br />
rjmp Schiebe_Clock ; und Sprung zur Clock Puls Generierung<br />
Schiebe_One:<br />
sbi SCHIEBE_PORT, SIN ; Eine 1 ausgeben<br />
<br />
;<br />
; einen Impuls an SCK zur Übernahme des Bits nachschieben<br />
;<br />
Schiebe_Clock:<br />
sbi SCHIEBE_PORT, SCK ; Clock-Ausgang auf 1 ...<br />
cbi SCHIEBE_PORT, SCK ; und wieder zurück auf 0<br />
<br />
dec temp2 ; Anzahl der ausgegebenen Bits runterzählen<br />
brne Schiebe_1 ; Wenn noch keine 8 Bits ausgegeben -> Schleife bilden<br />
<br />
pop temp2<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
Anm.1: Siehe [[Bitmanipulation]]<br />
<br />
=== Ansteuerung per SPI-Modul===<br />
[[Bild:Mega8-595-SPI.png|framed|right|Anschluss eines 595 per SPI]]<br />
Noch schneller geht die Ansteuerung des Schieberegisters mittels [[Serial_Peripheral_Interface | SPI]]-Modul, welches in fast allen AVRs vorhanden ist. Auch hier wird der Pin '''SCL''' nicht benutzt, da das praktisch keinen Sinn hat. Er wird fest auf VCC gelegt. Die Pins für '''SCK''' und '''SIN''' sind durch den jeweiligen AVR fest vorgegeben. '''SCK''' vom '595 wird mit '''SCK''' vom AVR verbunden sowie '''SIN''' mit '''MOSI''' ('''M'''aster '''O'''ut, '''S'''lave '''I'''n). '''MISO''' ('''M'''aster '''I'''n, '''S'''lave '''O'''ut) ist hier ungenutzt. Es kann NICHT für '''RCK''' verwendet werden, da es im SPI-Master Modus immer ein Eingang ist! Es kann aber als allgemeiner Eingang oder für 74HC165 ([[#Porterweiterung_für_Eingänge|siehe unten]]) verwendet werden.<br />
<br />
Der AVR-Pin '''SS''' wird sinnvollerweise als '''RCK''' benutzt, da er sowieso als Ausgang geschaltet werden '''muss''', sonst gibt es böse Überaschungen (siehe Datenblatt „SS Pin Functionality“). Dieser sollte mit einem Widerstand von 10 kΩ nach Masse, während der Start- und Initialisierungsphase, auf L-Potential gehalten werden. `('''SS''' ist während dieser Zeit noch im Tri-State und es könnte passieren, dass die zufälligen Daten des Schieberegisters in das Ausgangslatch übernommen werden.)<br />
<br />
Bei den kleineren ATtinys mit '''USI''' (Universal Serial Interface) darf man sich von den Pin-Bezeichnungen MOSI und MISO nicht [http://de.wikipedia.org/wiki/Bockshorn_(Redensart) ins Bockshorn jagen] lassen: Hier ist MISO der Ausgang(!) '''DO''' und MOSI der Eingang(!) '''DI'''. Die Pinbezeichnungen MOSI und MISO sind nur zum Programmieren und irreführend, weil ohnehin nur für den Slave-Betrieb.<br />
<br />
Je nach Bedarf kann man die Taktrate des SPI-Moduls zwischen 1/2 ... 1/128 des CPU-Taktes wählen. Es spricht kaum etwas dagegen mit maximaler Geschwindigkeit zu arbeiten. Die AVRs können zur Zeit mit maximal 20 MHz getaktet werden, d.h. es sind maximal 10 MHz SPI-Takt möglich. Das ist für ein 74xxx595 kein Problem. Die Übertragung von 8 Bit dauert dann gerade mal 800 ns!<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
.include "m8def.inc"<br />
<br />
.def temp1 = r16<br />
<br />
; Die Definitionen müssen an den jeweiligen AVR angepasst werden<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ RCK = PB2 ; SS<br />
.equ SCK = PB5 ; SCK<br />
.equ SIN = PB3 ; MOSI<br />
<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1 ; (bei modernen AVRs obsolet)<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
;<br />
; SCK, MOSI, SS als Ausgänge schalten<br />
;<br />
in temp1, SCHIEBE_DDR<br />
ori temp1, (1<<SIN) | (1<<SCK) | (1<<RCK) <br />
out SCHIEBE_DDR,temp1 <br />
;<br />
; SPI Modul konfigurieren<br />
;<br />
ldi temp1, (1<<SPE) | (1<<MSTR)<br />
out SPCR, temp1 ; keine Interrupts, MSB first, Master<br />
; CPOL = 0, CPHA =0<br />
; SCK Takt = 1/2 XTAL<br />
ldi temp1, (1<<SPI2X)<br />
out SPSR, temp1 ; double speed aktivieren<br />
out SPDR, temp1 ; Dummy Daten, um SPIF zu setzen<br />
;<br />
; Ein Datenbyte ausgeben<br />
;<br />
ldi temp1, 0b10101010<br />
rcall Schiebe ; Daten schieben<br />
rcall SchiebeOut ; Daten in Ausgangsregister übernehmen<br />
<br />
loop:<br />
rjmp loop<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Die Daten im Schieberegister in das Ausgaberegister übernehmen<br />
;<br />
; Dazu am RCK Eingang am Schieberegister einen 0-1-0 Puls erzeugen<br />
;<br />
SchiebeOut:<br />
sbis SPSR, SPIF ; prüfe ob eine alte Übertragung beendet ist<br />
rjmp SchiebeOut<br />
sbi SCHIEBE_PORT, RCK<br />
cbi SCHIEBE_PORT, RCK<br />
ret<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; 8 Bits aus temp1 an das Schieberegister ausgeben<br />
;<br />
Schiebe:<br />
sbis SPSR, SPIF ; prüfe ob eine alte Übertragung beendet ist<br />
rjmp Schiebe<br />
out SPDR, temp1 ; Daten ins SPI Modul schreiben, Übertragung beginnt automatisch<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
===Kaskadieren von Schieberegistern===<br />
<br />
[[Bild:Mega8-595-2.gif|framed|right|Kaskadieren mehrerer 595]]<br />
Um ein Schieberegister anzuschließen genügen also im einfachsten Fall 3 freie Prozessorpins (4 wenn '''SCL''' oder besser <b style='text-decoration:overline'>OE</b> benutzt wird) um weitere 8 Ausgangsleitungen zu bekommen. Genügen diese 8 Leitungen nicht, so kann ohne Probleme ein weiteres Schieberegister an das bereits vorhandene angeschlossen werden.<br />
<br />
Das nächste Schieberegister wird mit seinem Dateneingang '''SER''' einfach an den dafür vorgesehenen Ausgang '''QH*''' des vorhergehenden Schieberegisters angeschlossen. Die Steuerleitungen '''SCK''', '''RCK''' und ggf. '''SCL''' bzw. <b style='text-decoration:overline'>OE</b> werden parallel zu den bereits vorhandenen geschaltet. Konzeptionell erhält man dadurch ein Schieberegister mit einer Breite von 16 Bit. Werden weiter Bausteine in derselben Manier angeschlossen, so erhöht sich die Anzahl der zur Verfügung stehenden Ausgabeleitungen mit jedem Baustein um 8 ohne dass sich die Anzahl der am Prozessor notwendigen Ausgabepins erhöhen würde. Um diese weiteren Register zu nutzen, muss man in der reinen Softwarelösung nur mehrfach die Funktion '''Schiebe''' aufrufen, um alle Daten auszugeben. Am Ende werden dann mit '''SchiebeOut''' die Daten in die Ausgangsregister übernommen.<br />
<br />
Bei der SPI-Lösung werden ebenfalls ganz einfach mehrere Bytes über SPI ausgegeben, ehe dann mittels '''RCK''' die in die Schieberegisterkette eingetakteten Bits in das Ausgangsregister übernommen werden.<br />
Um das Ganze ein wenig zu vereinfachen, soll hier eine Funktion zur Ansteuerung mehrerer kaskadierter Schieberegister über das SPI-Modul gezeigt werden. Dabei wird die Ausgabe mehrerer Bytes über eine Schleife realisiert, mehrfache Aufrufe der Funktion sind damit nicht nötig. Statt dessen übergibt man einen Zeiger auf einen Datenblock im RAM sowie die Anzahl der zu übertragenden Bytes. Außerdem wird die Datenübernahme durch '''RCK''' standardkonform integriert. Denn bei nahezu allen ICs mit SPI wird ein sog. CS-Pin verwendet ('''C'''hip '''S'''elect) Dieser Pin ist meist LOW aktiv, d.h. wenn er HIGH ist, ignoriert der IC alle Signale an '''SCK''' und '''MOSI''' und gibt keine Daten an MISO aus. Ist er LOW, dann ist der IC aktiv und funktioniert normal. Bei der steigenden Flanke an '''CS''' werden die Daten ins Ausgangsregister übernommen. Die Funktion ist sehr schnell, da die Zeit während der die Übertragung eines Bytes läuft, dazu genutzt wird, den Schleifenzähler zu verringern und zu prüfen sowie neue Sendedaten zu laden. Zwischen den einzelnen Bytes gibt es somit nur eine Pause von max. 6 Systemtakten.<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
.include "m8def.inc"<br />
.def temp1 = r16<br />
<br />
; Die Definitionen müssen an den jeweiligen AVR angepasst werden<br />
; Hinweis: Dieser Kode passt nicht zum nebenstehenden Bild<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ RCK = PB2 ; SS<br />
.equ SCK = PB5 ; SCK<br />
.equ SIN = PB3 ; MOSI<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Datensegment im RAM<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
.dseg<br />
.org $60 ;bei modernen AVRs mit vergrößertem I/O-Adressraum $100<br />
Schiebedaten: .byte 2<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Programmsegment im FLASH<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
.cseg<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1 ; (obsolet bei modernen AVRs)<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
;<br />
; SCK, MOSI, SS als Ausgänge schalten<br />
;<br />
in temp1,SCHIEBE_DDR<br />
ori temp1,(1<<SIN) | (1<<SCK) | (1<<RCK) <br />
out SCHIEBE_DDR,temp1<br />
<br />
sbi SCHIEBE_PORT, RCK ; Slave select inaktiv<br />
;<br />
; SPI-Modul konfigurieren<br />
;<br />
ldi temp1, 0b01010000<br />
out SPCR, temp1 ; keine Interrupts, MSB first, Master<br />
; CPOL = 0, CPHA =0<br />
; SCK Takt = 1/2 XTAL<br />
ldi r16,1<br />
out SPSR,r16 ; Double Speed<br />
out SPDR,temp1 ; Dummy Daten, um SPIF zu setzen<br />
<br />
; den Datenblock mit Daten füllen<br />
<br />
ldi temp1,$F0<br />
sts Schiebedaten,temp1<br />
ldi temp1,$55<br />
sts Schiebedaten+1,temp1<br />
<br />
loop:<br />
; den Datenblock (2 Byte) ausgeben<br />
<br />
ldi r16,2<br />
ldi zl,low(Schiebedaten)<br />
ldi zh, high(Schiebedaten)<br />
rcall Schiebe_alle ; Daten ausgeben<br />
<br />
rjmp loop ; nur zur Simulation<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; N Bytes an das Schieberegister ausgeben und in das Ausgaberegister übernehmen<br />
;<br />
; r16: Anzahl der Datenbytes<br />
; Z: Zeiger auf Datenblock im RAM<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
Schiebe_alle:<br />
cbi SCHIEBE_PORT, RCK ; RCK LOW, SPI Standardverfahren<br />
<br />
Schiebe_alle_2:<br />
ld r0,Z+<br />
Schiebe_alle_3:<br />
sbis SPSR,SPIF ; prüfe ob eine alte Übertragung beendet ist<br />
rjmp Schiebe_alle_3<br />
out SPDR,r0 ; Daten ins SPI Modul schreiben, Übertragung beginnt automatisch<br />
dec r16<br />
brne Schiebe_alle_2<br />
<br />
Schiebe_alle_4:<br />
sbis SPSR,SPIF ; prüfe ob die letzte Übertragung beendet ist<br />
rjmp Schiebe_alle_4<br />
<br />
sbi SCHIEBE_PORT, RCK ; RCK inaktiv, Datenübernahme<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
Der Nachteil von Schieberegistern ist allerdings, dass sich die Zeit zum Setzen aller Ausgabeleitungen mit jedem weiteren Baustein immer weiter erhöht. Dies deshalb, da ja die einzelnen Bits im Gänsemarsch durch alle Bausteine geschleust werden müssen und für jeden einzelnen Schiebevorgang etwas Zeit notwendig ist. Ein Ausweg ist die Verwendung des SPI-Moduls, welches schneller arbeitet als die reine Softwarelösung. Ist noch mehr Geschwindigkeit gefragt, so sind mehr Port-Pins nötig. Kann ein kompletter Port mit 8 Pins für die Daten genutzt werden, sowie ein paar weitere Steuerleitungen, so können ein oder mehrere 74xxx573 eine Alternative sein, um jeweils ein vollständiges Byte auszugeben. Natürlich kann der 74xxx573 (oder ein ähnliches Schieberegister) auch mit dem 74xxx595 zusammen eingesetzt werden, beispielsweise in dem über das Schieberegister verschiedene 74xxx595 nacheinander aktiviert werden. Weitere Tips und Tricks dazu gibt es vielleicht in einem weiteren Tutorial...<br />
<br />
=== Acht LEDs mit je 20mA pro Schieberegister ===<br />
<br />
Will man nun acht [[LED]]s mit dem Schieberegister ansteuern, kann man diese direkt über Vorwiderstände anschließen. Doch ein genauer Blick ins Datenblatt verrät, dass der 74xx595 nur maximal 70mA über VCC bzw. GND ableiten kann. Und wenn man den IC nicht gnadenlos quälen, und damit die Lebensdauer und Zuverlässigkeit drastisch reduzieren will, gibt es nur zwei Auswege.<br />
<br />
* Den Strom pro LED auf 70/8 = 8,75mA begrenzen; Das reicht meistens aus um die LEDs schön leuchten zu lassen, vor allem bei low-current und ultrahellen LEDs<br />
* Wenn doch 20 mA pro LED gebraucht werden, kann man die folgende Trickschaltung anwenden.<br />
<br />
[[bild:8x20mA_LED_mit_74xx595.png|framed|center|Mehrere LED anschließen]]<br />
<br />
Der Trick besteht darin, dass 4 LEDs ihren Strom über das Schieberegister von VCC beziehen (HIGH aktiv) während die anderen vier ihren Strom über GND leiten (LOW aktiv). Damit bleiben ganz offiziell für jede LED 70/4 = 17,5mA. Um die Handhabung in der Software zu vereinfachen muss nur vor der Ausgabe der Daten das jeweilige Byte mit 0x0F XOR verknüpft werden, bevor es in das Schieberegister getaktet wird. Dadurch werden die LOW-aktiven LEDs richtig angesteuert und die Datenhandhabung in der Software muss nur mit HIGH-aktiven rechnen. Außerdem wird der G Eingang verwendet, um die Helligkeit aller LEDs per [[PWM]] zu steuern. Beachtet werden muss, dass die PWM im invertierten Modus generiert werden muss, da der Eingang G LOW aktiv ist.<br />
<br />
<B>Achtung!</B> Die Widerstände sind auf blaue LEDs mit 3,3V Flussspannung ausgelegt. Bei roten, gelben und grünen [[LED]]s ist die Flussspannung geringer und dementsprechend muss der Vorwiderstand größer sein.<br />
<br />
Wenn 20mA immer noch nicht reichen sollten oder z.B. RGB-LEDs mit gemeinsamer Anode angesteuert werden müssen, dann hilft nur ein stärkerer IC. Der Klassiker ist der TPIC6A595 von TI, er kombiniert ein Schieberegister mit MOSFETs, sodass hier 250mA pro Kanal zur Verfügung stehen.<br />
<br />
=== Achtung beim Startup! ===<br />
<br />
Die Ausgänge des '595 führen beim Einschalten undefinierte, also zufällige Pegel! Und der Eingang <span style="text-decoration:overline">SCL</span> löscht nur die Schieberegister-Flipflops (= unnütz, um mit <span style="text-decoration:overline">RESET</span> zu verbinden: Festlegung an U<sub>CC</sub> genügt vollauf). Sind deshalb ''definierte'' Pegel beim Einschalten unerlässlich, ''muss'' man <span style="text-decoration:overline">OE</span> beschalten:<br />
* Entweder mit einem weiteren Mikrocontroller-Ausgang (der mit einem externen Pull-Up-Widerstand zu beschalten ist und nach dem ersten Durchschieben dauerhaft auf LOW gelegt wird)<br />
* Oder mit einer RC(D)-Kombination, die die Ausgänge für eine gewisse Zeit auf Tristate hält. Spart einen Mikrocontroller-Pin.<br />
Obendrein sind, wie auch beim direkten Anschluss am Mikrocontroller, die betreffenden Ausgänge des '595 mit externen Pull-Up- oder Pull-Down-Widerständen zu beschalten.<br />
<br />
Man könnte meinen, dass der Anschluss <span style="text-decoration:overline">SCL</span> einfach ein böser Fallstrick ist, denn viel sinnvoller wäre eine Reset-Funktion für die Ausgangs-Flipflops. Schade dass es keinen Schaltkreis gibt, der das richtig implementiert; '''mikrocontroller.net''' würde einen solchen sofort empfehlen.<br />
<br />
== Porterweiterung für Eingänge ==<br />
<br />
Ein naher Verwandter des 74xx595 ist der [[74xx | 74xx165]], er ist quasi das Gegenstück. Hierbei handet es sich um ein ''8-bit parallel-in/serial-out shift register''. Auf Deutsch: Ein 8 Bit Schieberegister mit parallelem Eingang und seriellem Ausgang. Damit kann man eine große Anzahl Eingänge sehr einfach und preiswert zu seinem Mikrocontroller hinzufügen.<br />
<br />
=== Aufbau ===<br />
<br />
[[bild:74xx165-1.png|framed|center|Pinbelegung eines 165]]<br />
<br />
Der Aufbau ist sehr ähnlich zum 74xx595. Allerdings gibt es kein Register zum Zwischenspeichern. Das ist auch gar nicht nötig, da der IC ja einen parallelen Eingang hat. Der muss nicht zwischengespeichert werden. Es gibt hier also wirklich nur das Schieberegister. Dieses wird über den Eingang PL mit den parallelen Daten geladen. Dann können die Daten seriell mit Takten an CLK aus dem Ausgang Q7 geschoben werden.<br />
<br />
=== Funktionsweise ===<br />
<br />
DS ist der serielle Dateneingang, welcher im Falle von kaskadierten Schieberegistern mit dem Ausgang des vorhergehenden ICs verbunden wird.<br />
<br />
D0..D7 sind die parallelen Dateneingänge.<br />
<br />
Mittels des Eingangs PL ('''P'''arallel '''L'''oad) werden die Daten vom parallelen Eingang in das Schieberegister übernommen, wenn dieses Signal LOW ist. Hier muss man aber ein klein wenig aufpassen. Auf Grund der Schaltungsstruktur ist der Eingang PL mit dem Takt CLK verknüpft (obwohl es dafür keinen logischen Grund gibt :-0). Damit es nicht zu unerwünschten Fehlschaltungen kommt, muss der Takt CLK während des Ladens auf HIGH liegen. Wird PL wieder auf HIGH gesetzt, sind die Daten geladen. Das erste Bit liegt direkt am Ausgang Q7 an. Die restlichen Bits können nach und nach durch das Register geschoben werden.<br />
<br />
Der Eingang CE ('''C'''lock '''E'''nable) steuert, ob das Schieberegister auf den Takt CLK reagieren soll oder nicht. Ist CE gleich HIGH werden alle Takte an CLK ignoriert. Bei LOW werden mit jeder positiven Flanke die Daten um eine Stufe weiter geschoben.<br />
<br />
Wird am Eingang CLK eine LOW-HIGH Flanke angelegt und ist dabei CE auf LOW, dann werden die Daten im Schieberegister um eine Position weiter geschoben: DS->Q0, Q0->Q1, Q1->Q2, Q2->Q3, Q3->Q4, Q4->Q5, Q5->Q6, Q6->Q7. Q0..Q6 sind interne Signale, siehe [http://www.nxp.com/acrobat/datasheets/74HC_HCT165_CNV_2.pdf Datenblatt].<br />
<br />
Q7 ist der serielle Ausgang des Schieberegisters. Dort Werden Takt für Takt die Daten ausgegeben. Hier wird normalerweise der Eingang des Mikrocontrollers oder der Eingang des nächsten Schieberegisters angeschlossen.<br />
<br />
Q7\ ist der invertierte Ausgang des Schieberegisters. Er wird meist nicht verwendet.<br />
<br />
=== Schaltung ===<br />
<br />
Um nun beispielsweise zwei Schieberegister zu kaskadieren um 16 Eingangspins zu erhalten sollte man folgende Verschaltung vornehmen. Beachten sollte man dabei, dass<br />
<br />
* der serielle Eingang DS des ersten Schieberegisters (hier IC1) auf einen festen Pegel gelegt wird (LOW oder HIGH).<br />
* der serielle Datenausgang bei der Benutzung des SPI-Moduls an MISO und nicht an MOSI angeschlossen wird.<br />
<br />
[[bild:74xx165-2.png|framed|center|Anschluss eines 165]]<br />
<br />
Nachfolgend werden zwei Beispiele gezeigt, welche die Ansteuerung nach bekanntem Muster übernehmen. Nur dass hier eben Daten gelesen anstatt geschrieben werden. Zu beachten ist, dass hier ein anderer Modus der SPI-Ansteuerung verwendet werden muss, weil der Baustein das nötig macht. Das muss beachtet werden, wenn auch Schieberegister für Ausgänge verwendet werden. Dabei muss jeweils vor dem Zugriff auf die Ein- oder Ausgangsregister der Modus des Taktes (CPOL) umgeschaltet werden.<br />
<br />
=== Ansteuerung per Software ===<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
; Porterweiterung für Eingänge mit Schieberegister 74xx165<br />
; Ansteuerung per Software<br />
<br />
.include "m8def.inc"<br />
<br />
.def temp1 = r16<br />
.def temp2 = r17<br />
.def temp3 = r18<br />
<br />
; Pins anpassen, frei wählbar<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ SCHIEBE_PIN = PINB<br />
.equ CLK = PB3<br />
.equ PL = PB1<br />
.equ DIN = PB2<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Datensegment im RAM<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
.dseg<br />
.org 0x60<br />
Daten: .byte 2 ; Speicherplatz für Eingangsdaten<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Programmsegment im FLASH<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
.cseg<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
<br />
; CLK und PL als Ausgänge schalten<br />
<br />
ldi temp1, (1<<clk) | (1<<pl)<br />
out SCHIEBE_DDR, temp1<br />
<br />
sbi schiebe_port, clk ; Takt im Ruhezustand immer auf 1<br />
; komische Schaltung im 74xx165<br />
<br />
; Zwei Bytes einlesen<br />
<br />
ldi ZL,low(Daten)<br />
ldi ZH,high(Daten)<br />
ldi temp1,2<br />
rcall schiebe_eingang<br />
<br />
loop:<br />
rjmp loop<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; N Bytes seriell einlesen<br />
;<br />
; temp1 : N, Anzahl der Bytes<br />
; Z : Zeiger auf einen Datenbereich im SRAM<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
schiebe_eingang:<br />
push temp2 ; Register sichern<br />
push temp3<br />
<br />
cbi schiebe_port, pl ; Daten parallel laden<br />
sbi schiebe_port, pl<br />
<br />
schiebe_eingang_byte_schleife:<br />
<br />
ldi temp3, 8 ; Bitzähler<br />
schiebe_eingang_bit_schleife:<br />
lsl temp2 ; Daten weiterschieben<br />
<br />
; das IO Bit Din in das niederwerigste Bit von temp2 kopieren<br />
<br />
sbic schiebe_pin, din ; wenn Null, nächsten Befehl überspringen<br />
ori temp2,1 ; nein, Bit setzen<br />
<br />
cbi SCHIEBE_PORT, CLK ; Taktausgang auf 0<br />
sbi SCHIEBE_PORT, CLK ; und wieder zurück auf 1, dabei Daten schieben <br />
<br />
dec temp3 ; Bitzähler um eins verringern<br />
brne schiebe_eingang_bit_schleife ;wenn noch keine 8 Bits ausgegeben, nochmal<br />
<br />
st z+,temp2 ; Datenbyte speichern<br />
dec temp1 ; Anzahl Bytes um eins verringern<br />
brne schiebe_eingang_byte_schleife ; wenn noch mehr Bytes zu lesen sind<br />
<br />
pop temp3<br />
pop temp2<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
=== Ansteuerung per SPI-Modul ===<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
; Porterweiterung für Eingänge mit Schieberegister 74xx165<br />
; Ansteuerung per SPI-Modul<br />
<br />
.include "m8def.inc"<br />
<br />
.def temp1 = r16<br />
.def temp2 = r17<br />
.def temp3 = r18<br />
<br />
; Pins anpassen<br />
; diese müssen mit den SPI-Pins des AVR Typs übereinstimmen!<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ PL = PB2 ; SS<br />
.equ CLK = PB5 ; SCK<br />
.equ DIN = PB4 ; MISO<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Datensegment im RAM<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
.dseg<br />
.org 0x60<br />
Daten: .byte 2 ; Speicherplatz für Eingangsdaten<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Programmsegment im FLASH<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
.cseg<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
<br />
; CLK und PL als Ausgänge schalten<br />
<br />
ldi temp1,(1<<CLK) | (1<<PL)<br />
out SCHIEBE_DDR,temp1 <br />
;<br />
; SPI Modul konfigurieren<br />
;<br />
ldi temp1, (1<<SPE) | (1<<MSTR) | (1<<CPOL)<br />
out SPCR, temp1 ; keine Interrupts, MSB first, Master<br />
; CPOL = 1, CPHA =0<br />
; SCK Takt = 1/2 XTAL<br />
ldi temp1, (1<<SPI2X)<br />
out SPSR,temp1 ; double speed aktivieren<br />
out SPDR,temp1 ; Dummy Daten, um SPIF zu setzen<br />
<br />
; Zwei Bytes einlesen<br />
<br />
ldi ZL,low(Daten)<br />
ldi ZH,high(Daten)<br />
ldi temp1,2<br />
rcall schiebe_eingang<br />
<br />
loop:<br />
rjmp loop<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; N Bytes seriell einlesen<br />
;<br />
; temp1 : N, Anzahl der Bytes<br />
; Z : Zeiger auf einen Datenbereich im SRAM<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
schiebe_eingang:<br />
push temp2 ; Register sichern<br />
<br />
; CLK ist im Ruhezustand schon auf HIGH, CPOL=1<br />
<br />
dummyende:<br />
sbis SPSR,7 ; prüfe ob Dummy Übertragung beendet ist, sonst<br />
rjmp dummyende ; kann es bei langsameren Übertragungsraten zu<br />
; Überschneidungen kommen.<br />
<br />
<br />
cbi schiebe_port, pl ; Daten parallel laden<br />
sbi schiebe_port, pl<br />
<br />
schiebe_eingang_1:<br />
sbis SPSR,7 ; prüfe ob eine alte Übertragung beendet ist<br />
rjmp schiebe_eingang_1<br />
<br />
schiebe_eingang_byte_schleife:<br />
out SPDR,temp1 ; beliebige Daten ins SPI Modul schreiben<br />
; um die Übertragung zu starten<br />
schiebe_eingang_2:<br />
sbis SPSR,7 ; auf das Ende der Übertragung warten<br />
rjmp schiebe_eingang_2<br />
<br />
in temp2, spdr ; Daten lesen<br />
st z+,temp2 ; Datenbyte speichern<br />
dec temp1 ; Anzahl Bytes um eins verringern<br />
brne schiebe_eingang_byte_schleife ; wenn noch mehr Bytes zu lesen sind<br />
<br />
pop temp2<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
== Beides in ''einer'' Kette ==<br />
<br />
Kann man die '595 und die '165 an ''einem'' SPI-Anschluss betreiben?<br />
<br />
Ja, einfach verketten. Das geht auch „durcheinander“. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten:<br />
<br />
* Man verwendet ''getrennte'' Anschlüsse am Mikrocontroller für die Parallelübernahme der '595 (Ausgänge) und '165 (Eingänge). Dann sollten die Ausgänge am Ketten-Anfang (MOSI) und die Eingänge am Ketten-Ende (MISO) liegen. Beispielsweise werden für 3 Stück '595 und 2 Stück '165 24 Schiebetakte zum Ausgeben (mit anschließendem ↑RCLK) und 16 Schiebetakte (mit vorausgehendem ¬PL) zum Einlesen benötigt.<br />
<br />
* Man verwendet einen ''gemeinsamen'' Anschluss '''¬L''' für ↑RCLK und ¬PL, ein Pin sparend. Die o.g. Reihenfolge der '595 und '165 ist weiterhin vorteilhaft. Nach dem o.g. Beispiel gilt folgendes Regime zum Ausgeben und Einlesen in einem Rutsch:<br />
** Low-Nadel an ¬L (zum Laden der '165-Flipflops; die '595-Ausgänge verändern sich nicht)<br />
** 8 x 3 = 24 Schiebetakte (auch zum Nur-Einlesen müssen die Ausgabedaten wiederholt ausgegeben werden)<br />
** Low-Nadel an ¬L (zum Aktualisieren der '595-Ausgänge; das erneute Einlesen in den '165 ist ohne Belang)<br />
<br />
Kann man per Software messen, wie lang die Kette ist?<br />
<br />
Für bestimmte PnP-artige Lösungen ist es zweckmäßig, die Länge der Kette zu kennen:<br />
Man schiebt einfach eine einzelne 1 (oder eine einzelne 0) durch die Kette, ohne Parallelübernahmen. Vorher muss man die Kette in ihrer zu erwartenden Maximallänge initialisieren. Benutzt man byteweise arbeitende Hardware-SPI, wird man auf ganze Byte-Längen vertrauen und kann für mehr Sicherheit ein bestimmtes Kennbyte durchschicken.<br />
<br />
Kann man per Software messen, ''wo'' die '595 und die '165 liegen?<br />
<br />
Nur wenn man davon ausgeht, dass sich die Eingänge nicht allzu schnell ändern. Das ist bei Tastern klar der Fall. Eine 100-prozentige Sicherheit gibt es nicht. Man schiebt ein bestimmtes Bitmuster (Byte) durch und nimmt '595 dort an, wo das Bitmuster auch zurückkommt. Man verwende mindestens 2 verschiedene Bitmuster, um eine derartige Eingangskombination auszuschließen. Wer ziemlich sicher gehen will, schiebt in einer Schleife alle 256 verschiedenen Kombinationen durch. Wenn (bei gemeinsamen ¬L) die Ausgänge unzulässig zappeln, muss man ¬OE beschalten, oder genau jene Bitkombinationen vermeiden.<br />
<br />
Kann man andere SPI-Hardware in die Kette einfügen?<br />
<br />
Genau dafür ist SPI gemacht! Aber nicht jeder (bspw.) A/D-Wandler ist dafür geeignet: Es muss möglich sein, Daten ''unverändert'' durchzuschieben. Oder wenigstens herumzuleiten. Wenn nicht, ist die einzig mögliche Anordnung ''zwischen'' den '595 (am Kettenanfang) und den '165 (am Kettenende). In der Regel wird eine gesonderte Chipselect-Leitung vom Mikrocontroller benötigt; nur in Ausnahmefällen ist o.g. '''¬L''' dafür geeignet (Datenblatt studieren!). Das Chipselect aus einem '595 zu generieren geht auch.<br />
<br />
Was für Vorteile bringen '595 und '165 gegenüber einem größeren Mikrocontroller?<br />
<br />
* Preis! Controller mit mehr Beinchen kosten oftmals deutlich mehr<br />
* Günstigeres Routing zu weiter entfernten Schaltungsteilen<br />
* Kleinere Steckverbinder zu weiteren Platinen, etwa Anzeige- und Bedien-Frontplatten<br />
* Beliebige Verlängerbarkeit<br />
* Exakt gleichzeitige Aktualisierung der Ausgänge und Abfrage der Eingänge, auch bei mehr als der Mikrocontroller-Portbreite (kann helfen, knifflige Übergangsprobleme zu lösen)<br />
* ESD-Schutz und Überlastschutz des Controllers<br />
* Einfache Pegelkonvertierung (typisch 3 V ↔ 5 V) mit 74HCT-Bauelementen<br />
* Verbleib beim „gewohnten“ Mikrocontroller möglich<br />
<br />
Und welche Nachteile handelt man sich ein?<br />
<br />
* Fehlende Sonderfunktionen (etwa Hardware-PWM, Interrupts)<br />
* Fehlende Bidirektionalität<br />
* Geringere Geschwindigkeit sowie zusätzliche Verzögerung beim Startup<br />
** In Zahlen: Bei 16 MHz und Hardware-SPI dauert das Befüllen ''eines'' '595 genau 1 µs: Schiebetakt 8 MHz. Ein OUT-Befehl zu einem 8-Bit-Port ist 16-mal schneller. Auch die ''zusätzliche'' Startup-Verzögerung liegt in diesem Bereich<br />
** Der wesentliche Teil der Gesamt-Startup-Verzögerung kommt vom Startup-Timer, der nur mittels Fuse-Bits eingestellt werden kann. Hat man einen Arduino, braucht man ein Programmiergerät um diese zu ändern. Beispielsweise 65 ms + 16K Takte (@ 16 MHz) = 66 ms. Die Initialisierungsroutine bis main() initialisiert den RAM-Bereich [und geht bei C++ durch die statischen Konstruktoren], dauert 9 Takte pro Byte, bei 1 KByte 9K Takte, fällt mit ≈ 500 µs nicht so sehr ins Gewicht, wenn die Startup-Verzögerung so groß ist. Die Startup-Verzögerung ist kein Problem im Vergleich zu echten Mikrocontroller-Portpins, denn auch diese können nur verzögert angesteuert werden.<br />
* Fehlende Weak-Pullups (bei den Eingängen, es sei denn, man verwendet veraltete 74LS165)<br />
* Höherer Bestückungsaufwand durch das Mehr an Bauteilen<br />
<br />
== Bidirektionale Erweiterung ==<br />
<br />
Wünscht man sich ''bidirektionale Einzelanschlüsse'' (wie im AVR-Mikrocontroller selbst), so ist man auf dem Holzweg: Dafür gibt es entweder keine oder alte, völlig überteuerte ICs. Ist das unbedingt erforderlich, benutzt man am besten einen ''weiteren AVR-Mikrocontroller'' im Slave-SPI-Modus. Für die Richtungsumschaltung steckt ein weiteres Latch in seiner Firmware, d.h. seine Gesamtschieberegisterlänge ist doppelt so lang wie die Anzahl der umschaltbaren Ein/Ausgangspins.<br />
<br />
Genügt Bidirektionalität 8-bit-weise, ist ein '299 (74HC/HCT299) die richtige Lösung. Dieser kann sogar in die vorhandene Kette aus '595 und '164 eingebaut werden. Für die Umschaltung der Datenrichtung wird ein weiteres Portpin benötigt, welches bei akutem Pinmangel von einem vorgeschalteten '595 kommen kann.<br />
<br />
Da mit dem '299 typischerweise ein 8-Bit-Bus (oder breiter) für einen pinarmen Mikrocontroller gebildet wird, lohnt sich für diesen der Anschluss von RCK und DIR an dedizierte Mikrocontroller-Pins besonders, da hier Geschwindigkeit das A und O ist.<br />
<br />
== Bekannte Probleme ==<br />
<br />
AVR Studio 4.12 (Build 498) hat Probleme bei der korrekten Simulation des SPI-Moduls.<br />
<br />
* Der Double-Speed Modus funktioniert nicht.<br />
<br />
* Das Bit SPIF im Register SPSR, welches laut Dokumentation nur lesbar ist, ist im Simulator auch schreibbar! Das kann zu Verwirrung und Fehlern in der Simulation führen.<br />
<br />
Hardwareprobleme<br />
<br />
* Wenn das SPI-Modul aktiviert wird, wird '''NICHT''' automatisch SPIF gesetzt, es bleibt auf Null. Damit würde die erste Abfrage in ''Schiebe_alles'' in einer Endlosschleife hängen bleiben. Deshalb muss nach der Initialisierung des SPI-Moduls ein Dummy-Byte gesendet werden, damit am Ende der Übertragung SPIF gesetzt wird<br />
<br />
* Da das SPI-Modul in Senderichtung nur einfach gepuffert ist, ist es nicht möglich absolut lückenlos Daten zu senden, auch wenn man mit '''nop''' eine feste minimale Zeit zwischen zwei Bytes warten würde. Zwischen zwei Bytes muss immer eine Pause von mind. 2 Systemtakten eingehalten werden.<br />
<br />
== Weblinks ==<br />
<br />
* [http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2585.pdf AVR151: Setup And Use of The SPI] Atmel Application Note (PDF)<br />
* [http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/7/4/H/C/74HC595.shtml datasheetcatalog.com: 74HC595]<br />
* [http://www.rn-wissen.de/index.php/Portexpander_am_AVR Roboternetz: Portexpander am AVR]<br />
* [http://conductiveresistance.com/interactive-595-shift-register-simulator/ Interactive 595 Shift Register Simulator]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/215399#2145277 48 I/O Porterweiterung mit Schieberegister 74HC595 und 74HC165]<br />
----<br />
<br />
{{Navigation_zurückhochvor|<br />
zurücktext=PWM|<br />
zurücklink=AVR-Tutorial: PWM|<br />
hochtext=Inhaltsverzeichnis|<br />
hochlink=AVR-Tutorial|<br />
vortext=SRAM|<br />
vorlink=AVR-Tutorial: SRAM}}<br />
<br />
[[Category:AVR-Tutorial|Schieberegister]]<br />
[[Category:SPI]]<br />
[[Category:Portexpander]]</div>134.109.52.140https://www.mikrocontroller.net/index.php?title=AVR-Tutorial:_Schieberegister&diff=96779AVR-Tutorial: Schieberegister2017-07-11T15:18:05Z<p>134.109.52.140: Kein verwirrendes SCL! Quelltext-Anpassung</p>
<hr />
<div>Ab und an stellt sich folgendes Problem: Man würde wesentlich mehr Ausgangspins oder Eingangspins benötigen als der [[Mikrocontroller]] zur Verfügung stellt. Ein möglicher Ausweg ist eine Porterweiterung mit einem Schieberegister. Zwei beliebte Schieberegister sind beispielsweise der 74xx595 bzw. der 74xx165.<br />
<br />
== Porterweiterung für Ausgänge ==<br />
<br />
Um neue Ausgangspins zu gewinnen kann der [[74xx | 74xx595]] verwendet werden. Dabei handelt es sich um ein ''8-Bit 3-state Serial-in/Serial-out or Parallel-Out Schieberegister mit einem Ausgangsregister und einem asynchronen Reset''.<br />
<br />
Hinter dieser kompliziert anmutenden Beschreibung verbirgt sich eine einfache Funktionalität: Das Schieberegister besteht aus zwei Funktionseinheiten: Dem eigentlichen Schieberegister und dem Ausgangsregister. In das Schieberegister können die Daten seriell hineingetaktet werden und durch ein bestimmtes Signal werden die Daten des Schieberegisters in das Ausgangsregister übernommen und können von dort auf die Ausgangspins geschaltet werden.<br />
<br />
Im Einzelnen bedeuten die Begriffe:<br />
<br />
<center><br />
{| {{Tabelle}}<br />
|- style="background-color:#ffddcc"<br />
! Begriff || Erklärung<br />
|-<br />
||8-Bit<br />
|align="left"| Acht Ausgangs[[Bit|bit]]s<br />
|-<br />
||3-state<br>(lies: Tristejt)<br />
|align="left"| Die acht Registerausgänge können drei Zustände, Low, High und High-Impedanz annehmen.<BR>Siehe [[Ausgangsstufen Logik-ICs]]<br />
|-<br />
||Serial-in<br />
|align="left"| Serieller Eingang des Schieberegisters<br />
|-<br />
||Serial-out<br />
|align="left"| Serieller Ausgang des Schieberegisters<br />
|-<br />
||Parallel-Out<br />
|align="left"| Parallele Ausgänge des Ausgangsregisters. Hier 3-state<br />
|-<br />
||Schieberegister<br />
|align="left"| Serielle Daten werden durch den Baustein durchgeschoben<br />
|-<br />
|Ausgangsregister<br />
|align="left"| Ein Speicher, welcher die Daten des Schieberegisters zwischenspeichern kann.<BR>Dieses besteht aus acht [[FlipFlop]]s.<br />
|-<br />
|Asynchroner Reset<br />
|align="left"| Die Daten im Schieberegister können asynchron zurückgesetzt werden.<br />
|-<br />
|asynchron (Eingang)<br />
|align="left"| Der Eingang wirkt ohne zusätzliche Taktflanke.<br>Der Gegenentwurf „synchron“ meint, dass der Eingang nur bei Flanke am Takteingang zur Wirkung kommt.<br />
|}<br />
</center><br />
<br />
=== Aufbau 74xx595 ===<br />
<br />
[[Bild:74xx595-1.png|framed|center|Pinbelegung eines 595]]<br />
<br />
Hinweis: Die Benennung der Pins in den Datenblättern verschiedener Hersteller unterscheidet sich zum Teil. Die Funktionen der Pins sind jedoch gleich. <br />
<br />
Werden viele Ausgänge mit bis zu 15 Volt benötigt (typischerweise zum Durchsteuern von MOSFETs, die nicht „logik-kompatibel“ sind), eignet sich der CMOS-Typ CD4096B zum Ersatz des '595, mit abweichender Pinbelegung. Seine Verwendung erfordert nur drei Pegelkonverter, etwa ½ 4504, ¾ 40109 oder diskret aufgebaut. Die genannten ICs sind preiswert und leicht beschaffbar.<br />
<br />
Achtung: Es gibt auch noch einen IC von TI mit eingebauten Treibern 50 V 150 mA, den TPIC6B595, der hat 20 Pins und eine abweichende Pinbelegung: http://www.ti.com/product/tpic6b595<br />
Auch dieser IC ist leicht beschaffbar. Man kann diesen aus einem '595 und einem ULN2803 vorstellen bzw. zusammensetzen: Seine Ausgänge ziehen nur nach Low, nicht nach High. Für den Anschluss von Relais werden externe Freilaufdioden benötigt, die beim ULN2803 integriert sind.<br />
<br />
==== HC oder HCT? ====<br />
<br />
Mal gibt es 74'''HC'''595, mal 74'''HCT'''595.<br />
Diese beiden Typen unterscheiden sich nur dadurch, wie sie Eingangs-Signale erkennen:<br />
* HC: High-Signal muss mindestens ca. 75% der Betriebsspannung haben (siehe V<sub>IH</sub> im Datenblatt);<br />
* HC'''T''': TTL-kompatibel: High-Signal muss mindestens 2 V haben (Betriebsspannung ist immer 5 V).<br />
Es gibt auch 74LS595. In der modernen CMOS-Welt sollte man sich Low-Power-Schottky (= bipolar = Ruhestrom fressend) nicht mehr antun.<br />
<br />
Im allgemeinen kann man alle Typen gleichermaßen verwenden und nimmt einfach den billigsten oder verfügbarsten. Nur beim Übergang zu echtem TTL oder verschiedenen Speisespannungen für Mikrocontroller und Portexpander wird es interessant.<br />
<br />
Ein häufiges Szenario ist ein Mikrocontroller mit 3-V-Speisung (etwa ein ARM7 oder MSP430). Dann kann man mit einem 74'''HCT'''595, an 5 V betrieben, echte 5-V-Ausgänge und die Pegelkonvertierung dazu haben.<br />
74'''HC'''595 funktionieren hier nur mit Glück, und bei noch geringerer Speisespannung des Controllers — etwa 2,5 V — gar nicht.<br />
<br />
=== Pinbelegung 74xx595 ===<br />
<br />
<center><br />
{| {{Tabelle}}<br />
|- style="background-color:#ffddcc"<br />
! DIL Pin-Nummer || Funktion || Dieses Tutorial || Motorola / ON Semi || Philips / NXP || Fairchild || SGS|| Texas Instruments<br />
|-<br />
| 1 || Ausgang B || QB || Q<sub>B</sub> || Q<sub>1</sub> || Q<sub>B</sub> || QB|| Q<sub>B</sub> <br />
|-<br />
| 2 || Ausgang C || QC || Q<sub>C</sub> || Q<sub>2</sub> || Q<sub>C</sub> || QC|| Q<sub>C</sub> <br />
|-<br />
| 3 || Ausgang D || QD || Q<sub>D</sub> || Q<sub>3</sub> || Q<sub>D</sub> || QD|| Q<sub>D</sub> <br />
|-<br />
| 4 || Ausgang E || QE || Q<sub>E</sub> || Q<sub>4</sub> || Q<sub>E</sub> || QE|| Q<sub>E</sub> <br />
|-<br />
| 5 || Ausgang F || QF || Q<sub>F</sub> || Q<sub>5</sub> || Q<sub>F</sub> || QF|| Q<sub>F</sub> <br />
|-<br />
| 6 || Ausgang G || QG || Q<sub>G</sub> || Q<sub>6</sub> || Q<sub>G</sub> || QG|| Q<sub>G</sub> <br />
|-<br />
| 7 || Ausgang H || QH || Q<sub>H</sub> || Q<sub>7</sub> || Q<sub>H</sub> || QH|| Q<sub>H</sub> <br />
|-<br />
| 8 || Masse, 0 V || [nicht dargestellt] || GND || GND || GND || GND|| GND<br />
|-<br />
| 9 || Serieller Ausgang || QH* || SQ<sub>H</sub> || Q<sub>7</sub>´ ||Q'<sub>H</sub> || QH´||Q<sub>H'</sub> <br />
|-<br />
| 10 || Reset für Schieberegister || SCL || RESET || /MR || /SCLR || /SCLR || /SRCLR<br />
|-<br />
| 11 || Schiebetakt || SCK || SHIFT CLOCK || SH<sub>CP</sub> || SCK || SCK || SRCLK<br />
|-<br />
| 12 || Speichertakt || RCK || LATCH CLOCK || ST<sub>CP</sub> || RCK || RCK || RCLK<br />
|-<br />
| 13 || Ausgangssteuerung || G || OUTPUT ENABLE || /OE || /G || /G || /OE<br />
|-<br />
| 14 || Serieller Dateneingang || SER || A || D<sub>S</sub> || SER || SI || SER<br />
|-<br />
| 15 || Ausgang A || QA || Q<sub>A</sub> || Q<sub>0</sub> || Q<sub>A</sub> || QA|| Q<sub>A</sub> <br />
|-<br />
| 16 || Betriebsspannung || [nicht dargestellt] || V<sub>CC</sub> || V<sub>CC</sub> || V<sub>CC</sub> || V<sub>CC</sub>|| V<sub>CC</sub><br />
|}<br />
</center><br />
<br />
Der Baustein besteht aus zwei Einheiten:<br />
* dem Schieberegister<br />
* dem Ausgangsregister<br />
<br />
Im Schieberegister werden die einzelnen Bits durchgeschoben. Mit jeder positiven Taktflanke(LOW -> HIGH) an '''SCK''' wird eine Schiebeoperation durchgeführt.<br />
<br />
Das Ausgangsregister hat die Aufgabe die Ausgangspins des Bausteins anzusteuern. Durch dieses Ausgangsregister ist es möglich, die Schiebeoperationen im Hintergrund durchzuführen, ohne dass IC Pins ihren Wert ändern. Erst wenn die Schiebeoperation abgeschlossen ist, wird der aktuelle Zustand der Schieberegisterkette durch einen Puls an '''RCK''' in das Ausgangsregister übernommen.<br />
<br />
===Funktionsweise===<br />
<br />
Am Eingang '''SER''' (Pin 14) wird das gewünschte nächste Datum (0 oder 1) angelegt. Durch einen positiven Puls an '''SCK''' (Pin 11) wird der momentan an '''SER''' anliegende Wert als neuer Wert für Bit 0, das unterste Bit des Schieberegisters, übernommen. Gleichzeitig werden alle anderen Bits im Schieberegister um eine Stelle verschoben: Das Bit 6 wird ins Bit 7 übernommen, Bit 5 ins Bit 6, Bit 4 ins Bit 5, etc. sodass das Bit 0 zur Aufnahme des '''SER''' Bits frei wird.<br />
<br />
[[Bild:74xx595-2.png|center]]<br />
<br />
Eine Sonderstellung nimmt das ursprüngliche Bit 7 ein. Dieses Bit steht direkt auch am Ausgang '''QH*''' (Pin 9) zur Verfügung. Dadurch ist es möglich an ein Schieberegister einen weiteren Baustein 74xxx595 anzuschließen und so beliebig viele Schieberegister hintereinander zu schalten (kaskadieren). Auf diese Art lassen sich Schieberegister mit beliebig vielen Stufen aufbauen.<br />
<br />
Wurde das Schieberegister mit den Daten gefüllt, so wird mit einem LOW-HIGH Puls am Pin 12, '''RCK''' der Inhalt des Schieberegisters in das Ausgangsregister übernommen.<br />
<br />
[[Bild:74xx595-3.png|center]]<br />
<br />
Mit dem Eingang '''G''' (Pin 13) kann das Ausgangsregister freigegeben werden. Liegt '''G''' auf 0, so führen die Ausgänge '''QA''' bis '''QH''' entsprechende Pegel. Liegt '''G''' auf 1, so schalten die Ausgänge '''QA''' bis '''QH''' auf [[Ausgangsstufen Logik-ICs |Tristate]]. D.h. sie treiben aktiv weder LOW oder HIGH, sondern sind hochohmig wie ein Eingang und nehmen jeden Pegel an, der ihnen von außen aufgezwungen wird.<br />
<br />
Bleibt nur noch der Eingang '''SCL'''(Pin 10). Mit ihm kann das Schieberegister im Baustein gelöscht, also auf eine definierte 0, gesetzt werden.<br />
<br />
Die Ansteuerung eines 74xxx595 Schieberegisters gestaltet sich sehr einfach. Im Grunde gibt es 2 Möglichkeiten:<br />
* Mittels [[SPI]] kann der [[AVR]] das Schieberegister direkt und autark ansteuern. Das ist sehr schnell und verbraucht nur wenig CPU-Leistung<br />
* Sind die entsprechenden SPI-Pins am AVR nicht frei, so ist auch eine softwaremäßige Ansteuerung des Schieberegisters mit einfachen Mitteln durchführbar.<br />
<br />
=== Ansteuerung per Software===<br />
<br />
[[Bild:Mega8-595-SPI.png|framed|right|Anschluss eines 595]]<br />
Für eine komplette Softwarelösung kann das Schieberegister an jede beliebige Port-Pin Kombination angeschlossen werden. Wir wählen die Pins '''PB2''', '''PB3''' und '''PB5''' um dort die Schieberegisteranschlüsse '''RCK''', '''SER''' und '''SCK''' anzuschließen. Des Weiteren muss das Schieberegister mit Spannung versorgt werden: Pin 16 muss auf +5V und Pin 8 auf GND geschaltet werden.<br />
<br />
<br />
Die Programmierung gestaltet sich dann nach folgendem Schema: Die 8 Bits eines Bytes werden nacheinander an den Ausgang '''PB3''' ('''SER''') ausgegeben. Durch Generierung eines Pulses 0-1-0 an Pin '''PB5''' ('''SCK''') übernimmt das Schieberegister nacheinander die einzelnen Bits. Dabei ist zu beachten, dass die Ausgabe mit dem höherwertigen Bit beginnen muss, denn dieses Bit wandert ja am weitesten zur Stelle '''QH'''. Sind alle 8 Bits ausgegeben, so wird durch einen weiteren 0-1-0 Impuls am Pin '''PB2''' ('''RCK''') der Inhalt der Schieberegisterbits 0 bis 7 in die Ausgaberegister '''QA''' bis '''QH''' übernommen. Dadurch, dass am Schieberegister der Eingang '''G''' konstant auf 0-Pegel gehalten wird, erscheint dann auch die Ausgabe sofort an den entsprechenden Pins und kann zb. mit LEDs (low-current LEDs + Vorwiderstand verwenden) sichtbar gemacht werden.<br />
<br />
Der Schieberegister-Rücksetzeingang '''SCL''' wird auf U<sub>CC</sub> gelegt. Das Einschieben von 0x00 hat die gleiche Wirkung wie das Rücksetzen mit diesem Pin.<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
.include "m8def.inc"<br />
<br />
.def temp1 = r16<br />
.def temp2 = r17<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ RCK = 2<br />
.equ SCK = 5<br />
.equ SIN = 3<br />
<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1 ;(wird bei modernen AVRs nicht mehr benötigt)<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
<br />
;<br />
; Die Port Pins auf Ausgang konfigurieren<br />
;<br />
ldi temp1, (1<<RCK) | (1<<SCK) | (1<<SIN) ; Anm.1<br />
out SCHIEBE_DDR, temp1<br />
<br />
;<br />
; Ein Datenbyte ausgeben<br />
;<br />
ldi temp1, 0b10101010<br />
rcall Schiebe<br />
rcall SchiebeOut<br />
<br />
loop:<br />
rjmp loop<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Die Ausgabe im Schieberegister in das Ausgaberegister übernehmen<br />
;<br />
; Dazu am RCK Eingang am Schieberegister einen 0-1-0 Puls erzeugen<br />
;<br />
SchiebeOut:<br />
sbi SCHIEBE_PORT, RCK<br />
cbi SCHIEBE_PORT, RCK<br />
ret<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; 8 Bits aus temp1 an das Schieberegister ausgeben<br />
Schiebe:<br />
push temp2<br />
ldi temp2, 8 ; 8 Bits müssen ausgegeben werden<br />
<br />
Schiebe_1:<br />
;<br />
; jeweils das höchstwertige Bit aus temp1 ins Carry-Flag schieben<br />
; Je nach Zustand des Carry-Flags wird die Datenleitung entsprechend<br />
; gesetzt oder gelöscht<br />
;<br />
rol temp1 ; MSB -> Carry<br />
brcs Schiebe_One ; Carry gesetzt? -> weiter bei Schiebe_One<br />
cbi SCHIEBE_PORT, SIN ; Eine 0 ausgeben<br />
rjmp Schiebe_Clock ; und Sprung zur Clock Puls Generierung<br />
Schiebe_One:<br />
sbi SCHIEBE_PORT, SIN ; Eine 1 ausgeben<br />
<br />
;<br />
; einen Impuls an SCK zur Übernahme des Bits nachschieben<br />
;<br />
Schiebe_Clock:<br />
sbi SCHIEBE_PORT, SCK ; Clock-Ausgang auf 1 ...<br />
cbi SCHIEBE_PORT, SCK ; und wieder zurück auf 0<br />
<br />
dec temp2 ; Anzahl der ausgegebenen Bits runterzählen<br />
brne Schiebe_1 ; Wenn noch keine 8 Bits ausgegeben -> Schleife bilden<br />
<br />
pop temp2<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
Anm.1: Siehe [[Bitmanipulation]]<br />
<br />
=== Ansteuerung per SPI-Modul===<br />
[[Bild:Mega8-595-SPI.png|framed|right|Anschluss eines 595 per SPI]]<br />
Noch schneller geht die Ansteuerung des Schieberegisters mittels [[Serial_Peripheral_Interface | SPI]]-Modul, welches in fast allen AVRs vorhanden ist. Auch hier wird der Pin '''SCL''' nicht benutzt, da das praktisch keinen Sinn hat. Er wird fest auf VCC gelegt. Die Pins für '''SCK''' und '''SIN''' sind durch den jeweiligen AVR fest vorgegeben. '''SCK''' vom '595 wird mit '''SCK''' vom AVR verbunden sowie '''SIN''' mit '''MOSI''' ('''M'''aster '''O'''ut, '''S'''lave '''I'''n). '''MISO''' ('''M'''aster '''I'''n, '''S'''lave '''O'''ut) ist hier ungenutzt. Es kann NICHT für '''RCK''' verwendet werden, da es im SPI-Master Modus immer ein Eingang ist! Es kann aber als allgemeiner Eingang oder für 74HC165 ([[#Porterweiterung_für_Eingänge|siehe unten]]) verwendet werden.<br />
<br />
Der AVR-Pin '''SS''' wird sinnvollerweise als '''RCK''' benutzt, da er sowieso als Ausgang geschaltet werden '''muss''', sonst gibt es böse Überaschungen (siehe Datenblatt „SS Pin Functionality“). Dieser sollte mit einem Widerstand von 10 kΩ nach Masse, während der Start- und Initialisierungsphase, auf L-Potential gehalten werden. `('''SS''' ist während dieser Zeit noch im Tri-State und es könnte passieren, dass die zufälligen Daten des Schieberegisters in das Ausgangslatch übernommen werden.)<br />
<br />
Bei den kleineren ATtinys mit '''USI''' (Universal Serial Interface) darf man sich von den Pin-Bezeichnungen MOSI und MISO nicht [http://de.wikipedia.org/wiki/Bockshorn_(Redensart) ins Bockshorn jagen] lassen: Hier ist MISO der Ausgang(!) '''DO''' und MOSI der Eingang(!) '''DI'''. Die Pinbezeichnungen MOSI und MISO sind nur zum Programmieren und irreführend, weil ohnehin nur für den Slave-Betrieb.<br />
<br />
Je nach Bedarf kann man die Taktrate des SPI-Moduls zwischen 1/2 ... 1/128 des CPU-Taktes wählen. Es spricht kaum etwas dagegen mit maximaler Geschwindigkeit zu arbeiten. Die AVRs können zur Zeit mit maximal 20 MHz getaktet werden, d.h. es sind maximal 10 MHz SPI-Takt möglich. Das ist für ein 74xxx595 kein Problem. Die Übertragung von 8 Bit dauert dann gerade mal 800 ns!<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
.include "m8def.inc"<br />
<br />
.def temp1 = r16<br />
<br />
; Die Definitionen müssen an den jeweiligen AVR angepasst werden<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ RCK = PB2 ; SS<br />
.equ SCK = PB5 ; SCK<br />
.equ SIN = PB3 ; MOSI<br />
<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1 ; (bei modernen AVRs obsolet)<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
;<br />
; SCK, MOSI, SS als Ausgänge schalten<br />
;<br />
in temp1, SCHIEBE_DDR<br />
ori temp1, (1<<SIN) | (1<<SCK) | (1<<RCK) <br />
out SCHIEBE_DDR,temp1 <br />
;<br />
; SPI Modul konfigurieren<br />
;<br />
ldi temp1, (1<<SPE) | (1<<MSTR)<br />
out SPCR, temp1 ; keine Interrupts, MSB first, Master<br />
; CPOL = 0, CPHA =0<br />
; SCK Takt = 1/2 XTAL<br />
ldi temp1, (1<<SPI2X)<br />
out SPSR, temp1 ; double speed aktivieren<br />
out SPDR, temp1 ; Dummy Daten, um SPIF zu setzen<br />
;<br />
; Ein Datenbyte ausgeben<br />
;<br />
ldi temp1, 0b10101010<br />
rcall Schiebe ; Daten schieben<br />
rcall SchiebeOut ; Daten in Ausgangsregister übernehmen<br />
<br />
loop:<br />
rjmp loop<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Die Daten im Schieberegister in das Ausgaberegister übernehmen<br />
;<br />
; Dazu am RCK Eingang am Schieberegister einen 0-1-0 Puls erzeugen<br />
;<br />
SchiebeOut:<br />
sbis SPSR, SPIF ; prüfe ob eine alte Übertragung beendet ist<br />
rjmp SchiebeOut<br />
sbi SCHIEBE_PORT, RCK<br />
cbi SCHIEBE_PORT, RCK<br />
ret<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; 8 Bits aus temp1 an das Schieberegister ausgeben<br />
;<br />
Schiebe:<br />
sbis SPSR, SPIF ; prüfe ob eine alte Übertragung beendet ist<br />
rjmp Schiebe<br />
out SPDR, temp1 ; Daten ins SPI Modul schreiben, Übertragung beginnt automatisch<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
===Kaskadieren von Schieberegistern===<br />
<br />
[[Bild:Mega8-595-2.gif|framed|right|Kaskadieren mehrerer 595]]<br />
Um ein Schieberegister anzuschließen genügen also im einfachsten Fall 3 freie Prozessorpins (4 wenn '''SCL''' oder besser <b style='text-decoration:overline'>OE</b> benutzt wird) um weitere 8 Ausgangsleitungen zu bekommen. Genügen diese 8 Leitungen nicht, so kann ohne Probleme ein weiteres Schieberegister an das bereits vorhandene angeschlossen werden.<br />
<br />
Das nächste Schieberegister wird mit seinem Dateneingang '''SER''' einfach an den dafür vorgesehenen Ausgang '''QH*''' des vorhergehenden Schieberegisters angeschlossen. Die Steuerleitungen '''SCK''', '''RCK''' und ggf. '''SCL''' bzw. <b style='text-decoration:overline'>OE</b> werden parallel zu den bereits vorhandenen geschaltet. Konzeptionell erhält man dadurch ein Schieberegister mit einer Breite von 16 Bit. Werden weiter Bausteine in derselben Manier angeschlossen, so erhöht sich die Anzahl der zur Verfügung stehenden Ausgabeleitungen mit jedem Baustein um 8 ohne dass sich die Anzahl der am Prozessor notwendigen Ausgabepins erhöhen würde. Um diese weiteren Register zu nutzen, muss man in der reinen Softwarelösung nur mehrfach die Funktion '''Schiebe''' aufrufen, um alle Daten auszugeben. Am Ende werden dann mit '''SchiebeOut''' die Daten in die Ausgangsregister übernommen.<br />
<br />
Bei der SPI-Lösung werden ebenfalls ganz einfach mehrere Bytes über SPI ausgegeben, ehe dann mittels '''RCK''' die in die Schieberegisterkette eingetakteten Bits in das Ausgangsregister übernommen werden.<br />
Um das Ganze ein wenig zu vereinfachen, soll hier eine Funktion zur Ansteuerung mehrerer kaskadierter Schieberegister über das SPI-Modul gezeigt werden. Dabei wird die Ausgabe mehrerer Bytes über eine Schleife realisiert, mehrfache Aufrufe der Funktion sind damit nicht nötig. Statt dessen übergibt man einen Zeiger auf einen Datenblock im RAM sowie die Anzahl der zu übertragenden Bytes. Außerdem wird die Datenübernahme durch '''RCK''' standardkonform integriert. Denn bei nahezu allen ICs mit SPI wird ein sog. CS-Pin verwendet ('''C'''hip '''S'''elect) Dieser Pin ist meist LOW aktiv, d.h. wenn er HIGH ist, ignoriert der IC alle Signale an '''SCK''' und '''MOSI''' und gibt keine Daten an MISO aus. Ist er LOW, dann ist der IC aktiv und funktioniert normal. Bei der steigenden Flanke an '''CS''' werden die Daten ins Ausgangsregister übernommen. Die Funktion ist sehr schnell, da die Zeit während der die Übertragung eines Bytes läuft, dazu genutzt wird, den Schleifenzähler zu verringern und zu prüfen sowie neue Sendedaten zu laden. Zwischen den einzelnen Bytes gibt es somit nur eine Pause von max. 6 Systemtakten.<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
.include "m8def.inc"<br />
.def temp1 = r16<br />
<br />
; Die Definitionen müssen an den jeweiligen AVR angepasst werden<br />
; Hinweis: Dieser Kode passt nicht zum nebenstehenden Bild<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ RCK = PB2 ; SS<br />
.equ SCK = PB5 ; SCK<br />
.equ SIN = PB3 ; MOSI<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Datensegment im RAM<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
.dseg<br />
.org $60 ;bei modernen AVRs mit vergrößertem I/O-Adressraum $100<br />
Schiebedaten: .byte 2<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Programmsegment im FLASH<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
.cseg<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1 ; (obsolet bei modernen AVRs)<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
;<br />
; SCK, MOSI, SS als Ausgänge schalten<br />
;<br />
in temp1,SCHIEBE_DDR<br />
ori temp1,(1<<SIN) | (1<<SCK) | (1<<RCK) <br />
out SCHIEBE_DDR,temp1<br />
<br />
sbi SCHIEBE_PORT, RCK ; Slave select inaktiv<br />
;<br />
; SPI-Modul konfigurieren<br />
;<br />
ldi temp1, 0b01010000<br />
out SPCR, temp1 ; keine Interrupts, MSB first, Master<br />
; CPOL = 0, CPHA =0<br />
; SCK Takt = 1/2 XTAL<br />
ldi r16,1<br />
out SPSR,r16 ; Double Speed<br />
out SPDR,temp1 ; Dummy Daten, um SPIF zu setzen<br />
<br />
; den Datenblock mit Daten füllen<br />
<br />
ldi temp1,$F0<br />
sts Schiebedaten,temp1<br />
ldi temp1,$55<br />
sts Schiebedaten+1,temp1<br />
<br />
loop:<br />
; den Datenblock (2 Byte) ausgeben<br />
<br />
ldi r16,2<br />
ldi zl,low(Schiebedaten)<br />
ldi zh, high(Schiebedaten)<br />
rcall Schiebe_alle ; Daten ausgeben<br />
<br />
rjmp loop ; nur zur Simulation<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; N Bytes an das Schieberegister ausgeben und in das Ausgaberegister übernehmen<br />
;<br />
; r16: Anzahl der Datenbytes<br />
; Z: Zeiger auf Datenblock im RAM<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
Schiebe_alle:<br />
cbi SCHIEBE_PORT, RCK ; RCK LOW, SPI Standardverfahren<br />
<br />
Schiebe_alle_2:<br />
ld r0,Z+<br />
Schiebe_alle_3:<br />
sbis SPSR,SPIF ; prüfe ob eine alte Übertragung beendet ist<br />
rjmp Schiebe_alle_3<br />
out SPDR,r0 ; Daten ins SPI Modul schreiben, Übertragung beginnt automatisch<br />
dec r16<br />
brne Schiebe_alle_2<br />
<br />
Schiebe_alle_4:<br />
sbis SPSR,SPIF ; prüfe ob die letzte Übertragung beendet ist<br />
rjmp Schiebe_alle_4<br />
<br />
sbi SCHIEBE_PORT, RCK ; RCK inaktiv, Datenübernahme<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
Der Nachteil von Schieberegistern ist allerdings, dass sich die Zeit zum Setzen aller Ausgabeleitungen mit jedem weiteren Baustein immer weiter erhöht. Dies deshalb, da ja die einzelnen Bits im Gänsemarsch durch alle Bausteine geschleust werden müssen und für jeden einzelnen Schiebevorgang etwas Zeit notwendig ist. Ein Ausweg ist die Verwendung des SPI-Moduls, welches schneller arbeitet als die reine Softwarelösung. Ist noch mehr Geschwindigkeit gefragt, so sind mehr Port-Pins nötig. Kann ein kompletter Port mit 8 Pins für die Daten genutzt werden, sowie ein paar weitere Steuerleitungen, so können ein oder mehrere 74xxx573 eine Alternative sein, um jeweils ein vollständiges Byte auszugeben. Natürlich kann der 74xxx573 (oder ein ähnliches Schieberegister) auch mit dem 74xxx595 zusammen eingesetzt werden, beispielsweise in dem über das Schieberegister verschiedene 74xxx595 nacheinander aktiviert werden. Weitere Tips und Tricks dazu gibt es vielleicht in einem weiteren Tutorial...<br />
<br />
=== Acht LEDs mit je 20mA pro Schieberegister ===<br />
<br />
Will man nun acht [[LED]]s mit dem Schieberegister ansteuern, kann man diese direkt über Vorwiderstände anschließen. Doch ein genauer Blick ins Datenblatt verrät, dass der 74xx595 nur maximal 70mA über VCC bzw. GND ableiten kann. Und wenn man den IC nicht gnadenlos quälen, und damit die Lebensdauer und Zuverlässigkeit drastisch reduzieren will, gibt es nur zwei Auswege.<br />
<br />
* Den Strom pro LED auf 70/8 = 8,75mA begrenzen; Das reicht meistens aus um die LEDs schön leuchten zu lassen, vor allem bei low-current und ultrahellen LEDs<br />
* Wenn doch 20 mA pro LED gebraucht werden, kann man die folgende Trickschaltung anwenden.<br />
<br />
[[bild:8x20mA_LED_mit_74xx595.png|framed|center|Mehrere LED anschließen]]<br />
<br />
Der Trick besteht darin, dass 4 LEDs ihren Strom über das Schieberegister von VCC beziehen (HIGH aktiv) während die anderen vier ihren Strom über GND leiten (LOW aktiv). Damit bleiben ganz offiziell für jede LED 70/4 = 17,5mA. Um die Handhabung in der Software zu vereinfachen muss nur vor der Ausgabe der Daten das jeweilige Byte mit 0x0F XOR verknüpft werden, bevor es in das Schieberegister getaktet wird. Dadurch werden die LOW-aktiven LEDs richtig angesteuert und die Datenhandhabung in der Software muss nur mit HIGH-aktiven rechnen. Außerdem wird der G Eingang verwendet, um die Helligkeit aller LEDs per [[PWM]] zu steuern. Beachtet werden muss, dass die PWM im invertierten Modus generiert werden muss, da der Eingang G LOW aktiv ist.<br />
<br />
<B>Achtung!</B> Die Widerstände sind auf blaue LEDs mit 3,3V Flussspannung ausgelegt. Bei roten, gelben und grünen [[LED]]s ist die Flussspannung geringer und dementsprechend muss der Vorwiderstand größer sein.<br />
<br />
Wenn 20mA immer noch nicht reichen sollten oder z.B. RGB-LEDs mit gemeinsamer Anode angesteuert werden müssen, dann hilft nur ein stärkerer IC. Der Klassiker ist der TPIC6A595 von TI, er kombiniert ein Schieberegister mit MOSFETs, sodass hier 250mA pro Kanal zur Verfügung stehen.<br />
<br />
=== Achtung beim Startup! ===<br />
<br />
Die Ausgänge des '595 führen beim Einschalten undefinierte, also zufällige Pegel! Und der Eingang <span style="text-decoration:overline">SCL</span> löscht nur die Schieberegister-Flipflops (= unnütz, um mit <span style="text-decoration:overline">RESET</span> zu verbinden: Festlegung an U<sub>CC</sub> genügt vollauf). Sind deshalb ''definierte'' Pegel beim Einschalten unerlässlich, ''muss'' man <span style="text-decoration:overline">OE</span> beschalten:<br />
* Entweder mit einem weiteren Mikrocontroller-Ausgang (der mit einem externen Pull-Up-Widerstand zu beschalten ist und nach dem ersten Durchschieben dauerhaft auf LOW gelegt wird)<br />
* Oder mit einer RC(D)-Kombination, die die Ausgänge für eine gewisse Zeit auf Tristate hält. Spart einen Mikrocontroller-Pin.<br />
Obendrein sind, wie auch beim direkten Anschluss am Mikrocontroller, die betreffenden Ausgänge des '595 mit externen Pull-Up- oder Pull-Down-Widerständen zu beschalten.<br />
<br />
Man könnte meinen, dass der Anschluss <span style="text-decoration:overline">SCL</span> einfach ein böser Fallstrick ist, denn viel sinnvoller wäre eine Reset-Funktion für die Ausgangs-Flipflops. Schade dass es keinen Schaltkreis gibt, der das richtig implementiert; '''mikrocontroller.net''' würde einen solchen sofort empfehlen.<br />
<br />
== Porterweiterung für Eingänge ==<br />
<br />
Ein naher Verwandter des 74xx595 ist der [[74xx | 74xx165]], er ist quasi das Gegenstück. Hierbei handet es sich um ein ''8-bit parallel-in/serial-out shift register''. Auf Deutsch: Ein 8 Bit Schieberegister mit parallelem Eingang und seriellem Ausgang. Damit kann man eine große Anzahl Eingänge sehr einfach und preiswert zu seinem Mikrocontroller hinzufügen.<br />
<br />
=== Aufbau ===<br />
<br />
[[bild:74xx165-1.png|framed|center|Pinbelegung eines 165]]<br />
<br />
Der Aufbau ist sehr ähnlich zum 74xx595. Allerdings gibt es kein Register zum Zwischenspeichern. Das ist auch gar nicht nötig, da der IC ja einen parallelen Eingang hat. Der muss nicht zwischengespeichert werden. Es gibt hier also wirklich nur das Schieberegister. Dieses wird über den Eingang PL mit den parallelen Daten geladen. Dann können die Daten seriell mit Takten an CLK aus dem Ausgang Q7 geschoben werden.<br />
<br />
=== Funktionsweise ===<br />
<br />
DS ist der serielle Dateneingang, welcher im Falle von kaskadierten Schieberegistern mit dem Ausgang des vorhergehenden ICs verbunden wird.<br />
<br />
D0..D7 sind die parallelen Dateneingänge.<br />
<br />
Mittels des Eingangs PL ('''P'''arallel '''L'''oad) werden die Daten vom parallelen Eingang in das Schieberegister übernommen, wenn dieses Signal LOW ist. Hier muss man aber ein klein wenig aufpassen. Auf Grund der Schaltungsstruktur ist der Eingang PL mit dem Takt CLK verknüpft (obwohl es dafür keinen logischen Grund gibt :-0). Damit es nicht zu unerwünschten Fehlschaltungen kommt, muss der Takt CLK während des Ladens auf HIGH liegen. Wird PL wieder auf HIGH gesetzt, sind die Daten geladen. Das erste Bit liegt direkt am Ausgang Q7 an. Die restlichen Bits können nach und nach durch das Register geschoben werden.<br />
<br />
Der Eingang CE ('''C'''lock '''E'''nable) steuert, ob das Schieberegister auf den Takt CLK reagieren soll oder nicht. Ist CE gleich HIGH werden alle Takte an CLK ignoriert. Bei LOW werden mit jeder positiven Flanke die Daten um eine Stufe weiter geschoben.<br />
<br />
Wird am Eingang CLK eine LOW-HIGH Flanke angelegt und ist dabei CE auf LOW, dann werden die Daten im Schieberegister um eine Position weiter geschoben: DS->Q0, Q0->Q1, Q1->Q2, Q2->Q3, Q3->Q4, Q4->Q5, Q5->Q6, Q6->Q7. Q0..Q6 sind interne Signale, siehe [http://www.nxp.com/acrobat/datasheets/74HC_HCT165_CNV_2.pdf Datenblatt].<br />
<br />
Q7 ist der serielle Ausgang des Schieberegisters. Dort Werden Takt für Takt die Daten ausgegeben. Hier wird normalerweise der Eingang des Mikrocontrollers oder der Eingang des nächsten Schieberegisters angeschlossen.<br />
<br />
Q7\ ist der invertierte Ausgang des Schieberegisters. Er wird meist nicht verwendet.<br />
<br />
=== Schaltung ===<br />
<br />
Um nun beispielsweise zwei Schieberegister zu kaskadieren um 16 Eingangspins zu erhalten sollte man folgende Verschaltung vornehmen. Beachten sollte man dabei, dass<br />
<br />
* der serielle Eingang DS des ersten Schieberegisters (hier IC1) auf einen festen Pegel gelegt wird (LOW oder HIGH).<br />
* der serielle Datenausgang bei der Benutzung des SPI-Moduls an MISO und nicht an MOSI angeschlossen wird.<br />
<br />
[[bild:74xx165-2.png|framed|center|Anschluss eines 165]]<br />
<br />
Nachfolgend werden zwei Beispiele gezeigt, welche die Ansteuerung nach bekanntem Muster übernehmen. Nur dass hier eben Daten gelesen anstatt geschrieben werden. Zu beachten ist, dass hier ein anderer Modus der SPI-Ansteuerung verwendet werden muss, weil der Baustein das nötig macht. Das muss beachtet werden, wenn auch Schieberegister für Ausgänge verwendet werden. Dabei muss jeweils vor dem Zugriff auf die Ein- oder Ausgangsregister der Modus des Taktes (CPOL) umgeschaltet werden.<br />
<br />
=== Ansteuerung per Software ===<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
; Porterweiterung für Eingänge mit Schieberegister 74xx165<br />
; Ansteuerung per Software<br />
<br />
.include "m8def.inc"<br />
<br />
.def temp1 = r16<br />
.def temp2 = r17<br />
.def temp3 = r18<br />
<br />
; Pins anpassen, frei wählbar<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ SCHIEBE_PIN = PINB<br />
.equ CLK = PB3<br />
.equ PL = PB1<br />
.equ DIN = PB2<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Datensegment im RAM<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
.dseg<br />
.org 0x60<br />
Daten: .byte 2 ; Speicherplatz für Eingangsdaten<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Programmsegment im FLASH<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
.cseg<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
<br />
; CLK und PL als Ausgänge schalten<br />
<br />
ldi temp1, (1<<clk) | (1<<pl)<br />
out SCHIEBE_DDR, temp1<br />
<br />
sbi schiebe_port, clk ; Takt im Ruhezustand immer auf 1<br />
; komische Schaltung im 74xx165<br />
<br />
; Zwei Bytes einlesen<br />
<br />
ldi ZL,low(Daten)<br />
ldi ZH,high(Daten)<br />
ldi temp1,2<br />
rcall schiebe_eingang<br />
<br />
loop:<br />
rjmp loop<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; N Bytes seriell einlesen<br />
;<br />
; temp1 : N, Anzahl der Bytes<br />
; Z : Zeiger auf einen Datenbereich im SRAM<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
schiebe_eingang:<br />
push temp2 ; Register sichern<br />
push temp3<br />
<br />
cbi schiebe_port, pl ; Daten parallel laden<br />
sbi schiebe_port, pl<br />
<br />
schiebe_eingang_byte_schleife:<br />
<br />
ldi temp3, 8 ; Bitzähler<br />
schiebe_eingang_bit_schleife:<br />
lsl temp2 ; Daten weiterschieben<br />
<br />
; das IO Bit Din in das niederwerigste Bit von temp2 kopieren<br />
<br />
sbic schiebe_pin, din ; wenn Null, nächsten Befehl überspringen<br />
ori temp2,1 ; nein, Bit setzen<br />
<br />
cbi SCHIEBE_PORT, CLK ; Taktausgang auf 0<br />
sbi SCHIEBE_PORT, CLK ; und wieder zurück auf 1, dabei Daten schieben <br />
<br />
dec temp3 ; Bitzähler um eins verringern<br />
brne schiebe_eingang_bit_schleife ;wenn noch keine 8 Bits ausgegeben, nochmal<br />
<br />
st z+,temp2 ; Datenbyte speichern<br />
dec temp1 ; Anzahl Bytes um eins verringern<br />
brne schiebe_eingang_byte_schleife ; wenn noch mehr Bytes zu lesen sind<br />
<br />
pop temp3<br />
pop temp2<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
=== Ansteuerung per SPI-Modul ===<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
; Porterweiterung für Eingänge mit Schieberegister 74xx165<br />
; Ansteuerung per SPI-Modul<br />
<br />
.include "m8def.inc"<br />
<br />
.def temp1 = r16<br />
.def temp2 = r17<br />
.def temp3 = r18<br />
<br />
; Pins anpassen<br />
; diese müssen mit den SPI-Pins des AVR Typs übereinstimmen!<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ PL = PB2 ; SS<br />
.equ CLK = PB5 ; SCK<br />
.equ DIN = PB4 ; MISO<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Datensegment im RAM<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
.dseg<br />
.org 0x60<br />
Daten: .byte 2 ; Speicherplatz für Eingangsdaten<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Programmsegment im FLASH<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
.cseg<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
<br />
; CLK und PL als Ausgänge schalten<br />
<br />
ldi temp1,(1<<CLK) | (1<<PL)<br />
out SCHIEBE_DDR,temp1 <br />
;<br />
; SPI Modul konfigurieren<br />
;<br />
ldi temp1, (1<<SPE) | (1<<MSTR) | (1<<CPOL)<br />
out SPCR, temp1 ; keine Interrupts, MSB first, Master<br />
; CPOL = 1, CPHA =0<br />
; SCK Takt = 1/2 XTAL<br />
ldi temp1, (1<<SPI2X)<br />
out SPSR,temp1 ; double speed aktivieren<br />
out SPDR,temp1 ; Dummy Daten, um SPIF zu setzen<br />
<br />
; Zwei Bytes einlesen<br />
<br />
ldi ZL,low(Daten)<br />
ldi ZH,high(Daten)<br />
ldi temp1,2<br />
rcall schiebe_eingang<br />
<br />
loop:<br />
rjmp loop<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; N Bytes seriell einlesen<br />
;<br />
; temp1 : N, Anzahl der Bytes<br />
; Z : Zeiger auf einen Datenbereich im SRAM<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
schiebe_eingang:<br />
push temp2 ; Register sichern<br />
<br />
; CLK ist im Ruhezustand schon auf HIGH, CPOL=1<br />
<br />
dummyende:<br />
sbis SPSR,7 ; prüfe ob Dummy Übertragung beendet ist, sonst<br />
rjmp dummyende ; kann es bei langsameren Übertragungsraten zu<br />
; Überschneidungen kommen.<br />
<br />
<br />
cbi schiebe_port, pl ; Daten parallel laden<br />
sbi schiebe_port, pl<br />
<br />
schiebe_eingang_1:<br />
sbis SPSR,7 ; prüfe ob eine alte Übertragung beendet ist<br />
rjmp schiebe_eingang_1<br />
<br />
schiebe_eingang_byte_schleife:<br />
out SPDR,temp1 ; beliebige Daten ins SPI Modul schreiben<br />
; um die Übertragung zu starten<br />
schiebe_eingang_2:<br />
sbis SPSR,7 ; auf das Ende der Übertragung warten<br />
rjmp schiebe_eingang_2<br />
<br />
in temp2, spdr ; Daten lesen<br />
st z+,temp2 ; Datenbyte speichern<br />
dec temp1 ; Anzahl Bytes um eins verringern<br />
brne schiebe_eingang_byte_schleife ; wenn noch mehr Bytes zu lesen sind<br />
<br />
pop temp2<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
== Beides in ''einer'' Kette ==<br />
<br />
Kann man die '595 und die '165 an ''einem'' SPI-Anschluss betreiben?<br />
<br />
Ja, einfach verketten. Das geht auch „durcheinander“. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten:<br />
<br />
* Man verwendet ''getrennte'' Anschlüsse am Mikrocontroller für die Parallelübernahme der '595 (Ausgänge) und '165 (Eingänge). Dann sollten die Ausgänge am Ketten-Anfang (MOSI) und die Eingänge am Ketten-Ende (MISO) liegen. Beispielsweise werden für 3 Stück '595 und 2 Stück '165 24 Schiebetakte zum Ausgeben (mit anschließendem ↑RCLK) und 16 Schiebetakte (mit vorausgehendem ¬PL) zum Einlesen benötigt.<br />
<br />
* Man verwendet einen ''gemeinsamen'' Anschluss '''¬L''' für ↑RCLK und ¬PL, ein Pin sparend. Die o.g. Reihenfolge der '595 und '165 ist weiterhin vorteilhaft. Nach dem o.g. Beispiel gilt folgendes Regime zum Ausgeben und Einlesen in einem Rutsch:<br />
** Low-Nadel an ¬L (zum Laden der '165-Flipflops; die '595-Ausgänge verändern sich nicht)<br />
** 8 x 3 = 24 Schiebetakte (auch zum Nur-Einlesen müssen die Ausgabedaten wiederholt ausgegeben werden)<br />
** Low-Nadel an ¬L (zum Aktualisieren der '595-Ausgänge; das erneute Einlesen in den '165 ist ohne Belang)<br />
<br />
Kann man per Software messen, wie lang die Kette ist?<br />
<br />
Für bestimmte PnP-artige Lösungen ist es zweckmäßig, die Länge der Kette zu kennen:<br />
Man schiebt einfach eine einzelne 1 (oder eine einzelne 0) durch die Kette, ohne Parallelübernahmen. Vorher muss man die Kette in ihrer zu erwartenden Maximallänge initialisieren. Benutzt man byteweise arbeitende Hardware-SPI, wird man auf ganze Byte-Längen vertrauen und kann für mehr Sicherheit ein bestimmtes Kennbyte durchschicken.<br />
<br />
Kann man per Software messen, ''wo'' die '595 und die '165 liegen?<br />
<br />
Nur wenn man davon ausgeht, dass sich die Eingänge nicht allzu schnell ändern. Das ist bei Tastern klar der Fall. Eine 100-prozentige Sicherheit gibt es nicht. Man schiebt ein bestimmtes Bitmuster (Byte) durch und nimmt '595 dort an, wo das Bitmuster auch zurückkommt. Man verwende mindestens 2 verschiedene Bitmuster, um eine derartige Eingangskombination auszuschließen. Wer ziemlich sicher gehen will, schiebt in einer Schleife alle 256 verschiedenen Kombinationen durch. Wenn (bei gemeinsamen ¬L) die Ausgänge unzulässig zappeln, muss man ¬OE beschalten, oder genau jene Bitkombinationen vermeiden.<br />
<br />
Kann man andere SPI-Hardware in die Kette einfügen?<br />
<br />
Genau dafür ist SPI gemacht! Aber nicht jeder (bspw.) A/D-Wandler ist dafür geeignet: Es muss möglich sein, Daten ''unverändert'' durchzuschieben. Oder wenigstens herumzuleiten. Wenn nicht, ist die einzig mögliche Anordnung ''zwischen'' den '595 (am Kettenanfang) und den '165 (am Kettenende). In der Regel wird eine gesonderte Chipselect-Leitung vom Mikrocontroller benötigt; nur in Ausnahmefällen ist o.g. '''¬L''' dafür geeignet (Datenblatt studieren!). Das Chipselect aus einem '595 zu generieren geht auch.<br />
<br />
Was für Vorteile bringen '595 und '165 gegenüber einem größeren Mikrocontroller?<br />
<br />
* Preis! Controller mit mehr Beinchen kosten oftmals deutlich mehr<br />
* Günstigeres Routing zu weiter entfernten Schaltungsteilen<br />
* Kleinere Steckverbinder zu weiteren Platinen, etwa Anzeige- und Bedien-Frontplatten<br />
* Beliebige Verlängerbarkeit<br />
* Exakt gleichzeitige Aktualisierung der Ausgänge und Abfrage der Eingänge, auch bei mehr als der Mikrocontroller-Portbreite (kann helfen, knifflige Übergangsprobleme zu lösen)<br />
* ESD-Schutz und Überlastschutz des Controllers<br />
* Einfache Pegelkonvertierung (typisch 3 V ↔ 5 V) mit 74HCT-Bauelementen<br />
* Verbleib beim „gewohnten“ Mikrocontroller möglich<br />
<br />
Und welche Nachteile handelt man sich ein?<br />
<br />
* Fehlende Sonderfunktionen (etwa Hardware-PWM, Interrupts)<br />
* Fehlende Bidirektionalität<br />
* Geringere Geschwindigkeit sowie zusätzliche Verzögerung beim Startup<br />
** In Zahlen: Bei 16 MHz und Hardware-SPI dauert das Befüllen ''eines'' '595 genau 1 µs: Schiebetakt 8 MHz. Ein OUT-Befehl zu einem 8-Bit-Port ist 16-mal schneller. Auch die ''zusätzliche'' Startup-Verzögerung liegt in diesem Bereich<br />
** Der wesentliche Teil der Gesamt-Startup-Verzögerung kommt vom Startup-Timer, der nur mittels Fuse-Bits eingestellt werden kann. Hat man einen Arduino, braucht man ein Programmiergerät um diese zu ändern. Beispielsweise 65 ms + 16K Takte (@ 16 MHz) = 66 ms. Die Initialisierungsroutine bis main() initialisiert den RAM-Bereich [und geht bei C++ durch die statischen Konstruktoren], dauert 9 Takte pro Byte, bei 1 KByte 9K Takte, fällt mit ≈ 500 µs nicht so sehr ins Gewicht, wenn die Startup-Verzögerung so groß ist. Die Startup-Verzögerung ist kein Problem im Vergleich zu echten Mikrocontroller-Portpins, denn auch diese können nur verzögert angesteuert werden.<br />
* Fehlende Weak-Pullups (bei den Eingängen, es sei denn, man verwendet veraltete 74LS165)<br />
* Höherer Bestückungsaufwand durch das Mehr an Bauteilen<br />
<br />
== Bekannte Probleme ==<br />
<br />
AVR Studio 4.12 (Build 498) hat Probleme bei der korrekten Simulation des SPI-Moduls.<br />
<br />
* Der Double-Speed Modus funktioniert nicht.<br />
<br />
* Das Bit SPIF im Register SPSR, welches laut Dokumentation nur lesbar ist, ist im Simulator auch schreibbar! Das kann zu Verwirrung und Fehlern in der Simulation führen.<br />
<br />
Hardwareprobleme<br />
<br />
* Wenn das SPI-Modul aktiviert wird, wird '''NICHT''' automatisch SPIF gesetzt, es bleibt auf Null. Damit würde die erste Abfrage in ''Schiebe_alles'' in einer Endlosschleife hängen bleiben. Deshalb muss nach der Initialisierung des SPI-Moduls ein Dummy-Byte gesendet werden, damit am Ende der Übertragung SPIF gesetzt wird<br />
<br />
* Da das SPI-Modul in Senderichtung nur einfach gepuffert ist, ist es nicht möglich absolut lückenlos Daten zu senden, auch wenn man mit '''nop''' eine feste minimale Zeit zwischen zwei Bytes warten würde. Zwischen zwei Bytes muss immer eine Pause von mind. 2 Systemtakten eingehalten werden.<br />
<br />
== Weblinks ==<br />
<br />
* [http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2585.pdf AVR151: Setup And Use of The SPI] Atmel Application Note (PDF)<br />
* [http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/7/4/H/C/74HC595.shtml datasheetcatalog.com: 74HC595]<br />
* [http://www.rn-wissen.de/index.php/Portexpander_am_AVR Roboternetz: Portexpander am AVR]<br />
* [http://conductiveresistance.com/interactive-595-shift-register-simulator/ Interactive 595 Shift Register Simulator]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/215399#2145277 48 I/O Porterweiterung mit Schieberegister 74HC595 und 74HC165]<br />
----<br />
<br />
{{Navigation_zurückhochvor|<br />
zurücktext=PWM|<br />
zurücklink=AVR-Tutorial: PWM|<br />
hochtext=Inhaltsverzeichnis|<br />
hochlink=AVR-Tutorial|<br />
vortext=SRAM|<br />
vorlink=AVR-Tutorial: SRAM}}<br />
<br />
[[Category:AVR-Tutorial|Schieberegister]]<br />
[[Category:SPI]]<br />
[[Category:Portexpander]]</div>134.109.52.140https://www.mikrocontroller.net/index.php?title=AVR-Tutorial:_Schieberegister&diff=96778AVR-Tutorial: Schieberegister2017-07-11T15:04:32Z<p>134.109.52.140: Anpassung an vorherigen Abschnitt</p>
<hr />
<div>Ab und an stellt sich folgendes Problem: Man würde wesentlich mehr Ausgangspins oder Eingangspins benötigen als der [[Mikrocontroller]] zur Verfügung stellt. Ein möglicher Ausweg ist eine Porterweiterung mit einem Schieberegister. Zwei beliebte Schieberegister sind beispielsweise der 74xx595 bzw. der 74xx165.<br />
<br />
== Porterweiterung für Ausgänge ==<br />
<br />
Um neue Ausgangspins zu gewinnen kann der [[74xx | 74xx595]] verwendet werden. Dabei handelt es sich um ein ''8-Bit 3-state Serial-in/Serial-out or Parallel-Out Schieberegister mit einem Ausgangsregister und einem asynchronen Reset''.<br />
<br />
Hinter dieser kompliziert anmutenden Beschreibung verbirgt sich eine einfache Funktionalität: Das Schieberegister besteht aus zwei Funktionseinheiten: Dem eigentlichen Schieberegister und dem Ausgangsregister. In das Schieberegister können die Daten seriell hineingetaktet werden und durch ein bestimmtes Signal werden die Daten des Schieberegisters in das Ausgangsregister übernommen und können von dort auf die Ausgangspins geschaltet werden.<br />
<br />
Im Einzelnen bedeuten die Begriffe:<br />
<br />
<center><br />
{| {{Tabelle}}<br />
|- style="background-color:#ffddcc"<br />
! Begriff || Erklärung<br />
|-<br />
||8-Bit<br />
|align="left"| Acht Ausgangs[[Bit|bit]]s<br />
|-<br />
||3-state<br>(lies: Tristejt)<br />
|align="left"| Die acht Registerausgänge können drei Zustände, Low, High und High-Impedanz annehmen.<BR>Siehe [[Ausgangsstufen Logik-ICs]]<br />
|-<br />
||Serial-in<br />
|align="left"| Serieller Eingang des Schieberegisters<br />
|-<br />
||Serial-out<br />
|align="left"| Serieller Ausgang des Schieberegisters<br />
|-<br />
||Parallel-Out<br />
|align="left"| Parallele Ausgänge des Ausgangsregisters. Hier 3-state<br />
|-<br />
||Schieberegister<br />
|align="left"| Serielle Daten werden durch den Baustein durchgeschoben<br />
|-<br />
|Ausgangsregister<br />
|align="left"| Ein Speicher, welcher die Daten des Schieberegisters zwischenspeichern kann.<BR>Dieses besteht aus acht [[FlipFlop]]s.<br />
|-<br />
|Asynchroner Reset<br />
|align="left"| Die Daten im Schieberegister können asynchron zurückgesetzt werden.<br />
|-<br />
|asynchron (Eingang)<br />
|align="left"| Der Eingang wirkt ohne zusätzliche Taktflanke.<br>Der Gegenentwurf „synchron“ meint, dass der Eingang nur bei Flanke am Takteingang zur Wirkung kommt.<br />
|}<br />
</center><br />
<br />
=== Aufbau 74xx595 ===<br />
<br />
[[Bild:74xx595-1.png|framed|center|Pinbelegung eines 595]]<br />
<br />
Hinweis: Die Benennung der Pins in den Datenblättern verschiedener Hersteller unterscheidet sich zum Teil. Die Funktionen der Pins sind jedoch gleich. <br />
<br />
Werden viele Ausgänge mit bis zu 15 Volt benötigt (typischerweise zum Durchsteuern von MOSFETs, die nicht „logik-kompatibel“ sind), eignet sich der CMOS-Typ CD4096B zum Ersatz des '595, mit abweichender Pinbelegung. Seine Verwendung erfordert nur drei Pegelkonverter, etwa ½ 4504, ¾ 40109 oder diskret aufgebaut. Die genannten ICs sind preiswert und leicht beschaffbar.<br />
<br />
Achtung: Es gibt auch noch einen IC von TI mit eingebauten Treibern 50 V 150 mA, den TPIC6B595, der hat 20 Pins und eine abweichende Pinbelegung: http://www.ti.com/product/tpic6b595<br />
Auch dieser IC ist leicht beschaffbar. Man kann diesen aus einem '595 und einem ULN2803 vorstellen bzw. zusammensetzen: Seine Ausgänge ziehen nur nach Low, nicht nach High. Für den Anschluss von Relais werden externe Freilaufdioden benötigt, die beim ULN2803 integriert sind.<br />
<br />
==== HC oder HCT? ====<br />
<br />
Mal gibt es 74'''HC'''595, mal 74'''HCT'''595.<br />
Diese beiden Typen unterscheiden sich nur dadurch, wie sie Eingangs-Signale erkennen:<br />
* HC: High-Signal muss mindestens ca. 75% der Betriebsspannung haben (siehe V<sub>IH</sub> im Datenblatt);<br />
* HC'''T''': TTL-kompatibel: High-Signal muss mindestens 2 V haben (Betriebsspannung ist immer 5 V).<br />
Es gibt auch 74LS595. In der modernen CMOS-Welt sollte man sich Low-Power-Schottky (= bipolar = Ruhestrom fressend) nicht mehr antun.<br />
<br />
Im allgemeinen kann man alle Typen gleichermaßen verwenden und nimmt einfach den billigsten oder verfügbarsten. Nur beim Übergang zu echtem TTL oder verschiedenen Speisespannungen für Mikrocontroller und Portexpander wird es interessant.<br />
<br />
Ein häufiges Szenario ist ein Mikrocontroller mit 3-V-Speisung (etwa ein ARM7 oder MSP430). Dann kann man mit einem 74'''HCT'''595, an 5 V betrieben, echte 5-V-Ausgänge und die Pegelkonvertierung dazu haben.<br />
74'''HC'''595 funktionieren hier nur mit Glück, und bei noch geringerer Speisespannung des Controllers — etwa 2,5 V — gar nicht.<br />
<br />
=== Pinbelegung 74xx595 ===<br />
<br />
<center><br />
{| {{Tabelle}}<br />
|- style="background-color:#ffddcc"<br />
! DIL Pin-Nummer || Funktion || Dieses Tutorial || Motorola / ON Semi || Philips / NXP || Fairchild || SGS|| Texas Instruments<br />
|-<br />
| 1 || Ausgang B || QB || Q<sub>B</sub> || Q<sub>1</sub> || Q<sub>B</sub> || QB|| Q<sub>B</sub> <br />
|-<br />
| 2 || Ausgang C || QC || Q<sub>C</sub> || Q<sub>2</sub> || Q<sub>C</sub> || QC|| Q<sub>C</sub> <br />
|-<br />
| 3 || Ausgang D || QD || Q<sub>D</sub> || Q<sub>3</sub> || Q<sub>D</sub> || QD|| Q<sub>D</sub> <br />
|-<br />
| 4 || Ausgang E || QE || Q<sub>E</sub> || Q<sub>4</sub> || Q<sub>E</sub> || QE|| Q<sub>E</sub> <br />
|-<br />
| 5 || Ausgang F || QF || Q<sub>F</sub> || Q<sub>5</sub> || Q<sub>F</sub> || QF|| Q<sub>F</sub> <br />
|-<br />
| 6 || Ausgang G || QG || Q<sub>G</sub> || Q<sub>6</sub> || Q<sub>G</sub> || QG|| Q<sub>G</sub> <br />
|-<br />
| 7 || Ausgang H || QH || Q<sub>H</sub> || Q<sub>7</sub> || Q<sub>H</sub> || QH|| Q<sub>H</sub> <br />
|-<br />
| 8 || Masse, 0 V || [nicht dargestellt] || GND || GND || GND || GND|| GND<br />
|-<br />
| 9 || Serieller Ausgang || QH* || SQ<sub>H</sub> || Q<sub>7</sub>´ ||Q'<sub>H</sub> || QH´||Q<sub>H'</sub> <br />
|-<br />
| 10 || Reset für Schieberegister || SCL || RESET || /MR || /SCLR || /SCLR || /SRCLR<br />
|-<br />
| 11 || Schiebetakt || SCK || SHIFT CLOCK || SH<sub>CP</sub> || SCK || SCK || SRCLK<br />
|-<br />
| 12 || Speichertakt || RCK || LATCH CLOCK || ST<sub>CP</sub> || RCK || RCK || RCLK<br />
|-<br />
| 13 || Ausgangssteuerung || G || OUTPUT ENABLE || /OE || /G || /G || /OE<br />
|-<br />
| 14 || Serieller Dateneingang || SER || A || D<sub>S</sub> || SER || SI || SER<br />
|-<br />
| 15 || Ausgang A || QA || Q<sub>A</sub> || Q<sub>0</sub> || Q<sub>A</sub> || QA|| Q<sub>A</sub> <br />
|-<br />
| 16 || Betriebsspannung || [nicht dargestellt] || V<sub>CC</sub> || V<sub>CC</sub> || V<sub>CC</sub> || V<sub>CC</sub>|| V<sub>CC</sub><br />
|}<br />
</center><br />
<br />
Der Baustein besteht aus zwei Einheiten:<br />
* dem Schieberegister<br />
* dem Ausgangsregister<br />
<br />
Im Schieberegister werden die einzelnen Bits durchgeschoben. Mit jeder positiven Taktflanke(LOW -> HIGH) an '''SCK''' wird eine Schiebeoperation durchgeführt.<br />
<br />
Das Ausgangsregister hat die Aufgabe die Ausgangspins des Bausteins anzusteuern. Durch dieses Ausgangsregister ist es möglich, die Schiebeoperationen im Hintergrund durchzuführen, ohne dass IC Pins ihren Wert ändern. Erst wenn die Schiebeoperation abgeschlossen ist, wird der aktuelle Zustand der Schieberegisterkette durch einen Puls an '''RCK''' in das Ausgangsregister übernommen.<br />
<br />
===Funktionsweise===<br />
<br />
Am Eingang '''SER''' (Pin 14) wird das gewünschte nächste Datum (0 oder 1) angelegt. Durch einen positiven Puls an '''SCK''' (Pin 11) wird der momentan an '''SER''' anliegende Wert als neuer Wert für Bit 0, das unterste Bit des Schieberegisters, übernommen. Gleichzeitig werden alle anderen Bits im Schieberegister um eine Stelle verschoben: Das Bit 6 wird ins Bit 7 übernommen, Bit 5 ins Bit 6, Bit 4 ins Bit 5, etc. sodass das Bit 0 zur Aufnahme des '''SER''' Bits frei wird.<br />
<br />
[[Bild:74xx595-2.png|center]]<br />
<br />
Eine Sonderstellung nimmt das ursprüngliche Bit 7 ein. Dieses Bit steht direkt auch am Ausgang '''QH*''' (Pin 9) zur Verfügung. Dadurch ist es möglich an ein Schieberegister einen weiteren Baustein 74xxx595 anzuschließen und so beliebig viele Schieberegister hintereinander zu schalten (kaskadieren). Auf diese Art lassen sich Schieberegister mit beliebig vielen Stufen aufbauen.<br />
<br />
Wurde das Schieberegister mit den Daten gefüllt, so wird mit einem LOW-HIGH Puls am Pin 12, '''RCK''' der Inhalt des Schieberegisters in das Ausgangsregister übernommen.<br />
<br />
[[Bild:74xx595-3.png|center]]<br />
<br />
Mit dem Eingang '''G''' (Pin 13) kann das Ausgangsregister freigegeben werden. Liegt '''G''' auf 0, so führen die Ausgänge '''QA''' bis '''QH''' entsprechende Pegel. Liegt '''G''' auf 1, so schalten die Ausgänge '''QA''' bis '''QH''' auf [[Ausgangsstufen Logik-ICs |Tristate]]. D.h. sie treiben aktiv weder LOW oder HIGH, sondern sind hochohmig wie ein Eingang und nehmen jeden Pegel an, der ihnen von außen aufgezwungen wird.<br />
<br />
Bleibt nur noch der Eingang '''SCL'''(Pin 10). Mit ihm kann das Schieberegister im Baustein gelöscht, also auf eine definierte 0, gesetzt werden.<br />
<br />
Die Ansteuerung eines 74xxx595 Schieberegisters gestaltet sich sehr einfach. Im Grunde gibt es 2 Möglichkeiten:<br />
* Mittels [[SPI]] kann der [[AVR]] das Schieberegister direkt und autark ansteuern. Das ist sehr schnell und verbraucht nur wenig CPU-Leistung<br />
* Sind die entsprechenden SPI-Pins am AVR nicht frei, so ist auch eine softwaremäßige Ansteuerung des Schieberegisters mit einfachen Mitteln durchführbar.<br />
<br />
=== Ansteuerung per Software===<br />
<br />
[[Bild:Mega8-595-SPI.png|framed|right|Anschluss eines 595]]<br />
Für eine komplette Softwarelösung kann das Schieberegister an jede beliebige Port-Pin Kombination angeschlossen werden. Wir wählen die Pins '''PB2''', '''PB3''' und '''PB5''' um dort die Schieberegisteranschlüsse '''RCK''', '''SER''' und '''SCK''' anzuschließen. Des Weiteren muss das Schieberegister mit Spannung versorgt werden: Pin 16 muss auf +5V und Pin 8 auf GND geschaltet werden.<br />
<br />
<br />
Die Programmierung gestaltet sich dann nach folgendem Schema: Die 8 Bits eines Bytes werden nacheinander an den Ausgang '''PB3''' ('''SER''') ausgegeben. Durch Generierung eines Pulses 0-1-0 an Pin '''PB5''' ('''SCK''') übernimmt das Schieberegister nacheinander die einzelnen Bits. Dabei ist zu beachten, dass die Ausgabe mit dem höherwertigen Bit beginnen muss, denn dieses Bit wandert ja am weitesten zur Stelle '''QH'''. Sind alle 8 Bits ausgegeben, so wird durch einen weiteren 0-1-0 Impuls am Pin '''PB2''' ('''RCK''') der Inhalt der Schieberegisterbits 0 bis 7 in die Ausgaberegister '''QA''' bis '''QH''' übernommen. Dadurch, dass am Schieberegister der Eingang '''G''' konstant auf 0-Pegel gehalten wird, erscheint dann auch die Ausgabe sofort an den entsprechenden Pins und kann zb. mit LEDs (low-current LEDs + Vorwiderstand verwenden) sichtbar gemacht werden.<br />
<br />
Der Schieberegister-Rücksetzeingang '''SCL''' wird auf U<sub>CC</sub> gelegt. Das Einschieben von 0x00 hat die gleiche Wirkung wie das Rücksetzen mit diesem Pin.<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
.include "m8def.inc"<br />
<br />
.def temp1 = r16<br />
.def temp2 = r17<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ RCK = 2<br />
.equ SCK = 5<br />
.equ SIN = 3<br />
<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1 ;(wird bei modernen AVRs nicht mehr benötigt)<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
<br />
;<br />
; Die Port Pins auf Ausgang konfigurieren<br />
;<br />
ldi temp1, (1<<RCK) | (1<<SCK) | (1<<SIN) ; Anm.1<br />
out SCHIEBE_DDR, temp1<br />
<br />
;<br />
; Ein Datenbyte ausgeben<br />
;<br />
ldi temp1, 0b10101010<br />
rcall Schiebe<br />
rcall SchiebeOut<br />
<br />
loop:<br />
rjmp loop<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Die Ausgabe im Schieberegister in das Ausgaberegister übernehmen<br />
;<br />
; Dazu am RCK Eingang am Schieberegister einen 0-1-0 Puls erzeugen<br />
;<br />
SchiebeOut:<br />
sbi SCHIEBE_PORT, RCK<br />
cbi SCHIEBE_PORT, RCK<br />
ret<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; 8 Bits aus temp1 an das Schieberegister ausgeben<br />
Schiebe:<br />
push temp2<br />
ldi temp2, 8 ; 8 Bits müssen ausgegeben werden<br />
<br />
Schiebe_1:<br />
;<br />
; jeweils das höchstwertige Bit aus temp1 ins Carry-Flag schieben<br />
; Je nach Zustand des Carry-Flags wird die Datenleitung entsprechend<br />
; gesetzt oder gelöscht<br />
;<br />
rol temp1 ; MSB -> Carry<br />
brcs Schiebe_One ; Carry gesetzt? -> weiter bei Schiebe_One<br />
cbi SCHIEBE_PORT, SIN ; Eine 0 ausgeben<br />
rjmp Schiebe_Clock ; und Sprung zur Clock Puls Generierung<br />
Schiebe_One:<br />
sbi SCHIEBE_PORT, SIN ; Eine 1 ausgeben<br />
<br />
;<br />
; einen Impuls an SCK zur Übernahme des Bits nachschieben<br />
;<br />
Schiebe_Clock:<br />
sbi SCHIEBE_PORT, SCK ; Clock-Ausgang auf 1 ...<br />
cbi SCHIEBE_PORT, SCK ; und wieder zurück auf 0<br />
<br />
dec temp2 ; Anzahl der ausgegebenen Bits runterzählen<br />
brne Schiebe_1 ; Wenn noch keine 8 Bits ausgegeben -> Schleife bilden<br />
<br />
pop temp2<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
Anm.1: Siehe [[Bitmanipulation]]<br />
<br />
=== Ansteuerung per SPI-Modul===<br />
[[Bild:Mega8-595-SPI.png|framed|right|Anschluss eines 595 per SPI]]<br />
Noch schneller geht die Ansteuerung des Schieberegisters mittels [[Serial_Peripheral_Interface | SPI]]-Modul, welches in fast allen AVRs vorhanden ist. Auch hier wird der Pin '''SCL''' nicht benutzt, da das praktisch keinen Sinn hat. Er wird fest auf VCC gelegt. Die Pins für '''SCK''' und '''SIN''' sind durch den jeweiligen AVR fest vorgegeben. '''SCK''' vom '595 wird mit '''SCK''' vom AVR verbunden sowie '''SIN''' mit '''MOSI''' ('''M'''aster '''O'''ut, '''S'''lave '''I'''n). '''MISO''' ('''M'''aster '''I'''n, '''S'''lave '''O'''ut) ist hier ungenutzt. Es kann NICHT für '''RCK''' verwendet werden, da es im SPI-Master Modus immer ein Eingang ist! Es kann aber als allgemeiner Eingang oder für 74HC165 ([[#Porterweiterung_für_Eingänge|siehe unten]]) verwendet werden.<br />
<br />
Der AVR-Pin '''SS''' wird sinnvollerweise als '''RCK''' benutzt, da er sowieso als Ausgang geschaltet werden '''muss''', sonst gibt es böse Überaschungen (siehe Datenblatt „SS Pin Functionality“). Dieser sollte mit einem Widerstand von 10 kΩ nach Masse, während der Start- und Initialisierungsphase, auf L-Potential gehalten werden. `('''SS''' ist während dieser Zeit noch im Tri-State und es könnte passieren, dass die zufälligen Daten des Schieberegisters in das Ausgangslatch übernommen werden.)<br />
<br />
Bei den kleineren ATtinys mit '''USI''' (Universal Serial Interface) darf man sich von den Pin-Bezeichnungen MOSI und MISO nicht [http://de.wikipedia.org/wiki/Bockshorn_(Redensart) ins Bockshorn jagen] lassen: Hier ist MISO der Ausgang(!) '''DO''' und MOSI der Eingang(!) '''DI'''. Die Pinbezeichnungen MOSI und MISO sind nur zum Programmieren und irreführend, weil ohnehin nur für den Slave-Betrieb.<br />
<br />
Je nach Bedarf kann man die Taktrate des SPI-Moduls zwischen 1/2 ... 1/128 des CPU-Taktes wählen. Es spricht kaum etwas dagegen mit maximaler Geschwindigkeit zu arbeiten. Die AVRs können zur Zeit mit maximal 20 MHz getaktet werden, d.h. es sind maximal 10 MHz SPI-Takt möglich. Das ist für ein 74xxx595 kein Problem. Die Übertragung von 8 Bit dauert dann gerade mal 800 ns!<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
.include "m8def.inc"<br />
<br />
.def temp1 = r16<br />
<br />
; Die Definitionen müssen an den jeweiligen AVR angepasst werden<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ RCK = PB2 ; SS<br />
.equ SCK = PB5 ; SCK<br />
.equ SIN = PB3 ; MOSI<br />
<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1 ; (bei modernen AVRs obsolet)<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
;<br />
; SCK, MOSI, SS als Ausgänge schalten<br />
;<br />
in temp1, SCHIEBE_DDR<br />
ori temp1, (1<<SIN) | (1<<SCK) | (1<<RCK) <br />
out SCHIEBE_DDR,temp1 <br />
;<br />
; SPI Modul konfigurieren<br />
;<br />
ldi temp1, (1<<SPE) | (1<<MSTR)<br />
out SPCR, temp1 ; keine Interrupts, MSB first, Master<br />
; CPOL = 0, CPHA =0<br />
; SCK Takt = 1/2 XTAL<br />
ldi temp1, (1<<SPI2X)<br />
out SPSR, temp1 ; double speed aktivieren<br />
out SPDR, temp1 ; Dummy Daten, um SPIF zu setzen<br />
;<br />
; Ein Datenbyte ausgeben<br />
;<br />
ldi temp1, 0b10101010<br />
rcall Schiebe ; Daten schieben<br />
rcall SchiebeOut ; Daten in Ausgangsregister übernehmen<br />
<br />
loop:<br />
rjmp loop<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Die Daten im Schieberegister in das Ausgaberegister übernehmen<br />
;<br />
; Dazu am RCK Eingang am Schieberegister einen 0-1-0 Puls erzeugen<br />
;<br />
SchiebeOut:<br />
sbis SPSR, SPIF ; prüfe ob eine alte Übertragung beendet ist<br />
rjmp SchiebeOut<br />
sbi SCHIEBE_PORT, RCK<br />
cbi SCHIEBE_PORT, RCK<br />
ret<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; 8 Bits aus temp1 an das Schieberegister ausgeben<br />
;<br />
Schiebe:<br />
sbis SPSR, SPIF ; prüfe ob eine alte Übertragung beendet ist<br />
rjmp Schiebe<br />
out SPDR, temp1 ; Daten ins SPI Modul schreiben, Übertragung beginnt automatisch<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
===Kaskadieren von Schieberegistern===<br />
<br />
[[Bild:Mega8-595-2.gif|framed|right|Kaskadieren mehrerer 595]]<br />
Um ein Schieberegister anzuschließen genügen also im einfachsten Fall 4 freie Prozessorpins (3 wenn '''SCL''' nicht benutzt wird) um weitere 8 Ausgangsleitungen zu bekommen. Genügen diese 8 Leitungen nicht, so kann ohne Probleme ein weiteres Schieberegister an das bereits vorhandene angeschlossen werden.<br />
<br />
Das nächste Schieberegister wird mit seinem Dateneingang '''SER''' einfach an den dafür vorgesehenen Ausgang '''QH*''' des vorhergehenden Schieberegisters angeschlossen. Die Steuerleitungen '''SCK''', '''RCK''' und '''SCL''' werden parallel zu den bereits vorhandenen geschaltet. Konzeptionell erhält man dadurch ein Schieberegister mit einer Breite von 16 Bit. Werden weiter Bausteine in derselben Manier angeschlossen, so erhöht sich die Anzahl der zur Verfügung stehenden Ausgabeleitungen mit jedem Baustein um 8 ohne dass sich die Anzahl der am Prozessor notwendigen Ausgabepins erhöhen würde. Um diese weiteren Register zu nutzen, muss man in der reinen Softwarelösung nur mehrfach die Funktion '''Schiebe''' aufrufen, um alle Daten auszugeben. Am Ende werden dann mit '''SchiebeOut''' die Daten in die Ausgangsregister übernommen.<br />
<br />
Bei der SPI Lösung werden ebenfalls ganz einfach mehrere Bytes über SPI ausgegeben, ehe dann mittels '''RCK''' die in die Schieberegisterkette eingetakteten Bits in das Ausgangsregister übernommen werden.<br />
Um das Ganze ein wenig zu vereinfachen, soll hier eine Funktion zur Ansteuerung mehrerer kaskadierter Schieberegister über das SPI-Modul gezeigt werden. Dabei wird die Ausgabe mehrerer Bytes über eine Schleife realisiert, mehrfache Aufrufe der Funktion sind damit nicht nötig. Statt dessen übergibt man einen Zeiger auf einen Datenblock im RAM sowie die Anzahl der zu übertragenden Bytes. Außerdem wird die Datenübernahme durch '''RCK''' standardkonform integriert. Denn bei nahezu allen ICs mit SPI wird ein sog. CS-Pin verwendet ('''C'''hip '''S'''elect) Dieser Pin ist meist LOW aktiv, d.h. wenn er HIGH ist, ignoriert der IC alle Signale an '''SCK''' und '''MOSI''' und gibt keine Daten an MISO aus. Ist er LOW, dann ist der IC aktiv und funktioniert normal. Bei der steigenden Flanke an '''CS''' werden die Daten ins Ausgangsregister übernommen. Die Funktion ist sehr schnell, da die Zeit während der die Übertragung eines Bytes läuft, dazu genutzt wird, den Schleifenzähler zu verringern und zu prüfen sowie neue Sendedaten zu laden. Zwischen den einzelnen Bytes gibt es somit nur eine Pause von max. 6 Systemtakten.<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
.include "m8def.inc"<br />
.def temp1 = r16<br />
<br />
; Die Definitionen müssen an den jeweiligen AVR angepasst werden<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ RCK = PB2 ; SS<br />
.equ SCK = PB5 ; SCK<br />
.equ SIN = PB3 ; MOSI<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Datensegment im RAM<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
.dseg<br />
.org $60<br />
Schiebedaten: .byte 2<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Programmsegment im FLASH<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
.cseg<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
;<br />
; SCK, MOSI, SS als Ausgänge schalten<br />
;<br />
in temp1,SCHIEBE_DDR<br />
ori temp1,(1<<SIN) | (1<<SCK) | (1<<RCK) <br />
out SCHIEBE_DDR,temp1<br />
<br />
sbi SCHIEBE_PORT, RCK ; Slave select inaktiv<br />
;<br />
; SPI Modul konfigurieren<br />
;<br />
ldi temp1, 0b01010000<br />
out SPCR, temp1 ; keine Interrupts, MSB first, Master<br />
; CPOL = 0, CPHA =0<br />
; SCK Takt = 1/2 XTAL<br />
ldi r16,1<br />
out SPSR,r16 ; Double Speed<br />
out SPDR,temp1 ; Dummy Daten, um SPIF zu setzen<br />
<br />
; den Datenblock mit Daten füllen<br />
<br />
ldi temp1,$F0<br />
sts Schiebedaten,temp1<br />
ldi temp1,$55<br />
sts Schiebedaten+1,temp1<br />
<br />
loop:<br />
; den Datenblock ausgeben<br />
<br />
ldi r16,2<br />
ldi zl,low(Schiebedaten)<br />
ldi zh, high(Schiebedaten)<br />
rcall Schiebe_alle ; Daten ausgeben<br />
<br />
rjmp loop ; nur zur Simulation<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; N Bytes an das Schieberegister ausgeben und in das Ausgaberegister übernehmen<br />
;<br />
; r16: Anzahl der Datenbytes<br />
; Z: Zeiger auf Datenblock im RAM<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
Schiebe_alle:<br />
cbi SCHIEBE_PORT, RCK ; RCK LOW, SPI Standardverfahren<br />
push r17<br />
<br />
Schiebe_alle_2:<br />
ld r17,Z+<br />
Schiebe_alle_3:<br />
sbis SPSR,SPIF ; prüfe ob eine alte Übertragung beendet ist<br />
rjmp Schiebe_alle_3<br />
out SPDR,r17 ; Daten ins SPI Modul schreiben, Übertragung beginnt automatisch<br />
dec r16<br />
brne Schiebe_alle_2<br />
<br />
Schiebe_alle_4:<br />
sbis SPSR,SPIF ; prüfe ob die letzte Übertragung beendet ist<br />
rjmp Schiebe_alle_4<br />
<br />
pop r17<br />
sbi SCHIEBE_PORT, RCK ; RCK inaktiv, Datenübernahme<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
<br />
Der Nachteil von Schieberegistern ist allerdings, dass sich die Zeit zum Setzen aller Ausgabeleitungen mit jedem weiteren Baustein immer weiter erhöht. Dies deshalb, da ja die einzelnen Bits im Gänsemarsch durch alle Bausteine geschleust werden müssen und für jeden einzelnen Schiebevorgang etwas Zeit notwendig ist. Ein Ausweg ist die Verwendung des SPI-Moduls, welches schneller arbeitet als die reine Softwarelösung. Ist noch mehr Geschwindigkeit gefragt, so sind mehr Port-Pins nötig. Kann ein kompletter Port mit 8 Pins für die Daten genutzt werden, sowie ein paar weitere Steuerleitungen, so können ein oder mehrere 74xxx573 eine Alternative sein, um jeweils ein vollständiges Byte auszugeben. Natürlich kann der 74xxx573 (oder ein ähnliches Schieberegister) auch mit dem 74xxx595 zusammen eingesetzt werden, beispielsweise in dem über das Schieberegister verschiedene 74xxx595 nacheinander aktiviert werden. Weitere Tips und Tricks dazu gibt es vielleicht in einem weiteren Tutorial...<br />
<br />
=== Acht LEDs mit je 20mA pro Schieberegister ===<br />
<br />
Will man nun acht [[LED]]s mit dem Schieberegister ansteuern, kann man diese direkt über Vorwiderstände anschließen. Doch ein genauer Blick ins Datenblatt verrät, dass der 74xx595 nur maximal 70mA über VCC bzw. GND ableiten kann. Und wenn man den IC nicht gnadenlos quälen, und damit die Lebensdauer und Zuverlässigkeit drastisch reduzieren will, gibt es nur zwei Auswege.<br />
<br />
* Den Strom pro LED auf 70/8 = 8,75mA begrenzen; Das reicht meistens aus um die LEDs schön leuchten zu lassen, vor allem bei low-current und ultrahellen LEDs<br />
* Wenn doch 20 mA pro LED gebraucht werden, kann man die folgende Trickschaltung anwenden.<br />
<br />
[[bild:8x20mA_LED_mit_74xx595.png|framed|center|Mehrere LED anschließen]]<br />
<br />
Der Trick besteht darin, dass 4 LEDs ihren Strom über das Schieberegister von VCC beziehen (HIGH aktiv) während die anderen vier ihren Strom über GND leiten (LOW aktiv). Damit bleiben ganz offiziell für jede LED 70/4 = 17,5mA. Um die Handhabung in der Software zu vereinfachen muss nur vor der Ausgabe der Daten das jeweilige Byte mit 0x0F XOR verknüpft werden, bevor es in das Schieberegister getaktet wird. Dadurch werden die LOW-aktiven LEDs richtig angesteuert und die Datenhandhabung in der Software muss nur mit HIGH-aktiven rechnen. Außerdem wird der G Eingang verwendet, um die Helligkeit aller LEDs per [[PWM]] zu steuern. Beachtet werden muss, dass die PWM im invertierten Modus generiert werden muss, da der Eingang G LOW aktiv ist.<br />
<br />
<B>Achtung!</B> Die Widerstände sind auf blaue LEDs mit 3,3V Flussspannung ausgelegt. Bei roten, gelben und grünen [[LED]]s ist die Flussspannung geringer und dementsprechend muss der Vorwiderstand größer sein.<br />
<br />
Wenn 20mA immer noch nicht reichen sollten oder z.B. RGB-LEDs mit gemeinsamer Anode angesteuert werden müssen, dann hilft nur ein stärkerer IC. Der Klassiker ist der TPIC6A595 von TI, er kombiniert ein Schieberegister mit MOSFETs, sodass hier 250mA pro Kanal zur Verfügung stehen.<br />
<br />
=== Achtung beim Startup! ===<br />
<br />
Die Ausgänge des '595 führen beim Einschalten undefinierte, also zufällige Pegel! Und der Eingang <span style="text-decoration:overline">SCL</span> löscht nur die Schieberegister-Flipflops (= unnütz, um mit <span style="text-decoration:overline">RESET</span> zu verbinden: Festlegung an U<sub>CC</sub> genügt vollauf). Sind deshalb ''definierte'' Pegel beim Einschalten unerlässlich, ''muss'' man <span style="text-decoration:overline">OE</span> beschalten:<br />
* Entweder mit einem weiteren Mikrocontroller-Ausgang (der mit einem externen Pull-Up-Widerstand zu beschalten ist und nach dem ersten Durchschieben dauerhaft auf LOW gelegt wird)<br />
* Oder mit einer RC(D)-Kombination, die die Ausgänge für eine gewisse Zeit auf Tristate hält. Spart einen Mikrocontroller-Pin.<br />
Obendrein sind, wie auch beim direkten Anschluss am Mikrocontroller, die betreffenden Ausgänge des '595 mit externen Pull-Up- oder Pull-Down-Widerständen zu beschalten.<br />
<br />
Man könnte meinen, dass der Anschluss <span style="text-decoration:overline">SCL</span> einfach ein böser Fallstrick ist, denn viel sinnvoller wäre eine Reset-Funktion für die Ausgangs-Flipflops. Schade dass es keinen Schaltkreis gibt, der das richtig implementiert; '''mikrocontroller.net''' würde einen solchen sofort empfehlen.<br />
<br />
== Porterweiterung für Eingänge ==<br />
<br />
Ein naher Verwandter des 74xx595 ist der [[74xx | 74xx165]], er ist quasi das Gegenstück. Hierbei handet es sich um ein ''8-bit parallel-in/serial-out shift register''. Auf Deutsch: Ein 8 Bit Schieberegister mit parallelem Eingang und seriellem Ausgang. Damit kann man eine große Anzahl Eingänge sehr einfach und preiswert zu seinem Mikrocontroller hinzufügen.<br />
<br />
=== Aufbau ===<br />
<br />
[[bild:74xx165-1.png|framed|center|Pinbelegung eines 165]]<br />
<br />
Der Aufbau ist sehr ähnlich zum 74xx595. Allerdings gibt es kein Register zum Zwischenspeichern. Das ist auch gar nicht nötig, da der IC ja einen parallelen Eingang hat. Der muss nicht zwischengespeichert werden. Es gibt hier also wirklich nur das Schieberegister. Dieses wird über den Eingang PL mit den parallelen Daten geladen. Dann können die Daten seriell mit Takten an CLK aus dem Ausgang Q7 geschoben werden.<br />
<br />
=== Funktionsweise ===<br />
<br />
DS ist der serielle Dateneingang, welcher im Falle von kaskadierten Schieberegistern mit dem Ausgang des vorhergehenden ICs verbunden wird.<br />
<br />
D0..D7 sind die parallelen Dateneingänge.<br />
<br />
Mittels des Eingangs PL ('''P'''arallel '''L'''oad) werden die Daten vom parallelen Eingang in das Schieberegister übernommen, wenn dieses Signal LOW ist. Hier muss man aber ein klein wenig aufpassen. Auf Grund der Schaltungsstruktur ist der Eingang PL mit dem Takt CLK verknüpft (obwohl es dafür keinen logischen Grund gibt :-0). Damit es nicht zu unerwünschten Fehlschaltungen kommt, muss der Takt CLK während des Ladens auf HIGH liegen. Wird PL wieder auf HIGH gesetzt, sind die Daten geladen. Das erste Bit liegt direkt am Ausgang Q7 an. Die restlichen Bits können nach und nach durch das Register geschoben werden.<br />
<br />
Der Eingang CE ('''C'''lock '''E'''nable) steuert, ob das Schieberegister auf den Takt CLK reagieren soll oder nicht. Ist CE gleich HIGH werden alle Takte an CLK ignoriert. Bei LOW werden mit jeder positiven Flanke die Daten um eine Stufe weiter geschoben.<br />
<br />
Wird am Eingang CLK eine LOW-HIGH Flanke angelegt und ist dabei CE auf LOW, dann werden die Daten im Schieberegister um eine Position weiter geschoben: DS->Q0, Q0->Q1, Q1->Q2, Q2->Q3, Q3->Q4, Q4->Q5, Q5->Q6, Q6->Q7. Q0..Q6 sind interne Signale, siehe [http://www.nxp.com/acrobat/datasheets/74HC_HCT165_CNV_2.pdf Datenblatt].<br />
<br />
Q7 ist der serielle Ausgang des Schieberegisters. Dort Werden Takt für Takt die Daten ausgegeben. Hier wird normalerweise der Eingang des Mikrocontrollers oder der Eingang des nächsten Schieberegisters angeschlossen.<br />
<br />
Q7\ ist der invertierte Ausgang des Schieberegisters. Er wird meist nicht verwendet.<br />
<br />
=== Schaltung ===<br />
<br />
Um nun beispielsweise zwei Schieberegister zu kaskadieren um 16 Eingangspins zu erhalten sollte man folgende Verschaltung vornehmen. Beachten sollte man dabei, dass<br />
<br />
* der serielle Eingang DS des ersten Schieberegisters (hier IC1) auf einen festen Pegel gelegt wird (LOW oder HIGH).<br />
* der serielle Datenausgang bei der Benutzung des SPI-Moduls an MISO und nicht an MOSI angeschlossen wird.<br />
<br />
[[bild:74xx165-2.png|framed|center|Anschluss eines 165]]<br />
<br />
Nachfolgend werden zwei Beispiele gezeigt, welche die Ansteuerung nach bekanntem Muster übernehmen. Nur dass hier eben Daten gelesen anstatt geschrieben werden. Zu beachten ist, dass hier ein anderer Modus der SPI-Ansteuerung verwendet werden muss, weil der Baustein das nötig macht. Das muss beachtet werden, wenn auch Schieberegister für Ausgänge verwendet werden. Dabei muss jeweils vor dem Zugriff auf die Ein- oder Ausgangsregister der Modus des Taktes (CPOL) umgeschaltet werden.<br />
<br />
=== Ansteuerung per Software ===<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
; Porterweiterung für Eingänge mit Schieberegister 74xx165<br />
; Ansteuerung per Software<br />
<br />
.include "m8def.inc"<br />
<br />
.def temp1 = r16<br />
.def temp2 = r17<br />
.def temp3 = r18<br />
<br />
; Pins anpassen, frei wählbar<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ SCHIEBE_PIN = PINB<br />
.equ CLK = PB3<br />
.equ PL = PB1<br />
.equ DIN = PB2<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Datensegment im RAM<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
.dseg<br />
.org 0x60<br />
Daten: .byte 2 ; Speicherplatz für Eingangsdaten<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Programmsegment im FLASH<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
.cseg<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
<br />
; CLK und PL als Ausgänge schalten<br />
<br />
ldi temp1, (1<<clk) | (1<<pl)<br />
out SCHIEBE_DDR, temp1<br />
<br />
sbi schiebe_port, clk ; Takt im Ruhezustand immer auf 1<br />
; komische Schaltung im 74xx165<br />
<br />
; Zwei Bytes einlesen<br />
<br />
ldi ZL,low(Daten)<br />
ldi ZH,high(Daten)<br />
ldi temp1,2<br />
rcall schiebe_eingang<br />
<br />
loop:<br />
rjmp loop<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; N Bytes seriell einlesen<br />
;<br />
; temp1 : N, Anzahl der Bytes<br />
; Z : Zeiger auf einen Datenbereich im SRAM<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
schiebe_eingang:<br />
push temp2 ; Register sichern<br />
push temp3<br />
<br />
cbi schiebe_port, pl ; Daten parallel laden<br />
sbi schiebe_port, pl<br />
<br />
schiebe_eingang_byte_schleife:<br />
<br />
ldi temp3, 8 ; Bitzähler<br />
schiebe_eingang_bit_schleife:<br />
lsl temp2 ; Daten weiterschieben<br />
<br />
; das IO Bit Din in das niederwerigste Bit von temp2 kopieren<br />
<br />
sbic schiebe_pin, din ; wenn Null, nächsten Befehl überspringen<br />
ori temp2,1 ; nein, Bit setzen<br />
<br />
cbi SCHIEBE_PORT, CLK ; Taktausgang auf 0<br />
sbi SCHIEBE_PORT, CLK ; und wieder zurück auf 1, dabei Daten schieben <br />
<br />
dec temp3 ; Bitzähler um eins verringern<br />
brne schiebe_eingang_bit_schleife ;wenn noch keine 8 Bits ausgegeben, nochmal<br />
<br />
st z+,temp2 ; Datenbyte speichern<br />
dec temp1 ; Anzahl Bytes um eins verringern<br />
brne schiebe_eingang_byte_schleife ; wenn noch mehr Bytes zu lesen sind<br />
<br />
pop temp3<br />
pop temp2<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
=== Ansteuerung per SPI-Modul ===<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
; Porterweiterung für Eingänge mit Schieberegister 74xx165<br />
; Ansteuerung per SPI-Modul<br />
<br />
.include "m8def.inc"<br />
<br />
.def temp1 = r16<br />
.def temp2 = r17<br />
.def temp3 = r18<br />
<br />
; Pins anpassen<br />
; diese müssen mit den SPI-Pins des AVR Typs übereinstimmen!<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ PL = PB2 ; SS<br />
.equ CLK = PB5 ; SCK<br />
.equ DIN = PB4 ; MISO<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Datensegment im RAM<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
.dseg<br />
.org 0x60<br />
Daten: .byte 2 ; Speicherplatz für Eingangsdaten<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Programmsegment im FLASH<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
.cseg<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
<br />
; CLK und PL als Ausgänge schalten<br />
<br />
ldi temp1,(1<<CLK) | (1<<PL)<br />
out SCHIEBE_DDR,temp1 <br />
;<br />
; SPI Modul konfigurieren<br />
;<br />
ldi temp1, (1<<SPE) | (1<<MSTR) | (1<<CPOL)<br />
out SPCR, temp1 ; keine Interrupts, MSB first, Master<br />
; CPOL = 1, CPHA =0<br />
; SCK Takt = 1/2 XTAL<br />
ldi temp1, (1<<SPI2X)<br />
out SPSR,temp1 ; double speed aktivieren<br />
out SPDR,temp1 ; Dummy Daten, um SPIF zu setzen<br />
<br />
; Zwei Bytes einlesen<br />
<br />
ldi ZL,low(Daten)<br />
ldi ZH,high(Daten)<br />
ldi temp1,2<br />
rcall schiebe_eingang<br />
<br />
loop:<br />
rjmp loop<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; N Bytes seriell einlesen<br />
;<br />
; temp1 : N, Anzahl der Bytes<br />
; Z : Zeiger auf einen Datenbereich im SRAM<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
schiebe_eingang:<br />
push temp2 ; Register sichern<br />
<br />
; CLK ist im Ruhezustand schon auf HIGH, CPOL=1<br />
<br />
dummyende:<br />
sbis SPSR,7 ; prüfe ob Dummy Übertragung beendet ist, sonst<br />
rjmp dummyende ; kann es bei langsameren Übertragungsraten zu<br />
; Überschneidungen kommen.<br />
<br />
<br />
cbi schiebe_port, pl ; Daten parallel laden<br />
sbi schiebe_port, pl<br />
<br />
schiebe_eingang_1:<br />
sbis SPSR,7 ; prüfe ob eine alte Übertragung beendet ist<br />
rjmp schiebe_eingang_1<br />
<br />
schiebe_eingang_byte_schleife:<br />
out SPDR,temp1 ; beliebige Daten ins SPI Modul schreiben<br />
; um die Übertragung zu starten<br />
schiebe_eingang_2:<br />
sbis SPSR,7 ; auf das Ende der Übertragung warten<br />
rjmp schiebe_eingang_2<br />
<br />
in temp2, spdr ; Daten lesen<br />
st z+,temp2 ; Datenbyte speichern<br />
dec temp1 ; Anzahl Bytes um eins verringern<br />
brne schiebe_eingang_byte_schleife ; wenn noch mehr Bytes zu lesen sind<br />
<br />
pop temp2<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
== Beides in ''einer'' Kette ==<br />
<br />
Kann man die '595 und die '165 an ''einem'' SPI-Anschluss betreiben?<br />
<br />
Ja, einfach verketten. Das geht auch „durcheinander“. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten:<br />
<br />
* Man verwendet ''getrennte'' Anschlüsse am Mikrocontroller für die Parallelübernahme der '595 (Ausgänge) und '165 (Eingänge). Dann sollten die Ausgänge am Ketten-Anfang (MOSI) und die Eingänge am Ketten-Ende (MISO) liegen. Beispielsweise werden für 3 Stück '595 und 2 Stück '165 24 Schiebetakte zum Ausgeben (mit anschließendem ↑RCLK) und 16 Schiebetakte (mit vorausgehendem ¬PL) zum Einlesen benötigt.<br />
<br />
* Man verwendet einen ''gemeinsamen'' Anschluss '''¬L''' für ↑RCLK und ¬PL, ein Pin sparend. Die o.g. Reihenfolge der '595 und '165 ist weiterhin vorteilhaft. Nach dem o.g. Beispiel gilt folgendes Regime zum Ausgeben und Einlesen in einem Rutsch:<br />
** Low-Nadel an ¬L (zum Laden der '165-Flipflops; die '595-Ausgänge verändern sich nicht)<br />
** 8 x 3 = 24 Schiebetakte (auch zum Nur-Einlesen müssen die Ausgabedaten wiederholt ausgegeben werden)<br />
** Low-Nadel an ¬L (zum Aktualisieren der '595-Ausgänge; das erneute Einlesen in den '165 ist ohne Belang)<br />
<br />
Kann man per Software messen, wie lang die Kette ist?<br />
<br />
Für bestimmte PnP-artige Lösungen ist es zweckmäßig, die Länge der Kette zu kennen:<br />
Man schiebt einfach eine einzelne 1 (oder eine einzelne 0) durch die Kette, ohne Parallelübernahmen. Vorher muss man die Kette in ihrer zu erwartenden Maximallänge initialisieren. Benutzt man byteweise arbeitende Hardware-SPI, wird man auf ganze Byte-Längen vertrauen und kann für mehr Sicherheit ein bestimmtes Kennbyte durchschicken.<br />
<br />
Kann man per Software messen, ''wo'' die '595 und die '165 liegen?<br />
<br />
Nur wenn man davon ausgeht, dass sich die Eingänge nicht allzu schnell ändern. Das ist bei Tastern klar der Fall. Eine 100-prozentige Sicherheit gibt es nicht. Man schiebt ein bestimmtes Bitmuster (Byte) durch und nimmt '595 dort an, wo das Bitmuster auch zurückkommt. Man verwende mindestens 2 verschiedene Bitmuster, um eine derartige Eingangskombination auszuschließen. Wer ziemlich sicher gehen will, schiebt in einer Schleife alle 256 verschiedenen Kombinationen durch. Wenn (bei gemeinsamen ¬L) die Ausgänge unzulässig zappeln, muss man ¬OE beschalten, oder genau jene Bitkombinationen vermeiden.<br />
<br />
Kann man andere SPI-Hardware in die Kette einfügen?<br />
<br />
Genau dafür ist SPI gemacht! Aber nicht jeder (bspw.) A/D-Wandler ist dafür geeignet: Es muss möglich sein, Daten ''unverändert'' durchzuschieben. Oder wenigstens herumzuleiten. Wenn nicht, ist die einzig mögliche Anordnung ''zwischen'' den '595 (am Kettenanfang) und den '165 (am Kettenende). In der Regel wird eine gesonderte Chipselect-Leitung vom Mikrocontroller benötigt; nur in Ausnahmefällen ist o.g. '''¬L''' dafür geeignet (Datenblatt studieren!). Das Chipselect aus einem '595 zu generieren geht auch.<br />
<br />
Was für Vorteile bringen '595 und '165 gegenüber einem größeren Mikrocontroller?<br />
<br />
* Preis! Controller mit mehr Beinchen kosten oftmals deutlich mehr<br />
* Günstigeres Routing zu weiter entfernten Schaltungsteilen<br />
* Kleinere Steckverbinder zu weiteren Platinen, etwa Anzeige- und Bedien-Frontplatten<br />
* Beliebige Verlängerbarkeit<br />
* Exakt gleichzeitige Aktualisierung der Ausgänge und Abfrage der Eingänge, auch bei mehr als der Mikrocontroller-Portbreite (kann helfen, knifflige Übergangsprobleme zu lösen)<br />
* ESD-Schutz und Überlastschutz des Controllers<br />
* Einfache Pegelkonvertierung (typisch 3 V ↔ 5 V) mit 74HCT-Bauelementen<br />
* Verbleib beim „gewohnten“ Mikrocontroller möglich<br />
<br />
Und welche Nachteile handelt man sich ein?<br />
<br />
* Fehlende Sonderfunktionen (etwa Hardware-PWM, Interrupts)<br />
* Fehlende Bidirektionalität<br />
* Geringere Geschwindigkeit sowie zusätzliche Verzögerung beim Startup<br />
** In Zahlen: Bei 16 MHz und Hardware-SPI dauert das Befüllen ''eines'' '595 genau 1 µs: Schiebetakt 8 MHz. Ein OUT-Befehl zu einem 8-Bit-Port ist 16-mal schneller. Auch die ''zusätzliche'' Startup-Verzögerung liegt in diesem Bereich<br />
** Der wesentliche Teil der Gesamt-Startup-Verzögerung kommt vom Startup-Timer, der nur mittels Fuse-Bits eingestellt werden kann. Hat man einen Arduino, braucht man ein Programmiergerät um diese zu ändern. Beispielsweise 65 ms + 16K Takte (@ 16 MHz) = 66 ms. Die Initialisierungsroutine bis main() initialisiert den RAM-Bereich [und geht bei C++ durch die statischen Konstruktoren], dauert 9 Takte pro Byte, bei 1 KByte 9K Takte, fällt mit ≈ 500 µs nicht so sehr ins Gewicht, wenn die Startup-Verzögerung so groß ist. Die Startup-Verzögerung ist kein Problem im Vergleich zu echten Mikrocontroller-Portpins, denn auch diese können nur verzögert angesteuert werden.<br />
* Fehlende Weak-Pullups (bei den Eingängen, es sei denn, man verwendet veraltete 74LS165)<br />
* Höherer Bestückungsaufwand durch das Mehr an Bauteilen<br />
<br />
== Bekannte Probleme ==<br />
<br />
AVR Studio 4.12 (Build 498) hat Probleme bei der korrekten Simulation des SPI-Moduls.<br />
<br />
* Der Double-Speed Modus funktioniert nicht.<br />
<br />
* Das Bit SPIF im Register SPSR, welches laut Dokumentation nur lesbar ist, ist im Simulator auch schreibbar! Das kann zu Verwirrung und Fehlern in der Simulation führen.<br />
<br />
Hardwareprobleme<br />
<br />
* Wenn das SPI-Modul aktiviert wird, wird '''NICHT''' automatisch SPIF gesetzt, es bleibt auf Null. Damit würde die erste Abfrage in ''Schiebe_alles'' in einer Endlosschleife hängen bleiben. Deshalb muss nach der Initialisierung des SPI-Moduls ein Dummy-Byte gesendet werden, damit am Ende der Übertragung SPIF gesetzt wird<br />
<br />
* Da das SPI-Modul in Senderichtung nur einfach gepuffert ist, ist es nicht möglich absolut lückenlos Daten zu senden, auch wenn man mit '''nop''' eine feste minimale Zeit zwischen zwei Bytes warten würde. Zwischen zwei Bytes muss immer eine Pause von mind. 2 Systemtakten eingehalten werden.<br />
<br />
== Weblinks ==<br />
<br />
* [http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2585.pdf AVR151: Setup And Use of The SPI] Atmel Application Note (PDF)<br />
* [http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/7/4/H/C/74HC595.shtml datasheetcatalog.com: 74HC595]<br />
* [http://www.rn-wissen.de/index.php/Portexpander_am_AVR Roboternetz: Portexpander am AVR]<br />
* [http://conductiveresistance.com/interactive-595-shift-register-simulator/ Interactive 595 Shift Register Simulator]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/215399#2145277 48 I/O Porterweiterung mit Schieberegister 74HC595 und 74HC165]<br />
----<br />
<br />
{{Navigation_zurückhochvor|<br />
zurücktext=PWM|<br />
zurücklink=AVR-Tutorial: PWM|<br />
hochtext=Inhaltsverzeichnis|<br />
hochlink=AVR-Tutorial|<br />
vortext=SRAM|<br />
vorlink=AVR-Tutorial: SRAM}}<br />
<br />
[[Category:AVR-Tutorial|Schieberegister]]<br />
[[Category:SPI]]<br />
[[Category:Portexpander]]</div>134.109.52.140https://www.mikrocontroller.net/index.php?title=AVR-Tutorial:_Schieberegister&diff=96777AVR-Tutorial: Schieberegister2017-07-11T14:58:48Z<p>134.109.52.140: Kein SCL (Nicht die Pferde scheu machen), zukunftsweisendes Beispiel der Pinzuordnung</p>
<hr />
<div>Ab und an stellt sich folgendes Problem: Man würde wesentlich mehr Ausgangspins oder Eingangspins benötigen als der [[Mikrocontroller]] zur Verfügung stellt. Ein möglicher Ausweg ist eine Porterweiterung mit einem Schieberegister. Zwei beliebte Schieberegister sind beispielsweise der 74xx595 bzw. der 74xx165.<br />
<br />
== Porterweiterung für Ausgänge ==<br />
<br />
Um neue Ausgangspins zu gewinnen kann der [[74xx | 74xx595]] verwendet werden. Dabei handelt es sich um ein ''8-Bit 3-state Serial-in/Serial-out or Parallel-Out Schieberegister mit einem Ausgangsregister und einem asynchronen Reset''.<br />
<br />
Hinter dieser kompliziert anmutenden Beschreibung verbirgt sich eine einfache Funktionalität: Das Schieberegister besteht aus zwei Funktionseinheiten: Dem eigentlichen Schieberegister und dem Ausgangsregister. In das Schieberegister können die Daten seriell hineingetaktet werden und durch ein bestimmtes Signal werden die Daten des Schieberegisters in das Ausgangsregister übernommen und können von dort auf die Ausgangspins geschaltet werden.<br />
<br />
Im Einzelnen bedeuten die Begriffe:<br />
<br />
<center><br />
{| {{Tabelle}}<br />
|- style="background-color:#ffddcc"<br />
! Begriff || Erklärung<br />
|-<br />
||8-Bit<br />
|align="left"| Acht Ausgangs[[Bit|bit]]s<br />
|-<br />
||3-state<br>(lies: Tristejt)<br />
|align="left"| Die acht Registerausgänge können drei Zustände, Low, High und High-Impedanz annehmen.<BR>Siehe [[Ausgangsstufen Logik-ICs]]<br />
|-<br />
||Serial-in<br />
|align="left"| Serieller Eingang des Schieberegisters<br />
|-<br />
||Serial-out<br />
|align="left"| Serieller Ausgang des Schieberegisters<br />
|-<br />
||Parallel-Out<br />
|align="left"| Parallele Ausgänge des Ausgangsregisters. Hier 3-state<br />
|-<br />
||Schieberegister<br />
|align="left"| Serielle Daten werden durch den Baustein durchgeschoben<br />
|-<br />
|Ausgangsregister<br />
|align="left"| Ein Speicher, welcher die Daten des Schieberegisters zwischenspeichern kann.<BR>Dieses besteht aus acht [[FlipFlop]]s.<br />
|-<br />
|Asynchroner Reset<br />
|align="left"| Die Daten im Schieberegister können asynchron zurückgesetzt werden.<br />
|-<br />
|asynchron (Eingang)<br />
|align="left"| Der Eingang wirkt ohne zusätzliche Taktflanke.<br>Der Gegenentwurf „synchron“ meint, dass der Eingang nur bei Flanke am Takteingang zur Wirkung kommt.<br />
|}<br />
</center><br />
<br />
=== Aufbau 74xx595 ===<br />
<br />
[[Bild:74xx595-1.png|framed|center|Pinbelegung eines 595]]<br />
<br />
Hinweis: Die Benennung der Pins in den Datenblättern verschiedener Hersteller unterscheidet sich zum Teil. Die Funktionen der Pins sind jedoch gleich. <br />
<br />
Werden viele Ausgänge mit bis zu 15 Volt benötigt (typischerweise zum Durchsteuern von MOSFETs, die nicht „logik-kompatibel“ sind), eignet sich der CMOS-Typ CD4096B zum Ersatz des '595, mit abweichender Pinbelegung. Seine Verwendung erfordert nur drei Pegelkonverter, etwa ½ 4504, ¾ 40109 oder diskret aufgebaut. Die genannten ICs sind preiswert und leicht beschaffbar.<br />
<br />
Achtung: Es gibt auch noch einen IC von TI mit eingebauten Treibern 50 V 150 mA, den TPIC6B595, der hat 20 Pins und eine abweichende Pinbelegung: http://www.ti.com/product/tpic6b595<br />
Auch dieser IC ist leicht beschaffbar. Man kann diesen aus einem '595 und einem ULN2803 vorstellen bzw. zusammensetzen: Seine Ausgänge ziehen nur nach Low, nicht nach High. Für den Anschluss von Relais werden externe Freilaufdioden benötigt, die beim ULN2803 integriert sind.<br />
<br />
==== HC oder HCT? ====<br />
<br />
Mal gibt es 74'''HC'''595, mal 74'''HCT'''595.<br />
Diese beiden Typen unterscheiden sich nur dadurch, wie sie Eingangs-Signale erkennen:<br />
* HC: High-Signal muss mindestens ca. 75% der Betriebsspannung haben (siehe V<sub>IH</sub> im Datenblatt);<br />
* HC'''T''': TTL-kompatibel: High-Signal muss mindestens 2 V haben (Betriebsspannung ist immer 5 V).<br />
Es gibt auch 74LS595. In der modernen CMOS-Welt sollte man sich Low-Power-Schottky (= bipolar = Ruhestrom fressend) nicht mehr antun.<br />
<br />
Im allgemeinen kann man alle Typen gleichermaßen verwenden und nimmt einfach den billigsten oder verfügbarsten. Nur beim Übergang zu echtem TTL oder verschiedenen Speisespannungen für Mikrocontroller und Portexpander wird es interessant.<br />
<br />
Ein häufiges Szenario ist ein Mikrocontroller mit 3-V-Speisung (etwa ein ARM7 oder MSP430). Dann kann man mit einem 74'''HCT'''595, an 5 V betrieben, echte 5-V-Ausgänge und die Pegelkonvertierung dazu haben.<br />
74'''HC'''595 funktionieren hier nur mit Glück, und bei noch geringerer Speisespannung des Controllers — etwa 2,5 V — gar nicht.<br />
<br />
=== Pinbelegung 74xx595 ===<br />
<br />
<center><br />
{| {{Tabelle}}<br />
|- style="background-color:#ffddcc"<br />
! DIL Pin-Nummer || Funktion || Dieses Tutorial || Motorola / ON Semi || Philips / NXP || Fairchild || SGS|| Texas Instruments<br />
|-<br />
| 1 || Ausgang B || QB || Q<sub>B</sub> || Q<sub>1</sub> || Q<sub>B</sub> || QB|| Q<sub>B</sub> <br />
|-<br />
| 2 || Ausgang C || QC || Q<sub>C</sub> || Q<sub>2</sub> || Q<sub>C</sub> || QC|| Q<sub>C</sub> <br />
|-<br />
| 3 || Ausgang D || QD || Q<sub>D</sub> || Q<sub>3</sub> || Q<sub>D</sub> || QD|| Q<sub>D</sub> <br />
|-<br />
| 4 || Ausgang E || QE || Q<sub>E</sub> || Q<sub>4</sub> || Q<sub>E</sub> || QE|| Q<sub>E</sub> <br />
|-<br />
| 5 || Ausgang F || QF || Q<sub>F</sub> || Q<sub>5</sub> || Q<sub>F</sub> || QF|| Q<sub>F</sub> <br />
|-<br />
| 6 || Ausgang G || QG || Q<sub>G</sub> || Q<sub>6</sub> || Q<sub>G</sub> || QG|| Q<sub>G</sub> <br />
|-<br />
| 7 || Ausgang H || QH || Q<sub>H</sub> || Q<sub>7</sub> || Q<sub>H</sub> || QH|| Q<sub>H</sub> <br />
|-<br />
| 8 || Masse, 0 V || [nicht dargestellt] || GND || GND || GND || GND|| GND<br />
|-<br />
| 9 || Serieller Ausgang || QH* || SQ<sub>H</sub> || Q<sub>7</sub>´ ||Q'<sub>H</sub> || QH´||Q<sub>H'</sub> <br />
|-<br />
| 10 || Reset für Schieberegister || SCL || RESET || /MR || /SCLR || /SCLR || /SRCLR<br />
|-<br />
| 11 || Schiebetakt || SCK || SHIFT CLOCK || SH<sub>CP</sub> || SCK || SCK || SRCLK<br />
|-<br />
| 12 || Speichertakt || RCK || LATCH CLOCK || ST<sub>CP</sub> || RCK || RCK || RCLK<br />
|-<br />
| 13 || Ausgangssteuerung || G || OUTPUT ENABLE || /OE || /G || /G || /OE<br />
|-<br />
| 14 || Serieller Dateneingang || SER || A || D<sub>S</sub> || SER || SI || SER<br />
|-<br />
| 15 || Ausgang A || QA || Q<sub>A</sub> || Q<sub>0</sub> || Q<sub>A</sub> || QA|| Q<sub>A</sub> <br />
|-<br />
| 16 || Betriebsspannung || [nicht dargestellt] || V<sub>CC</sub> || V<sub>CC</sub> || V<sub>CC</sub> || V<sub>CC</sub>|| V<sub>CC</sub><br />
|}<br />
</center><br />
<br />
Der Baustein besteht aus zwei Einheiten:<br />
* dem Schieberegister<br />
* dem Ausgangsregister<br />
<br />
Im Schieberegister werden die einzelnen Bits durchgeschoben. Mit jeder positiven Taktflanke(LOW -> HIGH) an '''SCK''' wird eine Schiebeoperation durchgeführt.<br />
<br />
Das Ausgangsregister hat die Aufgabe die Ausgangspins des Bausteins anzusteuern. Durch dieses Ausgangsregister ist es möglich, die Schiebeoperationen im Hintergrund durchzuführen, ohne dass IC Pins ihren Wert ändern. Erst wenn die Schiebeoperation abgeschlossen ist, wird der aktuelle Zustand der Schieberegisterkette durch einen Puls an '''RCK''' in das Ausgangsregister übernommen.<br />
<br />
===Funktionsweise===<br />
<br />
Am Eingang '''SER''' (Pin 14) wird das gewünschte nächste Datum (0 oder 1) angelegt. Durch einen positiven Puls an '''SCK''' (Pin 11) wird der momentan an '''SER''' anliegende Wert als neuer Wert für Bit 0, das unterste Bit des Schieberegisters, übernommen. Gleichzeitig werden alle anderen Bits im Schieberegister um eine Stelle verschoben: Das Bit 6 wird ins Bit 7 übernommen, Bit 5 ins Bit 6, Bit 4 ins Bit 5, etc. sodass das Bit 0 zur Aufnahme des '''SER''' Bits frei wird.<br />
<br />
[[Bild:74xx595-2.png|center]]<br />
<br />
Eine Sonderstellung nimmt das ursprüngliche Bit 7 ein. Dieses Bit steht direkt auch am Ausgang '''QH*''' (Pin 9) zur Verfügung. Dadurch ist es möglich an ein Schieberegister einen weiteren Baustein 74xxx595 anzuschließen und so beliebig viele Schieberegister hintereinander zu schalten (kaskadieren). Auf diese Art lassen sich Schieberegister mit beliebig vielen Stufen aufbauen.<br />
<br />
Wurde das Schieberegister mit den Daten gefüllt, so wird mit einem LOW-HIGH Puls am Pin 12, '''RCK''' der Inhalt des Schieberegisters in das Ausgangsregister übernommen.<br />
<br />
[[Bild:74xx595-3.png|center]]<br />
<br />
Mit dem Eingang '''G''' (Pin 13) kann das Ausgangsregister freigegeben werden. Liegt '''G''' auf 0, so führen die Ausgänge '''QA''' bis '''QH''' entsprechende Pegel. Liegt '''G''' auf 1, so schalten die Ausgänge '''QA''' bis '''QH''' auf [[Ausgangsstufen Logik-ICs |Tristate]]. D.h. sie treiben aktiv weder LOW oder HIGH, sondern sind hochohmig wie ein Eingang und nehmen jeden Pegel an, der ihnen von außen aufgezwungen wird.<br />
<br />
Bleibt nur noch der Eingang '''SCL'''(Pin 10). Mit ihm kann das Schieberegister im Baustein gelöscht, also auf eine definierte 0, gesetzt werden.<br />
<br />
Die Ansteuerung eines 74xxx595 Schieberegisters gestaltet sich sehr einfach. Im Grunde gibt es 2 Möglichkeiten:<br />
* Mittels [[SPI]] kann der [[AVR]] das Schieberegister direkt und autark ansteuern. Das ist sehr schnell und verbraucht nur wenig CPU-Leistung<br />
* Sind die entsprechenden SPI-Pins am AVR nicht frei, so ist auch eine softwaremäßige Ansteuerung des Schieberegisters mit einfachen Mitteln durchführbar.<br />
<br />
=== Ansteuerung per Software===<br />
<br />
[[Bild:Mega8-595-SPI.png|framed|right|Anschluss eines 595]]<br />
Für eine komplette Softwarelösung kann das Schieberegister an jede beliebige Port-Pin Kombination angeschlossen werden. Wir wählen die Pins '''PB2''', '''PB3''' und '''PB5''' um dort die Schieberegisteranschlüsse '''RCK''', '''SER''' und '''SCK''' anzuschließen. Des Weiteren muss das Schieberegister mit Spannung versorgt werden: Pin 16 muss auf +5V und Pin 8 auf GND geschaltet werden.<br />
<br />
<br />
Die Programmierung gestaltet sich dann nach folgendem Schema: Die 8 Bits eines Bytes werden nacheinander an den Ausgang '''PB3''' ('''SER''') ausgegeben. Durch Generierung eines Pulses 0-1-0 an Pin '''PB5''' ('''SCK''') übernimmt das Schieberegister nacheinander die einzelnen Bits. Dabei ist zu beachten, dass die Ausgabe mit dem höherwertigen Bit beginnen muss, denn dieses Bit wandert ja am weitesten zur Stelle '''QH'''. Sind alle 8 Bits ausgegeben, so wird durch einen weiteren 0-1-0 Impuls am Pin '''PB2''' ('''RCK''') der Inhalt der Schieberegisterbits 0 bis 7 in die Ausgaberegister '''QA''' bis '''QH''' übernommen. Dadurch, dass am Schieberegister der Eingang '''G''' konstant auf 0-Pegel gehalten wird, erscheint dann auch die Ausgabe sofort an den entsprechenden Pins und kann zb. mit LEDs (low-current LEDs + Vorwiderstand verwenden) sichtbar gemacht werden.<br />
<br />
Der Schieberegister-Rücksetzeingang '''SCL''' wird auf U<sub>CC</sub> gelegt. Das Einschieben von 0x00 hat die gleiche Wirkung wie das Rücksetzen mit diesem Pin.<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
.include "m8def.inc"<br />
<br />
.def temp1 = r16<br />
.def temp2 = r17<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ RCK = 2<br />
.equ SCK = 5<br />
.equ SIN = 3<br />
<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1 ;(wird bei modernen AVRs nicht mehr benötigt)<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
<br />
;<br />
; Die Port Pins auf Ausgang konfigurieren<br />
;<br />
ldi temp1, (1<<RCK) | (1<<SCK) | (1<<SIN) ; Anm.1<br />
out SCHIEBE_DDR, temp1<br />
<br />
;<br />
; Ein Datenbyte ausgeben<br />
;<br />
ldi temp1, 0b10101010<br />
rcall Schiebe<br />
rcall SchiebeOut<br />
<br />
loop:<br />
rjmp loop<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Die Ausgabe im Schieberegister in das Ausgaberegister übernehmen<br />
;<br />
; Dazu am RCK Eingang am Schieberegister einen 0-1-0 Puls erzeugen<br />
;<br />
SchiebeOut:<br />
sbi SCHIEBE_PORT, RCK<br />
cbi SCHIEBE_PORT, RCK<br />
ret<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; 8 Bits aus temp1 an das Schieberegister ausgeben<br />
Schiebe:<br />
push temp2<br />
ldi temp2, 8 ; 8 Bits müssen ausgegeben werden<br />
<br />
Schiebe_1:<br />
;<br />
; jeweils das höchstwertige Bit aus temp1 ins Carry-Flag schieben<br />
; Je nach Zustand des Carry-Flags wird die Datenleitung entsprechend<br />
; gesetzt oder gelöscht<br />
;<br />
rol temp1 ; MSB -> Carry<br />
brcs Schiebe_One ; Carry gesetzt? -> weiter bei Schiebe_One<br />
cbi SCHIEBE_PORT, SIN ; Eine 0 ausgeben<br />
rjmp Schiebe_Clock ; und Sprung zur Clock Puls Generierung<br />
Schiebe_One:<br />
sbi SCHIEBE_PORT, SIN ; Eine 1 ausgeben<br />
<br />
;<br />
; einen Impuls an SCK zur Übernahme des Bits nachschieben<br />
;<br />
Schiebe_Clock:<br />
sbi SCHIEBE_PORT, SCK ; Clock-Ausgang auf 1 ...<br />
cbi SCHIEBE_PORT, SCK ; und wieder zurück auf 0<br />
<br />
dec temp2 ; Anzahl der ausgegebenen Bits runterzählen<br />
brne Schiebe_1 ; Wenn noch keine 8 Bits ausgegeben -> Schleife bilden<br />
<br />
pop temp2<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
Anm.1: Siehe [[Bitmanipulation]]<br />
<br />
=== Ansteuerung per SPI-Modul===<br />
[[Bild:Mega8-595-SPI.png|framed|right|Anschluss eines 595 per SPI]]<br />
Noch schneller geht die Ansteuerung des Schieberegisters mittels [[Serial_Peripheral_Interface | SPI]]-Modul, welches in fast allen AVRs vorhanden ist. Hier wird der Pin '''SCL''' nicht benutzt, da das praktisch keinen Sinn hat. Er muss also fest auf VCC gelegt werden. (Oder mit den Reset-Pin des AVRs, das mit einer RC Schaltung versehen ist, verbunden werden. Damit erreicht man einen definierten Anfangszustand des Schieberegisters.) Die Pins für '''SCK''' und '''SIN''' sind durch den jeweiligen AVR fest vorgegeben. '''SCK''' vom 74xxx595 wird mit '''SCK''' vom AVR verbunden sowie '''SIN''' mit '''MOSI''' ('''M'''aster '''O'''ut, '''S'''lave '''I'''n). '''MISO''' ('''M'''aster '''I'''n, '''S'''lave '''O'''ut) ist hier ungenutzt. Es kann NICHT für '''RCK''' verwendet werden, da es im SPI-Master Modus immer ein Eingang ist! Es kann aber als allgemeiner Eingang oder für 74HC165 ([[#Porterweiterung_für_Eingänge|siehe unten]]) verwendet werden.<br />
<br />
Der AVR-Pin '''SS''' wird sinnvollerweise als '''RCK''' benutzt, da er sowieso als Ausgang geschaltet werden '''muss''', sonst gibt es böse Überaschungen (siehe Datenblatt „SS Pin Functionality“). Dieser sollte mit einem Widerstand von 10 kΩ nach Masse, während der Start- und Initialisierungsphase, auf L-Potential gehalten werden. `('''SS''' ist während dieser Zeit noch im Tri-State und es könnte passieren, dass die zufälligen Daten des Schieberegisters in das Ausgangslatch übernommen werden.)<br />
<br />
Bei den kleineren ATtinys mit '''USI''' (Universal Serial Interface) darf man sich von den Pin-Bezeichnungen MOSI und MISO nicht [http://de.wikipedia.org/wiki/Bockshorn_(Redensart) ins Bockshorn jagen] lassen: Hier ist MISO der Ausgang(!) '''DO''' und MOSI der Eingang(!) '''DI'''. Die Pinbezeichnungen MOSI und MISO sind nur zum Programmieren und irreführend, weil ohnehin nur für den Slave-Betrieb.<br />
<br />
Je nach Bedarf kann man die Taktrate des SPI-Moduls zwischen 1/2 ... 1/128 des CPU-Taktes wählen. Es spricht kaum etwas dagegen mit maximaler Geschwindigkeit zu arbeiten. Die AVRs können zur Zeit mit maximal 20 MHz getaktet werden, d.h. es sind maximal 10 MHz SPI-Takt möglich. Das ist für ein 74xxx595 kein Problem. Die Übertragung von 8 Bit dauert dann gerade mal 800 ns!<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
.include "m8def.inc"<br />
<br />
.def temp1 = r16<br />
<br />
; Die Definitionen müssen an den jeweiligen AVR angepasst werden<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ RCK = PB2 ; SS<br />
.equ SCK = PB5 ; SCK<br />
.equ SIN = PB3 ; MOSI<br />
<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
;<br />
; SCK, MOSI, SS als Ausgänge schalten<br />
;<br />
in temp1, SCHIEBE_DDR<br />
ori temp1, (1<<SIN) | (1<<SCK) | (1<<RCK) <br />
out SCHIEBE_DDR,temp1 <br />
;<br />
; SPI Modul konfigurieren<br />
;<br />
ldi temp1, (1<<SPE) | (1<<MSTR)<br />
out SPCR, temp1 ; keine Interrupts, MSB first, Master<br />
; CPOL = 0, CPHA =0<br />
; SCK Takt = 1/2 XTAL<br />
ldi temp1, (1<<SPI2X)<br />
out SPSR, temp1 ; double speed aktivieren<br />
out SPDR, temp1 ; Dummy Daten, um SPIF zu setzen<br />
;<br />
; Ein Datenbyte ausgeben<br />
;<br />
ldi temp1, 0b10101010<br />
rcall Schiebe ; Daten schieben<br />
rcall SchiebeOut ; Daten in Ausgangsregister übernehmen<br />
<br />
loop:<br />
rjmp loop<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Die Daten im Schieberegister in das Ausgaberegister übernehmen<br />
;<br />
; Dazu am RCK Eingang am Schieberegister einen 0-1-0 Puls erzeugen<br />
;<br />
SchiebeOut:<br />
sbis SPSR, SPIF ; prüfe ob eine alte Übertragung beendet ist<br />
rjmp SchiebeOut<br />
sbi SCHIEBE_PORT, RCK<br />
cbi SCHIEBE_PORT, RCK<br />
ret<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; 8 Bits aus temp1 an das Schieberegister ausgeben<br />
;<br />
Schiebe:<br />
sbis SPSR, SPIF ; prüfe ob eine alte Übertragung beendet ist<br />
rjmp Schiebe<br />
out SPDR, temp1 ; Daten ins SPI Modul schreiben, Übertragung beginnt automatisch<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
===Kaskadieren von Schieberegistern===<br />
<br />
[[Bild:Mega8-595-2.gif|framed|right|Kaskadieren mehrerer 595]]<br />
Um ein Schieberegister anzuschließen genügen also im einfachsten Fall 4 freie Prozessorpins (3 wenn '''SCL''' nicht benutzt wird) um weitere 8 Ausgangsleitungen zu bekommen. Genügen diese 8 Leitungen nicht, so kann ohne Probleme ein weiteres Schieberegister an das bereits vorhandene angeschlossen werden.<br />
<br />
Das nächste Schieberegister wird mit seinem Dateneingang '''SER''' einfach an den dafür vorgesehenen Ausgang '''QH*''' des vorhergehenden Schieberegisters angeschlossen. Die Steuerleitungen '''SCK''', '''RCK''' und '''SCL''' werden parallel zu den bereits vorhandenen geschaltet. Konzeptionell erhält man dadurch ein Schieberegister mit einer Breite von 16 Bit. Werden weiter Bausteine in derselben Manier angeschlossen, so erhöht sich die Anzahl der zur Verfügung stehenden Ausgabeleitungen mit jedem Baustein um 8 ohne dass sich die Anzahl der am Prozessor notwendigen Ausgabepins erhöhen würde. Um diese weiteren Register zu nutzen, muss man in der reinen Softwarelösung nur mehrfach die Funktion '''Schiebe''' aufrufen, um alle Daten auszugeben. Am Ende werden dann mit '''SchiebeOut''' die Daten in die Ausgangsregister übernommen.<br />
<br />
Bei der SPI Lösung werden ebenfalls ganz einfach mehrere Bytes über SPI ausgegeben, ehe dann mittels '''RCK''' die in die Schieberegisterkette eingetakteten Bits in das Ausgangsregister übernommen werden.<br />
Um das Ganze ein wenig zu vereinfachen, soll hier eine Funktion zur Ansteuerung mehrerer kaskadierter Schieberegister über das SPI-Modul gezeigt werden. Dabei wird die Ausgabe mehrerer Bytes über eine Schleife realisiert, mehrfache Aufrufe der Funktion sind damit nicht nötig. Statt dessen übergibt man einen Zeiger auf einen Datenblock im RAM sowie die Anzahl der zu übertragenden Bytes. Außerdem wird die Datenübernahme durch '''RCK''' standardkonform integriert. Denn bei nahezu allen ICs mit SPI wird ein sog. CS-Pin verwendet ('''C'''hip '''S'''elect) Dieser Pin ist meist LOW aktiv, d.h. wenn er HIGH ist, ignoriert der IC alle Signale an '''SCK''' und '''MOSI''' und gibt keine Daten an MISO aus. Ist er LOW, dann ist der IC aktiv und funktioniert normal. Bei der steigenden Flanke an '''CS''' werden die Daten ins Ausgangsregister übernommen. Die Funktion ist sehr schnell, da die Zeit während der die Übertragung eines Bytes läuft, dazu genutzt wird, den Schleifenzähler zu verringern und zu prüfen sowie neue Sendedaten zu laden. Zwischen den einzelnen Bytes gibt es somit nur eine Pause von max. 6 Systemtakten.<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
.include "m8def.inc"<br />
.def temp1 = r16<br />
<br />
; Die Definitionen müssen an den jeweiligen AVR angepasst werden<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ RCK = PB2 ; SS<br />
.equ SCK = PB5 ; SCK<br />
.equ SIN = PB3 ; MOSI<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Datensegment im RAM<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
.dseg<br />
.org $60<br />
Schiebedaten: .byte 2<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Programmsegment im FLASH<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
.cseg<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
;<br />
; SCK, MOSI, SS als Ausgänge schalten<br />
;<br />
in temp1,SCHIEBE_DDR<br />
ori temp1,(1<<SIN) | (1<<SCK) | (1<<RCK) <br />
out SCHIEBE_DDR,temp1<br />
<br />
sbi SCHIEBE_PORT, RCK ; Slave select inaktiv<br />
;<br />
; SPI Modul konfigurieren<br />
;<br />
ldi temp1, 0b01010000<br />
out SPCR, temp1 ; keine Interrupts, MSB first, Master<br />
; CPOL = 0, CPHA =0<br />
; SCK Takt = 1/2 XTAL<br />
ldi r16,1<br />
out SPSR,r16 ; Double Speed<br />
out SPDR,temp1 ; Dummy Daten, um SPIF zu setzen<br />
<br />
; den Datenblock mit Daten füllen<br />
<br />
ldi temp1,$F0<br />
sts Schiebedaten,temp1<br />
ldi temp1,$55<br />
sts Schiebedaten+1,temp1<br />
<br />
loop:<br />
; den Datenblock ausgeben<br />
<br />
ldi r16,2<br />
ldi zl,low(Schiebedaten)<br />
ldi zh, high(Schiebedaten)<br />
rcall Schiebe_alle ; Daten ausgeben<br />
<br />
rjmp loop ; nur zur Simulation<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; N Bytes an das Schieberegister ausgeben und in das Ausgaberegister übernehmen<br />
;<br />
; r16: Anzahl der Datenbytes<br />
; Z: Zeiger auf Datenblock im RAM<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
Schiebe_alle:<br />
cbi SCHIEBE_PORT, RCK ; RCK LOW, SPI Standardverfahren<br />
push r17<br />
<br />
Schiebe_alle_2:<br />
ld r17,Z+<br />
Schiebe_alle_3:<br />
sbis SPSR,SPIF ; prüfe ob eine alte Übertragung beendet ist<br />
rjmp Schiebe_alle_3<br />
out SPDR,r17 ; Daten ins SPI Modul schreiben, Übertragung beginnt automatisch<br />
dec r16<br />
brne Schiebe_alle_2<br />
<br />
Schiebe_alle_4:<br />
sbis SPSR,SPIF ; prüfe ob die letzte Übertragung beendet ist<br />
rjmp Schiebe_alle_4<br />
<br />
pop r17<br />
sbi SCHIEBE_PORT, RCK ; RCK inaktiv, Datenübernahme<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
<br />
Der Nachteil von Schieberegistern ist allerdings, dass sich die Zeit zum Setzen aller Ausgabeleitungen mit jedem weiteren Baustein immer weiter erhöht. Dies deshalb, da ja die einzelnen Bits im Gänsemarsch durch alle Bausteine geschleust werden müssen und für jeden einzelnen Schiebevorgang etwas Zeit notwendig ist. Ein Ausweg ist die Verwendung des SPI-Moduls, welches schneller arbeitet als die reine Softwarelösung. Ist noch mehr Geschwindigkeit gefragt, so sind mehr Port-Pins nötig. Kann ein kompletter Port mit 8 Pins für die Daten genutzt werden, sowie ein paar weitere Steuerleitungen, so können ein oder mehrere 74xxx573 eine Alternative sein, um jeweils ein vollständiges Byte auszugeben. Natürlich kann der 74xxx573 (oder ein ähnliches Schieberegister) auch mit dem 74xxx595 zusammen eingesetzt werden, beispielsweise in dem über das Schieberegister verschiedene 74xxx595 nacheinander aktiviert werden. Weitere Tips und Tricks dazu gibt es vielleicht in einem weiteren Tutorial...<br />
<br />
=== Acht LEDs mit je 20mA pro Schieberegister ===<br />
<br />
Will man nun acht [[LED]]s mit dem Schieberegister ansteuern, kann man diese direkt über Vorwiderstände anschließen. Doch ein genauer Blick ins Datenblatt verrät, dass der 74xx595 nur maximal 70mA über VCC bzw. GND ableiten kann. Und wenn man den IC nicht gnadenlos quälen, und damit die Lebensdauer und Zuverlässigkeit drastisch reduzieren will, gibt es nur zwei Auswege.<br />
<br />
* Den Strom pro LED auf 70/8 = 8,75mA begrenzen; Das reicht meistens aus um die LEDs schön leuchten zu lassen, vor allem bei low-current und ultrahellen LEDs<br />
* Wenn doch 20 mA pro LED gebraucht werden, kann man die folgende Trickschaltung anwenden.<br />
<br />
[[bild:8x20mA_LED_mit_74xx595.png|framed|center|Mehrere LED anschließen]]<br />
<br />
Der Trick besteht darin, dass 4 LEDs ihren Strom über das Schieberegister von VCC beziehen (HIGH aktiv) während die anderen vier ihren Strom über GND leiten (LOW aktiv). Damit bleiben ganz offiziell für jede LED 70/4 = 17,5mA. Um die Handhabung in der Software zu vereinfachen muss nur vor der Ausgabe der Daten das jeweilige Byte mit 0x0F XOR verknüpft werden, bevor es in das Schieberegister getaktet wird. Dadurch werden die LOW-aktiven LEDs richtig angesteuert und die Datenhandhabung in der Software muss nur mit HIGH-aktiven rechnen. Außerdem wird der G Eingang verwendet, um die Helligkeit aller LEDs per [[PWM]] zu steuern. Beachtet werden muss, dass die PWM im invertierten Modus generiert werden muss, da der Eingang G LOW aktiv ist.<br />
<br />
<B>Achtung!</B> Die Widerstände sind auf blaue LEDs mit 3,3V Flussspannung ausgelegt. Bei roten, gelben und grünen [[LED]]s ist die Flussspannung geringer und dementsprechend muss der Vorwiderstand größer sein.<br />
<br />
Wenn 20mA immer noch nicht reichen sollten oder z.B. RGB-LEDs mit gemeinsamer Anode angesteuert werden müssen, dann hilft nur ein stärkerer IC. Der Klassiker ist der TPIC6A595 von TI, er kombiniert ein Schieberegister mit MOSFETs, sodass hier 250mA pro Kanal zur Verfügung stehen.<br />
<br />
=== Achtung beim Startup! ===<br />
<br />
Die Ausgänge des '595 führen beim Einschalten undefinierte, also zufällige Pegel! Und der Eingang <span style="text-decoration:overline">SCL</span> löscht nur die Schieberegister-Flipflops (= unnütz, um mit <span style="text-decoration:overline">RESET</span> zu verbinden: Festlegung an U<sub>CC</sub> genügt vollauf). Sind deshalb ''definierte'' Pegel beim Einschalten unerlässlich, ''muss'' man <span style="text-decoration:overline">OE</span> beschalten:<br />
* Entweder mit einem weiteren Mikrocontroller-Ausgang (der mit einem externen Pull-Up-Widerstand zu beschalten ist und nach dem ersten Durchschieben dauerhaft auf LOW gelegt wird)<br />
* Oder mit einer RC(D)-Kombination, die die Ausgänge für eine gewisse Zeit auf Tristate hält. Spart einen Mikrocontroller-Pin.<br />
Obendrein sind, wie auch beim direkten Anschluss am Mikrocontroller, die betreffenden Ausgänge des '595 mit externen Pull-Up- oder Pull-Down-Widerständen zu beschalten.<br />
<br />
Man könnte meinen, dass der Anschluss <span style="text-decoration:overline">SCL</span> einfach ein böser Fallstrick ist, denn viel sinnvoller wäre eine Reset-Funktion für die Ausgangs-Flipflops. Schade dass es keinen Schaltkreis gibt, der das richtig implementiert; '''mikrocontroller.net''' würde einen solchen sofort empfehlen.<br />
<br />
== Porterweiterung für Eingänge ==<br />
<br />
Ein naher Verwandter des 74xx595 ist der [[74xx | 74xx165]], er ist quasi das Gegenstück. Hierbei handet es sich um ein ''8-bit parallel-in/serial-out shift register''. Auf Deutsch: Ein 8 Bit Schieberegister mit parallelem Eingang und seriellem Ausgang. Damit kann man eine große Anzahl Eingänge sehr einfach und preiswert zu seinem Mikrocontroller hinzufügen.<br />
<br />
=== Aufbau ===<br />
<br />
[[bild:74xx165-1.png|framed|center|Pinbelegung eines 165]]<br />
<br />
Der Aufbau ist sehr ähnlich zum 74xx595. Allerdings gibt es kein Register zum Zwischenspeichern. Das ist auch gar nicht nötig, da der IC ja einen parallelen Eingang hat. Der muss nicht zwischengespeichert werden. Es gibt hier also wirklich nur das Schieberegister. Dieses wird über den Eingang PL mit den parallelen Daten geladen. Dann können die Daten seriell mit Takten an CLK aus dem Ausgang Q7 geschoben werden.<br />
<br />
=== Funktionsweise ===<br />
<br />
DS ist der serielle Dateneingang, welcher im Falle von kaskadierten Schieberegistern mit dem Ausgang des vorhergehenden ICs verbunden wird.<br />
<br />
D0..D7 sind die parallelen Dateneingänge.<br />
<br />
Mittels des Eingangs PL ('''P'''arallel '''L'''oad) werden die Daten vom parallelen Eingang in das Schieberegister übernommen, wenn dieses Signal LOW ist. Hier muss man aber ein klein wenig aufpassen. Auf Grund der Schaltungsstruktur ist der Eingang PL mit dem Takt CLK verknüpft (obwohl es dafür keinen logischen Grund gibt :-0). Damit es nicht zu unerwünschten Fehlschaltungen kommt, muss der Takt CLK während des Ladens auf HIGH liegen. Wird PL wieder auf HIGH gesetzt, sind die Daten geladen. Das erste Bit liegt direkt am Ausgang Q7 an. Die restlichen Bits können nach und nach durch das Register geschoben werden.<br />
<br />
Der Eingang CE ('''C'''lock '''E'''nable) steuert, ob das Schieberegister auf den Takt CLK reagieren soll oder nicht. Ist CE gleich HIGH werden alle Takte an CLK ignoriert. Bei LOW werden mit jeder positiven Flanke die Daten um eine Stufe weiter geschoben.<br />
<br />
Wird am Eingang CLK eine LOW-HIGH Flanke angelegt und ist dabei CE auf LOW, dann werden die Daten im Schieberegister um eine Position weiter geschoben: DS->Q0, Q0->Q1, Q1->Q2, Q2->Q3, Q3->Q4, Q4->Q5, Q5->Q6, Q6->Q7. Q0..Q6 sind interne Signale, siehe [http://www.nxp.com/acrobat/datasheets/74HC_HCT165_CNV_2.pdf Datenblatt].<br />
<br />
Q7 ist der serielle Ausgang des Schieberegisters. Dort Werden Takt für Takt die Daten ausgegeben. Hier wird normalerweise der Eingang des Mikrocontrollers oder der Eingang des nächsten Schieberegisters angeschlossen.<br />
<br />
Q7\ ist der invertierte Ausgang des Schieberegisters. Er wird meist nicht verwendet.<br />
<br />
=== Schaltung ===<br />
<br />
Um nun beispielsweise zwei Schieberegister zu kaskadieren um 16 Eingangspins zu erhalten sollte man folgende Verschaltung vornehmen. Beachten sollte man dabei, dass<br />
<br />
* der serielle Eingang DS des ersten Schieberegisters (hier IC1) auf einen festen Pegel gelegt wird (LOW oder HIGH).<br />
* der serielle Datenausgang bei der Benutzung des SPI-Moduls an MISO und nicht an MOSI angeschlossen wird.<br />
<br />
[[bild:74xx165-2.png|framed|center|Anschluss eines 165]]<br />
<br />
Nachfolgend werden zwei Beispiele gezeigt, welche die Ansteuerung nach bekanntem Muster übernehmen. Nur dass hier eben Daten gelesen anstatt geschrieben werden. Zu beachten ist, dass hier ein anderer Modus der SPI-Ansteuerung verwendet werden muss, weil der Baustein das nötig macht. Das muss beachtet werden, wenn auch Schieberegister für Ausgänge verwendet werden. Dabei muss jeweils vor dem Zugriff auf die Ein- oder Ausgangsregister der Modus des Taktes (CPOL) umgeschaltet werden.<br />
<br />
=== Ansteuerung per Software ===<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
; Porterweiterung für Eingänge mit Schieberegister 74xx165<br />
; Ansteuerung per Software<br />
<br />
.include "m8def.inc"<br />
<br />
.def temp1 = r16<br />
.def temp2 = r17<br />
.def temp3 = r18<br />
<br />
; Pins anpassen, frei wählbar<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ SCHIEBE_PIN = PINB<br />
.equ CLK = PB3<br />
.equ PL = PB1<br />
.equ DIN = PB2<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Datensegment im RAM<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
.dseg<br />
.org 0x60<br />
Daten: .byte 2 ; Speicherplatz für Eingangsdaten<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Programmsegment im FLASH<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
.cseg<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
<br />
; CLK und PL als Ausgänge schalten<br />
<br />
ldi temp1, (1<<clk) | (1<<pl)<br />
out SCHIEBE_DDR, temp1<br />
<br />
sbi schiebe_port, clk ; Takt im Ruhezustand immer auf 1<br />
; komische Schaltung im 74xx165<br />
<br />
; Zwei Bytes einlesen<br />
<br />
ldi ZL,low(Daten)<br />
ldi ZH,high(Daten)<br />
ldi temp1,2<br />
rcall schiebe_eingang<br />
<br />
loop:<br />
rjmp loop<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; N Bytes seriell einlesen<br />
;<br />
; temp1 : N, Anzahl der Bytes<br />
; Z : Zeiger auf einen Datenbereich im SRAM<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
schiebe_eingang:<br />
push temp2 ; Register sichern<br />
push temp3<br />
<br />
cbi schiebe_port, pl ; Daten parallel laden<br />
sbi schiebe_port, pl<br />
<br />
schiebe_eingang_byte_schleife:<br />
<br />
ldi temp3, 8 ; Bitzähler<br />
schiebe_eingang_bit_schleife:<br />
lsl temp2 ; Daten weiterschieben<br />
<br />
; das IO Bit Din in das niederwerigste Bit von temp2 kopieren<br />
<br />
sbic schiebe_pin, din ; wenn Null, nächsten Befehl überspringen<br />
ori temp2,1 ; nein, Bit setzen<br />
<br />
cbi SCHIEBE_PORT, CLK ; Taktausgang auf 0<br />
sbi SCHIEBE_PORT, CLK ; und wieder zurück auf 1, dabei Daten schieben <br />
<br />
dec temp3 ; Bitzähler um eins verringern<br />
brne schiebe_eingang_bit_schleife ;wenn noch keine 8 Bits ausgegeben, nochmal<br />
<br />
st z+,temp2 ; Datenbyte speichern<br />
dec temp1 ; Anzahl Bytes um eins verringern<br />
brne schiebe_eingang_byte_schleife ; wenn noch mehr Bytes zu lesen sind<br />
<br />
pop temp3<br />
pop temp2<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
=== Ansteuerung per SPI-Modul ===<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
; Porterweiterung für Eingänge mit Schieberegister 74xx165<br />
; Ansteuerung per SPI-Modul<br />
<br />
.include "m8def.inc"<br />
<br />
.def temp1 = r16<br />
.def temp2 = r17<br />
.def temp3 = r18<br />
<br />
; Pins anpassen<br />
; diese müssen mit den SPI-Pins des AVR Typs übereinstimmen!<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ PL = PB2 ; SS<br />
.equ CLK = PB5 ; SCK<br />
.equ DIN = PB4 ; MISO<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Datensegment im RAM<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
.dseg<br />
.org 0x60<br />
Daten: .byte 2 ; Speicherplatz für Eingangsdaten<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Programmsegment im FLASH<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
.cseg<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
<br />
; CLK und PL als Ausgänge schalten<br />
<br />
ldi temp1,(1<<CLK) | (1<<PL)<br />
out SCHIEBE_DDR,temp1 <br />
;<br />
; SPI Modul konfigurieren<br />
;<br />
ldi temp1, (1<<SPE) | (1<<MSTR) | (1<<CPOL)<br />
out SPCR, temp1 ; keine Interrupts, MSB first, Master<br />
; CPOL = 1, CPHA =0<br />
; SCK Takt = 1/2 XTAL<br />
ldi temp1, (1<<SPI2X)<br />
out SPSR,temp1 ; double speed aktivieren<br />
out SPDR,temp1 ; Dummy Daten, um SPIF zu setzen<br />
<br />
; Zwei Bytes einlesen<br />
<br />
ldi ZL,low(Daten)<br />
ldi ZH,high(Daten)<br />
ldi temp1,2<br />
rcall schiebe_eingang<br />
<br />
loop:<br />
rjmp loop<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; N Bytes seriell einlesen<br />
;<br />
; temp1 : N, Anzahl der Bytes<br />
; Z : Zeiger auf einen Datenbereich im SRAM<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
schiebe_eingang:<br />
push temp2 ; Register sichern<br />
<br />
; CLK ist im Ruhezustand schon auf HIGH, CPOL=1<br />
<br />
dummyende:<br />
sbis SPSR,7 ; prüfe ob Dummy Übertragung beendet ist, sonst<br />
rjmp dummyende ; kann es bei langsameren Übertragungsraten zu<br />
; Überschneidungen kommen.<br />
<br />
<br />
cbi schiebe_port, pl ; Daten parallel laden<br />
sbi schiebe_port, pl<br />
<br />
schiebe_eingang_1:<br />
sbis SPSR,7 ; prüfe ob eine alte Übertragung beendet ist<br />
rjmp schiebe_eingang_1<br />
<br />
schiebe_eingang_byte_schleife:<br />
out SPDR,temp1 ; beliebige Daten ins SPI Modul schreiben<br />
; um die Übertragung zu starten<br />
schiebe_eingang_2:<br />
sbis SPSR,7 ; auf das Ende der Übertragung warten<br />
rjmp schiebe_eingang_2<br />
<br />
in temp2, spdr ; Daten lesen<br />
st z+,temp2 ; Datenbyte speichern<br />
dec temp1 ; Anzahl Bytes um eins verringern<br />
brne schiebe_eingang_byte_schleife ; wenn noch mehr Bytes zu lesen sind<br />
<br />
pop temp2<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
== Beides in ''einer'' Kette ==<br />
<br />
Kann man die '595 und die '165 an ''einem'' SPI-Anschluss betreiben?<br />
<br />
Ja, einfach verketten. Das geht auch „durcheinander“. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten:<br />
<br />
* Man verwendet ''getrennte'' Anschlüsse am Mikrocontroller für die Parallelübernahme der '595 (Ausgänge) und '165 (Eingänge). Dann sollten die Ausgänge am Ketten-Anfang (MOSI) und die Eingänge am Ketten-Ende (MISO) liegen. Beispielsweise werden für 3 Stück '595 und 2 Stück '165 24 Schiebetakte zum Ausgeben (mit anschließendem ↑RCLK) und 16 Schiebetakte (mit vorausgehendem ¬PL) zum Einlesen benötigt.<br />
<br />
* Man verwendet einen ''gemeinsamen'' Anschluss '''¬L''' für ↑RCLK und ¬PL, ein Pin sparend. Die o.g. Reihenfolge der '595 und '165 ist weiterhin vorteilhaft. Nach dem o.g. Beispiel gilt folgendes Regime zum Ausgeben und Einlesen in einem Rutsch:<br />
** Low-Nadel an ¬L (zum Laden der '165-Flipflops; die '595-Ausgänge verändern sich nicht)<br />
** 8 x 3 = 24 Schiebetakte (auch zum Nur-Einlesen müssen die Ausgabedaten wiederholt ausgegeben werden)<br />
** Low-Nadel an ¬L (zum Aktualisieren der '595-Ausgänge; das erneute Einlesen in den '165 ist ohne Belang)<br />
<br />
Kann man per Software messen, wie lang die Kette ist?<br />
<br />
Für bestimmte PnP-artige Lösungen ist es zweckmäßig, die Länge der Kette zu kennen:<br />
Man schiebt einfach eine einzelne 1 (oder eine einzelne 0) durch die Kette, ohne Parallelübernahmen. Vorher muss man die Kette in ihrer zu erwartenden Maximallänge initialisieren. Benutzt man byteweise arbeitende Hardware-SPI, wird man auf ganze Byte-Längen vertrauen und kann für mehr Sicherheit ein bestimmtes Kennbyte durchschicken.<br />
<br />
Kann man per Software messen, ''wo'' die '595 und die '165 liegen?<br />
<br />
Nur wenn man davon ausgeht, dass sich die Eingänge nicht allzu schnell ändern. Das ist bei Tastern klar der Fall. Eine 100-prozentige Sicherheit gibt es nicht. Man schiebt ein bestimmtes Bitmuster (Byte) durch und nimmt '595 dort an, wo das Bitmuster auch zurückkommt. Man verwende mindestens 2 verschiedene Bitmuster, um eine derartige Eingangskombination auszuschließen. Wer ziemlich sicher gehen will, schiebt in einer Schleife alle 256 verschiedenen Kombinationen durch. Wenn (bei gemeinsamen ¬L) die Ausgänge unzulässig zappeln, muss man ¬OE beschalten, oder genau jene Bitkombinationen vermeiden.<br />
<br />
Kann man andere SPI-Hardware in die Kette einfügen?<br />
<br />
Genau dafür ist SPI gemacht! Aber nicht jeder (bspw.) A/D-Wandler ist dafür geeignet: Es muss möglich sein, Daten ''unverändert'' durchzuschieben. Oder wenigstens herumzuleiten. Wenn nicht, ist die einzig mögliche Anordnung ''zwischen'' den '595 (am Kettenanfang) und den '165 (am Kettenende). In der Regel wird eine gesonderte Chipselect-Leitung vom Mikrocontroller benötigt; nur in Ausnahmefällen ist o.g. '''¬L''' dafür geeignet (Datenblatt studieren!). Das Chipselect aus einem '595 zu generieren geht auch.<br />
<br />
Was für Vorteile bringen '595 und '165 gegenüber einem größeren Mikrocontroller?<br />
<br />
* Preis! Controller mit mehr Beinchen kosten oftmals deutlich mehr<br />
* Günstigeres Routing zu weiter entfernten Schaltungsteilen<br />
* Kleinere Steckverbinder zu weiteren Platinen, etwa Anzeige- und Bedien-Frontplatten<br />
* Beliebige Verlängerbarkeit<br />
* Exakt gleichzeitige Aktualisierung der Ausgänge und Abfrage der Eingänge, auch bei mehr als der Mikrocontroller-Portbreite (kann helfen, knifflige Übergangsprobleme zu lösen)<br />
* ESD-Schutz und Überlastschutz des Controllers<br />
* Einfache Pegelkonvertierung (typisch 3 V ↔ 5 V) mit 74HCT-Bauelementen<br />
* Verbleib beim „gewohnten“ Mikrocontroller möglich<br />
<br />
Und welche Nachteile handelt man sich ein?<br />
<br />
* Fehlende Sonderfunktionen (etwa Hardware-PWM, Interrupts)<br />
* Fehlende Bidirektionalität<br />
* Geringere Geschwindigkeit sowie zusätzliche Verzögerung beim Startup<br />
** In Zahlen: Bei 16 MHz und Hardware-SPI dauert das Befüllen ''eines'' '595 genau 1 µs: Schiebetakt 8 MHz. Ein OUT-Befehl zu einem 8-Bit-Port ist 16-mal schneller. Auch die ''zusätzliche'' Startup-Verzögerung liegt in diesem Bereich<br />
** Der wesentliche Teil der Gesamt-Startup-Verzögerung kommt vom Startup-Timer, der nur mittels Fuse-Bits eingestellt werden kann. Hat man einen Arduino, braucht man ein Programmiergerät um diese zu ändern. Beispielsweise 65 ms + 16K Takte (@ 16 MHz) = 66 ms. Die Initialisierungsroutine bis main() initialisiert den RAM-Bereich [und geht bei C++ durch die statischen Konstruktoren], dauert 9 Takte pro Byte, bei 1 KByte 9K Takte, fällt mit ≈ 500 µs nicht so sehr ins Gewicht, wenn die Startup-Verzögerung so groß ist. Die Startup-Verzögerung ist kein Problem im Vergleich zu echten Mikrocontroller-Portpins, denn auch diese können nur verzögert angesteuert werden.<br />
* Fehlende Weak-Pullups (bei den Eingängen, es sei denn, man verwendet veraltete 74LS165)<br />
* Höherer Bestückungsaufwand durch das Mehr an Bauteilen<br />
<br />
== Bekannte Probleme ==<br />
<br />
AVR Studio 4.12 (Build 498) hat Probleme bei der korrekten Simulation des SPI-Moduls.<br />
<br />
* Der Double-Speed Modus funktioniert nicht.<br />
<br />
* Das Bit SPIF im Register SPSR, welches laut Dokumentation nur lesbar ist, ist im Simulator auch schreibbar! Das kann zu Verwirrung und Fehlern in der Simulation führen.<br />
<br />
Hardwareprobleme<br />
<br />
* Wenn das SPI-Modul aktiviert wird, wird '''NICHT''' automatisch SPIF gesetzt, es bleibt auf Null. Damit würde die erste Abfrage in ''Schiebe_alles'' in einer Endlosschleife hängen bleiben. Deshalb muss nach der Initialisierung des SPI-Moduls ein Dummy-Byte gesendet werden, damit am Ende der Übertragung SPIF gesetzt wird<br />
<br />
* Da das SPI-Modul in Senderichtung nur einfach gepuffert ist, ist es nicht möglich absolut lückenlos Daten zu senden, auch wenn man mit '''nop''' eine feste minimale Zeit zwischen zwei Bytes warten würde. Zwischen zwei Bytes muss immer eine Pause von mind. 2 Systemtakten eingehalten werden.<br />
<br />
== Weblinks ==<br />
<br />
* [http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2585.pdf AVR151: Setup And Use of The SPI] Atmel Application Note (PDF)<br />
* [http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/7/4/H/C/74HC595.shtml datasheetcatalog.com: 74HC595]<br />
* [http://www.rn-wissen.de/index.php/Portexpander_am_AVR Roboternetz: Portexpander am AVR]<br />
* [http://conductiveresistance.com/interactive-595-shift-register-simulator/ Interactive 595 Shift Register Simulator]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/215399#2145277 48 I/O Porterweiterung mit Schieberegister 74HC595 und 74HC165]<br />
----<br />
<br />
{{Navigation_zurückhochvor|<br />
zurücktext=PWM|<br />
zurücklink=AVR-Tutorial: PWM|<br />
hochtext=Inhaltsverzeichnis|<br />
hochlink=AVR-Tutorial|<br />
vortext=SRAM|<br />
vorlink=AVR-Tutorial: SRAM}}<br />
<br />
[[Category:AVR-Tutorial|Schieberegister]]<br />
[[Category:SPI]]<br />
[[Category:Portexpander]]</div>134.109.52.140https://www.mikrocontroller.net/index.php?title=AVR-Tutorial:_Schieberegister&diff=96776AVR-Tutorial: Schieberegister2017-07-11T14:36:07Z<p>134.109.52.140: Alternative zum Treiben von MOSFETs</p>
<hr />
<div>Ab und an stellt sich folgendes Problem: Man würde wesentlich mehr Ausgangspins oder Eingangspins benötigen als der [[Mikrocontroller]] zur Verfügung stellt. Ein möglicher Ausweg ist eine Porterweiterung mit einem Schieberegister. Zwei beliebte Schieberegister sind beispielsweise der 74xx595 bzw. der 74xx165.<br />
<br />
== Porterweiterung für Ausgänge ==<br />
<br />
Um neue Ausgangspins zu gewinnen kann der [[74xx | 74xx595]] verwendet werden. Dabei handelt es sich um ein ''8-Bit 3-state Serial-in/Serial-out or Parallel-Out Schieberegister mit einem Ausgangsregister und einem asynchronen Reset''.<br />
<br />
Hinter dieser kompliziert anmutenden Beschreibung verbirgt sich eine einfache Funktionalität: Das Schieberegister besteht aus zwei Funktionseinheiten: Dem eigentlichen Schieberegister und dem Ausgangsregister. In das Schieberegister können die Daten seriell hineingetaktet werden und durch ein bestimmtes Signal werden die Daten des Schieberegisters in das Ausgangsregister übernommen und können von dort auf die Ausgangspins geschaltet werden.<br />
<br />
Im Einzelnen bedeuten die Begriffe:<br />
<br />
<center><br />
{| {{Tabelle}}<br />
|- style="background-color:#ffddcc"<br />
! Begriff || Erklärung<br />
|-<br />
||8-Bit<br />
|align="left"| Acht Ausgangs[[Bit|bit]]s<br />
|-<br />
||3-state<br>(lies: Tristejt)<br />
|align="left"| Die acht Registerausgänge können drei Zustände, Low, High und High-Impedanz annehmen.<BR>Siehe [[Ausgangsstufen Logik-ICs]]<br />
|-<br />
||Serial-in<br />
|align="left"| Serieller Eingang des Schieberegisters<br />
|-<br />
||Serial-out<br />
|align="left"| Serieller Ausgang des Schieberegisters<br />
|-<br />
||Parallel-Out<br />
|align="left"| Parallele Ausgänge des Ausgangsregisters. Hier 3-state<br />
|-<br />
||Schieberegister<br />
|align="left"| Serielle Daten werden durch den Baustein durchgeschoben<br />
|-<br />
|Ausgangsregister<br />
|align="left"| Ein Speicher, welcher die Daten des Schieberegisters zwischenspeichern kann.<BR>Dieses besteht aus acht [[FlipFlop]]s.<br />
|-<br />
|Asynchroner Reset<br />
|align="left"| Die Daten im Schieberegister können asynchron zurückgesetzt werden.<br />
|-<br />
|asynchron (Eingang)<br />
|align="left"| Der Eingang wirkt ohne zusätzliche Taktflanke.<br>Der Gegenentwurf „synchron“ meint, dass der Eingang nur bei Flanke am Takteingang zur Wirkung kommt.<br />
|}<br />
</center><br />
<br />
=== Aufbau 74xx595 ===<br />
<br />
[[Bild:74xx595-1.png|framed|center|Pinbelegung eines 595]]<br />
<br />
Hinweis: Die Benennung der Pins in den Datenblättern verschiedener Hersteller unterscheidet sich zum Teil. Die Funktionen der Pins sind jedoch gleich. <br />
<br />
Werden viele Ausgänge mit bis zu 15 Volt benötigt (typischerweise zum Durchsteuern von MOSFETs, die nicht „logik-kompatibel“ sind), eignet sich der CMOS-Typ CD4096B zum Ersatz des '595, mit abweichender Pinbelegung. Seine Verwendung erfordert nur drei Pegelkonverter, etwa ½ 4504, ¾ 40109 oder diskret aufgebaut. Die genannten ICs sind preiswert und leicht beschaffbar.<br />
<br />
Achtung: Es gibt auch noch einen IC von TI mit eingebauten Treibern 50 V 150 mA, den TPIC6B595, der hat 20 Pins und eine abweichende Pinbelegung: http://www.ti.com/product/tpic6b595<br />
Auch dieser IC ist leicht beschaffbar. Man kann diesen aus einem '595 und einem ULN2803 vorstellen bzw. zusammensetzen: Seine Ausgänge ziehen nur nach Low, nicht nach High. Für den Anschluss von Relais werden externe Freilaufdioden benötigt, die beim ULN2803 integriert sind.<br />
<br />
==== HC oder HCT? ====<br />
<br />
Mal gibt es 74'''HC'''595, mal 74'''HCT'''595.<br />
Diese beiden Typen unterscheiden sich nur dadurch, wie sie Eingangs-Signale erkennen:<br />
* HC: High-Signal muss mindestens ca. 75% der Betriebsspannung haben (siehe V<sub>IH</sub> im Datenblatt);<br />
* HC'''T''': TTL-kompatibel: High-Signal muss mindestens 2 V haben (Betriebsspannung ist immer 5 V).<br />
Es gibt auch 74LS595. In der modernen CMOS-Welt sollte man sich Low-Power-Schottky (= bipolar = Ruhestrom fressend) nicht mehr antun.<br />
<br />
Im allgemeinen kann man alle Typen gleichermaßen verwenden und nimmt einfach den billigsten oder verfügbarsten. Nur beim Übergang zu echtem TTL oder verschiedenen Speisespannungen für Mikrocontroller und Portexpander wird es interessant.<br />
<br />
Ein häufiges Szenario ist ein Mikrocontroller mit 3-V-Speisung (etwa ein ARM7 oder MSP430). Dann kann man mit einem 74'''HCT'''595, an 5 V betrieben, echte 5-V-Ausgänge und die Pegelkonvertierung dazu haben.<br />
74'''HC'''595 funktionieren hier nur mit Glück, und bei noch geringerer Speisespannung des Controllers — etwa 2,5 V — gar nicht.<br />
<br />
=== Pinbelegung 74xx595 ===<br />
<br />
<center><br />
{| {{Tabelle}}<br />
|- style="background-color:#ffddcc"<br />
! DIL Pin-Nummer || Funktion || Dieses Tutorial || Motorola / ON Semi || Philips / NXP || Fairchild || SGS|| Texas Instruments<br />
|-<br />
| 1 || Ausgang B || QB || Q<sub>B</sub> || Q<sub>1</sub> || Q<sub>B</sub> || QB|| Q<sub>B</sub> <br />
|-<br />
| 2 || Ausgang C || QC || Q<sub>C</sub> || Q<sub>2</sub> || Q<sub>C</sub> || QC|| Q<sub>C</sub> <br />
|-<br />
| 3 || Ausgang D || QD || Q<sub>D</sub> || Q<sub>3</sub> || Q<sub>D</sub> || QD|| Q<sub>D</sub> <br />
|-<br />
| 4 || Ausgang E || QE || Q<sub>E</sub> || Q<sub>4</sub> || Q<sub>E</sub> || QE|| Q<sub>E</sub> <br />
|-<br />
| 5 || Ausgang F || QF || Q<sub>F</sub> || Q<sub>5</sub> || Q<sub>F</sub> || QF|| Q<sub>F</sub> <br />
|-<br />
| 6 || Ausgang G || QG || Q<sub>G</sub> || Q<sub>6</sub> || Q<sub>G</sub> || QG|| Q<sub>G</sub> <br />
|-<br />
| 7 || Ausgang H || QH || Q<sub>H</sub> || Q<sub>7</sub> || Q<sub>H</sub> || QH|| Q<sub>H</sub> <br />
|-<br />
| 8 || Masse, 0 V || [nicht dargestellt] || GND || GND || GND || GND|| GND<br />
|-<br />
| 9 || Serieller Ausgang || QH* || SQ<sub>H</sub> || Q<sub>7</sub>´ ||Q'<sub>H</sub> || QH´||Q<sub>H'</sub> <br />
|-<br />
| 10 || Reset für Schieberegister || SCL || RESET || /MR || /SCLR || /SCLR || /SRCLR<br />
|-<br />
| 11 || Schiebetakt || SCK || SHIFT CLOCK || SH<sub>CP</sub> || SCK || SCK || SRCLK<br />
|-<br />
| 12 || Speichertakt || RCK || LATCH CLOCK || ST<sub>CP</sub> || RCK || RCK || RCLK<br />
|-<br />
| 13 || Ausgangssteuerung || G || OUTPUT ENABLE || /OE || /G || /G || /OE<br />
|-<br />
| 14 || Serieller Dateneingang || SER || A || D<sub>S</sub> || SER || SI || SER<br />
|-<br />
| 15 || Ausgang A || QA || Q<sub>A</sub> || Q<sub>0</sub> || Q<sub>A</sub> || QA|| Q<sub>A</sub> <br />
|-<br />
| 16 || Betriebsspannung || [nicht dargestellt] || V<sub>CC</sub> || V<sub>CC</sub> || V<sub>CC</sub> || V<sub>CC</sub>|| V<sub>CC</sub><br />
|}<br />
</center><br />
<br />
Der Baustein besteht aus zwei Einheiten:<br />
* dem Schieberegister<br />
* dem Ausgangsregister<br />
<br />
Im Schieberegister werden die einzelnen Bits durchgeschoben. Mit jeder positiven Taktflanke(LOW -> HIGH) an '''SCK''' wird eine Schiebeoperation durchgeführt.<br />
<br />
Das Ausgangsregister hat die Aufgabe die Ausgangspins des Bausteins anzusteuern. Durch dieses Ausgangsregister ist es möglich, die Schiebeoperationen im Hintergrund durchzuführen, ohne dass IC Pins ihren Wert ändern. Erst wenn die Schiebeoperation abgeschlossen ist, wird der aktuelle Zustand der Schieberegisterkette durch einen Puls an '''RCK''' in das Ausgangsregister übernommen.<br />
<br />
===Funktionsweise===<br />
<br />
Am Eingang '''SER''' (Pin 14) wird das gewünschte nächste Datum (0 oder 1) angelegt. Durch einen positiven Puls an '''SCK''' (Pin 11) wird der momentan an '''SER''' anliegende Wert als neuer Wert für Bit 0, das unterste Bit des Schieberegisters, übernommen. Gleichzeitig werden alle anderen Bits im Schieberegister um eine Stelle verschoben: Das Bit 6 wird ins Bit 7 übernommen, Bit 5 ins Bit 6, Bit 4 ins Bit 5, etc. sodass das Bit 0 zur Aufnahme des '''SER''' Bits frei wird.<br />
<br />
[[Bild:74xx595-2.png|center]]<br />
<br />
Eine Sonderstellung nimmt das ursprüngliche Bit 7 ein. Dieses Bit steht direkt auch am Ausgang '''QH*''' (Pin 9) zur Verfügung. Dadurch ist es möglich an ein Schieberegister einen weiteren Baustein 74xxx595 anzuschließen und so beliebig viele Schieberegister hintereinander zu schalten (kaskadieren). Auf diese Art lassen sich Schieberegister mit beliebig vielen Stufen aufbauen.<br />
<br />
Wurde das Schieberegister mit den Daten gefüllt, so wird mit einem LOW-HIGH Puls am Pin 12, '''RCK''' der Inhalt des Schieberegisters in das Ausgangsregister übernommen.<br />
<br />
[[Bild:74xx595-3.png|center]]<br />
<br />
Mit dem Eingang '''G''' (Pin 13) kann das Ausgangsregister freigegeben werden. Liegt '''G''' auf 0, so führen die Ausgänge '''QA''' bis '''QH''' entsprechende Pegel. Liegt '''G''' auf 1, so schalten die Ausgänge '''QA''' bis '''QH''' auf [[Ausgangsstufen Logik-ICs |Tristate]]. D.h. sie treiben aktiv weder LOW oder HIGH, sondern sind hochohmig wie ein Eingang und nehmen jeden Pegel an, der ihnen von außen aufgezwungen wird.<br />
<br />
Bleibt nur noch der Eingang '''SCL'''(Pin 10). Mit ihm kann das Schieberegister im Baustein gelöscht, also auf eine definierte 0, gesetzt werden.<br />
<br />
Die Ansteuerung eines 74xxx595 Schieberegisters gestaltet sich sehr einfach. Im Grunde gibt es 2 Möglichkeiten:<br />
* Mittels [[SPI]] kann der [[AVR]] das Schieberegister direkt und autark ansteuern. Das ist sehr schnell und verbraucht nur wenig CPU-Leistung<br />
* Sind die entsprechenden SPI-Pins am AVR nicht frei, so ist auch eine softwaremäßige Ansteuerung des Schieberegisters mit einfachen Mitteln durchführbar.<br />
<br />
=== Ansteuerung per Software===<br />
<br />
[[Bild:Mega8-595.gif|framed|right|Anschluss eines 595]]<br />
Für eine komplette Softwarelösung kann das Schieberegister an jede beliebige Port-Pin Kombination angeschlossen werden. Wir wählen die Pins '''PB0''', '''PB1''', '''PB2''' und '''PB3''' um dort die Schieberegisteranschlüsse '''SER''', '''SCK''', '''SCL''' und '''RCK''' anzuschließen. Des Weiteren muss das Schieberegister mit Spannung versorgt werden, auch wenn das rechts im Bild nicht eingezeichnet ist. Pin 16 muss auf +5V und Pin 8 auf GND geschaltet werden.<br />
<br />
<br />
Die Programmierung gestaltet sich dann nach folgendem Schema: Die 8 Bits eines Bytes werden nacheinander an den Ausgang '''PB0''' ('''SER''') ausgegeben. Durch Generierung eines Pulses 0-1-0 an Pin '''PB1''' ('''SCK''') übernimmt das Schieberegister nacheinander die einzelnen Bits. Dabei ist zu beachten, dass die Ausgabe mit dem höherwertigen Bit beginnen muss, denn dieses Bit wandert ja am weitesten zur Stelle '''QH'''. Sind alle 8 Bits ausgegeben, so wird durch einen weiteren 0-1-0 Impuls am Pin '''PB3''' ('''RCK''') der Inhalt der Schieberegisterbits 0 bis 7 in die Ausgaberegister '''QA''' bis '''QH''' übernommen. Dadurch, dass am Schieberegister der Eingang '''G''' konstant auf 0-Pegel gehalten wird, erscheint dann auch die Ausgabe sofort an den entsprechenden Pins und kann zb. mit LEDs (low-current LEDs + Vorwiderstand verwenden) sichtbar gemacht werden.<br />
<br />
Der Schieberegistereingang '''SCL''' wird auf einer 1 gehalten. Würde er<br />
auf 0 gehen, so würde die Schieberegisterkette gelöscht. Möchte man einen weiteren Prozessorpin einsparen, so kann man diesen Pin auch generell auf Vcc legen. Das Schieberegister könnte man in so einem Fall durch Einschreiben von 0x00 immer noch löschen.<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
.include "m8def.inc"<br />
<br />
.def temp1 = r16<br />
.def temp2 = r17<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ RCK = 3<br />
.equ SCK = 1<br />
.equ SCL = 2<br />
.equ SIN = 0<br />
<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
<br />
;<br />
; Die Port Pins auf Ausgang konfigurieren<br />
;<br />
ldi temp1, (1<<RCK) | (1<<SCK) | (1<<SCL) | (1<<SIN) ; Anm.1<br />
out SCHIEBE_DDR, temp1<br />
<br />
;<br />
; die Clear Leitung am Schieberegister auf 1 stellen<br />
;<br />
sbi SCHIEBE_PORT, SCL<br />
<br />
;<br />
; Ein Datenbyte ausgeben<br />
;<br />
ldi temp1, 0b10101010<br />
rcall Schiebe<br />
rcall SchiebeOut<br />
<br />
loop:<br />
rjmp loop<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Die Ausgabe im Schieberegister in das Ausgaberegister übernehmen<br />
;<br />
; Dazu am RCK Eingang am Schieberegister einen 0-1-0 Puls erzeugen<br />
;<br />
SchiebeOut:<br />
sbi SCHIEBE_PORT, RCK<br />
cbi SCHIEBE_PORT, RCK<br />
ret<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; 8 Bits aus temp1 an das Schieberegister ausgeben<br />
Schiebe:<br />
push temp2<br />
ldi temp2, 8 ; 8 Bits müssen ausgegeben werden<br />
<br />
Schiebe_1:<br />
;<br />
; jeweils das höchstwertige Bit aus temp1 ins Carry-Flag schieben<br />
; Je nach Zustand des Carry-Flags wird die Datenleitung entsprechend<br />
; gesetzt oder gelöscht<br />
;<br />
rol temp1 ; MSB -> Carry<br />
brcs Schiebe_One ; Carry gesetzt? -> weiter bei Schiebe_One<br />
cbi SCHIEBE_PORT, SIN ; Eine 0 ausgeben<br />
rjmp Schiebe_Clock ; und Sprung zur Clock Puls Generierung<br />
Schiebe_One:<br />
sbi SCHIEBE_PORT, SIN ; Eine 1 ausgeben<br />
<br />
;<br />
; einen Impuls an SCK zur Übernahme des Bits nachschieben<br />
;<br />
Schiebe_Clock:<br />
sbi SCHIEBE_PORT, SCK ; Clock-Ausgang auf 1 ...<br />
cbi SCHIEBE_PORT, SCK ; und wieder zurück auf 0<br />
<br />
dec temp2 ; Anzahl der ausgegebenen Bits runterzählen<br />
brne Schiebe_1 ; Wenn noch keine 8 Bits ausgegeben -> Schleife bilden<br />
<br />
pop temp2<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
Anm.1: Siehe [[Bitmanipulation]]<br />
<br />
=== Ansteuerung per SPI-Modul===<br />
[[Bild:Mega8-595-SPI.png|framed|right|Anschluss eines 595 per SPI]]<br />
Noch schneller geht die Ansteuerung des Schieberegisters mittels [[Serial_Peripheral_Interface | SPI]]-Modul, welches in fast allen AVRs vorhanden ist. Hier wird der Pin '''SCL''' nicht benutzt, da das praktisch keinen Sinn hat. Er muss also fest auf VCC gelegt werden. (Oder mit den Reset-Pin des AVRs, das mit einer RC Schaltung versehen ist, verbunden werden. Damit erreicht man einen definierten Anfangszustand des Schieberegisters.) Die Pins für '''SCK''' und '''SIN''' sind durch den jeweiligen AVR fest vorgegeben. '''SCK''' vom 74xxx595 wird mit '''SCK''' vom AVR verbunden sowie '''SIN''' mit '''MOSI''' ('''M'''aster '''O'''ut, '''S'''lave '''I'''n). '''MISO''' ('''M'''aster '''I'''n, '''S'''lave '''O'''ut) ist hier ungenutzt. Es kann NICHT für '''RCK''' verwendet werden, da es im SPI-Master Modus immer ein Eingang ist! Es kann aber als allgemeiner Eingang oder für 74HC165 ([[#Porterweiterung_für_Eingänge|siehe unten]]) verwendet werden.<br />
<br />
Der AVR-Pin '''SS''' wird sinnvollerweise als '''RCK''' benutzt, da er sowieso als Ausgang geschaltet werden '''muss''', sonst gibt es böse Überaschungen (siehe Datenblatt „SS Pin Functionality“). Dieser sollte mit einem Widerstand von 10 kΩ nach Masse, während der Start- und Initialisierungsphase, auf L-Potential gehalten werden. `('''SS''' ist während dieser Zeit noch im Tri-State und es könnte passieren, dass die zufälligen Daten des Schieberegisters in das Ausgangslatch übernommen werden.)<br />
<br />
Bei den kleineren ATtinys mit '''USI''' (Universal Serial Interface) darf man sich von den Pin-Bezeichnungen MOSI und MISO nicht [http://de.wikipedia.org/wiki/Bockshorn_(Redensart) ins Bockshorn jagen] lassen: Hier ist MISO der Ausgang(!) '''DO''' und MOSI der Eingang(!) '''DI'''. Die Pinbezeichnungen MOSI und MISO sind nur zum Programmieren und irreführend, weil ohnehin nur für den Slave-Betrieb.<br />
<br />
Je nach Bedarf kann man die Taktrate des SPI-Moduls zwischen 1/2 ... 1/128 des CPU-Taktes wählen. Es spricht kaum etwas dagegen mit maximaler Geschwindigkeit zu arbeiten. Die AVRs können zur Zeit mit maximal 20 MHz getaktet werden, d.h. es sind maximal 10 MHz SPI-Takt möglich. Das ist für ein 74xxx595 kein Problem. Die Übertragung von 8 Bit dauert dann gerade mal 800 ns!<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
.include "m8def.inc"<br />
<br />
.def temp1 = r16<br />
<br />
; Die Definitionen müssen an den jeweiligen AVR angepasst werden<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ RCK = PB2 ; SS<br />
.equ SCK = PB5 ; SCK<br />
.equ SIN = PB3 ; MOSI<br />
<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
;<br />
; SCK, MOSI, SS als Ausgänge schalten<br />
;<br />
in temp1, SCHIEBE_DDR<br />
ori temp1, (1<<SIN) | (1<<SCK) | (1<<RCK) <br />
out SCHIEBE_DDR,temp1 <br />
;<br />
; SPI Modul konfigurieren<br />
;<br />
ldi temp1, (1<<SPE) | (1<<MSTR)<br />
out SPCR, temp1 ; keine Interrupts, MSB first, Master<br />
; CPOL = 0, CPHA =0<br />
; SCK Takt = 1/2 XTAL<br />
ldi temp1, (1<<SPI2X)<br />
out SPSR, temp1 ; double speed aktivieren<br />
out SPDR, temp1 ; Dummy Daten, um SPIF zu setzen<br />
;<br />
; Ein Datenbyte ausgeben<br />
;<br />
ldi temp1, 0b10101010<br />
rcall Schiebe ; Daten schieben<br />
rcall SchiebeOut ; Daten in Ausgangsregister übernehmen<br />
<br />
loop:<br />
rjmp loop<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Die Daten im Schieberegister in das Ausgaberegister übernehmen<br />
;<br />
; Dazu am RCK Eingang am Schieberegister einen 0-1-0 Puls erzeugen<br />
;<br />
SchiebeOut:<br />
sbis SPSR, SPIF ; prüfe ob eine alte Übertragung beendet ist<br />
rjmp SchiebeOut<br />
sbi SCHIEBE_PORT, RCK<br />
cbi SCHIEBE_PORT, RCK<br />
ret<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; 8 Bits aus temp1 an das Schieberegister ausgeben<br />
;<br />
Schiebe:<br />
sbis SPSR, SPIF ; prüfe ob eine alte Übertragung beendet ist<br />
rjmp Schiebe<br />
out SPDR, temp1 ; Daten ins SPI Modul schreiben, Übertragung beginnt automatisch<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
===Kaskadieren von Schieberegistern===<br />
<br />
[[Bild:Mega8-595-2.gif|framed|right|Kaskadieren mehrerer 595]]<br />
Um ein Schieberegister anzuschließen genügen also im einfachsten Fall 4 freie Prozessorpins (3 wenn '''SCL''' nicht benutzt wird) um weitere 8 Ausgangsleitungen zu bekommen. Genügen diese 8 Leitungen nicht, so kann ohne Probleme ein weiteres Schieberegister an das bereits vorhandene angeschlossen werden.<br />
<br />
Das nächste Schieberegister wird mit seinem Dateneingang '''SER''' einfach an den dafür vorgesehenen Ausgang '''QH*''' des vorhergehenden Schieberegisters angeschlossen. Die Steuerleitungen '''SCK''', '''RCK''' und '''SCL''' werden parallel zu den bereits vorhandenen geschaltet. Konzeptionell erhält man dadurch ein Schieberegister mit einer Breite von 16 Bit. Werden weiter Bausteine in derselben Manier angeschlossen, so erhöht sich die Anzahl der zur Verfügung stehenden Ausgabeleitungen mit jedem Baustein um 8 ohne dass sich die Anzahl der am Prozessor notwendigen Ausgabepins erhöhen würde. Um diese weiteren Register zu nutzen, muss man in der reinen Softwarelösung nur mehrfach die Funktion '''Schiebe''' aufrufen, um alle Daten auszugeben. Am Ende werden dann mit '''SchiebeOut''' die Daten in die Ausgangsregister übernommen.<br />
<br />
Bei der SPI Lösung werden ebenfalls ganz einfach mehrere Bytes über SPI ausgegeben, ehe dann mittels '''RCK''' die in die Schieberegisterkette eingetakteten Bits in das Ausgangsregister übernommen werden.<br />
Um das Ganze ein wenig zu vereinfachen, soll hier eine Funktion zur Ansteuerung mehrerer kaskadierter Schieberegister über das SPI-Modul gezeigt werden. Dabei wird die Ausgabe mehrerer Bytes über eine Schleife realisiert, mehrfache Aufrufe der Funktion sind damit nicht nötig. Statt dessen übergibt man einen Zeiger auf einen Datenblock im RAM sowie die Anzahl der zu übertragenden Bytes. Außerdem wird die Datenübernahme durch '''RCK''' standardkonform integriert. Denn bei nahezu allen ICs mit SPI wird ein sog. CS-Pin verwendet ('''C'''hip '''S'''elect) Dieser Pin ist meist LOW aktiv, d.h. wenn er HIGH ist, ignoriert der IC alle Signale an '''SCK''' und '''MOSI''' und gibt keine Daten an MISO aus. Ist er LOW, dann ist der IC aktiv und funktioniert normal. Bei der steigenden Flanke an '''CS''' werden die Daten ins Ausgangsregister übernommen. Die Funktion ist sehr schnell, da die Zeit während der die Übertragung eines Bytes läuft, dazu genutzt wird, den Schleifenzähler zu verringern und zu prüfen sowie neue Sendedaten zu laden. Zwischen den einzelnen Bytes gibt es somit nur eine Pause von max. 6 Systemtakten.<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
.include "m8def.inc"<br />
.def temp1 = r16<br />
<br />
; Die Definitionen müssen an den jeweiligen AVR angepasst werden<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ RCK = PB2 ; SS<br />
.equ SCK = PB5 ; SCK<br />
.equ SIN = PB3 ; MOSI<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Datensegment im RAM<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
.dseg<br />
.org $60<br />
Schiebedaten: .byte 2<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Programmsegment im FLASH<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
.cseg<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
;<br />
; SCK, MOSI, SS als Ausgänge schalten<br />
;<br />
in temp1,SCHIEBE_DDR<br />
ori temp1,(1<<SIN) | (1<<SCK) | (1<<RCK) <br />
out SCHIEBE_DDR,temp1<br />
<br />
sbi SCHIEBE_PORT, RCK ; Slave select inaktiv<br />
;<br />
; SPI Modul konfigurieren<br />
;<br />
ldi temp1, 0b01010000<br />
out SPCR, temp1 ; keine Interrupts, MSB first, Master<br />
; CPOL = 0, CPHA =0<br />
; SCK Takt = 1/2 XTAL<br />
ldi r16,1<br />
out SPSR,r16 ; Double Speed<br />
out SPDR,temp1 ; Dummy Daten, um SPIF zu setzen<br />
<br />
; den Datenblock mit Daten füllen<br />
<br />
ldi temp1,$F0<br />
sts Schiebedaten,temp1<br />
ldi temp1,$55<br />
sts Schiebedaten+1,temp1<br />
<br />
loop:<br />
; den Datenblock ausgeben<br />
<br />
ldi r16,2<br />
ldi zl,low(Schiebedaten)<br />
ldi zh, high(Schiebedaten)<br />
rcall Schiebe_alle ; Daten ausgeben<br />
<br />
rjmp loop ; nur zur Simulation<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; N Bytes an das Schieberegister ausgeben und in das Ausgaberegister übernehmen<br />
;<br />
; r16: Anzahl der Datenbytes<br />
; Z: Zeiger auf Datenblock im RAM<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
Schiebe_alle:<br />
cbi SCHIEBE_PORT, RCK ; RCK LOW, SPI Standardverfahren<br />
push r17<br />
<br />
Schiebe_alle_2:<br />
ld r17,Z+<br />
Schiebe_alle_3:<br />
sbis SPSR,SPIF ; prüfe ob eine alte Übertragung beendet ist<br />
rjmp Schiebe_alle_3<br />
out SPDR,r17 ; Daten ins SPI Modul schreiben, Übertragung beginnt automatisch<br />
dec r16<br />
brne Schiebe_alle_2<br />
<br />
Schiebe_alle_4:<br />
sbis SPSR,SPIF ; prüfe ob die letzte Übertragung beendet ist<br />
rjmp Schiebe_alle_4<br />
<br />
pop r17<br />
sbi SCHIEBE_PORT, RCK ; RCK inaktiv, Datenübernahme<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
<br />
Der Nachteil von Schieberegistern ist allerdings, dass sich die Zeit zum Setzen aller Ausgabeleitungen mit jedem weiteren Baustein immer weiter erhöht. Dies deshalb, da ja die einzelnen Bits im Gänsemarsch durch alle Bausteine geschleust werden müssen und für jeden einzelnen Schiebevorgang etwas Zeit notwendig ist. Ein Ausweg ist die Verwendung des SPI-Moduls, welches schneller arbeitet als die reine Softwarelösung. Ist noch mehr Geschwindigkeit gefragt, so sind mehr Port-Pins nötig. Kann ein kompletter Port mit 8 Pins für die Daten genutzt werden, sowie ein paar weitere Steuerleitungen, so können ein oder mehrere 74xxx573 eine Alternative sein, um jeweils ein vollständiges Byte auszugeben. Natürlich kann der 74xxx573 (oder ein ähnliches Schieberegister) auch mit dem 74xxx595 zusammen eingesetzt werden, beispielsweise in dem über das Schieberegister verschiedene 74xxx595 nacheinander aktiviert werden. Weitere Tips und Tricks dazu gibt es vielleicht in einem weiteren Tutorial...<br />
<br />
=== Acht LEDs mit je 20mA pro Schieberegister ===<br />
<br />
Will man nun acht [[LED]]s mit dem Schieberegister ansteuern, kann man diese direkt über Vorwiderstände anschließen. Doch ein genauer Blick ins Datenblatt verrät, dass der 74xx595 nur maximal 70mA über VCC bzw. GND ableiten kann. Und wenn man den IC nicht gnadenlos quälen, und damit die Lebensdauer und Zuverlässigkeit drastisch reduzieren will, gibt es nur zwei Auswege.<br />
<br />
* Den Strom pro LED auf 70/8 = 8,75mA begrenzen; Das reicht meistens aus um die LEDs schön leuchten zu lassen, vor allem bei low-current und ultrahellen LEDs<br />
* Wenn doch 20 mA pro LED gebraucht werden, kann man die folgende Trickschaltung anwenden.<br />
<br />
[[bild:8x20mA_LED_mit_74xx595.png|framed|center|Mehrere LED anschließen]]<br />
<br />
Der Trick besteht darin, dass 4 LEDs ihren Strom über das Schieberegister von VCC beziehen (HIGH aktiv) während die anderen vier ihren Strom über GND leiten (LOW aktiv). Damit bleiben ganz offiziell für jede LED 70/4 = 17,5mA. Um die Handhabung in der Software zu vereinfachen muss nur vor der Ausgabe der Daten das jeweilige Byte mit 0x0F XOR verknüpft werden, bevor es in das Schieberegister getaktet wird. Dadurch werden die LOW-aktiven LEDs richtig angesteuert und die Datenhandhabung in der Software muss nur mit HIGH-aktiven rechnen. Außerdem wird der G Eingang verwendet, um die Helligkeit aller LEDs per [[PWM]] zu steuern. Beachtet werden muss, dass die PWM im invertierten Modus generiert werden muss, da der Eingang G LOW aktiv ist.<br />
<br />
<B>Achtung!</B> Die Widerstände sind auf blaue LEDs mit 3,3V Flussspannung ausgelegt. Bei roten, gelben und grünen [[LED]]s ist die Flussspannung geringer und dementsprechend muss der Vorwiderstand größer sein.<br />
<br />
Wenn 20mA immer noch nicht reichen sollten oder z.B. RGB-LEDs mit gemeinsamer Anode angesteuert werden müssen, dann hilft nur ein stärkerer IC. Der Klassiker ist der TPIC6A595 von TI, er kombiniert ein Schieberegister mit MOSFETs, sodass hier 250mA pro Kanal zur Verfügung stehen.<br />
<br />
=== Achtung beim Startup! ===<br />
<br />
Die Ausgänge des '595 führen beim Einschalten undefinierte, also zufällige Pegel! Und der Eingang <span style="text-decoration:overline">SCL</span> löscht nur die Schieberegister-Flipflops (= unnütz, um mit <span style="text-decoration:overline">RESET</span> zu verbinden: Festlegung an U<sub>CC</sub> genügt vollauf). Sind deshalb ''definierte'' Pegel beim Einschalten unerlässlich, ''muss'' man <span style="text-decoration:overline">OE</span> beschalten:<br />
* Entweder mit einem weiteren Mikrocontroller-Ausgang (der mit einem externen Pull-Up-Widerstand zu beschalten ist und nach dem ersten Durchschieben dauerhaft auf LOW gelegt wird)<br />
* Oder mit einer RC(D)-Kombination, die die Ausgänge für eine gewisse Zeit auf Tristate hält. Spart einen Mikrocontroller-Pin.<br />
Obendrein sind, wie auch beim direkten Anschluss am Mikrocontroller, die betreffenden Ausgänge des '595 mit externen Pull-Up- oder Pull-Down-Widerständen zu beschalten.<br />
<br />
Man könnte meinen, dass der Anschluss <span style="text-decoration:overline">SCL</span> einfach ein böser Fallstrick ist, denn viel sinnvoller wäre eine Reset-Funktion für die Ausgangs-Flipflops. Schade dass es keinen Schaltkreis gibt, der das richtig implementiert; '''mikrocontroller.net''' würde einen solchen sofort empfehlen.<br />
<br />
== Porterweiterung für Eingänge ==<br />
<br />
Ein naher Verwandter des 74xx595 ist der [[74xx | 74xx165]], er ist quasi das Gegenstück. Hierbei handet es sich um ein ''8-bit parallel-in/serial-out shift register''. Auf Deutsch: Ein 8 Bit Schieberegister mit parallelem Eingang und seriellem Ausgang. Damit kann man eine große Anzahl Eingänge sehr einfach und preiswert zu seinem Mikrocontroller hinzufügen.<br />
<br />
=== Aufbau ===<br />
<br />
[[bild:74xx165-1.png|framed|center|Pinbelegung eines 165]]<br />
<br />
Der Aufbau ist sehr ähnlich zum 74xx595. Allerdings gibt es kein Register zum Zwischenspeichern. Das ist auch gar nicht nötig, da der IC ja einen parallelen Eingang hat. Der muss nicht zwischengespeichert werden. Es gibt hier also wirklich nur das Schieberegister. Dieses wird über den Eingang PL mit den parallelen Daten geladen. Dann können die Daten seriell mit Takten an CLK aus dem Ausgang Q7 geschoben werden.<br />
<br />
=== Funktionsweise ===<br />
<br />
DS ist der serielle Dateneingang, welcher im Falle von kaskadierten Schieberegistern mit dem Ausgang des vorhergehenden ICs verbunden wird.<br />
<br />
D0..D7 sind die parallelen Dateneingänge.<br />
<br />
Mittels des Eingangs PL ('''P'''arallel '''L'''oad) werden die Daten vom parallelen Eingang in das Schieberegister übernommen, wenn dieses Signal LOW ist. Hier muss man aber ein klein wenig aufpassen. Auf Grund der Schaltungsstruktur ist der Eingang PL mit dem Takt CLK verknüpft (obwohl es dafür keinen logischen Grund gibt :-0). Damit es nicht zu unerwünschten Fehlschaltungen kommt, muss der Takt CLK während des Ladens auf HIGH liegen. Wird PL wieder auf HIGH gesetzt, sind die Daten geladen. Das erste Bit liegt direkt am Ausgang Q7 an. Die restlichen Bits können nach und nach durch das Register geschoben werden.<br />
<br />
Der Eingang CE ('''C'''lock '''E'''nable) steuert, ob das Schieberegister auf den Takt CLK reagieren soll oder nicht. Ist CE gleich HIGH werden alle Takte an CLK ignoriert. Bei LOW werden mit jeder positiven Flanke die Daten um eine Stufe weiter geschoben.<br />
<br />
Wird am Eingang CLK eine LOW-HIGH Flanke angelegt und ist dabei CE auf LOW, dann werden die Daten im Schieberegister um eine Position weiter geschoben: DS->Q0, Q0->Q1, Q1->Q2, Q2->Q3, Q3->Q4, Q4->Q5, Q5->Q6, Q6->Q7. Q0..Q6 sind interne Signale, siehe [http://www.nxp.com/acrobat/datasheets/74HC_HCT165_CNV_2.pdf Datenblatt].<br />
<br />
Q7 ist der serielle Ausgang des Schieberegisters. Dort Werden Takt für Takt die Daten ausgegeben. Hier wird normalerweise der Eingang des Mikrocontrollers oder der Eingang des nächsten Schieberegisters angeschlossen.<br />
<br />
Q7\ ist der invertierte Ausgang des Schieberegisters. Er wird meist nicht verwendet.<br />
<br />
=== Schaltung ===<br />
<br />
Um nun beispielsweise zwei Schieberegister zu kaskadieren um 16 Eingangspins zu erhalten sollte man folgende Verschaltung vornehmen. Beachten sollte man dabei, dass<br />
<br />
* der serielle Eingang DS des ersten Schieberegisters (hier IC1) auf einen festen Pegel gelegt wird (LOW oder HIGH).<br />
* der serielle Datenausgang bei der Benutzung des SPI-Moduls an MISO und nicht an MOSI angeschlossen wird.<br />
<br />
[[bild:74xx165-2.png|framed|center|Anschluss eines 165]]<br />
<br />
Nachfolgend werden zwei Beispiele gezeigt, welche die Ansteuerung nach bekanntem Muster übernehmen. Nur dass hier eben Daten gelesen anstatt geschrieben werden. Zu beachten ist, dass hier ein anderer Modus der SPI-Ansteuerung verwendet werden muss, weil der Baustein das nötig macht. Das muss beachtet werden, wenn auch Schieberegister für Ausgänge verwendet werden. Dabei muss jeweils vor dem Zugriff auf die Ein- oder Ausgangsregister der Modus des Taktes (CPOL) umgeschaltet werden.<br />
<br />
=== Ansteuerung per Software ===<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
; Porterweiterung für Eingänge mit Schieberegister 74xx165<br />
; Ansteuerung per Software<br />
<br />
.include "m8def.inc"<br />
<br />
.def temp1 = r16<br />
.def temp2 = r17<br />
.def temp3 = r18<br />
<br />
; Pins anpassen, frei wählbar<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ SCHIEBE_PIN = PINB<br />
.equ CLK = PB3<br />
.equ PL = PB1<br />
.equ DIN = PB2<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Datensegment im RAM<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
.dseg<br />
.org 0x60<br />
Daten: .byte 2 ; Speicherplatz für Eingangsdaten<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Programmsegment im FLASH<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
.cseg<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
<br />
; CLK und PL als Ausgänge schalten<br />
<br />
ldi temp1, (1<<clk) | (1<<pl)<br />
out SCHIEBE_DDR, temp1<br />
<br />
sbi schiebe_port, clk ; Takt im Ruhezustand immer auf 1<br />
; komische Schaltung im 74xx165<br />
<br />
; Zwei Bytes einlesen<br />
<br />
ldi ZL,low(Daten)<br />
ldi ZH,high(Daten)<br />
ldi temp1,2<br />
rcall schiebe_eingang<br />
<br />
loop:<br />
rjmp loop<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; N Bytes seriell einlesen<br />
;<br />
; temp1 : N, Anzahl der Bytes<br />
; Z : Zeiger auf einen Datenbereich im SRAM<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
schiebe_eingang:<br />
push temp2 ; Register sichern<br />
push temp3<br />
<br />
cbi schiebe_port, pl ; Daten parallel laden<br />
sbi schiebe_port, pl<br />
<br />
schiebe_eingang_byte_schleife:<br />
<br />
ldi temp3, 8 ; Bitzähler<br />
schiebe_eingang_bit_schleife:<br />
lsl temp2 ; Daten weiterschieben<br />
<br />
; das IO Bit Din in das niederwerigste Bit von temp2 kopieren<br />
<br />
sbic schiebe_pin, din ; wenn Null, nächsten Befehl überspringen<br />
ori temp2,1 ; nein, Bit setzen<br />
<br />
cbi SCHIEBE_PORT, CLK ; Taktausgang auf 0<br />
sbi SCHIEBE_PORT, CLK ; und wieder zurück auf 1, dabei Daten schieben <br />
<br />
dec temp3 ; Bitzähler um eins verringern<br />
brne schiebe_eingang_bit_schleife ;wenn noch keine 8 Bits ausgegeben, nochmal<br />
<br />
st z+,temp2 ; Datenbyte speichern<br />
dec temp1 ; Anzahl Bytes um eins verringern<br />
brne schiebe_eingang_byte_schleife ; wenn noch mehr Bytes zu lesen sind<br />
<br />
pop temp3<br />
pop temp2<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
=== Ansteuerung per SPI-Modul ===<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="avrasm"> <br />
; Porterweiterung für Eingänge mit Schieberegister 74xx165<br />
; Ansteuerung per SPI-Modul<br />
<br />
.include "m8def.inc"<br />
<br />
.def temp1 = r16<br />
.def temp2 = r17<br />
.def temp3 = r18<br />
<br />
; Pins anpassen<br />
; diese müssen mit den SPI-Pins des AVR Typs übereinstimmen!<br />
<br />
.equ SCHIEBE_DDR = DDRB<br />
.equ SCHIEBE_PORT = PORTB<br />
.equ PL = PB2 ; SS<br />
.equ CLK = PB5 ; SCK<br />
.equ DIN = PB4 ; MISO<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Datensegment im RAM<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
<br />
.dseg<br />
.org 0x60<br />
Daten: .byte 2 ; Speicherplatz für Eingangsdaten<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; Programmsegment im FLASH<br />
;<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
.cseg<br />
ldi temp1, LOW(RAMEND) ; Stackpointer initialisieren<br />
out SPL, temp1<br />
ldi temp1, HIGH(RAMEND)<br />
out SPH, temp1<br />
<br />
; CLK und PL als Ausgänge schalten<br />
<br />
ldi temp1,(1<<CLK) | (1<<PL)<br />
out SCHIEBE_DDR,temp1 <br />
;<br />
; SPI Modul konfigurieren<br />
;<br />
ldi temp1, (1<<SPE) | (1<<MSTR) | (1<<CPOL)<br />
out SPCR, temp1 ; keine Interrupts, MSB first, Master<br />
; CPOL = 1, CPHA =0<br />
; SCK Takt = 1/2 XTAL<br />
ldi temp1, (1<<SPI2X)<br />
out SPSR,temp1 ; double speed aktivieren<br />
out SPDR,temp1 ; Dummy Daten, um SPIF zu setzen<br />
<br />
; Zwei Bytes einlesen<br />
<br />
ldi ZL,low(Daten)<br />
ldi ZH,high(Daten)<br />
ldi temp1,2<br />
rcall schiebe_eingang<br />
<br />
loop:<br />
rjmp loop<br />
<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
;<br />
; N Bytes seriell einlesen<br />
;<br />
; temp1 : N, Anzahl der Bytes<br />
; Z : Zeiger auf einen Datenbereich im SRAM<br />
;-----------------------------------------------------------------------------<br />
schiebe_eingang:<br />
push temp2 ; Register sichern<br />
<br />
; CLK ist im Ruhezustand schon auf HIGH, CPOL=1<br />
<br />
dummyende:<br />
sbis SPSR,7 ; prüfe ob Dummy Übertragung beendet ist, sonst<br />
rjmp dummyende ; kann es bei langsameren Übertragungsraten zu<br />
; Überschneidungen kommen.<br />
<br />
<br />
cbi schiebe_port, pl ; Daten parallel laden<br />
sbi schiebe_port, pl<br />
<br />
schiebe_eingang_1:<br />
sbis SPSR,7 ; prüfe ob eine alte Übertragung beendet ist<br />
rjmp schiebe_eingang_1<br />
<br />
schiebe_eingang_byte_schleife:<br />
out SPDR,temp1 ; beliebige Daten ins SPI Modul schreiben<br />
; um die Übertragung zu starten<br />
schiebe_eingang_2:<br />
sbis SPSR,7 ; auf das Ende der Übertragung warten<br />
rjmp schiebe_eingang_2<br />
<br />
in temp2, spdr ; Daten lesen<br />
st z+,temp2 ; Datenbyte speichern<br />
dec temp1 ; Anzahl Bytes um eins verringern<br />
brne schiebe_eingang_byte_schleife ; wenn noch mehr Bytes zu lesen sind<br />
<br />
pop temp2<br />
ret<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
== Beides in ''einer'' Kette ==<br />
<br />
Kann man die '595 und die '165 an ''einem'' SPI-Anschluss betreiben?<br />
<br />
Ja, einfach verketten. Das geht auch „durcheinander“. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten:<br />
<br />
* Man verwendet ''getrennte'' Anschlüsse am Mikrocontroller für die Parallelübernahme der '595 (Ausgänge) und '165 (Eingänge). Dann sollten die Ausgänge am Ketten-Anfang (MOSI) und die Eingänge am Ketten-Ende (MISO) liegen. Beispielsweise werden für 3 Stück '595 und 2 Stück '165 24 Schiebetakte zum Ausgeben (mit anschließendem ↑RCLK) und 16 Schiebetakte (mit vorausgehendem ¬PL) zum Einlesen benötigt.<br />
<br />
* Man verwendet einen ''gemeinsamen'' Anschluss '''¬L''' für ↑RCLK und ¬PL, ein Pin sparend. Die o.g. Reihenfolge der '595 und '165 ist weiterhin vorteilhaft. Nach dem o.g. Beispiel gilt folgendes Regime zum Ausgeben und Einlesen in einem Rutsch:<br />
** Low-Nadel an ¬L (zum Laden der '165-Flipflops; die '595-Ausgänge verändern sich nicht)<br />
** 8 x 3 = 24 Schiebetakte (auch zum Nur-Einlesen müssen die Ausgabedaten wiederholt ausgegeben werden)<br />
** Low-Nadel an ¬L (zum Aktualisieren der '595-Ausgänge; das erneute Einlesen in den '165 ist ohne Belang)<br />
<br />
Kann man per Software messen, wie lang die Kette ist?<br />
<br />
Für bestimmte PnP-artige Lösungen ist es zweckmäßig, die Länge der Kette zu kennen:<br />
Man schiebt einfach eine einzelne 1 (oder eine einzelne 0) durch die Kette, ohne Parallelübernahmen. Vorher muss man die Kette in ihrer zu erwartenden Maximallänge initialisieren. Benutzt man byteweise arbeitende Hardware-SPI, wird man auf ganze Byte-Längen vertrauen und kann für mehr Sicherheit ein bestimmtes Kennbyte durchschicken.<br />
<br />
Kann man per Software messen, ''wo'' die '595 und die '165 liegen?<br />
<br />
Nur wenn man davon ausgeht, dass sich die Eingänge nicht allzu schnell ändern. Das ist bei Tastern klar der Fall. Eine 100-prozentige Sicherheit gibt es nicht. Man schiebt ein bestimmtes Bitmuster (Byte) durch und nimmt '595 dort an, wo das Bitmuster auch zurückkommt. Man verwende mindestens 2 verschiedene Bitmuster, um eine derartige Eingangskombination auszuschließen. Wer ziemlich sicher gehen will, schiebt in einer Schleife alle 256 verschiedenen Kombinationen durch. Wenn (bei gemeinsamen ¬L) die Ausgänge unzulässig zappeln, muss man ¬OE beschalten, oder genau jene Bitkombinationen vermeiden.<br />
<br />
Kann man andere SPI-Hardware in die Kette einfügen?<br />
<br />
Genau dafür ist SPI gemacht! Aber nicht jeder (bspw.) A/D-Wandler ist dafür geeignet: Es muss möglich sein, Daten ''unverändert'' durchzuschieben. Oder wenigstens herumzuleiten. Wenn nicht, ist die einzig mögliche Anordnung ''zwischen'' den '595 (am Kettenanfang) und den '165 (am Kettenende). In der Regel wird eine gesonderte Chipselect-Leitung vom Mikrocontroller benötigt; nur in Ausnahmefällen ist o.g. '''¬L''' dafür geeignet (Datenblatt studieren!). Das Chipselect aus einem '595 zu generieren geht auch.<br />
<br />
Was für Vorteile bringen '595 und '165 gegenüber einem größeren Mikrocontroller?<br />
<br />
* Preis! Controller mit mehr Beinchen kosten oftmals deutlich mehr<br />
* Günstigeres Routing zu weiter entfernten Schaltungsteilen<br />
* Kleinere Steckverbinder zu weiteren Platinen, etwa Anzeige- und Bedien-Frontplatten<br />
* Beliebige Verlängerbarkeit<br />
* Exakt gleichzeitige Aktualisierung der Ausgänge und Abfrage der Eingänge, auch bei mehr als der Mikrocontroller-Portbreite (kann helfen, knifflige Übergangsprobleme zu lösen)<br />
* ESD-Schutz und Überlastschutz des Controllers<br />
* Einfache Pegelkonvertierung (typisch 3 V ↔ 5 V) mit 74HCT-Bauelementen<br />
* Verbleib beim „gewohnten“ Mikrocontroller möglich<br />
<br />
Und welche Nachteile handelt man sich ein?<br />
<br />
* Fehlende Sonderfunktionen (etwa Hardware-PWM, Interrupts)<br />
* Fehlende Bidirektionalität<br />
* Geringere Geschwindigkeit sowie zusätzliche Verzögerung beim Startup<br />
** In Zahlen: Bei 16 MHz und Hardware-SPI dauert das Befüllen ''eines'' '595 genau 1 µs: Schiebetakt 8 MHz. Ein OUT-Befehl zu einem 8-Bit-Port ist 16-mal schneller. Auch die ''zusätzliche'' Startup-Verzögerung liegt in diesem Bereich<br />
** Der wesentliche Teil der Gesamt-Startup-Verzögerung kommt vom Startup-Timer, der nur mittels Fuse-Bits eingestellt werden kann. Hat man einen Arduino, braucht man ein Programmiergerät um diese zu ändern. Beispielsweise 65 ms + 16K Takte (@ 16 MHz) = 66 ms. Die Initialisierungsroutine bis main() initialisiert den RAM-Bereich [und geht bei C++ durch die statischen Konstruktoren], dauert 9 Takte pro Byte, bei 1 KByte 9K Takte, fällt mit ≈ 500 µs nicht so sehr ins Gewicht, wenn die Startup-Verzögerung so groß ist. Die Startup-Verzögerung ist kein Problem im Vergleich zu echten Mikrocontroller-Portpins, denn auch diese können nur verzögert angesteuert werden.<br />
* Fehlende Weak-Pullups (bei den Eingängen, es sei denn, man verwendet veraltete 74LS165)<br />
* Höherer Bestückungsaufwand durch das Mehr an Bauteilen<br />
<br />
== Bekannte Probleme ==<br />
<br />
AVR Studio 4.12 (Build 498) hat Probleme bei der korrekten Simulation des SPI-Moduls.<br />
<br />
* Der Double-Speed Modus funktioniert nicht.<br />
<br />
* Das Bit SPIF im Register SPSR, welches laut Dokumentation nur lesbar ist, ist im Simulator auch schreibbar! Das kann zu Verwirrung und Fehlern in der Simulation führen.<br />
<br />
Hardwareprobleme<br />
<br />
* Wenn das SPI-Modul aktiviert wird, wird '''NICHT''' automatisch SPIF gesetzt, es bleibt auf Null. Damit würde die erste Abfrage in ''Schiebe_alles'' in einer Endlosschleife hängen bleiben. Deshalb muss nach der Initialisierung des SPI-Moduls ein Dummy-Byte gesendet werden, damit am Ende der Übertragung SPIF gesetzt wird<br />
<br />
* Da das SPI-Modul in Senderichtung nur einfach gepuffert ist, ist es nicht möglich absolut lückenlos Daten zu senden, auch wenn man mit '''nop''' eine feste minimale Zeit zwischen zwei Bytes warten würde. Zwischen zwei Bytes muss immer eine Pause von mind. 2 Systemtakten eingehalten werden.<br />
<br />
== Weblinks ==<br />
<br />
* [http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2585.pdf AVR151: Setup And Use of The SPI] Atmel Application Note (PDF)<br />
* [http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/7/4/H/C/74HC595.shtml datasheetcatalog.com: 74HC595]<br />
* [http://www.rn-wissen.de/index.php/Portexpander_am_AVR Roboternetz: Portexpander am AVR]<br />
* [http://conductiveresistance.com/interactive-595-shift-register-simulator/ Interactive 595 Shift Register Simulator]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/215399#2145277 48 I/O Porterweiterung mit Schieberegister 74HC595 und 74HC165]<br />
----<br />
<br />
{{Navigation_zurückhochvor|<br />
zurücktext=PWM|<br />
zurücklink=AVR-Tutorial: PWM|<br />
hochtext=Inhaltsverzeichnis|<br />
hochlink=AVR-Tutorial|<br />
vortext=SRAM|<br />
vorlink=AVR-Tutorial: SRAM}}<br />
<br />
[[Category:AVR-Tutorial|Schieberegister]]<br />
[[Category:SPI]]<br />
[[Category:Portexpander]]</div>134.109.52.140https://www.mikrocontroller.net/index.php?title=WinAVR&diff=92913WinAVR2016-05-12T09:35:01Z<p>134.109.52.140: /* Installation */</p>
<hr />
<div>WinAVR ist die Windows-Distribution der [[C]] und C++ aus der GNU compiler-collection [[AVR-GCC]] für [[AVR]]-[[Mikrocontroller]]. Der [[AVR-Ada|Ada]]-Compiler war mal enthalten und kann inzwischen nachinstalliert werden. WinAVR enthält neben dem Compiler und den erforderlichen Zusatzprogrammen (sogen. Binutils) noch einige andere Pakete, z.&nbsp;B. die C-Standardbibliothek avr-libc (inkl. Dokumentation), die Programmiersoftware [[AVRDUDE]] und den Editor Programmer's Notepad.<br />
<br />
[http://winavr.sourceforge.net/ Download über die WinAVR-Startseite]<br />
<br />
== Installation ==<br />
<br />
Auf 64bit-Windows darf WinAVR '''nicht''' im Standard-Programmverzeichnis "C:\Program Files (x86)" installiert werden, sonst [http://www.mikrocontroller.net/topic/83517#700417 funktioniert der Compiler nicht]. Es ist entweder das vom Installer vorgeschlagene Defaultverzeichnis zu verwenden, oder z.B. "C:\WinAVR".<br />
<br />
Andere Lösung: Einen symbolischen Link ohne Leerzeichen anlegen: Als Administrator im Hauptverzeichnis ausführen: <tt>mklink /d programs "Program Files (x86)"</tt> und winavr (sowie viele weitere Programme) nach "c:\programs" installieren.<br />
<br />
Nach dem Installieren sollten Win9X-Rechner neu gestartet werden, um die Erweiterung des Suchpfades um die WinAVR-Verzeichnisse zu aktivieren (autoexec.bat). Bei Windows NT/2000/XP ist üblicherweise kein Neustart erforderlich, sollte aber dennoch ausgeführt werden, wenn Probleme auftreten (Fehler in der Art: ''Der Befehl ist falsch geschrieben/kann nicht gefunden werden...''). Danach kann man sofort im Programmer's Notepad z.&nbsp;B. mit dem Beispielcode anfangen. <br />
<br />
Zwei WinAVR Verzeichnisse müssen in der PATH-Umgebungsvariable aufgeführt sein:<br />
<br />
<pre><br />
C:\Dokumente und Einstellungen\willi>path<br />
PATH=[...]C:\WinAVR\bin;C:\WinAVR\utils\bin;[...]<br />
</pre><br />
<br />
== Tipps + Tricks ==<br />
<br />
=== Umstieg von AVR-Studio mit avr-gcc zu WinAVR mit AVRISP ===<br />
* Programmer's Notepad 2 hat konfigurierbare Menüpunkte, vorkonfiguriert sind: <br />
**Make all<br />
**Make clean<br />
**Make program<br />
* Man muss sich selbst um ein passendes Makefile kümmern. Dazu kann WinAVR/mfile/mfile.tcl genutzt werden (Achtung, F_CPU ist im Template bereits mit 8 MHz eingestellt und muss ggf. von Hand geändert werden). mfile benötigt TCL/TK ([http://www.activestate.com/Products/Download/Download.plex?id=ActiveTcl Win32 download], ca 20 MB). <br />
* Zum Flashen wird AVRDUDE benutzt.<br />
* Wenn es beim Flashen einen 'out of sync' Fehler gibt, ist nicht der richtige AVRISP eingestellt (unterschiedliche Softwareversionen).<br />
<br />
=== WinAVR Version ===<br />
<br />
Die aktuelle WinAVR Version ist derzeit (Stand 02/2016) WinAVR-20100110. <br />
[http://winavr.sourceforge.net/ SourceForge.net WinAVR Projekt-Seite] und [http://sourceforge.net/projects/winavr/files/ Download]<br />
<br />
Versionsnummern:<br />
* avr-gcc 4.3.3<br />
* AVR-LibC 1.6.7 <br />
<br />
Bekannte Probleme:<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/163022#1554907]: AVRDUDE Fehler: avrdude was compiled without usb support. Abhilfe: Ältere Version nehmen oder selbst kompilieren [http://www.mikrocontroller.net/topic/163675#1561957].<br />
* [http://www.avrfreaks.net/index.php?name=PNphpBB2&file=viewtopic&t=40402&highlight=requested+runtime+terminate]: Fehlermeldung beim Aufruf von z. B: avr-gcc: Kommt es zur folgender Fehlermeldung:<br />
<pre><br />
This application has requested the Runtime to terminate it in an unusual way.<br />
Please contact the application's support team for more information.<br />
</pre><br />
so ist das Temp-Verzeichnis als "Read-Only" markiert. Abhilfe: In einem Command-Window folgenden Befehl ausführen:<br />
<pre><br />
attrib -R %temp%<br />
</pre><br />
<br />
=== MAKE funktioniert nicht ===<br />
<br />
Siehe auch: <br />
* http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-GCC-Tutorial/Exkurs_Makefiles<br />
* http://www.mikrocontroller.net/articles/Beispiel_Makefile<br />
* http://www.mikrocontroller.net/articles/C_ohne_Makefile<br />
<br />
==== Richtiges Make Programm? ====<br />
<pre><br />
> make all<br />
MAKE Version 5.2 Copyright (c) 1987, 2000 Borland<br />
Error makefile 461: Command syntax error<br />
...<br />
</pre><br />
<br />
Wenn make mit dieser oder ähnlichen Fehlermeldung abbricht, ist der Pfad für ausführbare Programme nicht auf das make Programm aus dem GCC/Binutils Paket gesetzt. Es wird ganz banal das falsche Make-Programm (z.&nbsp;B. von Borland C oder Delphi) für das verwendete makefile aufgerufen. In diesem Fall ist die Umgebungsvariable PATH in Autoexec.Bat (Windows 98SE) bzw. in der Systemsteuerung (Windows XP, 2000) anzupassen.<br />
<br />
==== gcc plug-in: Error: Object file not found on expected location ====<br />
<br />
Diese Fehlermeldung kann nur auftauchen, wenn der GNU C Compiler aus dem AVR-Studio heraus bedient wird. Dass keine weiteren Fehlerursachen genannt werden, ist eigentlich ein [[AVR-Studio Bugs|AVR-Studio Bug]]. <br />
<br />
Eine Analyse des AVR-Studio Bugs hat [http://www.avrfreaks.net/index.php?name=PNphpBB2&file=viewtopic&t=53658 Johan Ekdahl im avrfreaks.net Forum] beschrieben. AVR-Studio erkennt in gewissen Fällen beim '''Build'''-Vorgang auftretende Fehler nicht und erwartet eine nie hergestellte Ausgabedatei. <br />
<br />
Auf jeden Fall sollte man in AVR Studio mal zwischen dem Build- und Message-Fenster umschalten, ob in einem von beiden mehr Infos stehen, was wodurch den Fehler produziert.<br />
<br />
Wenn nicht mehr Infos aus AVR Studio herauszukitzeln sind, könnte man das Projekt beispielsweise als herkömmliches Make-Projekt aufsetzen, mit WinAVR kompilieren (Kommandozeile oder aus dem Programmers Notepad heraus) und auf Fehlermeldungen achten.<br />
<br />
Siehe auch:<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/80188 gcc plug-in: Error: Object file not found...] im Forum<br />
<br />
==== avr-gcc: _spawnvp: No such file or directory ====<br />
<br />
<pre><br />
> "make.exe" all<br />
<br />
-------- begin --------<br />
avr-gcc (GCC) 4.1.1 (WinAVR 20070122)<br />
Copyright (C) 2006 Free Software Foundation, Inc.<br />
This is free software; see the source for copying conditions. There is<br />
NO<br />
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR<br />
PURPOSE.<br />
<br />
<br />
Linking: main.c.elf<br />
avr-gcc -mmcu=at90s2313 -I. -gdwarf-2 -DF_CPU=7372800UL -Os<br />
-funsigned-char -funsigned-bitfields -fpack-struct -fshort-enums -Wall<br />
-Wstrict-prototypes -Wa,-adhlns= -std=gnu99 -Wundef -MMD -MP -MF<br />
.dep/main.c.elf.d --output main.c.elf -Wl,-Map=main.c.map,--cref<br />
-lm<br />
avr-gcc: _spawnvp: No such file or directory<br />
make.exe: *** [main.c.elf] Error 1<br />
<br />
> Process Exit Code: 2<br />
</pre><br />
<br />
Bei WinAVR-20070122 und WinAVR-20070525 kann es unter VISTA und Windows98SE eine ähnliche Fehlermeldung wie oben gezeigt geben. <br />
<br />
Verschiedene Binärpatches können diese Probleme beheben:<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/61716#508449 Forenbeitrag von MadWizard] und [http://www.madwizard.org/extern/winavr-vista/ Originalseite] für VISTA (32-Bit). Bei der 64-Bit Version von VISTA wird berichtet, dass der Linker mit Fehlermeldung abbricht.<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/60163#490161 Forenbeitrag von Stefan] für Windows98SE<br />
<br />
WinAVR-20071221 funktioniert unter Windows98SE, wie erste Tests zeigen, wie aus der Tüte, d.h. ohne Binärpatch (Jippy!).<br />
<br />
==== ...\WinAVR\utils\bin\sh.exe: *** Couldn't reserve space for cygwin's heap, Win32 error 487 ====<br />
<br />
<pre><br />
> "make.exe" all<br />
AllocationBase 0x0, BaseAddress 0x71590000, RegionSize 0x470000, State 0x10000<br />
E:\WinAVR\utils\bin\sh.exe: *** Couldn't reserve space for cygwin's heap, Win32 error 487<br />
<br />
-------- begin --------<br />
avr-gcc (GCC) 3.4.3<br />
Copyright (C) 2004 Free Software Foundation, Inc.<br />
This is free software; see the source for copying conditions. There is NO<br />
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.<br />
<br />
AllocationBase 0x0, BaseAddress 0x71590000, RegionSize 0x470000, State 0x10000<br />
E:\WinAVR\utils\bin\sh.exe: *** Couldn't reserve space for cygwin's heap, Win32 error 487<br />
make.exe: *** [sizebefore] Error 1<br />
<br />
> Process Exit Code: 2<br />
</pre><br />
<br />
Wenn make mit dieser oder ähnlichen Fehlermeldung abbricht, ist es einen Versuch wert, die Hilfsdatei '''msys-1.0.dll''' im Ordner des Tools sh.exe (beim Beispiel E:\WinAVR\utils\bin\) auszutauschen. Eine Anleitung dazu gibt es von Madwizard (http://www.madwizard.org/extern/winavr-vista). Siehe auch im Forum die [http://www.mikrocontroller.net/topic/70505#573305 Frage von Lukas] und die [http://www.mikrocontroller.net/topic/79973#667605 Frage von werdlangsammüde].<br />
<br />
==== make: *** [####.eep] Error 1 ====<br />
<br />
<pre><br />
Build started 18.8.2007 at 20:14:23<br />
avr-objcopy -j .eeprom --set-section-flags=.eeprom="alloc,load"<br />
--change-section-lma .eeprom=0 -O ihex I2C_Motor.elf I2C_Motor.eep<br />
c:\Programme\WinAVR\bin\avr-objcopy.exe: there are no sections to be<br />
copied!<br />
c:\Programme\WinAVR\bin\avr-objcopy.exe: --change-section-lma<br />
.eeprom=0x00000000 never used<br />
make: *** [I2C_Motor.eep] Error 1<br />
Build succeeded with 0 Warnings...<br />
</pre><br />
<br />
Diese oder eine ähnliche Fehlermeldung erscheint, wenn im erzeugten Programm der [[EEPROM]]-Abschnitt unbenutzt ist. Um die Fehlermeldung zu unterdrücken, kann man vor den Aufruf von avr-objcopy im Makefile ein Minuszeichen schreiben ([http://www.mikrocontroller.net/topic/76369#633387 Forenbeitrag von Jörg]).<br />
<br />
Beispielzeilen in einem Makefile '''ohne''' Fehlerunterdrückung:<br />
<pre><br />
%.eep: %.elf<br />
@echo<br />
@echo $(MSG_EEPROM) $@<br />
$(OBJCOPY) -j .eeprom \<br />
--set-section-flags=.eeprom="alloc,load" \<br />
--change-section-lma .eeprom=0 \<br />
--no-change-warnings -O $(FORMAT) \<br />
$< $@ || exit 0<br />
</pre><br />
<br />
Beispielzeilen in einem Makefile '''mit''' Fehlerunterdrückung:<br />
<pre><br />
%.eep: %.elf<br />
@echo<br />
@echo $(MSG_EEPROM) $@<br />
-$(OBJCOPY) -j .eeprom \<br />
--set-section-flags=.eeprom="alloc,load" \<br />
--change-section-lma .eeprom=0 \<br />
--no-change-warnings -O $(FORMAT) \<br />
$< $@ || exit 0<br />
</pre><br />
<br />
==== make.exe: *** No rule to make target `main.elf', needed by `elf'. ====<br />
<br />
<pre><br />
-------- begin --------<br />
avr-gcc (GCC) 4.2.2 (WinAVR 20071221rc1)<br />
Copyright (C) 2007 Free Software Foundation, Inc.<br />
This is free software; see the source for copying conditions. There is NO warranty;<br />
not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.<br />
<br />
make.exe: *** No rule to make target `main.elf', needed by `elf'. Stop.<br />
<br />
> Process Exit Code: 2<br />
> Time Taken: 00:02<br />
</pre><br />
<br />
Diese oder eine ähnliche Fehlermeldung erscheint, wenn der Quelltext NICHT main.c heisst und ein Makefile OHNE weitere Anpassung an den verwendeten Dateinamen der Quelltextdatei verwendet wird. <br />
<br />
Abhilfe ist also die Quelltextdatei in main.c umbenennen oder das Makefile anzupassen (siehe [[AVR-GCC-Tutorial]]).<br />
<br />
Eine weitere Fehlerursache könnte auch eine Ordnerstruktur mit Leerzeichen und/oder Sonderzeichen im Pfad sein.<br />
<br />
Eine weitere Ursache kann das benutzte Makefile sein. Es ist da anscheinend eins im Umlauf mit falscher Einrückung der Anweisungen ([http://www.mikrocontroller.net/topic/123719#1126830] und [http://www.mikrocontroller.net/topic/116346#1043825])<br />
<br />
==== fatal error: opening dependency file .dep/main.o.d: No such file or directory ====<br />
<br />
<pre><br />
avr-gcc (GCC) 4.2.2 (WinAVR 20071221)<br />
Copyright (C) 2007 Free Software Foundation, Inc.<br />
This is free software; see the source for copying conditions. There is<br />
NO<br />
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR<br />
PURPOSE.<br />
<br />
Compiling: main.c<br />
avr-gcc -c -mmcu=atmega16 -I. -gdwarf-2 -Os -funsigned-char<br />
-funsigned-bitfiel<br />
ds -fpack-struct -fshort-enums -Wall -Wstrict-prototypes<br />
-Wa,-adhlns=main.lst -<br />
std=gnu99 -DF_OSC=3686400 -MD -MP -MF .dep/main.o.d main.c -o main.o<br />
main.c:21: fatal error: opening dependency file .dep/main.o.d: No such<br />
file or directory<br />
compilation terminated.<br />
make: *** [main.o] Error 1<br />
</pre><br />
<br />
Sind Leerzeichen oder Sonderzeichen im Verzeichnispfad ([http://www.mikrocontroller.net/topic/99642#864556])?<br />
<br />
Wird VISTA 64 benutzt? Obige Fehlermeldung kann als zweite Fehlermeldung nach der eigentlichen VISTA-spezifischen Fehlermeldung (sync_with_child Problem) kommen. Die Lösung hat dann [http://www.madwizard.org/electronics/articles/winavrvista MADWIZARD].<br />
<br />
==== make: Interrupt/Exception caught (code = 0xc00000fd, addr = 0x4217b3) ====<br />
<br />
WinAVR darf nicht im Standard-Programmverzeichnis "C:\Program Files (x86)" installiert werden, sonst kommt dieser Fehler. Es ist entweder das vom Installer vorgeschlagene Defaultverzeichnis zu verwenden, oder z.B. "C:\WinAVR".<br />
<br />
=== Portable Installation ===<br />
<br />
Das Hauptproblem beim Ausführen von WinAVR von einem USB-Stick ist der fehlende Eintrag für den Compilerpfad in der Windowsumgebungsvariable PATH. <br />
<br />
Die folgende Batchdatei zum Starten des Programmers Notepad extrahiert mit %~dp0 das Laufwerk und den Pfad vom Aufruf der Batchdatei und setzt damit PATH neu. <br />
<br />
Zu beachten ist, das die neu gesetzte PATH Variable nicht systemweit etabliert wird, sondern nur für Prozesse gilt, die aus dieser Batch (mit dieser cmd Session) aufgerufen werden (in diesem Fall pn.exe)<br />
<br />
....\WinAVR\pn.bat<br />
<br />
<pre><br />
<br />
@echo off<br />
echo PN.BAT Version 1.0<br />
<br />
set BatchPath=%~dp0<br />
set BinDir=pn\<br />
set BinDir=%BatchPath%%BinDir%<br />
set PATH=%BatchPath%\bin;%BatchPath%\utils\bin;%PATH%<br />
<br />
start %BinDir%pn.exe<br />
<br />
</pre><br />
<br />
=== Code-Größe anzeigen ===<br />
* [[WinAVR: Code-Größe anzeigen]]<br />
* Das Tool [[AVR-GCC#Tipps_.26_Tricks|avr-nm]]<br />
<br />
=== WinAVR-2010 soll die letzte Version sein? [http://www.mikrocontroller.net/topic/178763] ===<br />
<br />
[http://www.makehackvoid.com/group-projects/mhvavrtools MHV AVR Tools] - A WinAVR Replacement. With WinAVR marked as inactive, and no official release yet from Atmel, we (Make Hack Void, an association of geeks & artists. We are forming a Hackerspace* in Canberra) have built our own set of tools in a WinAVR-like layout suitable for use as a replacement. Please note that no guarantees as to fitness or suitability are being made. In particular,GCC 4.5.1 has not been tested as extensively as GCC 4.4.x, so use our builds at your own risk.<br />
<br />
Update 5/2011: Laut [http://www.avrfreaks.net/index.php?name=PNphpBB2&file=viewtopic&t=107269 Beitrag bei avrfreaks.net] wird die Entwicklung von WinAVR fortgesetzt.<br />
<br />
08/2015: WinAVR mit aktueller Toolchain (Compiler + Bibliothken) von Atmel versehen: http://www.mikrocontroller.net/topic/372924#4215881<br />
<br />
;Please browse to the present location for files originally found at: <br />
<br />
* http://www.mikrocontroller.net/topic/190059#1855064<br />
* http://www.mikrocontroller.net/topic/177315#1706751<br />
* http://www.mikrocontroller.net/topic/206499#2039704<br />
<br />
== Siehe auch ==<br />
* [[AVR-GCC-Tutorial]]<br />
* [[AVR-GCC]]<br />
* [[AVR-Studio]]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/forum/gcc GCC-Forum]<br />
<br />
== Downloads ==<br />
<br />
* [http://sourceforge.net/projects/winavr/files/WinAVR/ sourceforge.net: deep link zum Downloads der verfügbaren WinAVR-Versionen]<br />
<br />
[[Kategorie:avr-gcc| ]]</div>134.109.52.140