Работа с микроконтроллерами: прошивка с помощью Arduino и Arduino IDE

В этой статье, будет показан переход от программирования Arduino к программированию «сырого» микроконтроллера ATtiny84 с использованием привычных для Arduino скетчей.

Нам понадобится

Начинаем с простого скетча

Собирать мы будем устройство с потенциометром и светодиодом. В зависимости от угла поворота потенциометра будет изменяться яркость светодиода. Подключаем к Arduino ледующим образом: светодиод подключаем к цифровому пину №6 (поскольку на нем есть возможность генерации ШИМ-сигнала, за счет которого будет регулироваться яркость светодиода), а потенциометр — к аналоговому пину №0. Скетч содержит следующий код:

pwm-adc.ino
// Номер пина для светодиода
int ledPin = 6;   
 
// Номер аналогового пина   
int analogPin = A0;   
 
// В эту переменную считываем значение с аналогового входа
int val = 0;         
 
void setup()
{
  // Настраиваем пин светодиода на выход
  pinMode(ledPin, OUTPUT);   
}
 
 
 
void loop()
{
  // Считываем значение
  val = analogRead(analogPin);   
 
  // val содержит значение из диапазона 0..1023, а диапазон значений для analogWrite
  // 0..255. Для этого делим значение на 4
  analogWrite(ledPin, val / 4);  
}

Скетчи на ATtiny84

Итак, у нас Arduino Uno. Как же нам запрограммировать нашу «тиньку»? Для этого используется такое устройство, как программатор. Он необходим для того, чтобы залить в контроллер прошивку. Мы можем превратить в него нашу Arduino. И делается это элементарно, путем заливки скетча ArduinoISP.

Делаем программатор и собираем схему

Открываем соответствующий скетч «Файл → Примеры → ArduinoISP» и заливаем его. Все, превращение завершено. Теперь необходимо правильно собрать схему, чтобы прошить «тиньку». Обратимся к коду скетча, который был только что залит. Даже не к коду, а к комментарию перед ним.

ArduinoISP.ino
// This sketch turns the Arduino into a AVRISP
// using the following arduino pins:
//
// pin name:    not-mega:         mega(1280 and 2560)
// slave reset: 10:               53 
// MOSI:        11:               51 
// MISO:        12:               50 
// SCK:         13:               52 
//
// Put an LED (with resistor) on the following pins:
// 9: Heartbeat   - shows the programmer is running
// 8: Error       - Lights up if something goes wrong (use red if that makes sense)
 
// 7: Programming - In communication with the slave

Сначала подключим светодиоды таким образом, как описано в комментарии, не забывая резисторы. После сборки схемы и подачи питания, светодиод, подключенный к пину 9 «Heartbeat» будет моргать, обозначая нормальное функционирование. Если этого не произошло, то ищите ошибки в подключении.

Теперь надо подключить пины 10-13 к ATtiny. Чтобы узнать распиновку последней, обратимся к даташиту, который можно скачать с сайта Atmel, производителя этих контроллеров. На второй странице расположена картинка, описывающая распиновку. Основываясь на даташите и комментарии из скетча, можем составить следующую таблицу подключения:

Arduino UNO ATtiny84
Reset 10 4
MOSI 11 7
MISO 12 8
SCK 13 9

Теперь подключим светодиод и переменный резистор. Резистор необходимо подключить в пину №6 (PA7), поскольку этот пин может быть входом для аналого-цифрового преобразователя, а светодиод — к любому другому, например, к 10 (PA3).

О нумерации пинов

Стоит немного рассказать о различии нумерации пинов в Arduino и при использовании «чистого» С. В Arduino пины нумеруются последовательно и исключаются системные (питание, земля и т.д.), а в реальности все немного иначе. Все выводы контроллера можно охарактеризовать двумя парметрами: номер порта (порт А, порт В и т.д.) и номер вывода (1..8).

На сайте Arduino можно найти карту пинов. Она выглядит следующим образом:

Для используемой нами ATtiny84 нумерация будет аналогична. В библиотеке Arduino-tiny, о которой речь пойдёт далее, можно найти следующую таблицу соответствия:

// ATMEL ATTINY84 / ARDUINO
//
//                           +-\/-+
//                     VCC  1|    |14  GND
//             (D  0)  PB0  2|    |13  AREF (D 10)
//             (D  1)  PB1  3|    |12  PA1  (D  9) 
//                     PB3  4|    |11  PA2  (D  8) 
//  PWM  INT0  (D  2)  PB2  5|    |10  PA3  (D  7) 
//  PWM        (D  3)  PA7  6|    |9   PA4  (D  6) 
//  PWM        (D  4)  PA6  7|    |8   PA5  (D  5)        PWM
//                           +----+

В соответсвии с назначением каждой ножки контроллера, аналоговые пины (те, у которых есть вход АЦП) нумеруются в скетче по каналу АЦП. Напримем, пин сфизическим номером 11 может быть входом для второго канала АЦП (ADC2), поэтому в скетче он будет называться A2.

Теперь необходимо научить среду программирования Arduino понимать тот факт, что мы используем другой контроллер.

Учим среду разработки

Первым делом необходимо скачать библиотеку arduino-tiny, содержащую в себе все необходимое. Далее заходим в настройки Arduino и смотрим расположение папки со скетчами. Переходим в эту папку и создаем там новую с названием «hardware». А в ней еще одну, «tiny». Копируем содержимое скачанного ранее архива в эту папку. И последнее действие — переименовываем файл «Prospective Boards.txt» в «boards.txt». Теперь перезагружем среду разработки и идем в меню «Сервис → Плата». Можно видеть, то добавилось много новых пунктов.

Программируем ATtiny84

Выбираем в качестве нужного устройства «Сервис → Плата → ATtiny84 @ 8 MHz (internal oscillator; BOD disabled)» поскольку у нас нету внешнего кварца, который задает частоту работы контроллера. В качестве программатора выберем — «Сервис → Программатор → Arduino as ISP».

В качестве кода берем уже написанный нами код для светодиода и подстроечного резистора и изменяем там номера пинов.

attiny.ino
// Номер пина для светодиода
int ledPin = 2;   
 
// Номер аналогового пина   
int analogPin = A2;   
 
// В эту переменную считываем значение с аналогового входа
int val = 0;         
 
void setup()
{ 
  // Настраиваем пин светодиода на выход
  pinMode(ledPin, OUTPUT);   
}
 
void loop()
{ 
  // Считываем значение
  val = analogRead(analogPin);   
 
  // val содержит значение из диапазона 0..1023, а диапазон значений для analogWrite
  // 0..255. Для этого делим val на 4
  analogWrite(ledPin, val/4);  
}

Результат

Мы получили устройство, аналогичное тому, что могло бы быть сделано на Arduino, но использовали для него дешёвый и компактный микроконтроллер.

Так вы можете сгрузить некоторые обязанности в вашем большом проекте на отдельные микроконтроллеры, комбинировать их, заменять и делать много интересных, компактных вещей.