硬件設(shè)備

• Arduino Uno開發(fā)板

• 臺(tái)式機(jī)

• Arduino到臺(tái)式機(jī)連接線

軟件

• Atmel Studio

  • 安裝Atmel Studio，里面會(huì)有atmel的編譯器，還會(huì)安裝PC端的virtual comm port driver用來打印信息到TeraTerm

  • 當(dāng)然也可以下載一個(gè)Arduino IDE，Arduino IDE可以快速地對(duì)Arduino進(jìn)行編程，但我比較習(xí)慣用Atmel Studio。

• AvrDude

  • 這個(gè)軟件可以通過串口下載代碼到Arduino

• 串口通信軟件，putty?或者?TeraTerm

• 代碼編輯軟件，Atom?或者其他任何可以編輯文本的軟件

文檔

• Arduino的CPU Atmel328P的芯片手冊(cè)，下載鏈接。

開啟Arduino之旅

項(xiàng)目介紹

????這個(gè)小項(xiàng)目主要是帶大家入門嵌入式開發(fā)領(lǐng)域。

• 點(diǎn)亮自己的LED小燈

• 通過串口進(jìn)行debug

• 寫一個(gè)簡(jiǎn)單的command line interface用來和板子通信

初識(shí)Arduino硬件

????我們的核心是Arduino Uno開發(fā)板，下面這張圖是Arduino的電路圖。我把它的幾個(gè)大塊標(biāo)記出來，下面我一一來說明下。

• Voltage Regulator: 它的任務(wù)是為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的3.3V和5V的電壓。在藍(lán)色區(qū)域有兩個(gè)voltage regulator，一個(gè)是LP2985，輸入5V，輸出3.3V；一個(gè)是NCP1117，輸入最高20V，輸出5V。Arduino的供電有兩種，一種是USB供電，這時(shí)候只從藍(lán)色區(qū)域左下角的USBVCC為板子提供5V電壓，然后通過一個(gè)regulator為板子提供3.3V電壓。另一種供電是通過供電插口（在板子上USB插口的下方有個(gè)圓形的黑色電源插口），這個(gè)供電插口是藍(lán)色區(qū)域中靠中間的長(zhǎng)方形區(qū)域，它的電壓可以最高到20V，然后通過NCP1117變成5V電壓，然后再通過LP2985變成3.3V電壓。這里面有個(gè)值得注意的地方是藍(lán)色區(qū)域的USBVCC出來后連接了一個(gè)三極管，三極管上面有個(gè)比較器，比較器的正向輸入端連接了一個(gè)分壓電路，反向輸入端連接著3.3V。它的目的是如果從供電插口輸入的電壓不足5V，那就用USB的5V電壓，否則就用供電插口的5V電壓。

• USB Control chip: USB的控制芯片，買回來的Arduino中這個(gè)芯片的固件都是已經(jīng)在里面的，它的作用是把USB接口的東西轉(zhuǎn)成串行通信數(shù)據(jù)(在電路圖紅色的Serial Comm部分)發(fā)送給CPU，還用把CPU從串行通信發(fā)出來的東西，傳換成USB信號(hào)發(fā)送給PC機(jī)。

• Main CPU: 主CPU是Atmel328P。8-bit CPU, 因?yàn)锳rduino沒有外接的serial flash 或者外接的SDRAM，所以根據(jù)芯片手冊(cè)，一共有32KB 芯片上的programming flash，編譯的代碼可以放在這個(gè)flash里面。有2KB的SRAM，一些寄存器的信息，stack和heap，全局變量等都放在RAM里。

• Crystal: 16MHz的晶振

• LED: LED的輸入標(biāo)記是SCK，對(duì)應(yīng)連接的是atmel328P上的B5管腳。LED連接了一個(gè)放大器，目的是電流不通過放大器，只是通過電壓來控制LED，這樣的話B5管腳可以做其他用途。

• Serial Comm: 串口通信端口，在CPU上通過usart給PC端發(fā)送數(shù)據(jù)。

點(diǎn)亮Arduino LED小燈

創(chuàng)建項(xiàng)目

• 選擇File -> Project -> GCC executable project

  • 輸入項(xiàng)目名稱，之后的芯片請(qǐng)選擇atmel328p

• 然后需要配置avrdude, 選擇tool -> external tool開始配置avrdude

  • Title：avrdude programmer

  • Command:?C:avrdudeavrdude.exe?請(qǐng)?zhí)顚懙絘vrdude的路徑。

  • Arguments:?-F -V -c arduino -p ATMEGA328P -P COM6 -b 115200 -U flash:w："$(ProjectDir)Debug$(ItemFileName).hex":i?里面的COM6請(qǐng)從device manager中找出當(dāng)前的comm port.

點(diǎn)亮LED燈

• 點(diǎn)亮LED燈，需要配置PB5 GPIO寄存器。通過Atmel328p的data sheet和Arduino的電路圖，輸出高電平使LED亮，輸出低電平使LED滅。

DDRB |= (1 << PB5);   //配置PB5的data direction register
PORTB |= (1 << PB5);  //使PB5輸出高電平
PORTB &= ~(1 << PB5); //使PB5輸出低電平

串口通信

• 當(dāng)能夠控制LED的開關(guān)，這時(shí)候可以說明編譯器和Avrdude的代碼下載也沒問題。這時(shí)候?yàn)榱宋覀兏玫豥ebug程序，我們需要讓串口通信正常工作，這樣可以把信息打印到PC端。

• 根據(jù)Arduino電路圖，我們需要讓紅色區(qū)域的serial comm正常工作。USB controller chip可以把數(shù)據(jù)從USB端口輸出到PC端。

• 在atmel328P的data sheet, section 24。有詳細(xì)的USART的描述，對(duì)于USART來說，首先肯定是要配置波特率了，然后需要配置USART的一些傳輸模式，比如一次發(fā)8 bit 或者一次發(fā)7 bit，有沒有stop bit等等。

  • 要注意的是data sheet里面給出了如何把波特率計(jì)算成寄存器需要的值，計(jì)算公式和板子的晶振頻率有關(guān)。具體在數(shù)據(jù)手冊(cè)第227頁(yè)。

• 在傳輸過程，就是不斷的把想要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫到寄存器里，然后Atmel328P會(huì)通過兩個(gè)pin發(fā)送到USB controller chip，然后USB controller chip再發(fā)送給PC端。

//配置USART
UBRR0H = (uint8_t)(BAUDRATE_9600_UBRR >> 8);    // 配置波特率
UBRR0L = (uint8_t)BAUDRATE_9600_UBRR;

UCSR0B = (1<1<1 << RXCIE0);   //enable接收和發(fā)送數(shù)據(jù)  

UCSR0C = (3<//配置發(fā)送模式，8 bit 數(shù)據(jù) 1 bit stop bit

//發(fā)送數(shù)據(jù)
void USART_Transmit(uint8_t * Data, uint16_t Length)
{
  uint16_t i;
  for (i = 0; i < Length; i++)
  {
    /* Wait for empty transmit buffer */
      while (!( UCSR0A & (1</* Put data into buffer, sends the data */
      UDR0 = Data[i];
  }
}

//接收數(shù)據(jù)， 使用中斷接收數(shù)據(jù)
ISR(USART_RX_vect)
{
  uint8_t ReceivedData;
  ReceivedData = UDR0;
}

Command Line Interface

• 當(dāng)確定Arduino和PC端可以正常通信，我們就可以開始寫command line interface。顧名思義，是通過PC端輸入指令，Arduino做相應(yīng)的動(dòng)作。一般大部分的電子產(chǎn)品都有自己的cli用來和產(chǎn)品通信，很多情況如果要開發(fā)新的功能，就增加一條新的command，然后PC端的driver可以發(fā)送這個(gè)新的command給嵌入式設(shè)備，這樣它就可以執(zhí)行新的功能了。

• command line interface源碼, 里面可以輸入指令使Arduino的LED開啟或者關(guān)閉。

• 在command line interface的實(shí)現(xiàn)過程中，有些蠻有趣的地方。

  • 我用了一個(gè)circular buffer來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和處理，有一個(gè)read index和一個(gè)write index，使用buffer的目的就在于用戶輸入命令的速度要和計(jì)算機(jī)處理的速度不同，所以我們需要一個(gè)buffer來平衡它們。比如計(jì)算機(jī)要處理某個(gè)命令需要很久，而用戶在這個(gè)命令后又連續(xù)輸入了好幾個(gè)其他的命令，所有其他的命令都會(huì)放到這個(gè)circular buffer然后依次處理。

  • 這個(gè)小project使用了這個(gè)volatile來定義一個(gè)變量,?USART_StartCmdProcess，用來記錄當(dāng)前在receive buffer中有多少個(gè)命令。原因是我們是在中斷中把這個(gè)變量自加1，當(dāng)編譯器編譯這段代碼的時(shí)候，如果沒有volatile的話，編譯器并不知道什么時(shí)候這個(gè)變量什么時(shí)候會(huì)加1，因?yàn)橹袛嘣谌魏螘r(shí)候都可能發(fā)生。因此在主函數(shù)里面有if (變量 > 0)，這個(gè)判斷會(huì)被編譯器認(rèn)為永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生（編譯器將這個(gè)判斷為永遠(yuǎn)false）。所以加了volatile就強(qiáng)制編譯器在編譯去真正判斷地判斷變量的值，簡(jiǎn)單地說是不會(huì)優(yōu)化主函數(shù)里面地if (變量 > 0)。

• 輸入GetLedStatus, Arduino返回LED OFF

• 輸入SetLed ON，Arduino點(diǎn)亮LED

• 輸入GetLedStatus, Arduino返回LED ON

• 輸入SetLed OFF, Arduino關(guān)閉LED