Spis treści:
Mikrokontroléry AVR jsou velmi oblíbené. K nastavení jejich provozu bude zapotřebí také programátor.
Co je to programátor?
Pojem “programátor ” označuje všechna zařízení, jejichž úkolem je programovat elektronické obvody. Jedná se o proces, který probíhá nahráním kódu do paměti mikrokontroléru – v závislosti na zvoleném hardwaru to může být například paměť flash, EPROM nebo EEPROM. Vstupní kód se většinou připravuje na osobním počítači, často také pomocí speciálních vývojových prostředí, která celý proces usnadňují. Standard USB je v současné době nejčastěji používaným rozhraním pro přenos dat, a to především díky své univerzálnosti a oblíbenosti. Někdy lze nalézt i alternativní, obvykle starší řešení – příkladem jsou RS-232 a sériové porty.
Jak programátor pracuje?
Hlavním úkolem programátora je převést kód v textové podobě na instrukce, kterým mikrokontrolér rozumí. Jak přesně tento proces probíhá? Hlavní roli hraje programovací algoritmus, který se může lišit v závislosti na typu a architektuře cílového procesoru. Z tohoto důvodu jsou na trhu k dispozici různé varianty programátorů – včetně zařízení určených pro použití s čipy AVR, ATmega nebo JTAG. Některé modely se vyznačují univerzální funkcí a umožňují programování různých procesorů. Vraťme se však k programování algoritmů – jejich provádění je založeno na převodu dat na hexadecimální hodnoty. Takto připravené informace lze načíst přímo do paměti mikrokontroléru a poté je procesor přečte a provede.
Mikrokontroléry AVR
Než přejdeme k informacím o programátorech AVR, stojí za to podívat se na samotné mikrokontroléry této rodiny. Jedná se o obvody, které se vyznačují spíše skromnými možnostmi a jednoduchou konstrukcí, ale ve světě elektroniky mají pevné místo. Jejich popularita je dána mimo jiné nízkými cenami, což z nich dělá skvělé řešení pro začínající uživatele. Jsou také velmi dobrou volbou pro testování malých projektů. Čipy AVR byly původně vyvinuty společností Atmel a později firmou Microchip, která vyrábí také mikrokontroléry PIC a dsPIC. Datová sběrnice mikrokontrolérů AVR je 8bitová, což do jisté míry omezuje jejich možnosti – pro jednoduché aplikace je však tato konfigurace zcela dostačující.
Přestože mikrokontroléry AVR postupně ztrácejí na popularitě ve prospěch pokročilejších řešení, je třeba poznamenat, že je používají i jiné platformy. Nejznámějším příkladem je Arduino – čipy této řady používají mimo jiné mikrokontroléry tinyAVR a megaAVR. Pro nahrávání instrukcí do paměti Arduina však není nutné používat programátor. Platforma používá vlastní vestavěný nahrávací program, který umožňuje nahrávání programu přímo z počítače prostřednictvím portu USB. Vzhledem k paměťovým omezením se však takové řešení v menších mikrokontrolérech nepoužívá. Samotný zavaděč obvykle zabírá kolem 2 kilobajtů, což může být docela překážka, pokud máte velmi málo místa na data.
Jak funguje programátor AVR?
Obecný princip programátoru AVR jsme si již popsali – stojí za to podívat se trochu blíže na mechanismus fungování takového zařízení. Klíčovým problémem jsou linky SPI, sériové rozhraní používané mikrokontroléry AVR. Existují čtyři linky, z nichž každá má na starosti jiný úkol:
- SCK – synchronizuje přenos dat pomocí hodinového signálu;
- MOSI – přenáší data z programátoru do mikrokontroléru;
- MISO – přenáší data v opačném směru: z mikrokontroléru do programátoru;
- RESET – řádek, který je zodpovědný za uvedení mikrokontroléru do programovacího režimu.
MOSI i MISO pracují podle taktů daných linkou SCK. Naproti tomu programování je možné pouze tehdy, když je linka RESET v nízkém stavu. V závislosti na modelu mikrokontroléru mohou být vodiče pro uvedené linky umístěny na různých místech. Z tohoto důvodu je třeba před připojením programátoru pečlivě zkontrolovat specifikace daného výrobku. Mimo jiné může dojít k připojení programátoru k mikrokontroléru. prostřednictvím konektorů KANDA, které se dodávají ve dvou variantách – se 6 nebo 10 piny. Alternativním způsobem je jednoduše připojit standardní kontaktní desku a vhodně uspořádané vodiče. Pro usnadnění tohoto úkolu lze použít takzvanou patici ZIF – další součástku pro pohodlnější připojení mikrokontroléru.
Jak používat programátor AVR?
Kromě samotného propojení a přenosu dat mezi programátorem AVR a mikrokontrolérem je třeba věnovat pozornost také nutnosti použití vhodného softwaru. Počítač, ke kterému je programátor připojen, musí mít především ovladače podporující hardware. V současné době jsou často součástí zařízení nebo jsou integrovány do vývojových prostředí mikrokontrolérů. Pokud však nemáte přístup k řídicí jednotce, budete muset vyhledat vhodný soubor na webu a dbát na to, abyste zvolili správné řešení pro váš konkrétní model mikrokontroléru. Bude také užitečné mít software pro úpravu kódu a zjednodušení procesu nahrávání – mezi nejoblíbenější možnosti patří AVRdude, embedXcode, BitBurner a AVR8 Burn-O-Mat.
Funkce a klíčové prvky specifikací programátoru AVR
Standardní programátor AVR umožňuje zápis dat do paměti EEPROM nebo flash – při výběru konkrétního produktu věnujte pozornost typu paměti, kterou mikrokontrolér používá. Ve většině případů můžeme počítat také s přístupem k funkci čtení z paměti. Různá řešení se mohou lišit mimo jiné rychlostí přenosu dat – maximální sériová přenosová rychlost podporovaná AVR je 5 kB/s. Důležitá je také podpora různých operačních systémů: mnoho dostupných produktů funguje bez problémů se systémy Windows i Linux a macOS, ale některé jsou specifické pro danou platformu. Posledním faktorem při výběru, na kterém často záleží nejvíce, je kompatibilita s daným modelem mikrokontroléru.
