Mikrocontroller – Ein Leitfaden für Anfänger – Testen des USBTiny-Programmers und Bau des ersten Schaltkreises zum Programmieren

Mikrocontroller - Eine Einführung für Anfänger - Testen des USBTiny Programmierers und Aufbau der ersten Schaltung zur Programmierung

Bisher sollten Sie die gesamte Software installiert und die Schnittstelle aufgebaut haben, die eine bequeme Verbindung vom Programmierer zum Mikrocontroller (MCU) herstellt. Für den nächsten Schritt benötigen Sie ein Breadboard (die mit Zahlen sind sehr hilfreich), eine LED und einen Widerstand in einer für die gewählte LED geeigneten Größe. In diesem Abschnitt erfahren Sie, wie Sie den Programmierer testen, um festzustellen, ob die Software und die Treiber korrekt installiert wurden. Sie erfahren auch ein wenig über LED-Leuchten, das Ohmsche Gesetz und den benötigten Widerstandswert für die gewählte LED.

Um zu überprüfen, ob die Treiber und die Entwicklungssoftware korrekt installiert wurden, werden wir den Programmierer mit einem Programm namens avrdude testen. Avrdude ist ein Programm, das mit der neuesten WinAVR-Installation installiert wird und für die tatsächliche Übertragung der Datei in den Mikrocontroller verantwortlich ist. Dies ist die .hex-Datei, die im Wesentlichen der Binärcode ist, den der Mikrocontroller verstehen und ausführen kann. Wenn der Test nicht erfolgreich ist, kann der Programmierer die Datei nicht übertragen - daher ist dieser Schritt entscheidend für den gesamten Prozess. Befolgen Sie diese Schritte, um den Programmierer zu testen:

• Gehen Sie zur DOS-Eingabeaufforderung, indem Sie auf das Startmenü klicken und cmd.exe in das Suchfeld eingeben. Übrigens, falls Sie es nicht wussten, DOS steht für Disk Operating System. Dies war eine Eingabeaufforderung, die erstellt wurde, damit Computerbenutzer ihre Dateien auf Disketten organisieren konnten, wodurch es einfach wurde, Programme von der DOS-Eingabeaufforderung auszuführen (zu starten). Eingabeaufforderung bedeutet den Ort, an dem sich der Cursor befindet und Sie mit der Eingabe beginnen können. Die Eingabeaufforderung ist mit dem Laufwerksbuchstaben zusammen mit dem Ordnernamen gekennzeichnet, getrennt durch Backslashes "\". (Wir nannten diese früher Verzeichnisse.)
• Um das mit WinAVR installierte avrdude-Programm auszuführen, geben Sie einfach avrdude -c usbtiny -p m32 an der DOS-Eingabeaufforderung ein, und die DOS-Shell-Ausgabe meldet den Erfolg der Verbindung. Das "-c" ist ein Flag, dem der Parameter folgt, der zur Angabe des Programmierers (usbtiny) verwendet wird, und der Parameter nach dem "-p"-Flag wird zur Angabe des Mikrocontrollers ("m32" für den Atmega32) verwendet. Wenn Sie einen anderen Mikrocontroller verwenden, müssen Sie die entsprechende Spezifikation verwenden, wie im Video zu diesem Tutorial gezeigt.
• Um das DOS-Fenster zu verlassen, können Sie "exit" an der DOS-Eingabeaufforderung eingeben, und das DOS-Fenster verschwindet... genau wie meine flüchtigen Kinder in Disneyland!

Sie fragen sich wahrscheinlich, warum wir noch nicht programmieren können! Nun, wir müssen noch eine Schaltung erstellen, die das Programm steuert. Es wäre sinnlos, einfach ein Programm in einen Mikrocontroller zu laden und es ohne angeschlossene Geräte auszuführen. Wir hätten nicht viel zu sehen! Tatsächlich werden Sie bald feststellen, dass viele elektronische Komponenten von Mikrocontrollern gesteuert werden können, aber eines der einfachsten zu steuernden Geräte ist eine LED.

"LED" steht für Light Emitting Diode (Leuchtdiode), und dieses Bauteil hat im Allgemeinen zwei Anschlüsse. Anschlüsse sind die Metallbeine (Drähte), die von der eigentlichen LED abstehen. Diese Anschlüsse sind die polaren Verbindungen, die es dem Strom ermöglichen, von einem Anschluss (der Anode genannt) in die LED zu fließen und dann aus der LED über den anderen Anschluss (die Kathode genannt) wieder heraus. Ein sehr wichtiger Hinweis zum Betrieb und zur Verwendung von LEDs: Der durch die LED fließende Strom muss begrenzt werden, damit sie nicht durchbrennt. LEDs haben sowohl eine Nennstromstärke als auch eine Nennspannung. Die Nennstromstärke ist die maximale Stromgrenze, die die LED vertragen kann – jeder höhere Strom verkürzt die Lebensdauer der LED; aber weniger Strom führt zu einer dunkleren LED, die nicht so hell leuchtet. Wir müssen also den optimalen Wert für den von uns gewählten Widerstand berechnen. Beachten Sie, dass wenn Sie diese Berechnung aus irgendeinem Grund nicht durchführen möchten, es im Allgemeinen sicher ist, einen 1k-Widerstand zu verwenden – aber das Licht wird ziemlich schwach sein.

Um den benötigten Widerstand zu berechnen, verwenden wir das Ohmsche Gesetz, das besagt, dass der Widerstand (in Ohm) durch Teilen der Spannung durch den Strom ermittelt wird. Die Formel lautet:

Widerstand = Volt/Strom

Dies wird typischerweise als R = V / I geschrieben. Aber wie finden wir die Spannungs- und Stromwerte für die LED? Typischerweise werden LEDs mit 2 oder 4 Volt und einer Stromstärke von 10 Milliampere (mA) oder 20 mA bewertet. Meine grüne LED hat eine Nennspannung von 2 Volt. Auf der im vorherigen Satz verlinkten Website haben weiße und blaue LEDs eine Nennspannung von 4 Volt. Ich habe die 10mA-Bewertung verwendet, da es sicherer ist, diesen Wert zu verwenden, da er den kleinsten Nenner in der Ohmschen Gesetzesformel ergibt und somit den größten Widerstandswert für eine gegebene Spannung darstellt. Daher kann dies als "Worst-Case-Szenario" bei der Auswahl eines Widerstands zum Einsetzen in die Schaltung angesehen werden. Ein weiterer Aspekt, den wir berücksichtigen müssen, ist der Unterschied zwischen der Versorgungsspannung (der Spannung, die wir in das System einspeisen) und der Nennspannung der LED. Daher wird die neue Formel zu

R = (Versorgungsspannung - LED-Spannung) / I

Im Fall unserer grünen LED gilt also: R = (5V - 2V) / 0,01A = 300 Ohm. Ach ja, Sie müssen den Strom in Ampere umrechnen. Deshalb müssen wir die Zahl 10mA durch 1000 teilen, da 1000 Milliampere einem Ampere entsprechen. Was sagt uns diese Formel nun? Sie sagt uns, dass der Widerstand gleich der verbleibenden Spannung ist, nachdem die LED berücksichtigt wurde (d.h. der Spannungsabfall über der LED), geteilt durch den gewünschten Strom durch die LED.

Was sagen Sie? Wir haben einen Wert von 300 aus dieser Formel erhalten, aber als ich in den Laden ging, konnte ich diese Nummer nicht finden! Ich hasse es, Ihnen das zu sagen, aber das Geld, das für Benzin für diese Fahrt ausgegeben wurde, hätte Ihnen 40 der richtigen Widerstände kaufen können! 300 Ohm ist ein Widerstand, der wahrscheinlich nicht erhältlich ist, aber verlieren Sie nicht die Hoffnung – Sie können immer einen Widerstand des nächsthöheren Wertes verwenden. Ich habe festgestellt, dass dies 330 Ohm in der Mischung von Widerständen ist, die ich von verschiedenen weggeworfenen Geräten und Elektronik gesammelt habe.

Jetzt werden wir die Schaltung aufbauen, was in diesem Tutorial ziemlich einfach ist. Der schwierigste Teil liegt hinter uns (das oben Genannte), also können Sie sich jetzt die Stirn abwischen! Verwenden wir Pin 0 von PORT "B" auf dem MCU in dieser Schaltung, und das entspricht zufällig dem Pin Nummer 1 auf dem Atmega32 Mikrocontroller, den ich verwende. Also werden wir jetzt diesen Pin programmatisch einschalten, um die LED zum Leuchten zu bringen.

Die Schritte zum Aufbau der Schaltung sind wie folgt: Verbinden Sie den Widerstand mit Pin Nummer 1 (beachten Sie, dass "PORTB0" eine Möglichkeit ist, Pin B0 von PORT B zu bezeichnen, aber Sie werden auch andere Wege lernen). Verbinden Sie nun das andere Ende des Widerstands mit der positiven Seite der LED (d.h. der Anodenseite, oder dem längsten Anschluss, oder dem Anschluss gegenüber der abgeflachten Seite der LED). Dann verbinden wir die Kathodenseite mit dem Masse-Pin (GND). Der Programmierer wird natürlich auch angeschlossen sein; dies ermöglicht die Übertragung des Programms in den Chip und versorgt auch den Mikrocontroller mit Strom. Schließlich können wir die Schaltung nun auf das Steckbrett anwenden. Die Videos demonstrieren alle notwendigen Schritte in diesem Prozess. Aus dem beigefügten Bild können Sie ersehen, dass es sich um eine sehr einfache Schaltung handelt.

Bauen Sie nun die Schaltung auf dem Steckbrett auf. Die Videos zeigen dies Schritt für Schritt. Anhand des Bildes können Sie erkennen, dass es sich um eine sehr einfache Schaltung handelt.

Schauen Sie sich die Nahaufnahme des Widerstands und der LED an. Können Sie sehen, wie der Draht mit dem Widerstand und der Widerstand mit der LED verbunden ist? Nachdem diese Schaltung auf dem Steckbrett fertiggestellt ist, können wir mit dem Programmieren beginnen und die LED zum Leuchten bringen. Aufgeregt? Ich bin es!