Работа с микроконтроллерами: прошивка программатором и чистый «Си»

Arduino мы не используем, поэтому обо всем нам придется думать самостоятельно. И первое, с чем необходимо разобраться — питание. Мы будем использовать преобразователь L7805, обладающей следующими характеристиками:

Теперь нам надо узнать схему подключения этого преобразователя. Ее мы найдем на странице 3 даташита.

Помимо самого преобразователя, мы видим еще 2 конденсатора — входной Сi и выходной Сo. Входной конденсатор необходим для того, чтобы сгладить пульсации на входе в случае удаленности L7805 от источника. В нашем случае длина соединительных проводов не будет превышать 15 см, поэтому входного конденсатора у нас не будет. Зато будет выходной, поскольку мы хотим «кормить» наш контроллер стабильным питанием.

Распиновка

Необходимо знать назначение ножек преобразователя. Это описано на 2-й странице даташита.

Схема

С учетом всего вышеописанного, получается схема для организации питания.

Микроконтроллеры для начинающих

Дельта принтеры крайне требовательны к точности изготовления комплектующих (геометрия рамы, длины диагоналей, люфтам соединения диагоналей, эффектора и кареток) и всей геометрии принтера. Так же, если концевые выключатели (EndStop) расположены на разной высоте (или разный момент срабатывания в случае контактных концевиков), то высота по каждой из осей оказывается разная и мы получаем наклонную плоскость не совпадающая с плоскостью рабочего столика(стекла). Данные неточности могут быть исправлены либо механически (путем регулировки концевых выключателей по высоте), либо программно. Мы используем программный способ калибровки.
Далее будут рассмотрены основные настройки дельта принтера.
Для управления и настройки принтера мы используем программу Pronterface.
Калибровка принтера делится на три этапа:

1 Этап. Корректируем плоскость по трем точкам

Выставление в одну плоскость трех точек — A, B, C (расположенных рядом с тремя направляющими). По сути необходимо уточнить высоту от плоскости до концевых выключателей для каждой из осей.
Большинство (если не все) платы для управления трехмерным принтером (В нашем случае RAMPS 1.4) работают в декартовой системе координат, другими словами есть привод на оси: X, Y, Z.
В дельта принтере необходимо перейти от декартовых координат к полярным. Поэтому условимся, что подключенные к двигателям X, Y, Z соответствует осям A, B, C.(Против часовой стрелки начиная с любого двигателя, в нашем случае смотря на логотип слева — X-A, справа Y-B, дальний Z-C) Далее при слайсинге, печати и управлении принтером в ручном режиме, мы будем оперировать классической декартовой системой координат, электроника принтера сама будет пересчитывать данные в нужную ей систему. Это условность нам необходима для понятия принципа работы и непосредственной калибровки принтера.

Точки, по которым мы будем производить калибровку назовем аналогично (A, B, C) и позиция этих точек равна A= X-52 Y-30; B= X+52 Y-30; C= X0 Y60.

Алгоритм настройки:

  1. Подключаемся к принтеру. (В случае “крагозяб” в командной строке, необходимо сменить скорость COM порта. В нашем случае с 115200 на 250000 и переподключится)

    После чего мы увидим все настройки принтера.
  2. Обнуляем высоты осей X, Y, Z командой M666 x0 y0 z0.
    И сохраняем изменения командой M500. После каждого изменения настроек необходимо нажать home (или команда g28), для того что бы принтер знал откуда брать отсчет.
  3. Калибровка принтера производится “на горячую”, то есть должен быть включен подогрев стола (если имеется) и нагрев печатающей головки (HotEnd’а) (Стол 60град., сопло 185 град.) Так же нам понадобится щуп, желательно металлический, известных размеров. Для этих задач вполне подойдет шестигранный ключ (самый большой, в нашем случае 8мм, он предоставляется в комплекте с принтерами Prizm Pro и Prizm Mini)
  4. Опускаем печатающую головку на высоту (условно) 9мм (от стола, так, что бы сопло еле касалось нашего щупа, т.к. высота пока что не точно выставлена.) Команда: G1 Z9.
  5. Теперь приступаем непосредственно к настройке наших трех точек.
    Для удобства можно вместо g- команд создать в Pronterface четыре кнопки, для перемещения печатающей головки в точки A, B, C, 0-ноль.

  • Последовательно перемещаясь между тремя точками (созданными ранее кнопками или командами) выясняем какая из них находится ниже всего (визуально) и принимает эту ось за нулевую, относительно нее мы будем менять высоту остальных двух точек.
  • Предположим, что точка A у нас ниже остальных. Перемещаем головку в точку B(Y) и клавишами управления высотой в Pronterface опускаем сопло до касания с нашим щупом, считая величину, на которую мы опустили сопло (в лоб считаем количество нажатий на кнопки +1 и +0.1)
    Далее командой меняем параметры высоты оси Y: M666 Y <посчитанная величина>
    M666 Y0.75
    M500
    G28
  • Ту же операцию проделываем с оставшимися осями. После чего следует опять проверить высоту всех точек, может получится, что разброс высот после первой калибровки уменьшится, но высота все равно будет отличатся, при этом самая низкая точка может изменится. В этом случае повторяем пункты 6-7.
  • 2 Этап. Исправляем линзу

    После того как мы выставили три точки в одну плоскость необходимо произвести коррекцию высоты центральной точки. Из за особенности механики дельты при перемещении печатающей головки между крайними точками в центре она может пройти либо ниже либо выше нашей плоскости, тем самым мы получаем не плоскость а линзу, либо вогнутую либо выпуклую.

    Корректируется этот параметр т.н. дельта радиусом, который подбирается экспериментально.

    Калибровка:

    1. Отправляем головку на высоту щупа в любую из трех точек стола. Например G1 Z9 X-52 Y-30
    2. Сравниваем высоту центральной точки и высоту точек A,B,C. (Если высота точек A, B, C разная, необходимо вернутся к предыдущей калибровки.)
    3. Если высота центральной точки больше остальных, то линза выпуклая и необходимо увеличить значение дельта радиуса. Увеличивать или уменьшать желательно с шагом +-0,2мм, при необходимости уменьшить или увеличить шаг в зависимости от характера и величины искривления (подбирается экспериментально)
    4. Команды:
      G666 R67,7
      M500
      G28
    5. Подгоняем дельта радиус пока наша плоскость не выровняется
    3 Этап. Находим истинную высоту от сопла до столика

    Третьим этапом мы подгоняем высоту печати (от сопла до нижней плоскости — столика) Так как мы считали, что общая высота заведомо не правильная, необходимо ее откорректировать, после всех настроек высот осей. Можно пойти двумя путями решения данной проблемы:
    1 Способ:
    Подогнав вручную наше сопло под щуп, так что бы оно свободно под ним проходило, но при этом не было ощутимого люфта,

    • Командой M114 выводим на экран значение фактической высоты нашего HotEnd’а
    • Командой M666 L получаем полное значение высоты (Параметр H)
    • После чего вычитаем из полной высоты фактическую высоту.
    • Получившееся значение вычитаем из высоты щупа.

    Таким образом мы получаем величину недохода сопла до нижней плоскости, которое необходимо прибавить к полному значению высоты и и записать в память принтера командами:
    G666 H 235.2
    M500
    G28

    2 Способ:
    Второй способ прост как валенок. С “потолка”, “на глаз” прибавляем значение высоты (после каждого изменение не забываем “уходить” в home), добиваясь необходимого значения высоты, но есть шанс переборщить со значениями и ваше сопло с хрустом шмякнется об стекло.

    Как сделать авто калибровку для вашего принтера и что при этом авто калибрует принтер вы узнаете из следующих статей.

    Программирование микроконтроллеров PIC 12 / PIC 16

    Программирование микроконтроллеров PIC выполняется с использованием проприетарного последовательного протокола. Поэтому конечному пользователю недостаточно просто взять и подключить микросхему контроллера PIC напрямую к любому «стандартному» интерфейсу.

    Однако технические требования относительно программирования по времени достаточно слабы. Этот фактор даёт возможность использовать некоторые выводы параллельного или последовательного порта компьютера для генерации программной последовательности с помощью программного обеспечения.

    Помимо рабочего напряжения, микроконтроллерам требуется ещё три сигнала:

    1. Программируемое напряжение (около 13В).
    2. Таймер программирования (ICSPCLK).
    3. Данные (ICSPDAT).

    Поскольку большинство выпускаемых экземпляров PIC допускают программируемое напряжение несколько ниже значения, указанного спецификацией, открывается возможность использования уровней сигналов ± 12В, присутствующих на интерфейсе последовательного порта настольного ПК.

    Таким образом, «записать» PIC вполне допустимо без необходимости подключения дополнительного источника питания. Преобразование уровней допускается выполнять при помощи нескольких компонентов. Однако представленная ниже упрощённая схема, обладает некоторыми ограничениями.

    В частности, позволяет считывать и программировать непосредственно PIC устройства. Нет никакой гарантии, что эта схема способна обеспечить программирование всех контроллеров, поскольку не соответствует полной спецификации программирования.

    Схема принципиальная упрощённого программатора микроконтроллеров серии PIC и обозначенные линии подключения интерфейсов RS232 / ISSP

    Внутрисхемное программирование микроконтроллеров PIC

    Разъём внутрисхемного программирования (ICSP) предоставляет возможность запрограммировать микроконтроллер непосредственно в рамках прикладной схемы.

    Этот вариант видится особенно полезным в домашних условиях или в другой не специальной среде. Например там, где по каким-либо причинам требуется повторное изменение — программирование микроконтроллеров PIC и тестирование схемы.

    Применение разъёма ICSP позволяет избежать рисков при перемещении микроконтроллера PIC между различными гнездами (например, в случае изгиба контактов или воздействия на микроконтроллер электростатических разрядов). Также работа с разъёмом ICSP обеспечивает экономию времени.

    Вот такой вариант ICSP соединителя вполне подойдёт для подключения линий связи на случай выполнения программирования микроконтроллера серии PIC12/PIC16

    Следует внимательно использовать интерфейс и кабель ICSP, принимая во внимание, что схема не должна нарушать ход сигналов программирования. Другими словами – точное соответствие месту назначения сигналов необходимо выполнять безукоризненно.

    Основные условия программирования:

    • время переключения напряжения программирования «0 – 13В» составляет несколько микросекунд;
    • полный размах напряжения сигналов таймера и данных достигается в течение одной микросекунды;
    • вывод сигнала PGM остаётся низким всё время программирования.

    Некоторые микроконтроллеры PIC требуют применения напряжения программирования до подачи рабочего напряжения. В этом случае напряжением программирования управляют через модуль программатора. Самый простой способ выполнить первые два условия — не использовать корреспондирующие выводы в цепях схемы. Если необходимо, следует использовать отладчик.

    Рекомендации относительно процедуры программирования

    Не рекомендуется подключать активные цепи к линии внешнего (основного) сброса (MCLR – Microcontroller Line Reset). Если сигнал MCLR используется для сброса PIC, следует устанавливать резистор номинальным сопротивлением более 56 кОм между выводами MCLR и подачи напряжения питания.

    Рекомендуется в цепь резистора включать конденсатор небольшой ёмкости — менее 100 пФ со смещением на землю (вывод GND).

    Сигнальные выводы программирования должны исключать наличие индуктивной или ёмкостной нагрузки. Когда рабочее напряжение питания берётся от модуля программатора, требуется изолировать вывод питания PIC от остальной части прикладной схемы в процессе программирования.

    Схемные доработки программатора микроконтроллера, рекомендуемые с целью обеспечения более качественного процесса программирования устройства

    Этот вариант может иметь место, если схема содержит собственный стабилизатор напряжения питания и оснащается развязывающим конденсатором большой ёмкости. Модуль программатора, предназначенный под напряжение питания 3,3В, не в состоянии заряжать конденсатор достаточно быстро, а для программирования PIC требуется не менее 4,5В.

    Между тем вариант изолирования можно исключить, если в схеме используется диод Шоттки. Чтобы удерживать вывод перевода микроконтроллера в режим программирования (PGM) на низком уровне, рекомендуется подключать этот вывод к земле через резистор номиналом от 2,2 кОм до 10 кОм.

    Всегда рекомендуется таймер включения питания вносить в «слово» конфигурации. Задержка таймера более 40 мс даёт достаточно времени для стабилизации напряжения питания перед началом любой операции. Такой шаг позволяет избежать непреднамеренного выполнения программы до входа в режим программирования.

    Во время программирования остальные контакты порта остаются в режиме ввода — имеют высокий импеданс. Используемой схемой необходимо обрабатывать такое состояние по возможности неактивным способом. Чтобы избежать нежелательных «побочных эффектов», следует рассмотреть возможность дополнения подтягивающими резисторами.

    Для обеспечения повторного программирования микроконтроллера PIC в условиях напряжения питания ниже 4,5В, область памяти необходимо отключить от защиты. Это обусловлено применением «Chip Erase», единственного способа удаления кода или защиты данных, которого требуют практически все микроконтроллеры PIC с напряжением питания выше 4,5В.

    Сигналы ICSP соответствующие контактам PIC 12Fxxx / 16Fxxx

    Число ниже аббревиатуры сигнала соответствует выходу разъема ICSP модуля программатора. Для использования модуля с тестовыми платами сторонних производителей требуется адаптер.

    Следует обратить внимание: разъём ICSP этого модуля программатора имеет различный порядок сигналов по сравнению с другими программаторами микроконтроллеров PIC

    Следующие схемы показывают, как подключать сигналы программирования к микроконтроллерам PIC 12Fxxx / 16Fxxx:

    Схемы, определяющие порядок подключения сигнальных проводников, участвующих в процедуре чтения/записи данных микроконтроллеров разной конфигурации

    Необходимый набор программ

    Существует множество полезных и удобных программ для программирования МК. Они бывают как платные, так и бесплатные. Среди них можно выделить три основных:

    Все эти программы относятся к IDEIntegrated Development Environment – интегрированная среда разработки. В них можно писать код, компилировать и отлаживать его.

    Следует обратить внимание на Code Vision AVR. Эта IDE позволяет упростить и ускорить написание кода. Однако программа платная.

    На начальном этапе программирования все программы лучше прописывать вручную, без каких-либо упрощений. Это поможет быстро приобрести необходимые навыки, а в дальнейшем хорошо понимать и редактировать под свои нужды коды, написанные кем-то другим. Поэтому я рекомендую использовать программу Atmel Studio. Во-первых, она абсолютно бесплатна и постоянно обновляется, а во-вторых она разработана компанией, изготавливающей микроконтроллеры на которых мы будем учиться программировать.

    Тотальный микроконтроль. Какие бывают микроконтроллеры и как выбрать подходящий

    Содержание статьи

    • PIC
    • Программирование и использование PIC
    • AVR
    • Цена и начинка
    • Программирование и использование AVR
    • ARM
    • STM8
    • STM32
    • Прошивка и программирование
    • Цена
    • Статьи в «Хакере» об STM32 и проектах на его основе
    • ESP
    • Статьи в «Хакере» о ESP32 и ESP8266
    • Выводы

    Микроконтроллер (Micro Controller Unit, MCU) — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами.

    Определение выше что-то напоминает. Ах да, микропроцессор! Эти два сложных (в сравнении с остальными) электронных компонента похожи. Они обрабатывают цифровую информацию и выполняют программы. Но микроконтроллер несколько интереснее: он уже содержит оперативную память (RAM), постоянную память (ROM), память программы (Flash) и некоторую встроенную периферию. С ним легче начать работать, ему не нужно много обвязки для функционирования.

    С появления в 70-х годах первых микроконтроллеров необходимость в проектировании сложного устройства отпала. Долгое время монополию на их производство держала компания Motorola, но их продукция была дороговата для обывателей. Сейчас же американские компании теснят конкуренты из Азии, которые готовы осчастливить каждого за чисто символическую сумму.

    Давай вместе попробуем разобраться в современном рынке микроконтроллеров. Замечу, что говорить мы будем только о бюджетных и широко специализированных модельных линейках, то есть о тех, которые используют электронщики.

    Открывает наш парад компания Microchip Technology с серией PIC. Эти МК отличаются между собой разрядностью (8/16/32), набором периферии и корпусом чипа. Восьмибитные варианты же делятся на четыре семейства: baseline, mid-range, enhanced mid-range и PIC18. Более подробная информация приведена в таблице.

    Также есть 16-битные «пики» — PIC24F и DsPIC30/33F. Ну и 32-битные — PIC32MX. Эти непонятные сочетания букв и цифр — часть идентификатора чипа. То же, что и марки у машин. Например, широко распространенный камень PIC16F628A расшифровывается так: семейство PIC16F6 (Mid-range), а остальная часть имени — указатель на конкретный камень. У рассмотренных далее МК в имени может содержаться еще больше информации.

    Микроконтроллер PIC16F628A

    Эти микроконтроллеры имеют среднюю стоимость. Например, камень PIC6F628 в Chipdip стоит около 150 рублей, а PIC18F2550 — 620 рублей.

    Более дешевые экземпляры имеют в своем составе минимум периферии. У упомянутого ранее PIC6F628 следующие характеристики: встроенный тактовый генератор для работы с частотой 4 или 8 МГц; 18 пинов, из них 16 — ввод/вывод, а 2 — питание; для работы на более высоких частотах можно подключить кварцевый резонатор; Flash-память объемом 2048 слов; 4 аналоговых входа; два 8-битных таймера и один 16-битный; 224 байта ОЗУ (самому смешно); 128 байт EEPROM (это программно перезаписываемая энергонезависимая память, вроде жесткого диска); интерфейс UART.

    Программирование и использование PIC

    Программируют для микроконтроллеров, как правило, на ассемблере и на Си. Есть множество сред разработки: MPASM и MPLAB, MicroC, JALedit (язык JAL, сам про него впервые слышу).

    Как правило, на таких МК собирают простенькие устройства вроде мигалки или таймера. Эти контроллеры долго имели монополию на постсоветском пространстве, и в результате в интернете есть огромное множество русскоязычных сервисов и статей, посвященных этим моделям МК. При сборке устройства часто можно даже не писать прошивку, ведь она легко находится в интернете, даже в нескольких вариантах.

    Вторым плюсом можно указать встроенные независимые (от тактового генератора) счетчики. Благодаря этому факту семейство зарекомендовало себя в качестве «мозгов» для частотомеров. Пара таких контроллеров лежит у меня в мастерской на черный день. Из минусов можно выделить только высокую стоимость оригинальных программаторов, которые зовутся PICkit.

    PICKIT3

    В интернете есть множество статей по сборке достойных аналогов таких программаторов. Но вся соль в том, что для сборки программатора тебе нужно что? Правильно, программатор. На этот случай был разработан программатор Громова. Для его сборки почти ничего не нужно, а работает он от COM-порта компьютера. На момент его разработки популярность этой серии МК была высока, да и COM-порты были у всех ПК. Сейчас все это уже редкость, так что придется преодолеть порог вхождения либо раскошелиться.

    Продолжение доступно только участникам

    Вариант 1. Присоединись к сообществу «Xakep.ru», чтобы читать все материалы на сайте

    Членство в сообществе в течение указанного срока откроет тебе доступ ко ВСЕМ материалам «Хакера», позволит скачивать выпуски в PDF, отключит рекламу на сайте и увеличит личную накопительную скидку! Подробнее

    Общий взгляд на устройства ПЛК

    Системы на базе микропроцессора (микроконтроллеры) выступают в качестве программируемых электронных устройств, для которых специально разработаны языки программирования.

    Благодаря таким языкам программирования, существенно облегчается процесс программирования контроллеров. Язык высокого уровня, созданный для ПЛК, обеспечивает простоту, эффективность и дружелюбную среду для пользователя.

    Микропроцессор фактически можно рассматривать электронной схемой, поддерживающей обработку команд, хранящихся в системной памяти. Эта же схема работает с инструкциями — арифметическими и логическими, использует внешние устройства:

    • память,
    • входные порты,
    • выходные порты.

    В свою очередь, микроконтроллер представляет собой интегральную схему, в составе которой присутствуют:

    • микропроцессор,
    • память программ и данных,
    • генератор тактовых импульсов,
    • интерфейсы ввода и вывода,
    • таймеры,
    • аналого-цифровые преобразователи,
    • внешние коммуникационные порты и другие схемы.

    Макрос языка высокого уровня — это инструкция, которая является сокращённой строкой, содержащей несколько инструкций. Запись программы с повторяющимися действиями (схожестью инструкций) при использовании макросов значительно сокращается.

    Микроконтроллеры используются в составе современной электроники повсеместно. Умение выполнять программирование микроконтроллеров открывает широкие горизонты

    Эффективность программы на основе макросов столь же эффективна, как и запись программы на языке «C». Компилятор отвечает за создание соответствующих подстановок для генерации кода, который передаётся в память программы микропроцессора или микроконтроллера.

    Микропроцессор

    С микропроцессором (далее МП) дела обстоят немного иначе. Он содержит в себе арифметико-логическое устройство, блок синхронизации и управления, запоминающие устройство, регистры и шину. То есть МП содержит в себе только то, что непосредственно понадобится для выполнения арифметический и логических операций. Все остальные комплектующие (ОЗУ, ПЗУ, устройства ввода/вывода, интерфейсы) нужно подключать извне.

    Структурная схема микропроцессорного устройства

    Первые микропроцессоры появились тоже в начале 70-х. Самым популярным на тот момент считался 4004. Это микропроцессор, разработанный компанией Intel и представленный 15 ноября 1971 года. Он имел внушающие на тот период характеристики:

    • 2300 транзисторов;
    • тактовая частота — 740 кГц;
    • разрядность регистров и шины — 4 бита;
    • техпроцесс — 10 мкм;
    • площадь кристалла: — 12 мм².

    К слову, 4004 был выполнен в обычном DIP-16 корпусе. Этот МП является самой популярной микросхемой для коллекционирования. Некоторые экземпляры продаются по 400 $ за штуку. Менее раритетные стоят около 250 $.

    Уже через пару лет 8-битные МП позволили создавать первые бытовые микрокомпьютеры.

    Естественно, тут преимуществом является то, что к МП можно на выбор подключать разную периферию с разными характеристиками (что не во всех случаях можно на МК). Второе основное отличие микропроцессора от микроконтроллера в том, что МП имеют больше вычислительной мощности. Их не имеет смысла ставить в микроволновки и «умные» лампочки. Микропроцессоры применяют там, где вычислительная мощность МК уже не справляется — игровые приставки, сложные вычислительные устройства и приборы, гаджеты.

    Получается, чтобы обеспечить работоспособность микропроцессора, нужно подключить ему хотя бы минимальный набор периферии. Минусы:

    1. Размер — если в случае МК всё уже находится в одном корпусе, то минимальный набор элементов для работы МП занимает больше места.
    2. Цена — обычно, вся «сборка» комплектующих для МП выходит гораздо дороже «голых» микроконтроллеров.
    1. Производительность — микропроцессоры обладают большей производительностью, чем микроконтроллеры.
    2. Выбор — в случае МП у вас есть возможность подобрать комплектующие. Это позволит поставить более подходящую под ваши цели периферию.

    Стоимость и размер корпуса

    Поместить эти параметры в определенную часть процесса выбора модели трудно, потому что их важность сильно варьируется от одного приложения к другому. В некоторых случаях у вас достаточно места на плате и вы можете полностью игнорировать размер корпуса. А стоимость часто не имеет значения для инженеров, разрабатывающих прототипы или системы, которые никогда не будут производиться в больших количествах.

    С другой стороны, существует множество электронных продуктов, которые должны быть очень маленькими, очень недорогими или очень маленькими и очень недорогими. В этих ситуациях вам необходимо постоянно знать цену и/или размер корпуса, поскольку вы постепенно отфильтровываете модели на основе ваших критически важных параметров и предпочитаемых производителей.

    Arduino

    Также на микроконтроллерах AVR сейчас работает Arduino — электронный конструктор, платформа для быстрой и удобной разработки различных устройств автоматизации и управления. Данное решение состоит из комплекса программ и аппаратных составляющих — печатных плат с компонентами, центральную и главную роль в которых играет плата с микроконтроллером AVR — ATmega328, ATmega168, ATmega2560, ATmega32U4, ATTiny85 (в старых моделях — ATmega8, ATmega1280 и другие).

    Рис. 3. Основная плата Arduino и дополнительные модули.

    Данный обзор очень краток, на самом деле областей применения AVR микроконтроллеров гораздо больше. Однажды разобрав какое-то устройство у себя дома вы сможете увидеть внутри него AVR чип и здесь нет ничего сверхъестественного, микроконтроллеры набирают все большую популярность и более широко применяются в самых разных областях.