Hello world I am AVR part II

Hello world I am AVR part II

    จากตอนที่ 1 เราได้ทำกาต่อวงจรไฟฟ้าขั้นพื้นฐานเพื่อให้ไมโครคอนโทรลเลอร์ Atmega48 ของเราทำงานได้อย่างที่เราต้อง ซึ่งถ้าเพื่อนๆ ได้ใช้บอร์ดอื่นๆ หรือไอซีเบอร์อื่นๆ ที่ไม่ใช่เบอร์ Atmega48 ก็สามารถทำตามได้ โดยหลักการของไอซีค่าย Atmel แล้ว ก็ไม่ต่างกันมาก

    ในตอนที่ 2 นี้ เราจะมาเริ่มลงมือเขียนส่วนที่เป็น Firmware ของไอซีสมองกลฝังตัว อย่างที่ผมเคยยกตัวอย่างไปแล้วเจ้า Firmware ที่เราจะเขียนนี้ ก็เปรียบเสมือนระบบปฏิบัติการเช่น Windows หรือ Linux ที่เราคุ้นเคยกันนั่นเอง ต่างกันตรงที่ความซับซ้อน และขนาดหน่วยความจำที่ค่อนข้างจำกัดจำเขียด จะประกาศตัวแปรหรือทำอะไร ก็ต้องคอยระมัดระวังรอบคอบ อย่าให้ขนาดโค๊ด (Code size) เกินหน่วยความจำที่ใช้เก็บโค๊ด (Flash memory) ที่อยู่อย่างจำกัด ไม่เหมือนกับคอมพิวเตอร์ที่มีมากมาย ดังนั้นแล้ว การเขียนโค๊ดให้กับไมโครคอนโทรลเลอร์ เป็นเรื่องที่ค่อนข้างจะลำบากสำหรับมือใหม่ ที่ต้องใช้ความระมัดระวังอย่างมาก

แต่ในเบื่องต้น เป้าหมายของเราคือต้องการให้หลอด LED ที่ต่ออยู่กับขา digital output ของไมโครคอนโทรลเลอร์ทำการสั่งให้หลอด LED ติดดับเป็นจังหวะได้ ซึ่งขนาดของโค๊ดกับงานแค่นี้ ไม่น่าจะเกินหน่วยความจำ ฉะนั้นในเบื้องต้น ตัดความกังวลเรื่องขนาดโค๊ดเกินหน่วยความจำไปได้เลย

เอาหล่ะ เรามาเริ่มจากเปิดโปรแกรม Atmel Studio ที่เราได้ติดตั้งกันไปก่อนหน้านี้ขึ้นมาครับ จะปรากฏหน้าต่างดังรูป

เมื่อพิจารณาดูจากรูปภาพ ผมกำหนดให้ PORTC = 0x02; นั่นแปลว่าผมให้ตำแหน่งบิตที่ 2 คือ PORTC1 มีค่าเป็น 1 นั่นเอง ที่เหลือเป็น 0 

หากไม่เข้าใจเรื่อง 0x02 ทำไมได้ตำแหน่งบิตที่ 2 มีค่าเป็น 1 ให้ศึกษาเรื่องการแปลงเลขฐานสิบหก ไปเป็น ฐานสอง เพิ่มเติมในวิชาดิจิตอล ครับ

ส่วนอีกรีจิสเตอร์ที่ยังไม่พูดถึงตอนนี้คือ PINx ครับ เพราะตอนนี้เราไม่ได้ใช้ความสามารถในการทำให้ขาดิิจิตอลเป็น input เลยขอข้ามไปก่อน เดี๋ยวจะงงไปกันใหญ่ 

และในที่นี้สัญญาณดิจิตอลของเราจะมีอยู่ 2 สถานะ คือ Logic High กับ Logic Low ถ้ามองเป็นแรงดันไฟฟ้า ก็มีค่าคือ 5V (เท่ากับแหล่งจ่าย) กับ 0V ซึ่งเกินพอที่จะทำให้หลอด LED ที่ต่ออยู่กับขาดิจิตอลเกิดการติดดับได้ ที่ผมบอกว่า "เกินพอ" นั้นหมายความว่า จริงๆ แล้ว แรงดันแค่ 1.8 - 3.3V ก็ทำให้หลอด LED ทั่วๆไป ติดได้แล้วครับ (อ่านเพิ่มเติม) แต่ที่นี้ หากแรงดันเมื่อเป็น Logic High ออกมาจากขาไมโครแล้ว จะทำให้หลอด LED เสียหายได้ ดังนั้นเราจึงมักใช้ตัวต้านทาน (Resistor) ต่ออนุกรมไว้กับหลอด LED ด้วย เพื่อปัองกันความเสียหาย ค่าที่ใส่มักอยู่ในช่วง 220 - 560 โอห์ม ครับ หากเรามีตัวต้านทานที่อยู่ในช่วงนี้ หาค่าได้ค่าไหน ก็เอาค่านั้นครับ พออนุโลมได้ 

ว่าจะเขียนแต่เรื่องการพัฒนาซอร์ฟแวร์อย่างเดียว แต่ก็อดเข้าไปเกี่ยวข้องกับทางฮาร์ดแวร์ไม่ได้ มันเป็นอย่างนี้แหละครับ งานทางด้าน Embedded มันต้องใช้ความรู้ประสานกันทั้งสองอย่าง 

พอเราได้ชื่อรีจิสเตอร์ที่เกี่ยวข้อง และได้กำหนดขาดิจิตอลที่จะใช้งานแล้ว เราก็มาจัดการลงมือเขียนโปรแกรมกันเลยครับ รายละเอียดหากเขียนเป็นตัวหนังสือ จะค่อนข้างยาวครับ ผมก็เลยรวบรัดจัดทำำเป็นคลิปวีดีโอเลย หลักๆ ก็มีดังนี้ครับ

• 1.  สร้างโปรเจค กำหนดชื่อโปรเจค 

  2. เลือกเบอร์ไมโครคอนโทรลเลอร์

  3. เขียนโค๊ด

  4. คอมไพล์

ดูวิดีโอประกอบครับ 

ซอร์โค๊ดหลัก

#define F_CPU 10000000UL

#include <util/delay.h>

#include <avr/io.h>

int main(void)

{

    PORTC = 0x02;

    DDRC |= 0x02;

    while(1)

    {

        PORTC ^= 0x02;

        _delay_ms(500);

        //TODO:: Please write your application code

    }

}

เมื่อจบขั้นตอนที่ 4 หากไม่มีข้อผิดพลาดใดๆ จะปรากฏข้อความ

Build succeeded.

========== Build: 1 succeeded or up-to-date, 0 failed, 0 skipped ==========

ผมอธิบายโค๊ดคร่าวๆ ดังนี้ครับ 

#define F_CPU 10000000UL ผมกำหนดให้คำว่า F_CPU มีค่าเท่ากับ 10 ล้าน เพื่อเป็นตัวอ้างอิงบอกให้ฟังก์ชั่น _delay_ms นำไปคำนวนให้เกิดการ delay time เป็นเวลา 1 ms ศึกษาเพิ่มเติมได้ในไฟล์ delay.h ที่อยู่ในโฟวเดอร์ util ซึ่งค่า 10 ล้านได้มาจากค่า Crystal Oscillator ที่เราได้เลือกเป็นตัวสร้างสัญญาณนาฬิกาให้กับระบบนั่นเอง 

#include <util/delay.h>

#include <avr/io.h>  สองบรรทัดนี้ เป็นการดึงไฟล์ delay.h และ io.h เข้ามาร่วมในขั้นตอน compile ด้วย หากมีการอ้างถึงสิ่งที่อยู่ในไฟล์ทีั้งสอง แล้วเราไม่ได้ #include เข้ามา จะเกิด Compile error ครับ

int main(void) ใครเคยเขียนภาษาซีมา ไม่น่าจะมีปัญหา

PORTC = 0x02;

DDRC |= 0x02; อย่างที่ได้อธิบายไว้ตอนต้นแล้ว ที่ผมต้องกำหนดก่อน ก็เพราะเป็นค่าเริ่มต้นการทำงานหน่ะครับ

เมื่อโปรแกรมเดินทางมาจนถึง while(1){ ..... }

while(1)

{

    PORTC ^= 0x02;

    _delay_ms(500);

    //TODO:: Please write your application code

}

ซึ่ง เป็นการสั่งให้กระบวนการทำงานเกิดการทำซ้ำเช่นนี้ไปเรื่อยๆ ผลก็คือ หลอดไฟ LED ที่ต่ออยู่ที่ PORTC บิตที่ 2 เกิดการ Toggle หรือติดดับ สลับไปมา ห่างกันเป็นระยะเวลา 500ms หรือ ครึ่งวินาที 

เมื่อเสร็จขั้นตอนที่ 4 เราจะได้ไฟล์ hex (อ่านเพิ่มเติม) ซึ่งเป็นไฟล์ที่สามารถนำไปบรรจุลงในหน่วยความจำ Flash memory ได้ และเมื่อเราป้อนไฟแหล่งจ่ายให้กับตัวไอซีไมโครคอนโทรลเลอร์ กระบวนการโหลดคำสั่งไปทำงานจะดำเนินไปจนจบคำสั่ง

ในตอนต่อไป ก็มาถึงขั้นตอนการนำ hex้  file ไปบรรจุลงในหน่วยความจำ Flash memory ลงไปบนตัวไอซีแล้วครับ เดี๋ยวเรามาต่อกันใน ตอนที่ 3 ครับ