AVR Tutorial für C Programmierer

Dieses AVR Tutorial führt Schritt für Schritt bis zum ersten funktionierenden C Programm auf einem AVR Mikrocontroller.

Einleitung
Ein C Programm auf einem AVR Controller laufen zu lassen ist nicht schwierig. Wer sich alles benötigte Material besorgt hat, bringt sein erstes Programm innerhalb eines Abends zum laufen. Dieses Tutorial hilft dabei, den kürzesten Weg zum ersten, laufenden Programm schnell und problemlos zurückzulegen. Wir beginnen mit der benötigten Hardware, anschliessend installieren wir das AVR Studio und den AVR GCC Compiler (beides kostenlos). Wenn das geschafft ist, besorgen wir uns die wichtigsten Datenblätter. Und zum Schuss schreiben wir unser erstes kleines Programm und lassen es auf dem Controller laufen.
Weiterführende Literatur:
Wer nach dem durcharbeiten dieses Tutorials noch tiefer ins Detail gehen will oder wer weitere Anleitungen und Anregungen zur Arbeit mit dem ATmega Mikrocontroller sucht, dem empfehle ich diese beiden Bücher:
Die Bilder in diesem Tutorial können durch Anklicken vergrössert betrachtet werden.
Schritt 1: Benötigtes Material Bevor wir beginen, sollten folgende Dinge besorgt werden:
Computer Natürlich benötigen wir einen Computer um unseren AVR zu programmieren. Es muss keine leistungsstarke Maschine sein. Ich persönlich habe eines meiner älteren Laptops mit Windows XP zum reinen programmier Computer gemacht. Es ist von Vorteil, wenn der computer eine serielle Schnittstelle hat. Bei neueren Geräten und Notebooks sucht man diese heute vergebens. Dieses AVR Tutorial C ist für das AVR Programmierboard STK500 geschrieben und um dieses zu betreiben ist die seielle Schnittstelle unerlässlich. Wenn der Computer nicht über eine serielle Schnittstelle verfügt, wird ein USB zu RS232 Adapter benötigt.

USB zu RS232 Adapter
Wenn der Computer über keine serielle Schnittstelle verfügt, muss ein USB zu RS232 Adapter verwendet werden, um das Programm auf den AVR Mikrocontroller zu laden. Ich habe gute Erfahrungen mit dem Adapter UC232A vom Hersteller Aten gemacht.

AVR Programmierboard STK500
Dieses C Tutorial ist für das AVR Programmierrboard STK500 geschrieben. Dieses board ist nicht die günstigste Lösung, aber da es vom Prozessorhersteller selber stammt, sind mit diesem Board die wenigsten Probleme zu erwarten. Das STK500 funktioniert einwandfrei mit dem AVR-Studio (der Programmiersoftware) und die Kompatiblität zu den AVR- Mikrocontrollern ist garantiert. Ein RS232 Kabel wird mit dem Board mitgeliefert.
Im Internet gibt es diverse Anleitungen zum Bau eigener Programmieradapter. Dies ist ohne Zweifel güstiger, aber das fertig aufgebaute, professionelle STK500 führt sicher schneller zum Ziel. Das Board ist bei den meisten Elektronikhändlern, die auch AVR Mikrocontroller verkaufen, erhältlich.

Spannungsversorgung
Das STK 500 wird leider ohne Netzteil geliefert. Beigelegt ist nur ein Kabel mit dem Stecker für die Speisebuchse und zwei blanken Enden. Es wird deshalb ein 12V Netzadapter benötigt. Noch besser ist ein Labornetzgerät.

AVR Mikrocontroller ATmega8 Ich schreibe dieses Tutorial für den ATmega8. Genau so gut, könnte man es für einen anderen Typ schreiben, denn so etwas wie "den besten AVR Mikrocontroller" gibt es nicht. Jeder Controller hat seine Eigenschaften, die ihn für bestimmte Anwendungen brauchbar machen und für andere nicht. Der ATmega8 ist ein universeller Controller, der die wichtigsten Grundfunktionen bietet. Laut Umfragen ist er im Hobbybereicht der am meisten verwendete AVR Mikrocontroller und in jedem Elektronikforum ist er immer wieder ein Thema. Es ist aber immer gut, ein paar Ersatzcontoroller in der Schublade zu haben. Am besten bestellt man sich für den Anfang drei bis fünf Stück. Jeder Programmierer kommt irgendwann an den Punkt, wo er testen will, ob sein Programm fehlerhaft, oder sein Controller defekt ist.
Weitere interessante AVR Hardware:
Folgende Hardware wird für dieses Tutorial nicht benötigt. Für den Entwickler von AVR-Hardware ist sie aber allemal interessant und nützlich:

Schritt 2: Benötigte Software downloaden und installieren
AVR Studio Auf der Website von Atmel kannst du das "AVR Studio 4" herunterladen. Eigentlich ist das "AVR Studio 4" durch die neuere Software "AVR Studio 5" und später durch das "ATMEL Studio 6" abgelöst worden. Der Link zum "AVR Studio 4" ist gut versteckt und man findet es am besten über die Suchfunktion der Website. Ich empfehle AVR Studio 4 aus guten Gründen:
Version 6 ist für das STK-600 Board optimiert, welches viel teurer ist, als das STK-500. In Internetforen findet man viele Berichte über Kompatiblitätsprobleme zwischen Version 6 und dem STK-500. Ärger scheint vorprogrammiert zu sein. Version 4 bringt alles mit sich, was man für die Programmierung eines ATmeag8 benötigt. Version 4 hat unzählige Buttons und Funktionen, die für die Programmierung eines ATmega8 nicht benötigt werden und die Programmoberfläche unübersichtlich machen. Version 4 kommt in einem schlanken 100MB Download daher, während Version 6 800MB gross ist. Von den 1600 Beispielprojekten sind nur ein kleiner Teil für die 8-Bit AVR Controller geschrieben. Version 4 ist in der ATmega Gemeinde des Internets weitaus verbreiteter und beliebter als Version 6. Man wird bei Problemen viel schneller online Hilfe finden. Zum Zeitpunkt, da dieses Tutorial geschrieben wurde, befand sich hier die Downloadseite des AVR Studio 4. Das Studio ist kostenlos, es ist jedoch eine kurze Registrierung mit Emailadresse nötig. Bei der Installation können die Standardeinstellungen verwendet werden.

AVR Toolchain
Die AVR Toolchain ist notwendig, damit das AVR Studio den C Code compillieren kann. Sie kann kostelos von der Atmel Website heruntergealden werden: ATMEL AVR Toolchain.

Bei der Installation können auch hier die Standardeinstellungen verwendet werden.

ATmega8 Datenblatt
Wenn du in Google "ATmega8" eingebst, kommt das Datenblatt üblicherweise an oberster Stelle. Ansonsten ist es auf der Website von Atmel erhältlich.

Schritt 3: STK-500 einrichten
Wir richten jetzt das STK500 für unsere Zwecke ein. Setze den ATega8 in den Sockel "SCKT3200A2" ein. Kontrolliere gleich jetzt nochmals, ob du ihn richtig rum eingestekt hast. Pin 1 (Die Seite mit der Kerbe) muss dort sein, wo der grünen Boardbläche eine Ecke fehlt.
Verbinde mit dem sechspoligen Programmerkabel den grünen Sockel "SPROG2" bit dem "ISP6PIN" Sockel. Achte darauf, dass das Kabel nicht verdreht ist und die rote Ader bei beiden Sockel auf der Seite von Pin 1 ist.
Setze die Jumper VTARGET AREF RESET XTAL1 OSCSEL Gemäss dem Bild. Achte darauf, dass kein Quarz im Sockel "CRYSTAL" steckt.
Verbinde mit dem RS232 Kabel das Board mit de Computer. Verwende den Sockel "RS232 CTRL" und nicht den "RS232 SPARE" Schliesse die Spannungsversurgung an.

Schritt 4: Neues Projekt im AVR Studio eröffnen
Nach dem Start öffnet AVR Studio das Wilkommensfenster. Für ein neues Projekt betätigt man die Schaltfläche New Project .
Im daraf folgenden Dialog führt man folgende Schritte aus: Unter Location gibt man ein Projektverzeichnis an. Unter Project Type wählt man AVR GCC. Unter Project Name gibt man einen Projektnamen an. Das Häckchen Create initial file wird gelöscht. Das Feld Initial File wird automatisch ausgefüllt, sein Inhalt ist aber belanglos, solange das Häkchen nicht aktiviert ist. Anschliessend klickt man auf Finish (nicht auf Next)
Es erscheint die Programmierumgebung. Links befindet sich der Projektexplorer. Klicke rechts auf den Projektnamen in der obersten Ebene und wähle aus dem Dropdownmeü Edit Configuration Options.
Es erscheint das Fenster mit den Projektkonfigurationen. Unter Device wählst du den ATmega8 Unter Optimization wählst du -01 Schliesse das Fenster mit Ok.
Schritt 5: C-Code in neues C-File einfügen.
Wir erstellen ein neues C-File. Mit einem Rechtsklick auf den Ordner Source Files erscheint ein Menü in welchem du Create new Source File anwählst. Im erscheinenden Fenster gibst du den Namen der neuen Datei ein. Für die Datei mit der main() Routine wählst du am besten den Namen main.c. Anschliessend klickst du auf ok.
Gib den Code aus dem Bild in die Datei ein. Es handelt sich dabei um unser Testprogramm, das einen Schalter einliest und seinen Zustand auf einer LED ausgibt. Du kannst den Code auch aus dem folgenden Codefenster kopieren.

#include <avr/io.h>
int main(void)
{

    DDRC = 0x01;
    for(;;)
    {
        if(PIND & 0x01)
            PORTC |= 0x01;
        else
            PORTC &= ~0x01;
    }

    return 0;
}

Schritt 6: Kompillieren und Fehler beheben
Anschliessend klickst du auf die Build Schaltfläche und dein C Code wird Kompilliert.
Im Berichtfenster am unteren Bildschirmrand kannst du sehen, ob die Kompillierung erfolgreich war. Wenn nicht kannst du im Bericht auf die Error Zeile klicken und AVR Studio zeigt dir an, aur welcher Code Zeile ein Fehler erkannt wurde.
Schritt 7: Verbindung zum STK500 herstellen und Programm downloaden
Klicke auf die Connect Schaltfläche.
Es erscheint der Select AVR Programmer Dialog. Wähle als Platform das STK500 Unter Port wählst du Auto Anschliessend klickst du auf Connect.
Es erscheint STK500 ISP Mode with ATmega8 Fenster Wähle den Reiter Program Wähle unter input HEX File das .hex File in deinem Projektunterverzeichnis default. Dieses wurde beim Kompillieren automatisch erstellt. Anschliessend klickst du auf Program. Das Program wird jetzt auf den ATmega8 geladen. Überprüfe, ob im unteren Bereich des Fensters neben jeder Zeile OK steht.
Wähle den Reiter Fuses Richte alle Einstellungen so wie im Bild ein. Anschliessend klickst du auf Program. Die Fuses des ATmega8 werden jetzt gesetzt. Überprüfe, ob im unteren Bereich des Fensters neben jeder Zeile OK steht.
Schritt 8: Interfacekabel verbinden
Verbinde die LED's des STK500 mit Port C und die Taster mit Port D. Benutze dazu die beiden Flachbandkabel, wie auf de Bild.
Schritt 9: Programm testen
Das Programm liest den Taster SW0 ein und gibt seinen Zustand an die LED LED0 weiter. Ist der Taster nicht gedrückt, bleibt die LED dunkel.
Wird der Taster gedrückt, leuchtet die LED auf. Herzlichen Glückwunsch, du hast das Tutorial durchgearbeitet und ein einfaches Programm auf dem ATmega8 zum laufen gebracht.