第九章 AVR C语言的应用.PDF

第九章 AVR C语言的应用 9 1 第九章 AVR C语言的应用 本章程序是用IAR C正版软件编译通过的,并可产生*.HEX烧录文件,用其它C语言 编译是有差异的,不一定能通过,请用户注意这点!本章最后附几种C语言的比较,不仿一 读 更详细资料参阅光盘文件 9.1 AVR 支持 C 和高级语言编程的结构 一般高级语言 提高了MCU的重要性缩短产品上市的时间 简化了维护工作,可读性好 轻便 缩短学习时间 可重复使用,便于移植 方便调用库文件 潜在的缺点 代码较大 执行速度慢 为什么 AVR适宜用高级语言编程? 因为它是为高级语言而设计的! IAR对AVR结构和指令集的影响 在结构/指令集确定之前编译器的开发就开始了 潜在的瓶颈得到确认并消除 IAR 的反馈在硬件设计上得到了反映 几次循环反复 修改后的结果从代码当中可看出来 存储器 32 通用寄存器 数量多 直接 与 ALU 连接 可保存变量指针和之间结果 线性程序存储空间 1KBytes - 8MBytes 无需页寻址 常数区(SPM 可修改) 线性数据存储空间 16 MBytes 无需页寻址 类似于C的寻址模式 C 源代码 无符号的字符*var1, *var2; *var1+ = *-var2; 第九章 AVR C语言的应用 9 2 产生的代码 LD R16,-X ST Z+,R16 带偏移量的间接寻址 有效访问数组和结构 Auto (local variables)放置于软件堆栈之中 为适应重入的要求高级语言都基于堆栈结构 四种指针 16和32位支持 加法指令 加和减 寄存器之间 寄存器和立即数之间 Zero 标志的传播 SUB R16,R24 SUBI R16,1 SBC R17,R25 SBCI R17,0 所有的跳转都基于最后结果 两个16位数相减 第九章 AVR C语言的应用 9 3 Non-destructive comparison CP R16,R24 CPC R17,R25 CPC R18,R26 CPC R19,R27 带进位比较 Zero 传播 无需保存结果 可使用所有形式的跳转 Switch 支持 Switches 在 CASE 语句中经常遇到 Straight forward approach 效率低 间接跳转适合于紧凑的 switch 结构 switch 由通用库管理 摘 要 AVR 结构从一开始就是针对高级语言设计的 Atmel 与 IAR 在结构和指令调整上的合作 第九章 AVR C语言的应用 9 4 从而编译器可以产生高效的代码 AVR高效的C编译器 减少代码的提示和诀窍汇编(Assembly) 与 C 比较 汇编: 可以完全控制资源 在小应用当中可以产生紧凑的高速的代码 在大的应用当中代码效率低 可读性差Cryptic code 不好维护 不易移植Non-portable C 编译器: 对资源的控制有限 在小应中产生的代码量大执行速度慢 在大的应用当中代码效率高 结构化的代码 容易维护 容易移植 访问 I/O 读I/O: temp = PIND; IN R16,LOW(16) 写I/O: TCCR0 = 0x4F; LDI R16,79 OUT LOW(51),R16 I/O的位设置与清除 地址小于0x1F的I/O: PORTB |= (1sec+; temp-min+; temp-t_count+; 带参数的函数调用 使用参数将数据传递到函数中去 char add(char number1, char number2) return number1+number2; 函数间参数的传递通过 R16-R23 来实现 循 环 死循环 for(; ;) 循环 char counter = 100; do while(-counter) ; 预减变量Pre-decrement代码效率最高 优化代码的选项 代码大小优化编译 使用局部变量 使用允许的最小数据类型 将全局变量收集到结构中去 死循环使用 for(;) 使用预减的 do while; C AVR的程序设计 内 容, 安装必须的工具 第九章 AVR C语言的应用 9 7 9.2 C编译的介绍 练习 边学边做 用 C 编程 设置编译和链接文件 用 C 访问外围 中断处理 高级调试,使用不同的 AVR 外围 定时器/计数器 UART 外部中断Tool flow 器件: AT90S8515 C Compiler C 编译器 AVR Studio AVR 仿真调试器 SL-AVR AVR 下载编程测试器 测试程序:死循环 读 Port D 的值 (按键输入口) 将其值写到 Port B (LED, 输出口) 测试程序(设文件名为 920.c) #include /* 定义 AT90S8515 */ void main(void) char c; DDRB = 0xFF; /* PortB all outputs */ for(;) /* Eternal loop */ c = PIND; /* Read Port D */ PORTB = c; /* 回写到 Port B */ 9.2.1. 安装C编译器 根据 IAR Readme 要求,从光盘安装编译器, 文件安装好后,可把图标移到桌面成快捷工作图 标,如图 921 正版软件有加密狗,只有把狗插在打印口上, 双击快捷图标,才能进入工作窗口 9.2.2 设置 C 编译器 启动 IAR 嵌入式工作台 可双击快捷图标, 进入 I A R 编译器窗口 图 9 2 1 快捷工作图标 1 . 创建工程文件: 按序操作, - F i l e N e w P r o j e c t 创建新工程文件, 如图 9 2 2 新建工程文件窗口 选择 C P U 为 A 9 0 , 并输入工程文件名, 如: 9 2 0 第九章 AVR C语言的应用 9 8 图922 新建工程文件窗口 2 . 编辑 C 源程序文件设置, 关于 C 语言知识, 请参阅有关书籍 图923 编辑源程序文件 第九章 AVR C语言的应用 9 9 3 . 编辑 C 源程序, 设置编译器选项 按序操作: Project - Options 选择源文件对应器件( 本例为 M a x 6 4 K b y t e d a t a , 8 K b y t e c o d ( 8 5 1 5 , 4 4 1 4 . . . ) ) 及内存模式 ( S m a l l ) , 见 图 9 2 4 图 9 2 4 编辑源程序设置选项 4 . 设置链接器文件 X L I N K 选项 在图 9 2 5中选择 X L I N K选项, 为生成下载文件, 必须设定为 i n t e l - e x t e n d e d 输出格式 ( r e l e a s e o n l y ) ; 图 9 2 5 X L I N K 选项, 生成下载文件 第九章 AVR C语言的应用 9 10 5 . 设置链接器文件 X L I N K 选项, 选择处理器配置, 设定内存模式见图 9 2 6 图 9 2 6 处理器配置及内存模式选项 6 . 生成调试文件选项, 见图 9 2 7 图 9 2 7 为生成调试文件选项 以上选项可以统统选完后, 一次 O K 第九章 AVR C语言的应用 9 11 7 . 将源程序加入到工程文件 按序操作 - P r o j e c t - F i l e s . , 见图 9 2 8 选择源程序, 按 A d d按钮, 把上部窗口程序加到下部窗口, 如有几个文件需链接, 都应加到下部窗 口然后按 O K 按钮, 设置编译器选项结束, 显示工程文件窗口图 9 2 9 图 928 将源程序加入到工程文件 8 . 对工程文件进行链接编译 如图 9 2 9 , 双击 * . C 文件, 将会弹出源程序窗口 图 929 对工程文件进行链接编译 按序操作, Project Make 或键 F9,或快捷工具条图标如有编译错误提示,请修改程序或检 查编译器选项是否有问题,请改正,再编译,直到无错误报告,见图 929 报文窗口 第九章 AVR C语言的应用 9 12 9. 查看编译生成的文件 根据编译器的选项要求,程序编译后生成程序调试文件 *.d90,编程下载文件 *.a90 等, 见图 9210 图 9210 编译生成的文件 9.2.3 使用AVR Studio调试 如程序编译通过,可进入程序调试C 语言的调试,见第三章 3.2 模拟调试窗口 1. 启动 AVR Studio ,双击桌面快捷图标 2. 装入调试文件 (TestProg.d90) - File - Open 如图 9211 选择 AT90S8515 (只需在开始时选择一次) 加入视图VIEW I/O (PinB, PortD) Processor Watch c PORTB PIND 单步执行, Toggle PIND bits 图 9211 “Debug”调试窗口 9.2.4 对器件编程 选择编程下载窗口 (见第三章图 3.30 AVR下载窗口) 第九章 AVR C语言的应用 9 13 9.3 测试应用程序 Main函数 “main” 是所有 C 程序的入口点 不要加入参数也不要返回值 语法: void main(void) /* 代码 */ 访问外围 所有 I/O 寄存器在头文件里都被定义为特殊功能寄存器 象普通变量一样访问 #include /* 定义 8515 */ void main(void) DDRD = 0xFF; /* Port D 输出 */ 9.3.1 读/写口 #include /* 定义 AT90S8515 */ void main(void) char c; DDRB = 0xFF; /* PortB 输出 */ for(;) /* 死循环 */ c = PIND; /* 读 Port D */ PORTB = c; /* 回写到 Port B */ 9.3.2 延时函数 #include /* 定义 8515 */ void delay(unsigned int delayValue) unsigned int i; for(i=0;i #include void main(void) char temp = 0; _EEPUT(0x10,temp); /* 写 E2PROM 地址0x10 */ _EEGET(temp,0x10); /* 读 E2PROM 地址 0x10 */ 9 . 3 . 4 A V R的 P B口变速移位 / * 文件名: S L A V R 9 3 4 . A S M * / / * 本程序及以下所有程序, 编译后在 S L - A V R 编程开发实验器上验证通过 * / / * 位运算符: 按位取反; 右移; 按位与; 按位或; 按位异或; ; i + + 相当于 i = i + 1 ; i - - 相当于 i = i - 1 * / # i n c l u d e ; / * 器件配置文件 * / # d e f i n e B I T ( x ) ( 1 / * 预处理命令, 头文件 * / # d e f i n e B I T ( x ) ( 1 0 ; i - - ) / * L E D 的 1 位亮灯从 A 口 P A 7 P A 0 * / P O R T A = B I T ( i - 1 ) ; d e l a y ( t ) ; P O R T A = 0 x f f ; v o i d m a i n ( v o i d ) ; / * 主函数 * / u n s i g n e d c h a r d t ; w h i l e ( 1 ) / * 循环 * / f o r ( d t = 5 ; d t / * 预处理命令 * / # d e f i n e u c h a r u n s i g n e d c h a r # d e f i n e u i n t u n s i g n e d i n t v o i d d e l a y ( u c h a r t ) u c h a r i , j ; f o r ( i = 0 ; i / * 器件配置文件* / # d e f i n e u c h a r u n s i g n e d c h a r / * 定义缩写* / # d e f i n e u i n t u n s i g n e d i n t v o i d d e l a y ( u i n t t ) u i n t i ; f o r ( i = 0 ; i / * 头文件* / # d e f i n e u c h a r u n s i g n e d c h a r / * 缩写定义* / # d e f i n e u i n t u n s i g n e d i n t f l a s h u c h a r D A T A _ 7 S E G = 0 x 3 f , 0 x 0 6 , 0 x 5 b , 0 x 4 f , 0 x 6 6 , 0 x 6 d , 0 x 7 d , 0 x 0 7 , 0 x 7 f , 0 x 6 f , 0 x 7 7 , 0 x 7 c , 0 x 3 9 , 0 x 5 e , 0 x 7 9 , 0 x 7 1 ; / * L E D 字形表* / u c h a r l e d 6 ; / * 显示缓冲* / u i n t c o u n t ; / * 延时子程序* / v o i d d e l a y ( u i n t t ) u i n t i ; f o r ( i = 0 ; i v o i d D e l a y ( v o i d ) u n s i g n e d c h a r a , b ; f o r ( a = 1 ; a ; a + + ) f o r ( b = 1 ; b ; b + + ) ; v o i d L E D _ O n ( i n t i ) P O R T B = ( 1 0 ; i - - ) L E D _ O n ( i ) ; f o r ( i = 0 ; i 0 ; i - = 2 ) L E D _ O n ( i ) ; 编译后生成的程序代码 编译器 程序代码字节数 I A R 4 1 3 I C C A V R 3 1 1 C o d e V i s i o n A V R 3 2 7 K E I L 5 1 1 3 6 L E D 变化的速度明显慢得多 注对于 K E I L P O R T B 换成 P 1 又比如对 A T M E L 文档中的例子程序 第九章 AVR C语言的应用 9 26 i n t m a x ( i n t * a r r a y ) c h a r a ; i n t m a x i m u m = - 3 2 7 6 8 ; f o r ( a = 0 ; a m a x i m u m ) m a x i m u m = a r r a y a ; r e t u r n ( m a x i m u m ) ; 编译后生成的代码和在 8 M H Z 晶振下运行所需时间对比如下 编译器名称 代码字节数 执行时间8 M H Z 效率 I A R 5 8 4 7 . 6 3 u s 2 3 . 5 8 I C C A V R 6 2 5 0 . 7 5 u s 2 2 . 1 4 C o d e V i s i o n A V R 6 0 1 7 9 . 3 8 u s 6 . 2 6 K E I L 5 1 5 7 1 . 1 2 3 5 m s 1 最后我们再看一个浮点运算程序 # i n c l u d e v o i d m a i n (v o i d) f l o a t x , y , z ; x = 1 . 0 ; y = 2 . 0 ; z = s i n ( x + y ) ; 编译后生成的代码和在 8 M H Z 晶振下运行所需时间对比如下 编译器名称 代码字节数 执行时间8 M H Z 效率 I A R 1 2 3 7 7 4 7 . 5 u s 7 . 0 9 I C C A V R 1 9 9 1 9 5 0 . 7 5 u s 5 . 5 8 C o d e V i s i o n A V R 1 2 6 7 5 2 1 u s 1 0 . 1 7 K E I L 5 1 1 4 0 3 5 . 3