PN的配置與GCC入門(mén)

PN的配置與GCC入門(mén)

單片機(jī)AVR的編程工具很多，有C，ASM，PASCAL，BASIC等等。除ASM由ATMEL公司免費(fèi)提供外，其它大多數(shù)的工具都是需要收費(fèi)的。而C編譯器更是其中收費(fèi)最高的編譯器。但也有例外，那就是GCC——它不但免費(fèi)而且功能也幾乎是“最強(qiáng)”的。所以我作為入門(mén)者，就開(kāi)始學(xué)習(xí)它了！

一、 單片機(jī)編程

1、 單片機(jī)與電腦的編程有些許不同，它除一些必要地算法外，更重要的是對(duì)端口的操作。如開(kāi)關(guān)量
　　采集、開(kāi)關(guān)量控制輸出、模擬量的輸入、通訊的操作、顯示器與鍵的控制等等都需要操作端口。
2、 電腦存儲(chǔ)永久數(shù)據(jù)一般都在硬盤(pán)等介質(zhì)中。而單片機(jī)則存放在EPROM、EEPROM、FLASH等存儲(chǔ)器中。
3、 通訊接口的編程對(duì)單片機(jī)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的，特別在工控、網(wǎng)絡(luò)等的應(yīng)用中猶為重要。
4、 單片機(jī)的編程與電腦編程相比有諸多限制。這就要求編程者對(duì)單片機(jī)硬件有一定的了解。

二、 AVR單片機(jī)編程

1、 AVR單片的硬件：我們以ATMega 16為例為說(shuō)明一下AVR單片機(jī)吧！

這是ATMEGA 16的引腳及其功能圖(來(lái)自其DataSheet)

A、 從圖中我們可以看出有4個(gè)8位端口共32個(gè)引腳，大多有雙重功能。它們分別命名為PORTA、PORTB、PORTC、PORTD。

B、 PORTA具備普通IO口功能外還有AD轉(zhuǎn)換功能，其精度可以達(dá)到10位，即采集到的ADC的值最大不超過(guò)1023（0-1023），對(duì)應(yīng)外面實(shí)際電壓值的精度需要一定的簡(jiǎn)單換算（主要看其參考電壓）。如參考電壓為2.5V，則有2.5V為1023，則其精度為2.5V/1023就是0.00244V。如參考電壓為5V，則有5V/1023也就是0.0049V。

C、 PORTB口除了基本的IO功能外，特別要提的是PB4、5、6、7的功能，它是SPI（同步串行接口），更重要的是，它可以用來(lái)下載程序。

D、 其它的暫且不說(shuō)，必竟不是AVR單片機(jī)的介紹文章嘛。

2、 AVR單片機(jī)的軟件：

軟件當(dāng)然是用來(lái)控控制這些接口的運(yùn)作及其代表的含義的。這也是個(gè)非常大的問(wèn)題，如果你一點(diǎn)都不懂軟件，請(qǐng)也找本計(jì)算機(jī)編程的書(shū)看看吧。

三、 開(kāi)始AVRGCC編程吧

好了，下面我們來(lái)看一個(gè)簡(jiǎn)單的程序吧。

在WinAVR的Programmer NotePad 2中的圖：

圖2

執(zhí)行Make All后，生成HEX文件（本例中的文件名2.HEX）。以下是它的全過(guò)程。

> "make.exe" all

-------- begin --------
avr-gcc (GCC) 3.4.1 //告知avr-gcc的版本號(hào)
Copyright (C)2004 Free Software Foundation,Inc. //編譯器所屬于公司及其版權(quán)信息
This is free software; see the source for copying conditions. There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

//這是ELF文件的一些信息，ELF文件用于調(diào)試。
Size before: //轉(zhuǎn)換前的ELF文件信息
2.elf :
section size addr
.text 208 0
.data 0 8388704
.bss 0 8388704
.noinit 0 8388704
.eeprom 0 8454144
.stab 780 0
.stabstr 1469 0
Total 2457

Converting to AVR Extended COFF: 2.cof//將ELF文件轉(zhuǎn)換成AVR Studio能夠接受的格式
avr-objcopy --debugging --change-section-address .data-0x800000 --change-section-address .bss-0x800000 --change-section-address .noinit-0x800000 --change-section-address .eeprom-0x810000 -O coff-ext-avr 2.elf 2.cof
Discarding local symbol outside any compilation unit: .do_copy_data_start
Discarding local symbol outside any compilation unit: .do_copy_data_loop
Discarding local symbol outside any compilation unit: .do_clear_bss_start
Discarding local symbol outside any compilation unit: .do_clear_bss_loop

Size after: //轉(zhuǎn)換后的文件信息。
2.elf :
section size addr
.text 208 0
.data 0 8388704
.bss 0 8388704
.noinit 0 8388704
.eeprom 0 8454144
.stab 780 0
.stabstr 1469 0
Total 2457

Errors: none //編譯過(guò)程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤數(shù)
-------- end -------- //編譯結(jié)束

> Process Exit Code: 0 //avr-gcc結(jié)束信息，0表示正常結(jié)束

接下來(lái)用AVRISP程序?qū)?.hex文件下載后AVR單片機(jī)中，觀看效果。

下面我們來(lái)看看avr-gcc的IDE吧。

主窗口(圖3)

這是非常標(biāo)準(zhǔn)的Windows Style窗口。當(dāng)然它由于不是專為avr-gcc設(shè)計(jì)，所以對(duì)它進(jìn)行設(shè)置是必不可少的！下面我就來(lái)設(shè)置它，以使它成為我們好用的工具吧。（呵呵！可千萬(wàn)別小看它哦）

在設(shè)置它之前讓我們來(lái)看看，我們希望是一個(gè)怎樣的工具吧。參照其它軟件的IDE。

首先，我們得有個(gè)工程（項(xiàng)目）管理器，這點(diǎn)PN已有，不需我們?nèi)ピO(shè)它。

其次，得方便我們編輯源代碼，最好是有關(guān)鍵字（代碼）高度顯示，以方便我們識(shí)別它們。如果能再給我們實(shí)時(shí)的一些提示就更好了！這方便PN做得非常很好（有人說(shuō)SI很好，不過(guò)我覺(jué)得每個(gè)人有每個(gè)人的習(xí)慣，不必強(qiáng)求）。

再次，我們得在不離開(kāi)IDE的情況下，編輯C語(yǔ)言的makefile文件。生成我“目標(biāo)代碼”（計(jì)算機(jī)中術(shù)語(yǔ)的話叫可執(zhí)行文件），并且，下載到我們單片機(jī)中。

好了！來(lái)看看我們對(duì)它的設(shè)置吧！

1、代碼高亮設(shè)置將它設(shè)置成你習(xí)慣的模式。步驟如下：打開(kāi)PN菜單Tools->Options，在Options對(duì)話框中選擇Style->Schemes，你說(shuō)看到了如圖4、5、6所示的內(nèi)容了。現(xiàn)在開(kāi)始你的設(shè)置吧。

代碼高亮設(shè)置1-預(yù)編譯（圖4）

代碼高亮設(shè)置2-操作符(如+-*/括號(hào)等)（圖5）

代碼高亮設(shè)置3-數(shù)字（圖6）

別小看這點(diǎn)小功能啊，它能幫你找到不少編程錯(cuò)誤哦（圖7）

想將代碼打印出來(lái)嗎，有幫助的！（圖8）

其它高亮設(shè)置同上請(qǐng)大家自已動(dòng)手吧！一定要按自己的習(xí)慣哦。

3、 設(shè)置PN中的菜單“新建”和工具欄圖標(biāo) ，點(diǎn)擊它新建文件時(shí)的文件缺省類型。我們當(dāng)然希望是C類型文件啦，如下圖：

定義新建缺省的文件類型（圖9）

4、 下面開(kāi)始設(shè)置的我們的avr-gcc工具菜單吧！

C語(yǔ)文的Make工具設(shè)定(圖10): 精心的設(shè)置可以讓你的PN，不必其它工具差哦。

5、 C語(yǔ)言Makefile對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)太難了，根本不知道它是干嘛的，怎么工作（說(shuō)的有點(diǎn)夸張）及怎么編寫(xiě)。幸好WinAVR提供給了我們一個(gè)非常好用的工具mfile。下面就將它集成到我們的PN中來(lái)吧！

Makefile工具在PN中的設(shè)定（圖11）（注意本工具設(shè)置為特殊設(shè)置）

Makefile的設(shè)置是將C:\WinAVR\bin下的wish84.exe、tcl84.dll、tk84.dll三個(gè)文件復(fù)制到C:\WinAVR\mfile目錄下。并用PN打開(kāi)C:\WinAVR\mfile\mfile.tcl。修改成下圖所示

修改mfile.tcl為圖中選中的部分并保存（圖12）

6、 設(shè)置ISP Programmer工具

ISP串行下載器的設(shè)置（圖13）

按下F4后運(yùn)行的結(jié)果（圖14）

7、 到現(xiàn)在，我想你對(duì)PN有了一些了解了吧?？纯聪旅鎺讉€(gè)圖吧！

幾個(gè)快捷鍵及其對(duì)應(yīng)工具的設(shè)置（圖15）它們用著實(shí)在是方便啊

Makefile執(zhí)行后的圖（圖16）

這是PN對(duì)大項(xiàng)目、大工程管理的超強(qiáng)部分了（圖17）

到此，Programmer NotePad 設(shè)置完成。

四、 Avr-gcc簡(jiǎn)易入門(mén)

1、 對(duì)端口的操作：

A、 如果我想將PORTB端口設(shè)置為輸出口（8位），則在gcc中用如下方式

DDRB=0xFF; 注意：0xFF=0B1111 1111表示全為1，代表了輸出。如果你改上式為：
DDRB=0x01; //即0B0000 0001，則表示，你將PORTB的第0位（PB0）設(shè)置為輸出，其它PB1-7為輸入。
DDRB為AVR的端口設(shè)置寄存器。

B、 從端口PORTB中讀入狀態(tài)，用如下方式：

Unsigned Char a=PINB; //讀入端口PORTB的狀態(tài)。若端口PORTB的狀態(tài)如下：

PB0為高電平 1
PB1為低電平 0
PB2為高電平 1
PB3為高電平 1
PB4為高電平 1
PB5為低電平 0
PB6為低電平 0
PB7為高電平 1

則有a = 0b1001 1101 = 0x9D

C、 向端口PORTB寫(xiě)狀態(tài)（設(shè)置狀態(tài)）：若要裝PORTB第0位和第2位置1（高電平）。

DDRB=0；//PORTB全部為輸出。
PORTB=0x03; //0b0000 0101

D、 而更多的情況，我們是要將端口的某一位改變狀態(tài)，而不是對(duì)整個(gè)端口操作?；蛑幌胫蓝丝诘哪骋晃坏臓顟B(tài)如何的？那么如何來(lái)做呢？

例如：
將PB4置1，PORTB=PORTB | 0x10; //0x10=0b0001 0000
將PB4置0，PORTB=PORTB & 0xEF; //0xEF=0b1110 1111
將PB4置翻轉(zhuǎn)，PORTB=PORTB^0x10; //0x10=0001 0000
檢驗(yàn)PB4的狀態(tài)，char a=PINB & 0x10; //如果PB4為1，是a>0，否則a=0
當(dāng)然，上面寫(xiě)法對(duì)C語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)直就是垃圾代碼了。C語(yǔ)言有它自己的方式，
例如：
PORTB |= 0x10;
PORTB &= 0xEF;
PORTB ^=0x10;
If (PINB & 0x10){ 你的語(yǔ)句; }
是否感覺(jué)到比較簡(jiǎn)潔?。?！

E、 當(dāng)然avr-gcc也提供了兩個(gè)函數(shù)對(duì)操作位，如：sbi (PORTB,4); cbi (PORTB,4);分別將PB4置1和清零。

2、 變量的類型

char
unsigned char
short
unsigned short
int
unsigned int
long
unsigned long
long long
unsigned long long
float
double
void

等等等等，這就請(qǐng)讀者自己看資料了。

3、 程序控制語(yǔ)句，C語(yǔ)言提供了非常豐富的程序流程控制語(yǔ)句。

i. 循環(huán)語(yǔ)句

A、 For(;;)語(yǔ)句，如：

for(i=0;i<8;i++){
循環(huán)體；
} //本例循環(huán)8次。
注意！for語(yǔ)句是先比較后加減的。

B、 While(exp)語(yǔ)句，如：

i=0; While(i<8){
循環(huán)體；
i++;
} //本例循環(huán)8次。也是先比較后執(zhí)行循環(huán)體的。

C、 Do while語(yǔ)句，如：

i=0;
do{
i++;
循環(huán)體；
}while(x<8);
//本例循環(huán)7次，因?yàn)樗窍葓?zhí)行后比較的語(yǔ)句。因?yàn)閕++在第一次比較時(shí)i已經(jīng)是1了。

ii. 分支語(yǔ)句。

A、 if語(yǔ)句，大名鼎鼎語(yǔ)句了，幾乎所有編程軟件都有它的身影。沒(méi)什么好說(shuō)的。

B、 switch語(yǔ)句。等

好了，這些就不說(shuō)下去了，因?yàn)槿绻氵B這些都不清楚。你該做的是找本C教程吧。

4、 中斷服務(wù)控制（SIGNAL）

void UART_Init(void){ //中斷初始化函數(shù)//
UART_Ready = 1;
UART_ReceivedChar = 0;
pUART_Buffer = 0;
outp(BV(RXCIE)|BV(RXEN),UCR); // 允許串行接收中斷 //
outp( (u08)UART_BAUD_SELECT, UBRR); // 設(shè)置UART波特率 //
sei(); // 打開(kāi)全局中斷 //
}

SIGNAL(SIG_UART_RECV){ //串口接收完成中斷服務(wù)進(jìn)程（子程序）//
UART_ReceivedChar = 1; // 指示已經(jīng)接收到一個(gè)字符 //
UART_RxChar = inp(UDR); // 將收到的字符存儲(chǔ)起來(lái) //
}
其中SIGNAL標(biāo)示了下面的語(yǔ)句由中斷來(lái)調(diào)用。

五、 實(shí)例設(shè)計(jì)與編程

試驗(yàn)電路圖（圖18）

好了，寫(xiě)了這么多，讓我們也看個(gè)實(shí)例先吧，硬件電路圖如圖18。

軟件編程如下：

軟件在PN中編寫(xiě)的結(jié)果如上圖。

其中第1、2行為預(yù)編譯語(yǔ)句，它們告訴編譯器一些重要的信息。如單片機(jī)內(nèi)的寄存器名稱對(duì)應(yīng)的向量等.DDRB、PORTB就在io.h內(nèi)定義的（其實(shí)它在本例中是在iom16.h中定義的,io.h是所有AVR單片機(jī)公共定義，它從makefile中提取單片機(jī)類型，來(lái)從include\avr下取出對(duì)應(yīng)的實(shí)際io*.h文件）。

第4行為C語(yǔ)言的主函數(shù)，特別要注意的是，avr-gcc的主函數(shù)類型必須為int類型。否則出現(xiàn)警告錯(cuò)誤warning: return type of 'main' is not `int'。

第5行定義了三個(gè)無(wú)符號(hào)字符型變量：i,j,k。

第6行定義了端口PORTB全部為輸出。

第7行在端口PORTB中輸出高電平。

第8行到第18行為一個(gè)無(wú)限循環(huán)語(yǔ)句。

第9行開(kāi)始到第17行也是一個(gè)循環(huán)。用它的目的是將端口PORTB的某一位置低，讓LED點(diǎn)亮。

第10行是向端口的某一位（由變量k指定），其中十分重要的是 ~（1<

第11行到第15行由兩個(gè)for循環(huán)構(gòu)成的延時(shí)部分，它可以使LED移動(dòng)的速度放慢，好讓我們的肉眼能看到。