http://hobby.abxyz.bplaced.net/index.php?pid=4&aid=7&pv

Artykuł pochodzi ze strony XYZ HOBBY ROBOT (

xyz.isgreat.org

)

Kurs AVR-GCC cz.4(v2)

17.08.2009 ABXYZ

Dużo wody upłynęło Wisłą do morza
od czasu ukazania się trzeciej część
niniejszego kursu i wreszcie jest
część czwarta. Ostatnio omawiane
były: zmienne, operatory, pętle
i instrukcje sterujące jak: if, switch.
W tej części kursu przerobimy
tablice, struktury i funkcje, czyli
dalszy ciąg podstaw języka C. Jak
poprzednio, wpierw omówię
wymienione tematy, a następnie
zestawimy układ z AVRem

i uruchomimy kilka przykładowych programów. W tej części kursu
będziemy bawić się przyłączając do AVRa klawiaturę telefoniczną
i piezo-buzzer(bez generatora).

Tablice

Gdy w programie mamy większą ilość danych jednego typu, to
zamiast tworzyć wiele pojedynczych zmiennych, lepiej będzie
utworzyć tablicę. W tablicy można przechowywać jednocześnie
wiele zmiennych jednakowego typu. Wszystkie elementy tablicy są
ponumerowane, dostęp do dowolnej zmiennej w tablicy uzyskuje
się podając nazwę tablicy i numer elementu.

W języku C tablicę przed pierwszym użyciem należy wcześniej
zdefiniować. Tablicę definiuje się pisząc kolejno: typ danych, nazwę
tablicy i objętą parą nawiasów kwadratowych [] liczbę elementów
tablicy. Definicję należy zakończyć średnikiem.

int

main(

void

)

{

/* Definicja tablicy 'pomiar' o 64 elementach typu char */

char

pomiar[

];

/* Definicja tablicy 'wysokosc' o 32 elementach typu int */

int

wysokosc[

];

/* Definicja tablicy 'temperatura' o 16 elementach typu

double */

double

temperatura[

];

Elementami tablic mogą być wartości typów: char, int, float, double
oraz: struktury, unie, pola bitowe i wskaźniki o których będzie
mowa w następnej części kursu. Elementami tablicy mogą być też
same tablice; w taki sposób tworzy się w języku C tablice
wielowymiarowe.

/* 2 elementowa tablica 40 elementach tablic typu char */

char

bufor[

][

];

/* Tablica trójwymiarowa */

char

jakas_tablica[

][

];

Definiując tablicę można jednocześnie tablicę inicjalizować
wartościami początkowymi. W tym celu dopisuje się na końcu

Page 1 of 27

XYZ Hobby Robot-Kurs AVR-GCC, cz.4

13/06/2010

http://hobby.abxyz.bplaced.net/index.php?pid=4&aid=7&pv

definicji: operator = , a po nim, objęte parą nawiasów klamrowych
{}, wartości początkowe kolejnych elementów tablicy rozdzielone
przecinkami.

/* Definicja tablicy z jednoczesną inicjalizacją wartościami
początkowymi dwóch pierwszych elementów tablicy */

char

tablica[

] = {

0x01

0x02

};

/* Definicja tablicy z jednoczesną inicjalizacją wartościami
początkowymi wszystkich czterech elementów. W takim przypadku
można nie wpisywać w definicji ilości elementów tablicy,
kompilator sam to wyliczy. */

char

tablica[] = {

0x01

0x02

0x04

0x08

};

/* Definicja z inicjalizacją tablicy dwuwymiarowej */

char

inna_tablica[][

] = {

0x31

0x02

0xf1

0x02

0x41

0xf2

0xf1

0xc2

0x11

0xa2

};

W programie elementami tablicy posługujemy się w identyczny
sposób jak pojedynczymi zmiennymi. Każdy element tablicy ma
nazwę składającą się z nazwy tablicy oraz objętego parą nawiasów
kwadratowych indeksu(numeru elementu). Elementy tablicy
numerowane są zaczynając od zera, a nie od jedynki, należy to
koniecznie zapamiętać.

/* Przypisanie pierwszemu elementowi tablicy wartości 23.5 */

temperatura[

]

= 23.5

;

/* Przypisanie drugiemu elementowi tablicy wartości 22.0 */

temperatura[

]

= 22.0

;

/* Przypisanie ósmemu elementowi tablicy wartości 17.5 */

temperatura[

]

= 17.5

;

/* Przypisanie jakiejs_zmiennej wartości czwartego elementu

tablicy */

jakas_zmienna = temperatura[

];

Trzeba też pamiętać, że jeżeli zdefiniujemy tablicę n elementową
i spróbujemy zapisać coś pod indeksem równym lub większym n to
kompilator nie zgłosi błędu, ale skutkować to może nieprawidłowym
działaniem programu.

Przy operacjach na tablicach szczególnie użyteczna może być
instrukcja pętli for, gdzie licznik pętli będzie indeksem tablicy.

unsigned char

i,j;

int

tablica_1[

];

int

tablica_2[

];

int

tablica_3[

][

];

/* Kolejnym elementom tablicy przypisane zostaną wartości:
0,10,20,30..150 */

for

(i =

; i <

; i++)

tablica_1[i] = i *

;

/* Kopiowanie zawartości tablica_1 do tablica_2 */

for

(i =

; i <

; i++)

tablica_2[i] = tablica_1[i];

/* Wypełnienie tablicy dwuwymiarowej */

for

(i =

; i <

; i++)

for

(j =

; j <

; j++)

tablica_3[i][j] = i * j;

Page 2 of 27

XYZ Hobby Robot-Kurs AVR-GCC, cz.4

13/06/2010

http://hobby.abxyz.bplaced.net/index.php?pid=4&aid=7&pv

Na tym etapie nauki, te informacje na temat tablic mam wystarczą.

Struktury

Strukturą w języku C nazywa się grupę zmiennych oznaczoną jedną
nazwą. Na przykład, aby opisać okrąg (figurę geometryczną), którą
program będzie rysował na ekranie wyświetlacza graficznego,
potrzebujemy co najmniej trzech wartości: dwóch współrzędnych
położenia środka okręgu oraz długość promienia. Dla jednego
egzemplarza okręgu można by utworzyć w pamięci trzy zmienne
o nazwach: x, y, r. Jednak, gdy przyjdzie potrzeba zapisać
w pamięci większą liczbę okręgów, lepiej w tym celu będzie
zdeklarować odpowiednią strukturę.

Deklaracja struktury informuje kompilator z jakich zmiennych
będzie składać się nowy typ struktury. Deklaracja struktury
rozpoczyna się od słowa struct i nazwy nowego typu struktury. Po
nazwie, pomiędzy parą nawiasów klamrowych {}, deklaruje się
zmienne składowe struktury. Cała instrukcja deklaracji kończy się
średnikiem.

/* Deklaracja struktury typu 'Okrag' */

struct

Okrag

{

int

unsigned int

};

Sama deklaracja struktury nie tworzy jeszcze zmiennych w pamięci,
tworzy jedynie nowy typ. Aby utworzyć pamięci egzemplarz
struktury danego typu należy ją zdefiniować, w podobny sposób jak
definiuje się zmienne. Definicja zaczyna się od słówka struct, dalej
podaje się nazwę typu zdeklarowanego wcześniej struktury i nazwę
nowego egzemplarza struktury lub nazwy kilku egzemplarzy
oddzielone przecinkami; na końcu deklaracji stawia się średnik.

/* Definicja trzech struktur typu 'Okrag' o nazwach:
okrag_1, okrag_2, okrag_3 */

struct

Okrag okrag_1, okrag_2, okrag_3;

Należy zapamiętać różnice między deklaracją a definicją: Deklaracja
nie rezerwuje miejsca w pamięci, a jedynie tworzy nowy typ
struktury. Dopiero definicja tworzy w pamięci konkretne
egzemplarze danego typu struktury. Deklarując nowy typ struktury
można jednocześnie utworzyć(zdefiniować) jeden lub kilka jej
egzemplarzy; w tym celu, na końcu deklaracji, między nawiasem
zamykającym } a średnikiem, dopisuje się nazwę tworzonego
egzemplarza struktury lub nazwy kilku egzemplarzy rozdzielone
przecinkami, przykład:

/* Deklaracja struktury typu 'prostokąt' z jednoczesnym
tworzeniem jej trzech egzemplarzy */

struct

prostokat

{

int

unsigned int

width;

unsigned int

height;

Page 3 of 27

XYZ Hobby Robot-Kurs AVR-GCC, cz.4

13/06/2010

http://hobby.abxyz.bplaced.net/index.php?pid=4&aid=7&pv

} prostokat1, prostokat2, prostokat3;

Dostęp do zmiennych składowych struktury uzyskuje się podając
kolejno: nazwę egzemplarza struktury, operator kropka i nazwę
składowej użytej w deklaracji struktury, przykłady:

/* Deklaruje strukturę bez podania nazwy typu (tak też
można) i jednocześnie tworzy dwa egzemplarze struktury
tego typu. */

struct

{

int

} punkt1, punkt2;

/* Dostęp do zmiennych składowych struktury
uzyskuje się używając operatora kropki. */

punkt1.x  = 17;
punkt1.y  = 20;
punkt2.x  = 10;
punkt2.x  = 18;

/* Składowymi struktury posługujemy się podobnie jak
zmiennymi prostego typu */

jakas_ zmienna = punkt1.x + punkt2.x;
inna_zmienna = punkt1.y + punkt2.y;

Struktury mogą wchodzić w skład innych struktur, w przykładzie
poniżej struktura typu Punkt jest jest zagnieżdżona w strukturze
typu Okrag.

/* Deklaracja struktury typu 'Punkt' */

struct Punkt

{

int

};

/* Deklaracja struktury typu 'Okrag' z jednoczesnym
utworzeniem trzech egzemplarzy tego typu struktury */

struct

Okrag

{

struct

Punkt o;

unsigned int

}okragA, okragB, okragC;

/* Dostęp do zmiennych składowych struktury uzyskuje
się używając operatora kropki. */

okragC.o.x = okragA.o.x + okragB.o.x;

Definiując strukturę można jednocześnie inicjalizować jej składowe
wartościami początkowym. W tym celu, w definicji, po nazwie nowo
tworzonego egzemplarza struktury, wstawia się operator '=', i dalej,
między nawiasami klamrowymi {}, wartości początkowe kolejnych
składowych struktury rozdzielone przecinkami.

/* Definiując struktury można je jednocześnie inicjalizować
wartościami początkowymi. */

struct

punkt p1={12,33}, p2={20,30};

Także można inicjalizować definiowaną strukturę zawartością
składowych innego egzemplarza struktury tego typu, przykład:

Page 4 of 27

XYZ Hobby Robot-Kurs AVR-GCC, cz.4

13/06/2010

http://hobby.abxyz.bplaced.net/index.php?pid=4&aid=7&pv

/* Definicja struktury z jednoczesną inicjalizacją
składowych */

struct

punkt p3 = p1;

Używając operatora = można strukturę skopiować, tzn. przypisać
składowym jednego egzemplarza struktury wartości odpowiednich
składowych innego egzemplarza.

/* Kopiowanie struktury */

p2 = p1;

Funkcje

Program składa się z ciągu instrukcji zapisanych w pamięci
i wykonywanych jedna po drugiej. Obok instrukcji, które realizują
konkretne zadania, na przykład włączają i wyłączają diodę LED,
istnieją też specjalne instrukcje sterujące przebiegiem programu jak
np.: if-else, switch, for, while; które były tematem poprzedniej
części kursu.

Obok wspomnianych instrukcji sterujących istnieje możliwość
tworzenia podprogramów. Zwykle dłuższe programy dzielone są na
odrębne fragmenty, nazywane podprogramami lub procedurami.
Spośród podprogramów wyróżnić można podprogram pierwszy
(główny), od którego pierwszej instrukcji rozpoczyna się działanie
całego programu. Umieszczając w programie specjalną instrukcję -
instrukcję wywołania podprogramu - można wykonać wybrany
podprogram.

Przebieg przykładowego programu składającego się z podprogramu głównego i dwóch

podprogramów. Cały program zaczyna się od pierwszej instrukcji podprogramu głównego.

A jaki może być pożytek z podziału programu na podprogramy ? Na
przykład, jeśli jakiś dłuższy fragment kodu powtarza się w wielu
miejscach programu, oczywistym rozwiązaniem będzie umieścić ten

Page 5 of 27

XYZ Hobby Robot-Kurs AVR-GCC, cz.4

13/06/2010

http://hobby.abxyz.bplaced.net/index.php?pid=4&aid=7&pv

fragment w odrębnym podprogramie. W wyniku otrzymamy
znacznie krótszy program o przejrzystej strukturze. W tak
napisanym programie łatwiej jest wprowadzać zmiany. Oczywiście
sposób podziału programu nie bywa przypadkowy, podprogramy
zwykle realizują konkretne zadania np. odczyt czujnika
temperatury, włączenie sygnalizacji albo uruchomienie
serwomechanizmu.

W języku C podprogramy nazywa się funkcjami. Każdy program
w języku C musi zawierać funkcje o nazwie "main" - każda funkcja
ma nadaną nazwę (identyfikator). Funkcja main jest wspomnianym
wcześniej podprogramem pierwszym(głównym), od którego
pierwszej instrukcji zaczyna się wykonanie całego programu.

/* Najprostszy program-całość umieszczona w funkcji main */

#define F_CPU 1000000L
#include <avr/io.h>

/* Definicja funkcji main */

int

main(

void

)

{

/* Instrukcje naszego programu */

}

Obok funkcji main programista może tworzyć(definiować) własne
funkcje, można też wykorzystywać gotowe funkcje z biblioteki
standardowej języka C, dostarczonej razem z kompilatorem. Razem
z kompilatorem avr-gcc wykorzystuje się bibliotekę AVR Libc, która
pełni rolę biblioteki standardowej, dopasowanej do możliwości 8-
bitowych mikrokontrolerów AVR. W przykładach z kursu często
używana jest funkcja z biblioteki AVR Libc o nazwie _delay_ms.
Funkcja ta wprowadza do programu opóźnienie o zadanym
w milisekundach okresie czasu; w avr-libc dostępna jest także
podobna funkcja _delay_us, dla której długość opóźnienia podaje
się w mikrosekundach.

Instrukcja wywołania funkcji składa się z nazwy funkcji i objętej
parą nawiasów okrągłych listy argumentów, i kończy się
średnikiem. Argumenty funkcji to dane przekazywane do funkcji,
jak na przykład wartość opóźnienia w funkcji _delay_ms. Jeśli
funkcja oczekuje kilku argumentów, kolejne argumenty oddziela się
przecinkami. Gdy funkcja nie oczekuje żadnego argumentu, to
uruchamiając ją, po nazwie funkcji wstawiamy "pustą" parę
nawiasów okrągłych ().

/* Funkcje _delay_ms, _delay_us oczekują przy wywołaniu
jednego argumentu typu double -wartości opóźnienia */

/* Argumentem funkcji jest wartość stała 80 */

_delay_ms(

);

/* Argumentem funkcji będzie wartość wyrażenia
jakas_zmienna+20 */

_delay_us(jakas_zmienna +

);

/* Funkcje mogą oczekiwać jednego lub większej
liczby argumentów albo żadnego */

/* Jeśli jakaś funkcja oczekuje kilku argumentów, kolejne
argumenty oddziela się przecinkiem. */

jakas_funkcja(

17.3

, jakas_zmienna);

Page 6 of 27

XYZ Hobby Robot-Kurs AVR-GCC, cz.4

13/06/2010

http://hobby.abxyz.bplaced.net/index.php?pid=4&aid=7&pv

/* Inna funkcja nie oczekuje żadnego argumentu */

inna_funkcja();

Po zakończeniu działania funkcje mogą zwracać dane. Na przykład
funkcja rand z biblioteki standardowej zwraca wartość typu int,
wartością tą jest liczba pseudolosowa z przedziału od 0 do
RAND_MAX(0x7FFF). Jeżeli funkcja zwraca wartość, wtedy całe
wyrażenie: nazwa_funkcji(argumenty_funkcji) posiada wartość
i typ, podobnie zmienne. Wtedy, przykładowo, można instrukcję
wywołania funkcji "nazwa_funkcji(argumenty_funkcji)" postawić po
prawej stronie operatora przypisania, żeby zwróconą przez funkcję
wartość przypisać od zmiennej; albo umieścić w warunku instrukcji
if-else.

/* Funkcja rand, obliczająca liczbę losową, zwraca
wartość typu int */

jakas_ zmienna = rand() +

100

;

/* Jeśli wartość zwrócona przez funkcje rand będzie większa
od 10, wtedy warunek w instrukcji if będzie spełniony */

( rand() >

)

{

Funkcja może zwracać tylko wartość jednej zmiennej lub nie
zwracać niczego.

Własną funkcję tworzy(definiuje) się wpisując kolejno: typ
zwracanej wartości, nazwę nowej funkcji, listę parametrów funkcji
objętą parą nawiasów okrągłych (); deklaracje kolejnych
parametrów oddziela się przecinkami. W definicji funkcji argumenty
nazywa się parametrami. Następnie, między parą nawiasów
klamrowych {}, umieszcza się instrukcja po instrukcji kod funkcji.

/* Definicja funkcji */

typ nazwa_funkcji(parametry)
{

/* Instrukcje wewnątrz funkcji */

}

Jeśli w definicji funkcji jako zwracany typ wstawi się słówko void,
oznaczać to, że funkcja nie będzie niczego zwracać; a jeśli
wstawimy void w miejsce listy parametrów, to funkcja nie będzie
oczekiwać żadnych argumentów. W naszych krótkich programach
definicje funkcji będą umieszczane w pliku przed funkcją main.

/* Definicja funkcji które niczego nie zwraca i nie oczekuje
ż

adnych argumentów */

void

io_init(

void

)

{
DDRD =

0x0f

;

PORTD =

0xf0

;

DDRB =

0x0f

;

}

/* Definicja funkcji main */

int

main(

void

)

{

/* Wywołanie funkcji io_init */

io_init();

Poniżej znajduje się przykład definicji funkcji, która przyjmuje dwa
argumenty typu unsigned int i nie zwraca niczego. Wartości

Page 7 of 27

XYZ Hobby Robot-Kurs AVR-GCC, cz.4

13/06/2010

http://hobby.abxyz.bplaced.net/index.php?pid=4&aid=7&pv

argumentów dostępne są wewnątrz funkcji w specjalnie tworzonych
zmiennych. W chwili wywołania funkcji, tworzone są zmienne
o typach i nazwach jakie znajdują się na liście parametrów.
Zmienne te są inicjalizowane wartościami argumentów podanych
przy wywołaniu funkcji. W przykładzie poniżej, w funkcji beep
dostępne są dwie zmienne o nazwach: frequency i duration
zawierające wartości wysłanych do funkcji argumentów.

/* Definicja funkcji beep */

void

beep(

unsigned

int

frequency,

unsigned

int

duration)

{

unsigned

int

i,t,n;

t =

125000

/frequency;

n = (

250UL

*duration)/t;

PORTB |=

0x01

;

PORTB &= ~

0x02

;

for

(i=

; i < n; i++)

{
PORTB ^=

0x01

;

PORTB ^=

0X02

;

_delay_loop_2(t);
}
}

/* Definicja funkcji main */

int

main(

void

)

{

int

f = 440, d = 250;

/* Przykłady wywołanie funkcji beep */

beep(

1000

);

/* Do funkcji zostaną przekazane wartości zmiennych f i d */

beep(f,n);

Kolejny przykład to definicja funkcji, która zwraca wartość typu
unsigned char i oczekuje argumentu typu unsigned char. Tu nową
rzeczą jest instrukcja return, wymusza ona natychmiastowy powrót
z funkcji. Jeżeli funkcja coś zwraca, wtedy po prawej stronie
instrukcji return wstawia się wyrażenie, którego wartość zostanie
zwrócona po wyjściu z funkcji. Jak już pisałem, gdy funkcja coś
zwraca, instrukcja wywołania funkcji, całe wyrażenie:
"nazwa_funkcji(argumenty_funkcji)" ma przypisaną wartość
zwracaną przez funkcję.

/* Funkcja zmienia wartość argumentu na bajt w kodzie BCD */

unsigned char

bin2bcd(

unsigned char

bin)

{

/* Jeśli bin > 99, to funkcja zwraca wartość argumentu bin */

(bin>

)

return

bin;

/* Funkcja zwraca wartość wyrażenia po prawej stronie
instrukcji return */

return

bin/

| bin%

;

}

/* Wywołanie funkcji bin2bcd, zwrócona przez funkcję
wartość 0x99 zostanie przypisane zmiennej */

jakas_zmienna = bin2bcd(

);

Tablice przekazywane są do funkcji w odmienny sposób, niż
zmienne. Jeśli przekazuje się do funkcji argumenty nie będące
tablicami, to w momencie wywołania funkcji tworzone są zmienne
o nazwach parametrów funkcji, zmienne te inicjalizowane są
wartościami argumentów podanymi w instrukcji wywołania funkcji.

Page 8 of 27

XYZ Hobby Robot-Kurs AVR-GCC, cz.4

13/06/2010

http://hobby.abxyz.bplaced.net/index.php?pid=4&aid=7&pv

Natomiast, jeśli argumentem funkcji jest tablica, to w momencie
wywołania funkcji, nie jest tworzona kopia tej tablicy; wewnątrz
funkcji wszystkie działania przeprowadzane są na oryginalnej
tablicy podanej jako argument w instrukcji wywołania funkcji.
Przykład:

/* Definicja funkcji */

void

funkcja(

int

tablica[])

{

/* Wypełnia tablicę */

for

(; n; n--)

tablica[n-1] = n;
}

int

main(

void

)

{

/* Definicja tablicy */

int

tablica[

];

int

n =

;

/* Zmienne przekazywane są do funkcji przez wartość, a tablice
przez wskaźnik. Po wykonaniu funkcji wartość zmiennej
n nie zmieni się, natomiast tablica zostanie wypełniona */

funkcja(n, tablica);

Podsumowując, argumenty do/z funkcji przekazywane są przez
wartość, z wyjątkiem tablic które przekazywane są poprzez
wskaźnik. Wskaźniki omówię szczegółowo w kolejnej części kursu.

Zakres widoczności zmiennych

Zmienne mogą być deklarowane wewnątrz funkcji(zmienne lokalne)
albo poza wszystkimi funkcjami(zmienne globalne). Zmienne
deklarowane poza wszystkimi funkcjami, na początku pliku, istnieją
przez cały czas działania programu i są dostępne we wszystkich
funkcjach w pliku. Zmienne deklarowane wewnątrz funkcji tworzone
są w momencie wywołania funkcji i istnieją jedynie do momentu
zakończenia działania funkcji. Zmienne deklarowane wewnątrz
funkcji dostępne są tylko w obrębie funkcji, w której zostały
zdeklarowane. W różnych funkcjach mogą istnieć zmienne o tej
samej nazwie.

/* Zmienna dostępna we wszystkich funkcja w całym pliku */

int

zmienna_globalna ;

/* Definicja funkcji */

void

funkcja(

int

tablica[])

{

/* Zmienna dostępna tylko w tej funkcji */

double

zmienna_lokalna;

zmienna_globalna =

;

}

/* Definicja innej funkcji */

void

inna_funkcja(

char

s )

{

/* Zmienna dostępna tylko w tej funkcji */

double

zmienna_lokalna;

zmienna_lokalna = zmienna_globalna;

}

Jeśli w funkcji zostanie utworzona zmienna o nazwie identycznej
z nazwą istniejącej zmiennej utworzonej poza funkcjami, wtedy,

Page 9 of 27

XYZ Hobby Robot-Kurs AVR-GCC, cz.4

13/06/2010

http://hobby.abxyz.bplaced.net/index.php?pid=4&aid=7&pv

w funkcji, pod tą nazwą dostępna będzie zmienna deklarowane
w funkcji.

/* Zmienna dostępna we wszystkich funkcja w całym pliku */

int

jakas_zmienna ;

/* Definicja funkcji */

int

jakas_funkcja(

void

)

{

/* Zmienna dostępna tylko w tej funkcji */

int

jakas_zmienna;

/* Zapis nastąpi do zmiennej zdefiniowanej w tej funkcji. */

jakas_zmienna =

;

}

Zmienne deklarowane wewnątrz funkcji tworzone są w chwili
wejścia do funkcji i istnieją tylko do momentu wyjścia z funkcji.
Zawartość tych zmiennych po wyjściu z funkcji jest bezpowrotnie
tracona. Jeżeli zależy nam, aby zmienna deklarowana wewnątrz
funkcji istniała przez cały okres działania programu, i aby pomiędzy
kolejnymi wywołaniami funkcji zawartość tej zmiennej nie była
tracona, to należy deklaracje tej zmiennej poprzedzić słówkiem
static, takie zmienne nazywa się zmiennymi statycznymi. Zmienne
deklarowane poza wszystkimi funkcjami otrzymują wartość
początkową równą zero, natomiast zmienne deklarowane wewnątrz
funkcji mają nieokreśloną, przypadkową wartość początkową, ale
nie zmienne statyczne, te również otrzymują wartość początkową
równą zero.

/* Definicja funkcji */

int

licz(

int

{

/* Definicja statycznej zmiennej licznik, która będzie

istnieć przez cały okres działania programu */

static int

licznik;

licznik += n;

return

licznik;

}

int

main(

void

)

{

/* Funkcja zwróci wartość 2 */

jakas_zmienna = licz(

);

/* Funkcja zwróci wartość 5 */

jakas_zmienna = licz(

);

Kod BCD

W elektronice cyfrowej nierzadko wykorzystywany jest kod BCD
(ang. Binary-Coded Decimal), czyli dziesiętny zakodowany
dwójkowo. My będziemy przyłączać do mikrokontrolera 7-
segmentowe wyświetlacze LED poprzez układy 7447(dekoder kodu
BCD na kod wyświetlacza 7-segmentowego). Zaletą kodu BCD jest
prostota: posługujemy się systemem dziesiętnym i każda cyfra
(0,1..9) liczby zapisywana jest na czterech bitach.

bity

liczba (system dziesiętny)

0000 0000

0000 0001

Page 10 of 27

XYZ Hobby Robot-Kurs AVR-GCC, cz.4

13/06/2010

http://hobby.abxyz.bplaced.net/index.php?pid=4&aid=7&pv

bity

liczba (system dziesiętny)

0000 0010

0000 0011

0000 0100

0000 0101

0000 0110

0000 0111

0000 1000

0000 1001

0001 0000

0001 0001

0001 0010

0001 0011

0001 0100

1001 0111

1001 1000

1001 1001

Kodowanie BCD

Elementy i schematy

Zależnie od przykładu, będziemy do mikrokontrolera atmega16
przyłączać: osiem diod LED, dwa 7-segmentowe wyświetlacze LED,
klawiaturę telefoniczną, dwa przekaźniki oraz brzęczyk(bez
generatora, sam przetwornik piezo).

Cały schemat podzieliłem na kilka części:

Page 11 of 27

XYZ Hobby Robot-Kurs AVR-GCC, cz.4

13/06/2010

http://hobby.abxyz.bplaced.net/index.php?pid=4&aid=7&pv

Przykładowe programy

Przygotowałem cztery przykładowe programy, do uruchomienia
jako ćwiczenia. Do przykładów dołączone są animacje pokazującą
efekt działania programów oraz krótki opis. Wszystkie przykłady są
raczej proste, nikt nie powinien mieć problemów ze zrozumieniem
jak działają.

Poniżej znajduje się szkielet programu, wszystkie przykłady
napisane są według tego wzoru.

/**** PLIKI NAGŁÓWKOWE ****/

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#define F_CPU 1000000L

/**** ZMIENNE GLOBALNE ****/

/**** DEFINICJE FUNKCJI ****/

/* Inicjalizacja, konfiguracja sprzętu */

void

init(

void

)

{

}

/* Inne funkcje */

/**** POCZĄTEK PROGRAMU ****/

/* Definicja funkcji main */

int

main(

void

)

{

/* Deklaracje zmiennych */

/* Inicjalizacja */

init();

/* Główna pętla programu */

for

(;;)

{
}
}

Szkielet prostego programu.

Pozytywka elektroniczna.

Ten przykładowy programik odgrywa krótką melodyjkę z pomocą
buzzera, nagranie dźwięku:

W programie najwięcej pracuje funkcja beep, która generuje sygnał
prostokątny na wyprowadzeniach PB0 i PB1, gdzie przyłączony jest
buzzer (przetwornik piezo). Funkcja ta przyjmuje dwa argumenty:

Page 17 of 27

XYZ Hobby Robot-Kurs AVR-GCC, cz.4

13/06/2010

http://hobby.abxyz.bplaced.net/index.php?pid=4&aid=7&pv

częstotliwość sygnału w hercach i dułgość czasu trwania sygnału
w milisekundach. Generowanie dźwięku odbywa się programowo,
bez użycia układów czasowych AVRra. Do uzyskania krótkich
opóźnień w programie używana się funkcji: void _delay_loop_2
(unsigned int __count) z biblioteki avr-libc, która wprowadza
opóźnienie czterech cykli procesora na jednostkę. Uwaga! Funkcja
beep będzie działać właściwie tylko dla uC AVR pracującego
z częstotliwością 1MHz.

Inna funkcja, o nazwie play, odgrywa melodyjkę dźwięk po dźwięku
wywołując funkcję beep. Funkcja play oczekuje argumentów:
tablicy dźwięków oraz indeks pierwszego i ostatniego dźwięku.
Elementami tablicy dźwięków mają być tablice o dwóch elementach
typu int: częstotliwość podana w hercach i długość trwania dźwięku
w milisekundach. W programie zdefiniowano, poza funkcjami,tablicę
dźwięków o nazwie koziolek. Tablice definiowane poza funkcjami
dostępne są bezpośrednio we wszystkich funkcjach w całym pliku.
Jednak w przykładzie tablica jest przekazywana do funkcji jako
jeden z argumentów, dzięki temu struktura programu jest bardziej
przejrzysta, a funkcja jest bardziej uniwersalna.

/*
KURS AVR-GCC cz.4
Program, z pomocą  buzzera (przetwornika piezo),
odgrywa krótką melodyjkę.

układ atmega 1MHz
PB0 -> R(330Ohm) -> BUZZER -> PB1
*/

#define F_CPU 1000000L
#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

/**** ZMIENNE GLOBALNE ****/

/*
Tablica dzwięków:
częstotliwść(Hz), czas_trwania(ms), częstotliwość, ...
*/

int

koziolek[][

]={

523

125

587

125

659

250

698

125

659

125

587

250

523

250

1047

250

784

250

523

250

1047

250

784

250

523

250

1047

250

784

1000

};

/**** DEFINICJE WŁASNYCH FUNKCJI ****/

/* Konfiguruje porty we/wy uC */

void

init(

void

)

{

/* PB0,PB1 - wyścia */

DDRB =

0x03

;

PORTB =

0x00

;

}

/*
Funkcja generuje sygnał prostokątny na wyprowadzeniach PB0 i PB1,
gdzie przyłączony jest buzzer. Funkcja przyjmuje argumenty:
częstotliwość(Hz) sygnału i dułgość czasu trwania sygnału (ms).

Page 18 of 27

XYZ Hobby Robot-Kurs AVR-GCC, cz.4

13/06/2010

http://hobby.abxyz.bplaced.net/index.php?pid=4&aid=7&pv

void

beep(

unsigned

int

frequency,

unsigned

int

duration)

{

unsigned

int

i,t,n;

t =

125000

/frequency;

n = (

250UL

*duration)/t;

PORTB |=

0x01

;

PORTB &= ~

0x02

;

for

(i=

; i < n; i++)

{
PORTB ^=

0x01

;

PORTB ^=

0X02

;

_delay_loop_2(t);
}
}

/*
Odgrywa melodyjkę dzwięk po dzwięku. Jako argumentów funkcja
oczekuje tablicy dzwięków oraz numerów pierwszego i ostatniego
dzwięku. Elementami tablicy dźwięków są tablice o dwóch elementach
typu int (częstotliwość w Hz i długość trwania dzwięku w ms).
*/

void

play(

int

nots[][

unsigned

int

start,

unsigned

int

stop)

{

int

for

(n=start; n <= stop; n++)

beep(nots[n][

], nots[n][

]);

}

/**** POCZĄTEK PROGRAMU ****/

/* Definicja głównej funkcji */

int

main(

void

)

{

/* Konfiguracja sprzętu */

init();

/* Nieskończona pętla */

while

(

)

{

/* Gra dwukrotnie ten sam "kawałek" */

play(koziolek,

);

play(koziolek,

);

/* Chwila spokoju :) */

_delay_ms(

6000

);

}

return

;

}

Listing 4.1 Program "Pozytywka elektroniczna".

Klawiaturka "telefoniczna".

W tym przykładzie program odczytuje w pętli stan klawiatury
i wyświetla numer ostatniego wciśniętego przycisku.

Page 19 of 27

XYZ Hobby Robot-Kurs AVR-GCC, cz.4

13/06/2010

http://hobby.abxyz.bplaced.net/index.php?pid=4&aid=7&pv

/* Konfiguracja sprzętu */

void

init(

void

)

{

/* Konfiguruj portu A jako wyjścia */

/* Wyświetlacz */

DDRA =

0xFF

;

PORTA =

0xFF

;

/* Klawiaturka PD0..PD7 */

DDRD =

0x0f

;

PORTD =

0x7f

;

}

/*
Funkcja zmienia bajt w kodzie binarnym na bajt
zakodowany w BCD
*/

unsigned

char

bin2bcd(

unsigned

char

bin)

{

(bin>

)

return

bin;

return

bin/

| bin%

;

}

/*
Funkcja sprawdza kolejno wszystkie przyciski klawiatury
i zwraca numer pierwszego wciśniętego przycisku, albo zero,
gdy żaden przycisk nie został wciśnięty.
*/

unsigned

char

read_keypad(

void

)

{

unsigned

char

row,col,key;

for

(row=

0x7e

,key=

; row>=

0x77

; row=(row<<

0x1

0x7f

)

   {
        PORTD = row;

for

(col=

0x10

; col<

0x80

; col<<=

, key++)

(!(PIND & col))

return

key;

}

return

;

}

/**** POCZĄTEK PROGRAMU ****/

/* Definicja funkcji main */

int

main(

void

)

{

unsigned

char

key;

/* Konfiguracja portów we/wy */

init();

/* Nieskończona pętla */

for

(;;)

(key = read_keypad())

PORTA = bin2bcd(key);
}

Listing 4.2 Program "Klawiatura telefoniczna".

Zamek na szyfr

W tym przykładzie wykorzystywane są: klawiatura (PD0..PD7),
bzzer(PB0,PB1), i sześć diod led (PA0..PA5); linia PC0 steruje
blokadą rygla zamka. Aby otworzyć zamek należy wybrać na
klawiaturze sześć właściwych cyfr. Wciskając przycisk z gwiazdką
można skasować wszystkie wprowadzone cyfry i rozpocząć
wpisywanie kodu od początku. Przy wciśnięciu każdej cyfry zapala
się kolejna dioda led i słychać krótki sygnał dźwiękowy. Po
wprowadzeniu właściwego kodu natychmiast następuje
odblokowanie rygla zamka. Otwarcie zamka sygnalizowane jest
migotaniem wszystkich sześciu diod i sygnałem dźwiękowym

Page 21 of 27

XYZ Hobby Robot-Kurs AVR-GCC, cz.4

13/06/2010

http://hobby.abxyz.bplaced.net/index.php?pid=4&aid=7&pv

o zmieniającej się częstotliwości. Wpisanie niewłaściwego kodu
sygnalizowane jest wygaszeniem wszystkich sześciu diod LED
i długim, "niskim", dźwiękiem.

W przykładzie wykorzystywane są omówione wcześnie funkcje beep
i read_keypad.

Animacja prezentuje działanie programu "Zamek na szyfr".

/*
KURS AVR-GCC cz.4
Zamek na szyfr (schemat i opis działania w artykule)

układ atmega16 (1MHz)
*/

/**** PLIKI NAGŁÓWKOWE ****/

#define F_CPU 1000000L
#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

/**** DEFINICJE FUNKCJI ****/

/* Inicjalizacja i konfiguracja sprzętu */

void

init(

void

)

{

/* Konfiguruje portów we/wy */

/* PA0..PA6 - diody led */

DDRA =

0x3F

;

PORTA =

0x3F

;

/* PB0,PB1 - piezo buzzer */

DDRB =

0x03

;

PORTB =

0x00

;

/* Klawiaturka */

DDRD =

0x0f

;

PORTD =

0x7f

;

/* PC0 - rygiel zamka */

DDRC =

0x01

;

PORTC =

0x00

;

}

/*
Funkcja sprawdza kolejno wszystkie przyciski klawiatury
i zwraca numer pierwszego wciśniętego przycisku, albo zero,
jeśłi żaden przycisk nie został wciśnięty.

Page 22 of 27

XYZ Hobby Robot-Kurs AVR-GCC, cz.4

13/06/2010

http://hobby.abxyz.bplaced.net/index.php?pid=4&aid=7&pv

unsigned

char

read_keypad(

void

)

{

unsigned

char

row,col,key;

/*
Wybiera wiersz po wierszu i testuje przyciski kolumna po
kolumnie, zmienna key przechowuje numer przycisku 1-12.
*/

for

(row=

0x7e

,key=

; row>=

0x77

; row=(row<<

0x1

0x7f

)

   {
      PORTD = row;

for

(col=

0x10

; col<

0x80

; col<<=

, key++)

(!(PIND & col))

return

key;

}

/* Jeśli żaden z przycisków nie został wciśnięty,

wyjście z kodem zero */

return

;

}

void

beep(

unsigned

int

frequency,

unsigned

int

duration)

{

unsigned

int

i,t,n;

t =

125000

/frequency;

n = (

250UL

*duration)/t;

PORTB |=

0x01

;

PORTB &= ~

0x02

;

for

(i=

; i < n; i++)

{
PORTB ^=

0x01

;

PORTB ^=

0X02

;

_delay_loop_2(t);
}
}

/**** POCZĄTEK PROGRAMU ****/

/* Definicja funkcji main */

int

main(

void

)

{

/* Deklaracje zmiennych */

unsigned

char

i,j,key,err=

;

/* 6 cyfrowy klucz */

unsigned

char

pass[] = {

};

/* Konfiguracja i inicjalizacja sprzętu */

init();

/* Główna pętla programu */

for

(;;)

{

/* Blokada rygla zamka */

PORTC &= ~

0x01

;

/* Wygaszenie diod led */

PORTA |=

0x3f

;

/* Zeruje licznik błędów */

err =

;

/* Odczyt i porównanie z wzorem 6 cyfr klucza */

for

(i=

; i<

; i++)

{

/* Oczekiwanie na wciśnięcie przycisku klawiatury */

while

(!(key = read_keypad()));

/* Jeśli wciśnięto przycisk gwiazdka *, to kasowanie

wprowadzonych cyfr */

(key ==

)

break

;

/* Sygnalizacja postępu wprowadzania kolejnych cyfr klucza */

Page 23 of 27

XYZ Hobby Robot-Kurs AVR-GCC, cz.4

13/06/2010

http://hobby.abxyz.bplaced.net/index.php?pid=4&aid=7&pv

PORTA &= ~(

<<i);

beep(

880

100

);

/* Oczekiwanie na zwolnienie przycisku */

while

(read_keypad());

/* Zatrzymanie aż wygasną drgania styków przycisku */

_delay_ms(

);

/* Każda wprowadzona cyfra klucza jest porównywana z

wzorem w tablicy "pass", jeśli nie pasuje,
licznik błędów w zmiennej "err" jest zwiększany o jeden */

(key != pass[i]) err++;

/* Jeśli wprowadzona cyfra klucza jest ostatnią */

(i ==

)

{

/* Jeśli wprowadzono właściwy klucz */

(!err)

{

/* Zwolnienie blokady rygla zamka */

PORTC |=

0x01

;

/* Sygnalizacja otwarcia zamka */

for

(j=

; j<

; j++)

{
PORTA ^=

0x3f

;

beep(

880

200

);

PORTA ^=

0x3f

;

beep(

440

200

);

               }
            }

else

{

/* Sygnalizacja błędu */

beep(

200

600

);

PORTA |=

0x3f

;

            }
         }
      }
   }
}

Listing 4.3 Program "Zamek na szyfr"

Wyłącznik czasowy

Jak w tytule punktu, wyłącznik czasowy. Wybiera się na klawiaturze
liczbę sekund 1-99 i następnie, wciskając przycisk gwiazdka
uruchamia się odliczanie od wybranej liczby do zera. Dwucyfrowe
liczby wprowadza się wciskając daw przyciski w krótkim odstępie
czasu, pierwszą - dziesiątki, drugą - jedności.

Animacja prezentuje działanie programu "Wyłącznik czasowy"

Page 24 of 27

XYZ Hobby Robot-Kurs AVR-GCC, cz.4

13/06/2010

http://hobby.abxyz.bplaced.net/index.php?pid=4&aid=7&pv

/*
   KURS AVR-GCC cz.4
   Wyłącznik czasowy (schemat i opis działania w artykule)

   układ atmega16 (1MHz)
*/

#define F_CPU 1000000L
#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

/**** DEFINICJA WŁASNYCH FUNKCJI ****/

/* Inicjalizacja, konfiguracja sprzętu */

void

init(

void

)

{

/* Konfiguruje portów we/wy */

/* Wyświetlacz */

DDRA =

0xFF

;

PORTA =

0xFF

;

/* Klawiaturka */

DDRD =

0x0f

;

PORTD =

0x7f

;

/* Przekaźnik */

DDRC =

0x01

;

PORTC =

0x00

;

}

/*
Funkcja zmienia 8-bit wartość w kodzie dwójkowym
na wartość w kodzie BCD
*/

unsigned

char

bin2bcd(

unsigned

char

bin)

{

(bin >

)

return

bin;

return

bin/

| bin%

;

}

/*
Funkcja sprawdza kolejno wszystkie przyciski klawiatury
i zwraca numer pierwszego wciśniętego przycisku, albo zero,
gdy żaden przycisk nie został wciśnięty.
*/

unsigned

char

read_keypad(

void

)

{

unsigned

char

row,col,key;

/*
Wybiera wiersz po wierszu i testuje przyciski kolumna po
kolumnie, zmienna key przechowuje numer przycisku 1-12.
*/

for

(row=

0x7e

,key=

; row>=

0x77

; row=(row<<

0x1

0x7f

)

   {
      PORTD = row;

for

(col=

0x10

; col<

0x80

; col<<=

, key++)

(!(PIND & col))

return

key;

}

/* Jeśli żaden z przycisków nie został wciśnięty,

wyjście z kodem zero */

return

;

}

/**** POCZĄTEK PROGRAMU ****/

/* Definicja funkcji main */

int

main(

void

)

{

/* Deklaracje zmiennych */

unsigned

char

i,key;

signed

char

v =

;

/* Tablica kodowania przycisków klawiatury */

Page 25 of 27

XYZ Hobby Robot-Kurs AVR-GCC, cz.4

13/06/2010

http://hobby.abxyz.bplaced.net/index.php?pid=4&aid=7&pv

unsigned

char

codetab[]= {

0xff

};

/* Konfiguracja, inicjalizacja sprzętu */

init();

/* Główna pętla programu */

for

(;;)

{

/* Funkcja read_keypad zwraca wartość (kod przycisku) różną

od zera, gdy wykryje wciśnięcie przycisku na klawiaturze. */

key = read_keypad();

/* Wprowadzenie liczby sekund (0-99) czasu zliczania */

(key && key <

)

      {
         v = bin2bcd(codetab[key]);

/* Wyświetla pierwszą cyfrę */

PORTA = v;

/* Opóźnienie dla wygaśnięcia drgań styków przycisku */

_delay_ms(

);

/* Oczekiwanie na zwolnienie przycisku */

while

(read_keypad()){};

_delay_ms(

);

/* W pętli, 20 razy odczytuje klawiaturę oczekując

wprowadzenia drugiej cyfry */

for

(i=

; i>

; i--)

{

((key = read_keypad()))

{
_delay_ms(

);

/* Składa obie wprowadzone cyfry w jedną liczbę */

v = v*

+ codetab[key];

/* Przesuwa pierwszą cyfrę wyświetlacza pozycję na lewo */

PORTA <<=

;

/* Wyświetla drugą cyfrę */

PORTA |= codetab[key];

/* Czeka na zwolnienie przycisku */

while

(read_keypad()){};

_delay_ms(

);

break

;

}

/* Dodatkowe opóźnienie między kolejnymi odczytami

klawiatury*/

_delay_ms(

);

/* Wygasza pierwszą cyfrę na wyświetlaczu, jeśli

wprowadzono liczbę jednocyfrową */

(i ==

) PORTA |=

0XF0

;

         }
      }

/* Wciśnięcie przycisku z gwiazdką, gdy wcześnie wprowadzona

liczba sekund była większa od zera, rozpoczyna odliczanie */

else

(key ==

&& v)

{
PORTC |=

0x01

;

// włącza przekaźnik

/* Odliczanie od v do zera, zmienna v zawiera wprowadzoną

wcześniej liczbę sekund */

{

_delay_ms(

960

);

// Prawie sekunda opóźnienia

v--;

/* Wyświetla aktualny stan licznika */

PORTA = bin2bcd(v);
}

while

(v>

);

PORTC &= ~

0x01

;

// wyłącza przekaźnik

}
}
}

Listing 4.4 Program "Wyłącznik czasowy".

Page 26 of 27

XYZ Hobby Robot-Kurs AVR-GCC, cz.4

13/06/2010

http://hobby.abxyz.bplaced.net/index.php?pid=4&aid=7&pv