Каждый, кто работал с низкоуровневыми регистрами, сталкивался с необходимостью устанавливать, сбрасывать и инвертировать отдельные биты, не влияя при этом на остальные. Это требует запоминания серии команд, включающих OR, AND и NOT, которые проще реализовать как макрос.
Нижеприведенный фрагмент кода реализует макрос для установки конкретного бита в лог. «1», сброса бита и его инвертирования, а также чтения значения бита.
Универсальная научно-инженерная среда разработки Matlab позволяет выполнять различные операции, полезные проектировщику встраиваемых систем. Поскольку многие такие системы имеют последовательный порт, то можно организовать вывод данных с этого порта в графическом виде с помощью интерфейса Matlab.
Ниже представлен код для Matlab, который позволяет отображать в реальном времени данные, полученные с порта. В коде следует не забыть поменять номер порта и скорость передачи данных.
Для определения влажности и температуры радиолюбители в своих проектах иногда используют датчик SHT11 от Sensirion. Этот датчик с интерфейсом I2C обладает хорошей точностью измерений, поддерживает широкие диапазоны температуры, относительной влажности и рабочего напряжения.
Проблемой для начинающих может быть настройка связи с вычислительным устройством, например, микроконтроллером. Поэтому ниже предлагается платформонезависимая библиотека, позволяющая общаться с SHT11.
Уже немногие инженеры-программисты знают ассемблер, хотя он помогает понять принципы программирования встраиваемых систем и то, что стоит за языком C. Поэтому в последнее время стали появляться браузерные компиляторы и эмуляторы языка ассемблер для обучения и создания простых проектов, например, ASM80. Но два энтузиаста Роберт Фишер и Майкл «luto» Лютонски разработали полнофункциональную браузерную среду разработки, включающую в себя компилятор ассемблера, эмулятор и отладчик. Назвали они её yasp.
Самое интересное то, что в этой среде «аппаратные» элементы: микроконтроллер, потенциометр, кнопки, светодиоды. Так что, процесс отладки должен быть нагляден и удобен.
Для большинства приложений достаточно организовать не ПИД-, а ПИ-регулирование. Поэтому здесь представлен ПИ-регулятор, написанный на языке C с реализацией на целочисленной арифметике. В данном случае используется структура для хранения, как коэффициента усиления, так и интегральной составляющей, что очень удобно при портировании кода для различных приложений. Ошибка передается в качестве аргумента функции, поэтому следует соблюдать осторожность, чтобы убедиться, что вычисление ошибки, которое должно производиться вне регулятора, то есть в пользовательском коде, не вызывает переполнение.
Для борьбы с насыщением регулятора проверяется выход, и если P+I (пропорциональная и интегральная части) превышает требуемый диапазон регулирования, то новое значение интегратора не сохраняется, если все это только способствует насыщению. Это позволяет предотвратить большие выбросы при сильных шумах или при больших уставках на входе.
Интерфейс I2C является довольно популярным средством взаимосвязи микроконтроллеров и других электронных устройств. Но некоторые микроконтроллеры могут не поддерживать данный интерфейс. Кроме того, может случиться так, что выводы аппаратного I2C используются в других целях. В связи с этим встает вопрос о необходимости программной эмуляции шины I2C.
Код на языке C с комментариями приведен под катом.
ASM80 представляет собой интегрированную среду разработки, предназначенную для написания программ на ассемблере для 8-разрядных процессоров вроде 8080, 8085, Z80 и 6502. ASM80 состоит из двух основных частей: редактора+ассемблера и отладчика. Эта среда разработки является браузерной, то есть вы можете работать с ней на любом компьютере, где установлен современный браузер.
Все файлы хранятся непосредственно в браузере, поэтому нужно завести аккаунт для онлайн-доступа к ним. Впоследствии их можно скачать в виде ZIP-файла на свой компьютер.
Ниже предлагается способ фильтрации зашумленных данных, который работает на лету и не требует хранения данных, которые должны обрабатываться как единое целое. Он удаляет до двух выбросов (минимальное и максимальное значения) и усредняет все остальные значения.
С помощью данного метода могут быть обработаны до шестнадцати 12-битных выборок, используя только четыре 16-битных ячейки ОЗУ. При 10 выборках в качестве деление представляет собой сдвиг на 3 разряда.
Интересной особенностью микроконтроллеров серии ATmega является встроенный датчик температуры, показания которого можно прочитать, используя внутренний АЦП. На текущий момент среди МК ATmega насчитывается 18 представителей с датчиком температуры: AT90PWM161, AT90PWM81, ATmega168A, ATmega168P, ATmega168PA, ATmega16M1, ATmega16U4, ATmega328, ATmega328P, ATmega32M1, ATmega32U4, ATmega48A, ATmega48P, ATmega48PA, ATmega64M1, ATmega88A, ATmega88P и ATmega88PA.
Проблема в том, что этот датчик измеряет температуру кристалла и для повседневных нужд, вроде измерения окружающей температуры, изначально он не пригоден. Но, используя известную разницу между температурой окружающего воздуха и температурой кристалла, можно найти эту температуру. В Arduino Leonardo и Arduino Pro Micro применяется ATMEGA32u4, поэтому для них нижеприведенный код подойдет без изменений, для других микроконтроллеров нужно уточнять регистры.
При программировании приложений для встраиваемых систем удобно пользоваться конечными автоматами.
Они дают ряд преимуществ:
При использовании автоматного подхода важно грамотно организовать конечный автомат у себя в коде. Поэтому ниже приводится шаблон конечного автомата, написанный на языке C. Он не сложен и позволяет понять принцип работы конечных автоматов. Овладев этим инструментом, его в последствии можно будет масштабировать на более сложные программные архитектуры.