Что такое Reset
В этом уроке
- Кнопка Reset и её назначение
- Единоразовое выполнение кода
Видео версия урока
Назначение кнопки Reset
Бывает так, что по какой-то причине Вам необходимо перезапустить скетч, уже загруженный в контроллер. Для этого существует кнопка Reset («reset» с англ. — сброс).
После сброса микроконтроллер сначала ждёт поступления команд от ПК (новый скетч). Если команды есть, то загрузчик записывает получаемые данные, а потом запускает новую программу на выполнение.
Если же команд не поступает, то загрузчик запускает программу, которая была в микроконтроллере ранее. В случае, если никакой программы в микроконтроллере нет, он выполняет по кругу пустой цикл void loop ().
Способ однократного выполнения команд
Давайте напишем скетч, который будет выполнять команды только один раз после нажатия кнопки reset. Для этого все необходимые команды указываются в блоке void setup ().
Мы настоятельно рекомендуем оставлять комментарии к своим скетчам (пусть даже не настолько подробные, как у нас). Это поможет Вам разобраться в программе при следующем запуске, а другим — быстрее понять Ваш код, если Вы захотите им с кем-то поделиться.
Блок setup (). Теперь мы разместили все функции в этом блоке. После загрузки скетча в микроконтроллер светодиод моргнёт 3 раза и погаснет. Для того, чтобы выполнить функцию повторно, Вам необходимо нажать кнопку RESET.
Блок loop (). В данном скетче блок остаётся пустым. После загрузки скетча в плату светодиод 3 раза включится и выключится. После этого Вы не увидите никаких действий, так как контроллер будет постоянно выполнять пустой цикл void loop ().
Безопасное использование ножки RESET на Arduino
Здравствуйте, уважаемые хабравчане!
В этой статье я опишу способ безопасного использования ножки RESET на плате Ардуино для собственных нужд.
Собственно, на поиски решения данного вопроса меня сподвиг некоторый недостаток ножек в разрабатываемой мной системе (которую я надеюсь описать на Хабре, как закончу реализацию) на основе Arduino Pro Mini.
Итак, задача ясна, а требования таковы:
- Возможность загружать скетчи обычными для Ардуины способами
- Возможность использовать в своей программе ножку RESET как digital I/O pin
Внимание: в статье приводятся команды, неаккуратное использование которых может привести Ардуину в неработоспособное состояние.
Гугление по данному вопросу поставит новичков в тупик — вроде бы везде пишут, что такое невозможно, но изредка упоминается, что есть способы обойти это ограничение, как, например, здесь [1].
Итак, чтобы получить желаемый результат, нам надо изменить код бутлоадера, прошить его в Ардуину и изменить фьюзы! Именно в такой последовательности! Это очень важно! Вы готовы?
Шаг первый
Тогда начнем с бутлоадера. В сети можно найти множество бутлоадеров для Ардуины с различными возможностями. Я взял самый маленький – optiboot [2]. Он не только освобождает для кода основной программы дополнительные 1,5 килобайта, но и позволяет использовать Watchdog [3]. Скачиваем с сайта последнюю версию с исходниками (архив), распаковываем и копируем папку «\optiboot-9e0c0b9db6fe\optiboot\bootloaders\optiboot» в папку «pathToArduino\hardware\arduino\avr\bootloaders\». Я использую версию Arduino IDE 1.5.8. Если у вас версия Arduino IDE 1.0.5, то найдите папку bootloaders самостоятельно.
Открываем файл «pathToArduino\hardware\arduino\avr\bootloaders\optiboot\optiboot.c» в текстовом редакторе или в имеющейся среде программирования (я использую Atmel Studio 6.2). Следующие строчки надо закомментировать:
А вслед за ними вставить такой код:
Также в шапке программы найдите #include и после всех инклюдов вставьте:
Для проверки правильности всех действий с бутлоадером лучше всего создать тестовую прошивку, заменив в коде прошивки указатель на ножку. Допустим, так (PCINT10 – это ножка A2):
Тогда на тестовой прошивке, не затрагивая фьюзов, можно убедиться, что мы все делаем правильно.
Объясню, что тут происходит. Мы убрали переход на основную программу, который происходит после программного сброса и сброса по низкому питанию. PCINT14 – это адрес нашей ножки RESET в регистре PORTC. С помощью прямого обращения к регистру DDRC мы установили для этой ножки pinMode INPUT и подали туда 5 вольт через внутреннее сопротивление (регистр PORTC, так называемое pinMode INPUT_PULLUP). Немного подождали, пока через резистор не перетечет достаточное количество электрончиков, и посмотрели сигнал на ножке через регистр PINC. Если на ноге нет сигнала, значит она заземлена, – приступаем к перепрошивке основной программы. В ином случае, переводим ножку в дефолтный режим INPUT и запускаем основную программу.
Теперь надо это все откомпилировать. В файле omake.bat надо заменить путь к make.exe. В моем случае (версия Arduino IDE 1.5.8) – это «..\..\..\sam\system\CMSIS\Examples\cmsis_example\gcc_atmel\make.exe». Я добавил еще пару опций, так что строчка запуска компиляции выглядит так:
Сначала запускаем omake.exe c параметром clean, затем с параметром atmega328 и внимательно читаем ответ. Если там не упоминаются ошибки «error:», то в папке должна появиться наша прошивка optiboot_atmega328.hex. Замечательно!
Шаг второй
Приступим к перепрошивке бутлоадера. Использовать функцию перепрошивки в среде Arduino IDE в данном случае не самый лучший вариант – это, скорее всего, приведет к неработоспособности Ардуины. Для прошивки бутлоадера будем использовать avrdude.exe. Это консольная программа находится в папке «pathToArduino\hardware\tools\avr\bin\». Прочитать про используемые параметры можно здесь [4]. Для ее использования в папке с прошивкой создадим один командный скрипт flash.bat следующего содержания:
И второй – flash_boot.bat:
Пути к файлам подставьте свои. COM-порт укажите тот, который используется вашим SPI-программатором или Ардуиной, заменяющей программатор. Я же использовал еще одну Pro Mini через COM-программатор PL2303HXA. В нее я закачал стандартный скетч ArduinoISP, который эмулирует работу SPI-программатора по протоколу STK500 v1. Примерная схема подключения показана в этой стате [5].
После того, как все подключено, можно проверить связь с программируемой Ардуиной с помощью запуска flash.bat: он покажет сигнатуру микроконтроллера и другую информацию. Теперь можно запустить второй скрипт flash_boot.bat. Если скажет «столько-то bytes of flash verified», значит все ОК, бутлоадер на месте.
На этом шаге можно проверить работу тестовой прошивки: например, загрузить стандартный Blink и, во время запуска Ардуины, заземлять тестовую ножку (A2 в данном случае). Должно наблюдаться беспорядочное мигание встроенного светодиода – это Watchdog рестартует микроконтроллер на этапе неудачных попыток бутлоадера прочесть из Serial-порта команду для перезаписи основной программы.
Шаг третий
Наконец, самая ответственная стадия – это установка фьюзов. Перед тем, как с ними работать, о них надо в обязательном порядке прочитать, например, тут [6].
Хочу заметить, что неправильные фьюзы можно вылечить с помощью «Atmega fusebit doctor» [7].
«Atmega fusebit doctor» на беспаечной макетной плате
Используя калькулятор фьюзов [8] и даташит [9], создадим командный скрипт flash_fuse.bat для установки правильных фьюзов в наш многострадальный чип:
Цифра 5 в hfuse отвечает за отключение функции RESET на соответствующей ножке. Остальные фьюзы на ваше усмотрение (сверяемся с даташитом!). Этот момент настал, можно еще вернуться на светлую сторону к стандартной Ардуине, но мы не станем. После установки фьюзов данной командой стандартных способов поменять фьюзы или бутлоадер не будет! Но, если мы все сделали правильно, то основную программу мы можем шить как обычно при помощи заземления ноги RESET (или же просто зажимая кнопку RESET на плате Ардуины). При включении Ардуины встроенный светодиод будет хаотично мигать – это сигнал к тому, чтобы начать загрузку скетча.
Шаг четвертый
Преодолев множество трудностей, мы скомпилировали правильный бутлоадер, прошили его в микроконтроллер и установили правильные фьюзы. Теперь надо исправить кое-что в файле «pathToArduino\hardware\arduino\avr\boards.txt», чтобы Arduino IDE смогла общаться с нашей платой.
Добавим свои настройки в конец файла (для версии Arduino IDE 1.0.5 они немного другие):
Название платы «[Optiboot] Arduino Pro Mini (5V, 16MHz) w/ ATmega328p» появится в меню «Tools/Board» в самом конце списка.
Ограничения
Как вы помните, кнопка RESET на плате Ардуино замыкает ножку RESET на землю [10]. С помощью нее мы вводим микроконтроллер в режим перепрошивки основной программы. Именно поэтому я не рекомендую использовать эту ножку в режиме вывода пяти вольт. Если надо управлять «силовой» нагрузкой, то лучше вывести на ножку землю, а на вторую линию питания нагрузки завести пять вольт. Отключение питания происходит переводом ножки в режим ввода. Так мы избежим возможного короткого замыкания. Остальные режимы можно использовать без проблем.
Второе замечание касается сторонних библиотек: если мы передаем ножку как параметр, то нам неизвестно в каком режиме она будет работать. Тут уж ничего не поделать. Разве, что использовать ножку только на очень простой логике, которую сами пишем. И еще рекомендую ставить паузу в начале инициализации программы, чтобы было понятно по светодиоду, что кнопку RESET лучше отпустить немедленно, если кнопка вдруг не сработала, как ожидалось.
Третье замечание касается стандартной нумерации ножек. Да, у ножки RESET нету номера! Есть только регистры микроконтроллера, которыми она управляется. Эта проблема легко решается несколькими правками файла «pathToArduino\hardware\arduino\avr\variants\standard\pins_arduino.h»:
После этого все стандартные функции, кроме analogRead(), будут работать с ножкой RESET под номером 20 (RST), как и с любой другой. И даже если у вас имеется дополнительные аналоговые ножки A6 и A7, то они работают отдельно по своему принципу. Можете сами убедиться в этом, написав такой скетч:
Заключение
Надеюсь, что моя статья не будет для вас единственно возможным выходом из сложной ситуации в ваших проектах на Ардуино. Но буду весьма рад, если кого-нибудь она подтолкнет к тому, чтобы копать еще глубже и находить интересные решения.
Архив со всеми затронутыми файлами для Arduino IDE 1.5.8 вы можете скачать по ссылке [11]. Структура каталогов сохранена.
Замечания принимаются в личке или комментах.
Arduino.ru
Arduino Nano
Общие сведения
Платформа Nano, построенная на микроконтроллере ATmega328 (Arduino Nano 3.0) или ATmega168 (Arduino Nano 2.x), имеет небольшие размеры и может использоваться в лабораторных работах. Она имеет схожую с Arduino Duemilanove функциональность, однако отличается сборкой. Отличие заключается в отсутствии силового разъема постоянного тока и работе через кабель Mini-B USB. Nano разработана и продается компанией Gravitech.
Принципиальные схемы и исходные данные
Arduino Nano 3.0 (ATmega328): схемы и файлы Eagle.
Arduino Nano 2.3 (ATmega168): руководство (pdf) и файлы Eagle. Примечание: т.к. свободная версия файлов Eagle не позволяет работать более чем с двумя слоями, а данная версия схем Nano содержит четыре слоя, то схемы публикуются не трассированными.
Краткие характеристики
Питание:
Arduino Nano может получать питание через подключение Mini-B USB, или от нерегулируемого 6-20 В (вывод 30), или регулируемого 5 В (вывод 27), внешнего источника питания. Автоматически выбирается источник с самым высоким напряжением.
Микросхема FTDI FT232RL получает питание, только если сама платформа запитана от USB. Таким образом при работе от внешнего источника (не USB), будет отсутствовать напряжение 3.3 В, генерируемое микросхемой FTDI, при этом светодиоды RX и TX мигаю только при наличие сигнала высокого уровня на выводах 0 и 1.
Память
Микроконтроллер ATmega168 имеет 16 кБ флеш-памяти для хранения кода программы, а микроконтроллер ATmega328, в свою очередь, имеет 32 кБ (в обоих случаях 2 кБ используется для хранения загрузчика). ATmega168 имеет 1 кБ ОЗУ и 512 байт EEPROM (которая читается и записывается с помощью библиотеки EEPROM), а ATmega328 – 2 кБ ОЗУ и 1 Кб EEPROM.
Входы и Выходы
Каждый из 14 цифровых выводов Nano, используя функции pinMode(), digitalWrite(), и digitalRead(), может настраиваться как вход или выход. Выводы работают при напряжении 5 В. Каждый вывод имеет нагрузочный резистор (стандартно отключен) 20-50 кОм и может пропускать до 40 мА. Некоторые выводы имеют особые функции:
- Последовательная шина: 0 (RX) и 1 (TX). Выводы используются для получения (RX) и передачи (TX) данных TTL. Данные выводы подключены к соответствующим выводам микросхемы последовательной шины FTDI USB-to-TTL.
- Внешнее прерывание: 2 и 3. Данные выводы могут быть сконфигурированы на вызов прерывания либо на младшем значении, либо на переднем или заднем фронте, или при изменении значения. Подробная информация находится в описании функции attachInterrupt().
- ШИМ: 3, 5, 6, 9, 10, и 11. Любой из выводов обеспечивает ШИМ с разрешением 8 бит при помощи функции analogWrite().
- SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Посредством данных выводов осуществляется связь SPI, которая, хотя и поддерживается аппаратной частью, не включена в язык Arduino.
- LED: 13. Встроенный светодиод, подключенный к цифровому выводу 13. Если значение на выводе имеет высокий потенциал, то светодиод горит.
На платформе Nano установлены 8 аналоговых входов, каждый разрешением 10 бит (т.е. может принимать 1024 различных значения). Стандартно выводы имеют диапазон измерения до 5 В относительно земли, тем не менее имеется возможность изменить верхний предел посредством функции analogReference(). Некоторые выводы имеют дополнительные функции:
- I2C: A4 (SDA) и A5 (SCL). Посредством выводов осуществляется связь I2C (TWI). Для создания используется библиотека Wire (информация на сайте Wiring).
Дополнительная пара выводов платформы:
- AREF. Опорное напряжение для аналоговых входов. Используется с функцией analogReference().
- Reset. Низкий уровень сигнала на выводе перезагружает микроконтроллер. Обычно применяется для подключения кнопки перезагрузки на плате расширения, закрывающей доступ к кнопке на самой плате Arduino.
Связь
На платформе Arduino Nano установлено несколько устройств для осуществления связи с компьютером, другими устройствами Arduino или микроконтроллерами. ATmega168 и ATmega328 поддерживают последовательный интерфейс UART TTL (5 В), осуществляемый выводами 0 (RX) и 1 (TX). Установленная на плате микросхема FTDI FT232RL направляет данный интерфейс через USB, а драйверы FTDI (включены в программу Arduino) предоставляют виртуальный COM порт программе на компьютере. Мониторинг последовательной шины (Serial Monitor) программы Arduino позволяет посылать и получать текстовые данные при подключении к платформе. Светодиоды RX и TX на платформе будут мигать при передаче данных через микросхему FTDI или USB подключение (но не при использовании последовательной передачи через выводы 0 и 1).
Библиотекой SoftwareSerial возможно создать последовательную передачу данных через любой из цифровых выводов Nano.
ATmega168 и ATmega328 поддерживают интерфейсы I2C (TWI) и SPI. В Arduino включена библиотека Wire для удобства использования шины I2C. Более подробная информация находится в документации. Для использования интерфейса SPI обратитесь к техническим данным микроконтроллеров ATmega168 и ATmega328.
Программирование
Платформа программируется посредством ПО Arduino. Из меню Tools > Board выбирается «Arduino Diecimila, Duemilanove или Nano w/ ATmega168» или «Arduino Duemilanove или Nano w/ ATmega328» (согласно установленному микроконтроллеру). Подробная информация находится в справочнике и инструкциях.
Микроконтроллеры ATmega168 и ATmega328 поставляются с записанным загрузчиком, облегчающим запись новых программ без использования внешних программаторов. Связь осуществляется оригинальным протоколом STK500.
Имеется возможность не использовать загрузчик и запрограммировать микроконтроллер через выводы блока ICSP (внутрисхемное программирование). Подробная информация находится в данной инструкции.
Автоматическая (программная) перезагрузка
Nano разработана таким образом, чтобы перед записью нового кода перезагрузка осуществлялась самой программой, а не нажатием кнопки на платформе. Одна из линий FT232RL, управляющих потоком данных (DTR), подключена к выводу перезагрузки микроконтроллеров ATmega168 или ATmega328 через конденсатор 100 нФ. Активация данной линии, т.е. подача сигнала низкого уровня, перезагружает микроконтроллер. Программа Arduino, используя данную функцию, загружает код одним нажатием кнопки Upload в самой среде программирования. Подача сигнала низкого уровня по линии DTR скоординирована с началом записи кода, что сокращает таймаут загрузчика.
Функция имеет еще одно применение. Перезагрузка Nano происходит каждый раз при подключении к программе Arduino на компьютере с ОС Mac X или Linux (через USB). Следующие полсекунды после перезагрузки работает загрузчик. Во время программирования происходит задержка нескольких первых байтов кода во избежание получения платформой некорректных данных (всех, кроме кода новой программы). Если производится разовая отладка скетча, записанного в платформу, или ввод каких-либо других данных при первом запуске, необходимо убедиться, что программа на компьютере ожидает в течение секунды перед передачей данных.