การใช้งาน Atmel Studio 7 กับ Arduino UNO ด้วยภาษา C

ByLungMaker

Jan 17, 2021

การใช้งาน Atmel Studio 7 กับ Arduino UNO ด้วยภาษา C

Atmel Studio 7.0 คือ integrated พัฒนาการแพลตฟอร์ม (IDP) สำหรับการพัฒนาและดีบั๊กโปรแกรม Atmel ARM® Cortex™-M และ Atmel AVR® microcontroller-(MCU-) ซึ่งจะประกอบไปด้วย GCC C และ C++ Compiler (ที่ใช้แปลงภาษาซี ให้เป็น Machine Code), Assembly (ที่ใช้แปลงภาษาแอสแซมบลี ให้เป็น Machine Code) และ simulator บรรจุมาอยู่แล้ว

ขั้นตอนการทํางาน

1 : ติดตั้ง Atmel Studio 7.0

ดาวน์โหลดซอฟต์แวร์ Atmel Studio 7.0 ได้ที่ :

Download Atmel Studio 7.0

การติดตั้งเหมือนกับโปรแกรมทั่วๆไป

2 : สร้างโปรเจคสำหรับเขียนโค้ดภาษา C

เมื่อเปิดโปรแกรม Atmel Studio 7.0 ขึ้นมา ให้คลิกที่เมนู File -> New -> Project..

เลือกเป็น C/C++ -> GCC C Executable Project – ตั้งชื่อโปรเจค เป็น uno_c -> OK

ซึ่งบอร์ด Arduino UNO นั้น ใช้ IC ไมโครคอนโทรลเลอร์ เบอร์ ATmega328P ของ บริษัท Atmel ที่ Device Family : จึงเลือกเป็น ATmega -> ATmega328P -> OK

การใช้งาน Atmel Studio 7 กับ Arduino UNO ด้วยภาษา C

โปรแกรมจะสร้าง ไฟล์โค้ด main.c ให้โดยอัตโนมัติ

3 : เขียนโค้ดภาษา C

โค้ดตัวอย่างเป็นการทำให้ LED ที่อยู่บนบอร์ด Arduino Uno ที่ขา D13 หรือขา PB5 ของ ATmega328P กระพริบได้ ด้วยการหน่วงเวลา หรือเว้นระยะ จะใช้วิธีที่เรียกว่า Software Delay Loop

จากรูปด้านบน การเขียนโค้ดกำหนดขาของ Arduino UNO โซนสีม่วง ขาที่ 8 ถึง 13 ได้ดังนี้

ขา 8 เขียนเป็น 0B000001 // PORTB0
ขา 9 เขียนเป็น 0B000010 // PORTB1
ขา 10 เขียนเป็น 0B000100 // PORTB2
ขา 11 เขียนเป็น 0B001000 // PORTB3
ขา 12 เขียนเป็น 0B010000 // PORTB4
ขา 13 เขียนเป็น 0B100000 // PORTB5

เขียนโปรแกรมตามโค้ดด้านล่างนี้


 #define F_CPU 16000000
 #define BLINK_DELAY_MS 1000

 #include <avr/io.h>
 #include <util/delay.h>

 int main (void)
 {
     // Arduino digital pin 13 (pin 5 of PORTB) for output
     DDRB |= 0B100000; // PORTB5

     while (1) {
        // turn LED on
        PORTB |= 0B100000; // PORTB5
        _delay_ms(BLINK_DELAY_MS);

        // turn LED off 
        PORTB &= ~ 0B100000; // PORTB5 
        _delay_ms(BLINK_DELAY_MS);
    }
 }

คอมไพล์โค้ด โดย คลิก Build -> Build Solution

โปรแกรมจะสร้าง ไฟล์โค้ด uno_c.hex ที่โฟลเดอร์ Output Files ให้โดยอัตโนมัติ

.hex คือไฟล์รหัสภาษาเครื่อง (machine code) เป็นไฟล์ต้นฉบับเลขฐานสิบหกที่มักใช้โดยอุปกรณ์ลอจิกที่โปรแกรมได้เช่นไมโครคอนโทรลเลอร์ มันมีการตั้งค่าข้อมูลการกำหนดค่าหรือข้อมูลอื่น ๆ ที่บันทึกในรูปแบบเลขฐานสิบหก

ซึ่งสามารถนำไปใช้โปรแกรมบอร์ด Arduino Uno เพื่อทดสอบการทำงานของโค้ดในฮาร์ดแวร์จริงได้

แสดงตำแหน่งไฟล์ uno_c.hex

4 : อธิบายโค้ด

This image has an empty alt attribute; its file name is 18-1.png

กำหนดให้คอนโทรลเลอร์ทำงานที่ความถี่ 16MHz เพราะ Arduino UNO ใช้คริสตัล 16Mhz เป็นแหล่งสัญญาณนาฬิกา

#define F_CPU 16000000

กำหนดให้ BLINK_DELAY_MS มีค่าเท่ากับ 1000 มิลลิวินาที

#define BLINK_DELAY_MS 1000

เรียกใช้งานคำสั่งใน io.h ซึ่งอยู่ในโฟลเดอร์ avr สำหรับควบคุมอินพุท/เอาท์พุท (เช่น PORTD, DDRD)

#include <avr/io.h>

เรียกใช้งานคำสั่งเกี่ยวกับการหน่วงเวลา ที่อยู่ในไฟล์ delay.h ในโฟลเดอร์ util

#include <util/delay.h>

ฟังก์ชั่น main จะเป็นฟังชั่นแรกที่โปแกรมเริ่มทำงาน ดังนั้นจึงเป็นฟังก์ชั่นบังคับ

int main (void)

กำหนดให้ขา PฺฺB5 หรือขา 13 ของบอร์ด Arduino ทำหน้าที่เอาท์พุท

DDRB |= 0B100000; // PORTB5

ทำงานไปเรื่อยๆ จนกว่าเงื่อนไขจะเป็นเท็จ คือจะวนลูปไปเรื่อยๆ

while (1)

ส่งลอจิก 1 ไปที่ขา PB5 หรือขา 13 ของบอร์ด Arduino ให้เป็น HIGH

PORTB |= 0B100000; // PORTB5

หน่วงเวลารอ 1000 มิลลิวินาที ตามค่า BLINK_DELAY_MS ที่กำหนดไว้

_delay_ms(BLINK_DELAY_MS);

ส่งลอจิก 0 ไปที่ขา PB5 หรือ ให้ขา 13 ของบอร์ด Arduino ให้เป็น LOW

PORTB &= ~ 0B100000; // PORTB5

หน่วงเวลารอ 1000 มิลลิวินาที ตามค่า BLINK_DELAY_MS ที่ประกาศไว้

_delay_ms(BLINK_DELAY_MS);

รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับโปรแกรม

โปรแกรมข้างต้นเรียกใช้นิยามชื่อรีจีสเตอร์ (PORTB, DDRD ฯลฯ) จากไฟล์เฮดเดอร์ avr/io.h และฟังก์ชันหน่วงเวลา _delay_ms() จากไฟล์เฮดเดอร์ util/delay.h

ตัวเลขที่นำหน้าด้วย 0b ในโค้ดภาษาซีเป็นการบอกให้คอมไพเลอร์ตีความค่าตัวเลขที่ตามมาให้เป็นตัวเลขฐานสอง นอกจากเลขฐานสองแล้วภาษาซียังรองรับการระบุค่าจำนวนเต็มคงที่ในรูปฐานแปด (ขึ้นต้นด้วย 0) และฐานสิบหก (ขึ้นต้นด้วย 0x)

การคอมไพล์โปรแกรมให้เป็นภาษาเครื่อง

กระบวนการแปลโปรแกรมภาษาชั้นสูงให้เป็นภาษาเครื่องนั้นเรียกว่าเป็นการคอมไพล์ (compile) ซึ่งอาศัยโปรแกรมที่เรียกว่าคอมไพเลอร์ (compiler) เป็นตัวดำเนินการ เราอาศัยโปรแกรม avr-gcc เป็นตัวคอมไพเลอร์