PN的配置與GCC入門

單片機AVR的編程工具很多，有C，ASM，PASCAL，BASIC等等。除ASM由ATMEL公司免費提供外，其它大多數的工具都是需要收費的。而C編譯器更是其中收費最高的編譯器。但也有例外，那就是GCC——它不但免費而且功能也幾乎是“最強”的。所以我作為入門者，就開始學習它了！

一、 單片機編程

1、 單片機與電腦的編程有些許不同，它除一些必要地算法外，更重要的是對端口的操作。如開關量
　　采集、開關量控制輸出、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、 電腦存儲永久數據一般都在硬盤等介質中。而單片機則存放在EPROM、EEPROM、FLASH等存儲器中。
3、 通訊接口的編程對單片機來說是至關重要的，特別在工控、網絡等的應用中猶為重要。
4、 單片機的編程與電腦編程相比有諸多限制。這就要求編程者對單片機硬件有一定的了解。

二、 AVR單片機編程

1、 AVR單片的硬件：我們以ATMega 16為例為說明一下AVR單片機吧！

這是ATMEGA 16的引腳及其功能圖(來自其DataSheet)

A、 從圖中我們可以看出有4個8位端口共32個引腳，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轉換功能，其精度可以達到10位，即采集到的ADC的值最大不超過1023（0-1023），對應外面實際電壓值的精度需要一定的簡單換算（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，它可以用來下載程序。

D、 其它的暫且不說，必竟不是AVR單片機的介紹文章嘛。

2、 AVR單片機的軟件：

軟件當然是用來控控制這些接口的運作及其代表的含義的。這也是個非常大的問題，如果你一點都不懂軟件，請也找本計算機編程的書看看吧。

三、 開始AVRGCC編程吧

好了，下面我們來看一個簡單的程序吧。

在WinAVR的Programmer NotePad 2中的圖：

圖2

執行Make All后，生成HEX文件（本例中的文件名2.HEX）。以下是它的全過程。

> "make.exe" all

-------- begin --------
avr-gcc (GCC) 3.4.1 //告知avr-gcc的版本號
Copyright (C)2004 Free Software Foundation,Inc. //編譯器所屬于公司及其版權信息
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文件用于調試。
Size before: //轉換前的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 //編譯過程中產生的錯誤數
-------- end -------- //編譯結束

> Process Exit Code: 0 //avr-gcc結束信息，0表示正常結束

接下來用AVRISP程序將2.hex文件下載后AVR單片機中，觀看效果。

下面我們來看看avr-gcc的IDE吧。

主窗口(圖3)

這是非常標準的Windows Style窗口。當然它由于不是專為avr-gcc設計，所以對它進行設置是必不可少的！下面我就來設置它，以使它成為我們好用的工具吧。（呵呵！可千萬別小看它哦）

在設置它之前讓我們來看看，我們希望是一個怎樣的工具吧。參照其它軟件的IDE。

首先，我們得有個工程（項目）管理器，這點PN已有，不需我們去設它。

其次，得方便我們編輯源代碼，最好是有關鍵字（代碼）高度顯示，以方便我們識別它們。如果能再給我們實時的一些提示就更好了！這方便PN做得非常很好（有人說SI很好，不過我覺得每個人有每個人的習慣，不必強求）。

再次，我們得在不離開IDE的情況下，編輯C語言的makefile文件。生成我“目標代碼”（計算機中術語的話叫可執行文件），并且，下載到我們單片機中。

好了！來看看我們對它的設置吧！

1、代碼高亮設置將它設置成你習慣的模式。步驟如下：打開PN菜單Tools->Options，在Options對話框中選擇Style->Schemes，你說看到了如圖4、5、6所示的內容了。現在開始你的設置吧。

代碼高亮設置1-預編譯（圖4）

代碼高亮設置2-操作符(如+-*/括號等)（圖5）

代碼高亮設置3-數字（圖6）

別小看這點小功能啊，它能幫你找到不少編程錯誤哦（圖7）

想將代碼打印出來嗎，有幫助的！（圖8）

其它高亮設置同上請大家自已動手吧！一定要按自己的習慣哦。

3、 設置PN中的菜單“新建”和工具欄圖標 ，點擊它新建文件時的文件缺省類型。我們當然希望是C類型文件啦，如下圖：

定義新建缺省的文件類型（圖9）

4、 下面開始設置的我們的avr-gcc工具菜單吧！

C語文的Make工具設定(圖10): 精心的設置可以讓你的PN，不必其它工具差哦。

5、 C語言Makefile對于初學者來說太難了，根本不知道它是干嘛的，怎么工作（說的有點夸張）及怎么編寫。幸好WinAVR提供給了我們一個非常好用的工具mfile。下面就將它集成到我們的PN中來吧！

Makefile工具在PN中的設定（圖11）（注意本工具設置為特殊設置）

Makefile的設置是將C:\WinAVR\bin下的wish84.exe、tcl84.dll、tk84.dll三個文件復制到C:\WinAVR\mfile目錄下。并用PN打開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、 設置ISP Programmer工具

ISP串行下載器的設置（圖13）

按下F4后運行的結果（圖14）

7、 到現在，我想你對PN有了一些了解了吧。看看下面幾個圖吧！

幾個快捷鍵及其對應工具的設置（圖15）它們用著實在是方便啊

Makefile執行后的圖（圖16）

這是PN對大項目、大工程管理的超強部分了（圖17）

到此，Programmer NotePad 設置完成。

四、 Avr-gcc簡易入門

1、 對端口的操作：

A、 如果我想將PORTB端口設置為輸出口（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）設置為輸出，其它PB1-7為輸入。
DDRB為AVR的端口設置寄存器。

B、 從端口PORTB中讀入狀態，用如下方式：

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

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寫狀態（設置狀態）：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，而不是對整個端口操作。或只想知道端口的某一位的狀態如何的？那么如何來做呢？

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，PORTB=PORTB^0x10; //0x10=0001 0000
檢驗PB4的狀態，char a=PINB & 0x10; //如果PB4為1，是a>0，否則a=0
當然，上面寫法對C語言來說，簡直就是垃圾代碼了。C語言有它自己的方式，
例如：
PORTB |= 0x10;
PORTB &= 0xEF;
PORTB ^=0x10;
If (PINB & 0x10){ 你的語句; }
是否感覺到比較簡潔啊？！

E、 當然avr-gcc也提供了兩個函數對操作位，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，這就請讀者自己看資料了。

3、 程序控制語句，C語言提供了非常豐富的程序流程控制語句。

i. 循環語句

A、 For(;;)語句，如：

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

B、 While(exp)語句，如：

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

C、 Do while語句，如：

i=0;
do{
i++;
循環體；
}while(x<8);
//本例循環7次，因為它是先執行后比較的語句。因為i++在第一次比較時i已經是1了。

ii. 分支語句。

A、 if語句，大名鼎鼎語句了，幾乎所有編程軟件都有它的身影。沒什么好說的。

B、 switch語句。等

好了，這些就不說下去了，因為如果你連這些都不清楚。你該做的是找本C教程吧。

4、 中斷服務控制（SIGNAL）

void UART_Init(void){ //中斷初始化函數//
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); // 設置UART波特率 //
sei(); // 打開全局中斷 //
}

SIGNAL(SIG_UART_RECV){ //串口接收完成中斷服務進程（子程序）//
UART_ReceivedChar = 1; // 指示已經接收到一個字符 //
UART_RxChar = inp(UDR); // 將收到的字符存儲起來 //
}
其中SIGNAL標示了下面的語句由中斷來調用。

五、 實例設計與編程

試驗電路圖（圖18）

好了，寫了這么多，讓我們也看個實例先吧，硬件電路圖如圖18。

軟件編程如下：

軟件在PN中編寫的結果如上圖。

其中第1、2行為預編譯語句，它們告訴編譯器一些重要的信息。如單片機內的寄存器名稱對應的向量等.DDRB、PORTB就在io.h內定義的（其實它在本例中是在iom16.h中定義的,io.h是所有AVR單片機公共定義，它從makefile中提取單片機類型，來從include\avr下取出對應的實際io*.h文件）。

第4行為C語言的主函數，特別要注意的是，avr-gcc的主函數類型必須為int類型。否則出現警告錯誤warning: return type of 'main' is not `int'。

第5行定義了三個無符號字符型變量：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行為一個無限循環語句。

第9行開始到第17行也是一個循環。用它的目的是將端口PORTB的某一位置低，讓LED點亮。

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for循環構成的延時部分，它可以使LED移動的速度放慢，好讓我們的肉眼能看到。