PN的配置与GCC入门

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PN的配置与GCC入门
单片机AVR的编程工具很多，有C，ASM，PASCAL，BASIC等等。除ASM由ATMEL公司免费提供外，其它大多数的工具都是需要收费的。而C编译器更是其中收费最高的编译器。但也有例外，那就是GCC——它不但免费而且功能也几乎是“最强”的。所以我作为入门者，就开始学习它了！
一、 单片机编程

1、 单片机与电脑的编程有些许不同，它除一些必要地算法外，更重要的是对端口的操作。如开关量
　　采集、开关量控制输出、模拟量的输入、通讯的操作、显示器与键的控制等等都需要操作端口。
2、 电脑存储永久数据一般都在硬盘等介质中。而单片机则存放在EPROM、EEPROM、FLASH等存储器中。
3、 通讯接口的编程对单片机来说是至关重要的，特别在工控、网络等的应用中犹为重要。
4、 单片机的编程与电脑编程相比有诸多限制。这就要求编程者对单片机硬件有一定的了解。

二、 AVR单片机编程
1、 AVR单片的硬件：我们以ATMega 16为例为说明一下AVR单片机吧！




这是ATMEGA 16的引脚及其功能图(来自其DataSheet)

A、 从图中我们可以看出有4个8位端口共32个引脚，大多有双重功能。它们分别命名为PORTA、PORTB、PORTC、PORTD。
B、 PORTA具备普通IO口功能外还有AD转换功能，其精度可以达到10位，即采集到的ADC的值最大不超过1023（0-1023），对应外面实际电压值的精度需要一定的简单换算（主要看其参考电压）。如参考电压为2.5V，则有2.5V为1023，则其精度为2.5V/1023就是0.00244V。如参考电压为5V，则有5V/1023也就是0.0049V。
C、 PORTB口除了基本的IO功能外，特别要提的是PB4、5、6、7的功能，它是SPI（同步串行接口），更重要的是，它可以用来下载程序。

D、 其它的暂且不说，必竟不是AVR单片机的介绍文章嘛。
2、 AVR单片机的软件：

软件当然是用来控控制这些接口的运作及其代表的含义的。这也是个非常大的问题，如果你一点都不懂软件，请也找本计算机编程的书看看吧。

三、 开始AVRGCC编程吧

好了，下面我们来看一个简单的程序吧。
在WinAVR的Programmer NotePad 2中的图：




图2



执行Make All后，生成HEX文件（本例中的文件名2.HEX）。以下是它的全过程。


> "make.exe" all
-------- begin --------
avr-gcc (GCC) 3.4.1 //告知avr-gcc的版本号
Copyright (C)2004 Free Software Foundation,Inc. //编译器所属于公司及其版权信息
This is free software; see the source for copying conditions. There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
//这是ELF文件的一些信息，ELF文件用于调试。
Size before: //转换前的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//将ELF文件转换成AVR Studio能够接受的格式
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: //转换后的文件信息。
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 //编译过程中产生的错误数
-------- end -------- //编译结束
> Process Exit Code: 0 //avr-gcc结束信息，0表示正常结束
接下来用AVRISP程序将2.hex文件下载后AVR单片机中，观看效果。

下面我们来看看avr-gcc的IDE吧。




主窗口(图3)


这是非常标准的Windows Style窗口。当然它由于不是专为avr-gcc设计，所以对它进行设置是必不可少的！下面我就来设置它，以使它成为我们好用的工具吧。（呵呵！可千万别小看它哦）
在设置它之前让我们来看看，我们希望是一个怎样的工具吧。参照其它软件的IDE。
首先，我们得有个工程（项目）管理器，这点PN已有，不需我们去设它。
其次，得方便我们编辑源代码，最好是有关键字（代码）高度显示，以方便我们识别它们。如果能再给我们实时的一些提示就更好了！这方便PN做得非常很好（有人说SI很好，不过我觉得每个人有每个人的习惯，不必强求）。
再次，我们得在不离开IDE的情况下，编辑C语言的makefile文件。生成我“目标代码”（计算机中术语的话叫可执行文件），并且，下载到我们单片机中。
好了！来看看我们对它的设置吧！

1、代码高亮设置将它设置成你习惯的模式。步骤如下：打开PN菜单Tools->Options，在Options对话框中选择Style->Schemes，你说看到了如图4、5、6所示的内容了。现在开始你的设置吧。




代码高亮设置1-预编译（图4）







代码高亮设置2-操作符(如+-*/括号等)（图5）







代码高亮设置3-数字（图6）



别小看这点小功能啊，它能帮你找到不少编程错误哦（图7）







想将代码打印出来吗，有帮助的！（图8）

其它高亮设置同上请大家自已动手吧！一定要按自己的习惯哦。
3、 设置PN中的菜单“新建”和工具栏图标 ，点击它新建文件时的文件缺省类型。我们当然希望是C类型文件啦，如下图：




定义新建缺省的文件类型（图9）


4、 下面开始设置的我们的avr-gcc工具菜单吧！




C语文的Make工具设定(图10): 精心的设置可以让你的PN，不必其它工具差哦。

5、 C语言Makefile对于初学者来说太难了，根本不知道它是干嘛的，怎么工作（说的有点夸张）及怎么编写。幸好WinAVR提供给了我们一个非常好用的工具mfile。下面就将它集成到我们的PN中来吧！




Makefile工具在PN中的设定（图11）（注意本工具设置为特殊设置）


Makefile的设置是将C:\WinAVR\bin下的wish84.exe、tcl84.dll、tk84.dll三个文件复制到C:\WinAVR\mfile目录下。并用PN打开C:\WinAVR\mfile\mfile.tcl。修改成下图所示




修改mfile.tcl为图中选中的部分并保存（图12）
6、 设置ISP Programmer工具




ISP串行下载器的设置（图13）





按下F4后运行的结果（图14）
7、 到现在，我想你对PN有了一些了解了吧。看看下面几个图吧！




几个快捷键及其对应工具的设置（图15）它们用着实在是方便啊






Makefile执行后的图（图16）





这是PN对大项目、大工程管理的超强部分了（图17）

到此，Programmer NotePad 设置完成。
四、 Avr-gcc简易入门
1、 对端口的操作：

A、 如果我想将PORTB端口设置为输出口（8位），则在gcc中用如下方式

DDRB=0xFF; 注意：0xFF=0B1111 1111表示全为1，代表了输出。如果你改上式为：
DDRB=0x01; //即0B0000 0001，则表示，你将PORTB的第0位（PB0）设置为输出，其它PB1-7为输入。
DDRB为AVR的端口设置寄存器。
B、 从端口PORTB中读入状态，用如下方式：

Unsigned Char a=PINB; //读入端口PORTB的状态。若端口PORTB的状态如下：
PB0为高电平 1
PB1为低电平 0
PB2为高电平 1
PB3为高电平 1
PB4为高电平 1
PB5为低电平 0
PB6为低电平 0
PB7为高电平 1
则有a = 0b1001 1101 = 0x9D
C、 向端口PORTB写状态（设置状态）：若要装PORTB第0位和第2位置1（高电平）。


DDRB=0；//PORTB全部为输出。
PORTB=0x03; //0b0000 0101
D、 而更多的情况，我们是要将端口的某一位改变状态，而不是对整个端口操作。或只想知道端口的某一位的状态如何的？那么如何来做呢？

例如：
将PB4置1，PORTB=PORTB | 0x10; //0x10=0b0001 0000
将PB4置0，PORTB=PORTB & 0xEF; //0xEF=0b1110 1111
将PB4置翻转，PORTB=PORTB^0x10; //0x10=0001 0000
检验PB4的状态，char a=PINB & 0x10; //如果PB4为1，是a>0，否则a=0
当然，上面写法对C语言来说，简直就是垃圾代码了。C语言有它自己的方式，
例如：
PORTB |= 0x10;
PORTB &= 0xEF;
PORTB ^=0x10;
If (PINB & 0x10){ 你的语句; }
是否感觉到比较简洁啊？！
E、 当然avr-gcc也提供了两个函数对操作位，如：sbi (PORTB,4); cbi (PORTB,4);分别将PB4置1和清零。
2、 变量的类型

char
unsigned char
short
unsigned short
int
unsigned int
long
unsigned long
long long
unsigned long long
float
double
void
等等等等，这就请读者自己看资料了。

3、 程序控制语句，C语言提供了非常丰富的程序流程控制语句。

i. 循环语句

A、 For(;;)语句，如：

for(i=0;i
B、 While(exp)语句，如：


i=0; While(i
C、 Do while语句，如：

i=0;
do{
i++;
循环体；
}while(x
ii. 分支语句。

A、 if语句，大名鼎鼎语句了，几乎所有编程软件都有它的身影。没什么好说的。
B、 switch语句。等
好了，这些就不说下去了，因为如果你连这些都不清楚。你该做的是找本C教程吧。

4、 中断服务控制（SIGNAL）

void UART_Init(void){ //中断初始化函数//
UART_Ready = 1;
UART_ReceivedChar = 0;
pUART_Buffer = 0;
outp(BV(RXCIE)|BV(RXEN),UCR); // 允许串行接收中断 //
outp( (u08)UART_BAUD_SELECT, UBRR); // 设置UART波特率 //
sei(); // 打开全局中断 //
}
SIGNAL(SIG_UART_RECV){ //串口接收完成中断服务进程（子程序）//
UART_ReceivedChar = 1; // 指示已经接收到一个字符 //
UART_RxChar = inp(UDR); // 将收到的字符存储起来 //
}
其中SIGNAL标示了下面的语句由中断来调用。
五、 实例设计与编程



试验电路图（图18）

好了，写了这么多，让我们也看个实例先吧，硬件电路图如图18。
软件编程如下：



软件在PN中编写的结果如上图。


其中第1、2行为预编译语句，它们告诉编译器一些重要的信息。如单片机内的寄存器名称对应的向量等.DDRB、PORTB就在io.h内定义的（其实它在本例中是在iom16.h中定义的,io.h是所有AVR单片机公共定义，它从makefile中提取单片机类型，来从include\avr下取出对应的实际io*.h文件）。
第4行为C语言的主函数，特别要注意的是，avr-gcc的主函数类型必须为int类型。否则出现警告错误warning: return type of 'main' is not `int'。
第5行定义了三个无符号字符型变量：i,j,k。
第6行定义了端口PORTB全部为输出。
第7行在端口PORTB中输出高电平。
第8行到第18行为一个无限循环语句。
第9行开始到第17行也是一个循环。用它的目的是将端口PORTB的某一位置低，让LED点亮。
第10行是向端口的某一位（由变量k指定），其中十分重要的是 "（1