Занятие 14

Программирование микроконтроллеров — первый шаг в мир электроники и автоматизации

---

**Что такое микроконтроллер?**
Микроконтроллер — это компактный чип, который содержит процессор, память (RAM, Flash) и периферийные устройства (например, таймеры, АЦП, UART). Это "мозг" большинства современных устройств: от бытовой техники до роботов и IoT-устройств.

Программирование микроконтроллеров позволяет создавать устройства, которые взаимодействуют с окружающим миром через датчики, кнопки, двигатели и другие компоненты.

---

**Зачем программировать микроконтроллеры?**
- **Автоматизация:** Управление системами без участия человека (например, умный дом).
- **Робототехника:** Создание роботов, которые могут двигаться, обрабатывать данные и принимать решения.
- **Встраиваемые системы:** Разработка устройств, таких как медицинское оборудование, системы безопасности или измерительные приборы.
- **Образование:** Изучение основ программирования и электроники.

---

**С чего начать?**
Для новичков рекомендуется начать с популярных плат разработки, таких как **Arduino**, **ESP8266/ESP32** или **STM32**. Эти платформы имеют простую среду разработки, богатую документацию и большое сообщество.

#### **Выбор платформы**
- **Arduino Uno:** Идеально для начинающих. Простая IDE, множество примеров и библиотек.
- **ESP8266/ESP32:** Поддержка Wi-Fi и Bluetooth, отлично подходит для IoT-проектов.
- **STM32:** Более мощные микроконтроллеры, подходят для сложных проектов.

#### **Необходимое оборудование**
- Плата микроконтроллера (например, Arduino Uno).
- USB-кабель для подключения к компьютеру.
- Макетная плата и провода для подключения компонентов.
- Компоненты: светодиоды, резисторы, кнопки, датчики и т.д.

#### **Установка среды разработки**
- Для Arduino: скачайте [Arduino IDE](https://www.arduino.cc/) и установите её.
- Для ESP8266/ESP32: установите расширения в Arduino IDE или используйте [PlatformIO](https://platformio.org/).
- Для STM32: используйте [STM32CubeIDE](https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubeide.html).

---

**Первые шаги в программировании микроконтроллеров**

#### Пример программы: Мигающий светодиод
Напишем простую программу, которая заставит светодиод мигать каждую секунду.

```cpp
// Для Arduino
void setup() {
pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); // Настройка встроенного светодиода как выход
}

void loop() {
digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); // Включить светодиод
delay(1000); // Пауза 1 секунда
digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); // Выключить светодиод
delay(1000); // Пауза 1 секунда
}
```

#### Что происходит:
1. `setup()` выполняется один раз при запуске и настраивает пин светодиода как выход.
2. `loop()` выполняется бесконечно, включая и выключая светодиод с интервалом в 1 секунду.

---

**Как работают микроконтроллеры?**
Микроконтроллер выполняет инструкции, записанные в его памяти. Эти инструкции могут:
- Читать данные с датчиков (температура, свет, движение).
- Управлять исполнительными устройствами (светодиоды, двигатели, реле).
- Обмениваться данными с другими устройствами через интерфейсы (UART, I2C, SPI).

Пример практического применения:
- **Термостат:** Датчик температуры отправляет данные на микроконтроллер, который управляет нагревателем.
- **Умный дом:** Микроконтроллер получает команды через Wi-Fi и управляет освещением или замками.

---

**Интересный факт:**
Arduino был создан в 2005 году и стал первым доступным инструментом для хобби-программистов и любителей электроники. Сегодня он используется даже в профессиональных проектах благодаря своей простоте и надёжности.

---

**Основные концепции программирования микроконтроллеров**
**Цифровые и аналоговые сигналы:**
- Цифровые сигналы: 0 или 1 (высокий/низкий уровень).
- Аналоговые сигналы: диапазон значений (например, напряжение от 0 до 3.3 В).

**Прерывания:**
Прерывания позволяют микроконтроллеру реагировать на события (например, нажатие кнопки) без постоянной проверки состояния.

**Таймеры и задержки:**
Используются для создания временных интервалов или выполнения задач через определённое время.

**Коммуникация:**
- **UART:** Последовательная связь (например, для работы с COM-портами).
- **I2C:** Шина для связи с датчиками и другими устройствами.
- **SPI:** Быстрый протокол для работы с периферией.

---

**Сохраните этот пост, чтобы всегда иметь под рукой руководство по началу работы с микроконтроллерами!**
А если хотите узнать больше о конкретных проектах или получить практические советы — пишите в комментариях!

#Электроника #Программирование #Микроконтроллеры #DIY #Образование

Программирование микроконтроллеров

Видео занятие 

Полезный ресурс: https://ph0en1x.net/22-microcontrollers-programming/

1. Arduino-IDE как программатор для внешних микроконтролеров интерфейс SPI

2. USBASP интерфейс SPI

### Пост для социальных сетей: USBASP и программаторы — ключ к прошивке микроконтроллеров

---

**Что такое программатор?**
Программатор — это устройство, которое позволяет записывать (прошивать) программы в память микроконтроллера. Без программатора невозможно загрузить код на "чистый" микроконтроллер, например, на чипы AVR, которые не имеют встроенного загрузчика (bootloader).

Одним из самых популярных и доступных программаторов является **USBasp**. Это простое и надёжное решение для работы с микроконтроллерами, особенно среди любителей и начинающих разработчиков.

---

**Что такое USBasp?**
USBasp — это недорогой программатор, созданный на базе микроконтроллера ATmega8 или ATmega88. Он подключается к компьютеру через USB и используется для прошивки микроконтроллеров семейства AVR (например, ATmega328, ATtiny).

#### Основные характеристики USBasp:
- **Интерфейс:** SPI (Serial Peripheral Interface).
- **Поддержка:** Микроконтроллеры AVR с интерфейсом ISP (In-System Programming).
- **Простота:** Низкая стоимость, минимум компонентов, легко собирается своими руками.
- **Кроссплатформенность:** Работает на Windows, Linux и macOS.

---

**Как использовать USBasp?**

#### **Подключение программатора**
USBasp подключается к целевому микроконтроллеру через шестиконтактный разъём ISP. Распиновка разъёма:
1. **MOSI** (Master Out Slave In) — передача данных от программатора к микроконтроллеру.
2. **MISO** (Master In Slave Out) — передача данных от микроконтроллера к программатору.
3. **SCK** (Serial Clock) — тактовый сигнал.
4. **RESET** — сброс микроконтроллера.
5. **GND** — земля.
6. **VCC** — питание (опционально, если целевая плата уже запитана).

#### **Установка драйверов**
- На Windows: скачайте и установите драйвер [Zadig](https://zadig.akeo.ie/), чтобы система распознала USBasp.
- На Linux и macOS: USBasp работает "из коробки", без необходимости установки драйверов.

#### **Прошивка микроконтроллера**
Для прошивки используется программа **AVRDUDE** (часть многих IDE, таких как Arduino IDE или PlatformIO).

Пример команды для прошивки:
```bash
avrdude -c usbasp -p m328p -U flash:w:your_program.hex
```
Где:
- `-c usbasp` — указывает тип программатора.
- `-p m328p` — указывает модель микроконтроллера (например, ATmega328P).
- `-U flash:w:your_program.hex` — указывает файл прошивки для записи во флеш-память.

---

**Другие популярные программаторы**
Помимо USBasp, существуют и другие программаторы для микроконтроллеров:

**Arduino как ISP:**
Arduino может быть перепрограммирован для работы в качестве программатора. Это удобно, если у вас уже есть плата Arduino.

**AVRISP mkII:**
Официальный программатор от компании Atmel (Microchip). Поддерживает высокоскоростную прошивку и отладку.

**ST-Link:**
Программатор для микроконтроллеров STM32. Использует интерфейс SWD (Serial Wire Debug).

**JTAG программаторы:**
Используются для более сложных микроконтроллеров, таких как ARM Cortex-M.

---

**Интересный факт:**
USBasp был создан немецким разработчиком Томасом Фишлем (Thomas Fischl) как альтернатива дорогим коммерческим программаторам. Его дизайн открыт, и вы можете собрать его самостоятельно, используя схему и прошивку с официального сайта [fischl.de/usbasp](http://www.fischl.de/usbasp/).

---

**Проверьте себя:**
Какой интерфейс используется для подключения USBasp к микроконтроллеру?
(Ответ: SPI.)

---

**Сохраните этот пост, чтобы всегда иметь под рукой инструкцию по использованию USBasp и другим программаторам!**
А если хотите узнать больше о прошивке микроконтроллеров или собрать свой USBasp — пишите в комментариях!

#Электроника #Микроконтроллеры #Программаторы #USBasp #DIY

Код программ на Assembler и C
https://disk.yandex.ru/d/GOOF78HeiHYdOQ

3. USB - to - TTL интерфейс UART

### Пост для социальных сетей: Преобразование USB в TTL — как это работает и зачем нужно?

---

**Что такое преобразование USB в TTL?**
USB-to-TTL — это процесс преобразования сигналов USB (Universal Serial Bus) в уровни логики TTL (Transistor-Transistor Logic). Это необходимо, когда нужно подключить компьютер или ноутбук к устройствам, работающим с последовательным интерфейсом UART (например, микроконтроллеры, модули ESP8266/ESP32, Raspberry Pi).

TTL использует напряжения 0 В (логический 0) и 3.3 В или 5 В (логическая 1), что отличается от стандартного USB-протокола. Преобразователи USB-to-TTL позволяют "перевести" данные между этими двумя форматами.

---

**Зачем нужен USB-to-TTL?**
**Программирование микроконтроллеров:**
Многие микроконтроллеры, такие как ESP8266, ESP32 или STM32, не имеют встроенного USB-интерфейса. Для их прошивки или отладки используется UART через преобразователь USB-to-TTL.

**Отладка устройств:**
При разработке устройств можно отправлять отладочные сообщения (например, через `Serial.print()` в Arduino IDE) на компьютер через USB-to-TTL.

**Связь с периферией:**
Некоторые датчики, модули GPS или GSM работают по UART и требуют подключения через преобразователь.

**Работа с Raspberry Pi или другими одноплатными компьютерами:**
Чтобы подключиться к консольному порту (serial console) таких устройств, часто требуется преобразователь USB-to-TTL.

---

**Как работает USB-to-TTL?**
Преобразователь USB-to-TTL использует специальную микросхему (например, **CH340**, **FT232RL**, **CP2102**), которая выполняет следующие задачи:
1. Принимает данные по USB от компьютера.
2. Преобразует их в уровни TTL (3.3 В или 5 В).
3. Передаёт данные на целевое устройство через UART (TX — передача, RX — приём).

#### Распиновка USB-to-TTL:
1. **VCC (или 3.3V/5V):** Питание для целевого устройства (опционально).
2. **GND:** Земля (общий провод).
3. **TX (Transmit):** Линия передачи данных от преобразователя к устройству.
4. **RX (Receive):** Линия приёма данных от устройства к преобразователю.

---

**Популярные микросхемы USB-to-TTL**
**CH340:**
Дешёвая и популярная микросхема, часто используется в китайских адаптерах. Работает на скорости до 2 Мбит/с.

**FT232RL:**
Высококачественный чип от компании FTDI. Поддерживает широкий диапазон скоростей и надёжно работает даже на высоких скоростях.

**CP2102:**
Микросхема от Silicon Labs, популярная благодаря простоте использования и стабильности.

---

**Практический пример: Подключение ESP8266 через USB-to-TTL**

#### Необходимые компоненты:
- Преобразователь USB-to-TTL (на базе CH340, FT232RL или CP2102).
- Модуль ESP8266 (например, NodeMCU или ESP-01).
- Провода для подключения.

#### Схема подключения:
1. **VCC (преобразователь) → 3.3V (ESP8266):** Подайте питание 3.3 В (НЕ 5 В, иначе ESP8266 может выйти из строя!).
2. **GND (преобразователь) → GND (ESP8266):** Общий провод.
3. **TX (преобразователь) → RX (ESP8266):** Передача данных.
4. **RX (преобразователь) → TX (ESP8266):** Приём данных.
5. **GPIO0 (ESP8266) → GND:** Для режима прошивки (не забудьте отключить после прошивки).

#### Настройка:
1. Установите драйверы для вашего преобразователя (например, CH340 или CP2102).
2. Откройте терминал (например, Arduino IDE, PuTTY или CoolTerm).
3. Выберите COM-порт и настройте скорость передачи данных (например, 9600 или 115200 бод).

---

**Интересный факт:**
Микросхемы USB-to-TTL, такие как CH340, стали настолько популярными, что почти все китайские производители используют их в своих устройствах. Это сделало их доступными и универсальными инструментами для разработчиков.

---

**Проверьте себя:**
Какую линию нужно подключить к TX устройства, если вы хотите принимать данные на компьютер?
(Ответ: RX преобразователя.)

---

**Сохраните этот пост, чтобы всегда иметь под рукой информацию о преобразовании USB в TTL!**
А если хотите узнать больше о подключении устройств или работе с UART — пишите в комментариях!

#Электроника #USBtoTTL #UART #DIY #Образование

Код 

#минусинск #длядетей #робототехника #робототехникадлядетей