PC & ElektronikPC & ElektronikReiner SchirmPeter Sprenger

ISBN 978-3-7723-4097-0

Euro 29,95 [D]

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Reiner SchirmPeter Sprenger

Aus dem Inhalt:• C-Control Pro Grundlagen und Application-Board • Systemprogrammierung mit C und BASIC • Optimierungsstrategien speziell für BASIC und C • Einsatz des Preprozessors • erweiterte Stringverarbeitung • viele Anwendungsbeispiele • Interna des Bytecode-Interpreters und des Laufzeitsystems

Auf CD-ROM:• Beispielquelltexte• Zusatzinformationen • Anwendungen

MSR

mit

C-Co

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Schirm/Sprenger

Dieses Buch soll den Einstieg in die Arbeit mit dem weiterentwickeltenConrad-Steuercomputer C-Control Pro erleichtern. Es liefert praxisbezogeneBeispiele, die wesentliche Grundlagen vermitteln und zugleich alsBausteine für eigene Entwicklungen dienen können.

Anwendungen der vorhandenen Schnittstellen und nützliche Peripheriebau-steine werden ebenso behandelt wie Programmiergrundlagen und die hard-warenahe Systemprogrammierung.

Durch seinen leistungsstarken Prozessor Atmel Mega32 / Mega128 und denumfangreichen Speicher bietet C-Control Pro mit seinem Multithreading-Betriebssystem ein ideales Werkzeug für professionelle Problemlösungen.

C-Control ProMessen, Steuern und Regeln

Praxisanwendungen, Schaltungstechnik und Programmierung

mit

C-Control ProMessen, Steuern und Regeln

mit

4097-0 U1+U4 23.03.2007 14:19 Uhr Seite 1

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Vorwort

Das C-Control-Pro-System basiert auf dem Atmel Mega 32 RISC-Mikrocontroller.Dieser Mikrocontroller findet seinen Einsatz in Geräten von der Unterhaltungselek-tronik über Haushaltsmaschinen bis hin zu verschiedenen Industrieapplikationen.Dort übernimmt der Controller wichtige Steuerungsaufgaben. Mit C-Control Pro las-sen sich beispielsweise analoge Messwerte und Schalterstellungen erfassen und ab-hängig von diesen Eingangsbedingungen entsprechende Schaltsignale ausgeben. InVerbindung mit einer DCF77-Funkantenne kann C-Control Pro die atomgenaue Uhr-zeit empfangen und präzise Schaltuhrfunktionen übernehmen. Verschiedene Hard-ware-Schnittstellen und Bussysteme erlauben die Vernetzung von C-Control Pro mitSensoren, Aktoren und anderen Steuerungssystemen.

Die in diesem Buch vorgestellten Demos und Beispiele wurden sorgfältig und aus-führlich getestet. Da es aber eine Vielzahl von Hardware- und Softwarevariationengibt, kann für ein ordnungsgemäßes Funktionieren dieser Programme keine Garantieübernommen werden.

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Inhalt

1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2 Mega32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3 Application-Board Mega32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

4 Mega128 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

5 Application-Board Mega128 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

6 Hardware-Einstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216.1 Application-Board MEGA32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216.1.1 Programmierung über USB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216.1.2 Programmierung über RS232 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226.2 Application-Board M128 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236.2.1 Programmierung über USB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246.2.2 Programmierung über RS232 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

7 Software-Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287.1 Entwicklungsumgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287.2 USB-Treiber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

8 Software-Einstellungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378.1 IDE-Update . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378.2 Compiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388.3 Editor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

9 Das erste Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419.1 Programmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419.2 Fehlersuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469.2.1 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489.2.2 Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

10 C und Basic in einem Projekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

11 Schutz der Programme (PIN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

12 Anschluss externer Komponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6712.1 DCF-Modul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

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12.2 LCD Display 4 × 20 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7012.3 Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7412.3.1 Digitale Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7412.3.2 Analoge Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7612.4 CCI Relais-Modul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7912.5 I2C-Bus-Thermometer-Modul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8312.6 I2C-Bus-Tastatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

13 Stringverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9113.1 Strings in der C-Control-Pro-Umgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9113.2 Strings sind Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9113.3 Stringfunktionen in der Bibliothek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9213.4 Stringbearbeitung – selbst gemacht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9313.5 Steuerzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9813.6 Formatierung numerischer Werte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

14 Optimierung von CompactC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10114.1 Optimierung ist Programmierersache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10114.2 Optimierung Schritt für Schritt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10214.3 Switch-Anweisungen sind effizient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10414.4 Arithmetische Ausdrücke vereinfachen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10514.5 Eingliedern von Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10614.6 Einsparen von Programmcode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10814.7 Projektoptionen prüfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

15 Optimierung von BASIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11315.1 Optimierung ist Programmierersache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11315.2 Optimierung Schritt für Schritt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11315.3 Select-Case-Anweisungen sind effizient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11515.4 For-Schleifen benutzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11615.5 Arithmetische Ausdrücke vereinfachen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11715.6 Eingliedern von Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11815.7 Einsparen von Programmcode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12015.8 Projektoptionen prüfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

16 Der Preprozessor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12416.1 Definitionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12416.2 Bedingte Kompilierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12616.3 Einfügen von Dateien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12816.4 Preprozessor-Makros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12916.5 Vordefinierte Symbole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13116.6 Compiler-Anweisungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13316.7 Mischen von BASIC und CompactC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

Inhalt

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17 Interruptbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13517.1 C-Control-Pro-Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13517.2 Externe Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13717.3 Interpreter-Interrupts im Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

18 Multithreading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14018.1 Starten von Threads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14018.2 Konfiguration des Multithreadings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14218.3 Warten in Threads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14518.4 Threads synchronisieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14718.5 Multithreading im Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

19 Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15119.1 Voltmeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15119.2 Heizungssteuerung mit NTC-Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15419.3 Heizungssteuerung mit Raumtemperaturregler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16319.4 Temperaturschalter mit Sensorüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16819.5 Zwei-Kanal-Thermometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17119.6 Temperatur-Differenzschalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17419.7 Acht-Kanal-Lauflicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17719.8 Digital-Timer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18119.9 Stoppuhr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18819.10 Gewächshausreglung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19319.11 3-Kanal-DCF-Zeitschaltuhr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20119.12 Ein-/Ausschaltverzögerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

20 Der Bytecode-Interpreter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21520.1 Die Speicherbereiche im Interpreter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21520.2 Die Arbeitsweise des Arithmetik-Stacks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21620.3 Beispiel: Zuweisung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21720.4 Beispiel: Funktionsaufruf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21920.5 Beispiel: if-Anweisung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22120.6 Beispiel: for-Schleife und Array-Zugriff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22220.7 Beispiel: switch-Anweisung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224

21 Anhang – Bytecode-Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22621.1 Bytecode-Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

Inhalt

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10 C und Basic in einem Projekt

Die IDE der C-Control Pro bietet die Möglichkeit, in einem Projekt Programme in Cund Basic zu verwenden. Das hat den Vorteil, dass Module der verschiedenen Spra-chen ohne zeitraubende Übersetzungsarbeit miteinander kombiniert werden können.

Als Beispiel ist nachfolgend das komplette Beispielprogramm aus „9 Das Erste Pro-gramm“ in C dargestellt. Geben Sie dieses bitte wie unter Punkt 9 beschrieben ein.

Der Unterschied bei der Eingabe liegt bei Abb. 9.5. Hier wählen Sie bitte als Dateityp„CompactC Dateien(*.cc)“. Als Projektnamen verwenden Sie bitte „ZweitesProgramm“.

Die Projektübersicht sollte am Schluss aussehen wie inAbb. 10.1.

Abb. 10.1: Zweites Programm

Abb. 10.2:Zweites Pro-gramm (Main)

61

Abb. 10.3: Zweites Programm (Eingabe)

Abb. 10.4: Zweites Programm (Ausgabe)

Um nun Module aus den Programmen „ErstesProgramm“ und „ZweitesProgramm“ zumischen, gehen Sie folgendermaßen vor. Schließen sie alle momentan geöffnetenProjekte. Erstellen Sie ein neues Projekt. Verwenden Sie z. B. den Namen „Drittes-Programm“. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Projektnamen „Drittes-Programm“. Im erscheinenden Kontextmenü wählen Sie bitte den Punkt „Datei Hinzu-fügen“.

Abb. 10.5: Datei Hinzufügen Abb. 10.6: Datei öffnen

10 C und Basic in einem Projekt

62

Im nächsten Fenster können Sie nun die gewünschten Programmmodule Ihrem Pro-jekt hinzufügen. Wählen Sie zum Beispiel „Main.cc“, „Ausgabe.cbas“ und „Einga-be.cbas“

Wenn Sie nun das Projekt kompilieren und auf die C-Control Pro übertragen, könnenSie feststellen, dass die Programme ohne Probleme miteinander funktionieren.

Da die Funktionen der Programme „Main.cc“ und „Main.cbas“, „Ausgabe.cc“ und„Ausgabe.cbas“, „Eingabe.cc“ und „Eingabe.cbas“ in den Projekten „ErstesPro-gramm“ und „ZweitesProgramm“ jeweils gleich sind, macht es natürlich nur Sinn,Unterprogramme mit verschiedenen Namen zu kombinieren („Main“, „Ausgabe“,„Eingabe“). In den Programmen werden Funktionen mit den gleichen Namen verwen-det, dadurch würde die Kombination von z. B. „Main.cc“ und „Main.cbas“ zu Fehler-meldungen führen.

10 C und Basic in einem Projekt

241

Sachverzeichnis

AAbsDelay 145Add16Sig 217aktiv 149Anführungszeichen 98Arithmetik-Stack 216arithmetische Ausdrücke 105, 117Array-Zugriff 222ASCII 91Ausführungszeit 145

BBedingte Kompilierung 126Bibliotheksoptionen 122

CCall 220Carriage Return 98C-Control-ProInterrupts 135Character 216Copy2 115

DDATE 132Datentypen 216DEBUG 131DecS 217#define 124Dekrement Operator 102Dezimalzahlen 99Drop 220#elif 126#else 126#endif 126

EExterneInterrupts 137Ext_IntDisable 138Ext_IntEnable 137

FFILE 132Floating-Point 216Formfeed 98For-Schleifen 116FUNCTION 132Funktionsaufruf 219

GGenFunc 219gesichert 149Glocke 98Gnu Generic Preprocessor 124Goto 221Gr16BitSig 221

HHardware Interrupts 135Hauptthread 140Hexadezimale 99hochspezialisierte Bytecodes 102

I#if 126#ifdef 126#ifndef 126inaktiv 149#include 128IncSP_8Bit 217

242

Inkrement-Operator 102INT_0 135INT_1 135INT_2 135INT_ADC 136INT_ANA_COMP 135Interpreter-Speicher 215INT_TIM0COMP 135INT_TIM1CAPT 135INT_TIM1CMPA 135INT_TIM1CMPB 135INT_TIM1OVF 135Inv16 217Irq_GetCount 136Irq_SetVect 136

LLINE 132LoadAdrTopRel 223LoadImm8 217LoadTopAdr8 217

MMakros 129Map-Datei 143MAPFILE 131MEGA128 131MEGA32 131Multithreading 140

O$opc 219Optimierung 101#pragma Error 133#pragma Language 133#pragma Message 133#pragma Warning 133#pragma 133

PPreprozessor Makros 129Preprozessor 124

Prioritätenvon Threads 145Programm-Stack 216Projektoptionen 110Projektoptionen 122

Rrekursive Funktionen 144Rückstrich 98Rücktaste 98

Sschlafend 149Select-Case-Anweisungen 115Signal 148Speicherbereiche 215Speicherverbrauch 143Stackgröße 142Stacklift 217Stackpointer 216Steuerzeichen 98StoreTopAdr8 217STR 92Str 92Str 94Str 95Strings 91switch-Anweisungen 104

TTabulator 98Thread_Delay 146Thread_Kill 140Threadkonfiguration 123, 142Thread_Lock 149Thread_MemFree 144Thread_Resume 147Thread_Signal 147Threads synchronisieren 147Thread_Start 140Thread_Wait 147TIME 132

Sachverzeichnis

243

U#undef 126UPN 216

VVertikaler Tabulator 98Vordefinierte Symbole 131

Wwartend 149Write Word 99WriteSP2 219

ZZahlenbasis 99Zeichenketten 91Zeilenvorschub 98Zykluszeit 145

Sachverzeichnis