Mail to Code: Tutorial

Lernt, wie man den Code für Rechenknechte schreibt.

Ports und Register

Register

Register sind Speicherbereiche für Daten, deren einzelne Bits zur Ansteuerung spezieller Funktionen in einem Mikrocontroller genutzt werden. In einem 8-Bit Mikroconroller umfasst ein Register in der Regel auch 8 Bit.

GPIOs sind gruppiert

Bislang haben wir GPIOs als alleinstehende Periperie zur Spannungsausgabe betrachtet. Hardwaretechnisch sind diese allerdings in Gruppen verschaltet. Bei einem 8-Bit Mikrocontroller sind 8 GPIOs zu einem Port zusammengefasst. Ein derartiger Port besitzt drei 8-Bit Register zur Ansteuerung der GPIOs. Diese haben die folgenden Funktionen:

DDRx

DDR steht für Data Direction Register, geben also die Richtung an, in der Daten verarbeitet werden. Kurz gesagt, wird über dieses Register festgelegt, ob ein Pin als Ein- oder Ausgabepin fungiert. Ist ein Bit dieses Registers auf logisch "1" gesetzt, so ist der damit verbundene GPIO im Modus Ausgabe. Logisch "0" bedeutet, dass der GPIO als Eingang geschaltet ist. Beim Start des Mikrocontrollers sind alls Bits der Register auf "0" gesetzt.
DDR können nicht nur geschrieben werden, um Pins auf Ein- oder Ausgang zu setzen. Diese Register können in einem Programm auch gelesen werden, um festzustellen, in welchem Modus sich die Pins befinden.

PORTx

Über dieses Register können die GPIOs auf logisch "0" und somit auf 0V Ausgangsspannung oder auf logisch "1", also +5V oder +3.3V, je nach Mikrocontroller-Typ gesetzt werden. Wie auch bei digitalWrite() gilt, dass ein Pin nur auf +5V gesetzt werden kann, wenn dieser zuvor als Ausgang gesetzt wurde. Das entsprechende Bit im DDR muss also auf "1" gesetzt sein.
Alle Bits dieses Registers sind beim Start des Mikrocontrollers auf "0" gesetzt. Wird ein GPIO über das DDR als Ausgang geschaltet, so ist die ausgegebene Spannung 0V. Wie die DDR, können die PORTs sowohl geschrieben als auch gelesen werden.

PINx

Wie über die PORT Register, können die logischen Spannungen, die aktuell an den GPIOs anliegen, auch über das PINx Register ausgelesen werden. Dieses Register läst Schreibvorgänge allerdings nicht zu!

Einige Ports des ATmega2560

Mit unter sind nicht alle Bits eines Ports auch über Pins nach außen geführt, also als GPIOs verfügbar. Beim ATmega2560 stehen die folgenden Ports vollständig als GPIOs zur Verfügung:

PORTA DDRA PINA
PORTA7 DDRA7 PINA7 Pin D29	PORTA6 DDRA6 PINA6 Pin D28	PORTA5 DDRA5 PINA5 Pin D27	PORTA4 DDRA4 PINA4 Pin D26	PORTA3 DDRA3 PINA3 Pin D25	PORTA2 DDRA2 PINA2 Pin D24	PORTA1 DDRA1 PINA1 Pin D23	PORTA0 DDRA0 PINA0 Pin D22

Wie in der Tabelle zu sehen, ist die Zuordnung der GPIOs zu den Bits 0-7 in den Registern bei PORT, DDR und PIN identisch, daher sind in den folgenden Tabellen nur die Pinnummern gelistet.

PORTB / DDRB / PINB
Pin D13	Pin D12	Pin D11	Pin D10	Pin D50	Pin D51	Pin D52	Pin D53

PORTC / DDRC / PINC
Pin D30	Pin D31	Pin D32	Pin D33	Pin D34	Pin D35	Pin D36	Pin D37

PORTF / DDRF / PINF
Pin D61 (A7)	Pin D60 (A6)	Pin D59 (A5)	Pin D58 (A4)	Pin D57 (A3)	Pin D56 (A2)	Pin D55 (A1)	Pin D54 (A0)

PORTK / DDRK / PINK
Pin D69 (A15)	Pin D68 (A14)	Pin D67 (A13)	Pin D66 (A12)	Pin D65 (A11)	Pin D64 (A10)	Pin D63 (A9)	Pin D62 (A8)

Beispiel Lauflicht per Register

Kombinieren wir unser Wissen zu Registern und Ports mit dem Kapitel zu Dualzahlen, so kann das Codebeispiel für ein Lauflicht aus 8 LEDs wesentlich vereinfacht werden:

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void setup() {

// Set digital pins 22 - 29 to OUTPUT mode via DDR

DDRA = 0b11111111;

}

void loop() {

// When switching GPIOs via PORT, one line of code sets,

// which of the 8 LEDs is ON an which LEDs are OFF;

PORTA = 0b00000001;

// Set pause time before next LED in sequence is switched on:

delay(400);

// With that, just one other line of code turns

// LED on PIN 22 OFF and LED on Pin 23 ON

PORTA = 0b00000010;

// And of course wait until the sequence goes on:

delay(400);

// You should have understood the logic behind,

// so here the remaining code for the running light

PORTA = 0b00000100;

delay(400);

PORTA = 0b00001000;

delay(400);

PORTA = 0b00010000;

delay(400);

PORTA = 0b00100000;

delay(400);

PORTA = 0b01000000;

delay(400);

PORTA = 0b10000000;

delay(400);

}

<<< GPIO als digitaler Ausgang

Inhaltsverzeichnis

GPIO als digitaler Eingang >>>

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