tinyAVR0-Controller mit UPDI             

 
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Der ATTiny202/402



Fabian hat mich auf eine neue, besonders sparsame Mikrocontroller-Familie von Atmel/Microchip aufmerksam gemacht. Der kleineste Vertreter ist der ATtin202 mit 2 kB und acht Beinchen, einer der größten ist der ATtiny1616 mit 16 kB und 20 Beinchen. Alle diese Controller haben die UPDI-Schnittstelle (Unified Program and Debug Interface). Man braucht hier nur einen Pin, und das ist der Reset-Anschluss, der sonst ohnehin meist frei bleibt.

Als ich mir die Details im Datenblatt des ATtiny202 angesehen habe, war ich gleich Feuer und Flamme. Es handelt sich um eine bidirektionale serielle Schnittstelle mit automatischer Baudraten-Erkennung. Damit kann man den Flash-Speicher beschreiben, aber auch jedes andere Register und RAM-Inhalte auslesen oder beschreiben. Alles ist bis ins letzte Detail im Datenblatt beschrieben. Ich hatte schon überlegt, wie man die TXD- und die RXD-Leitung einer seriellen Schnittstelle zusammenführen kann, um die Programmierung per UPDI anzusteuern. Aber dann habe ich eine genial einfache und fertig programmierte Lösung im Netz gefunden:

https://npk-stn.ru/2019/07/19/simple_programming_attiny414_via_updi/?lang=en

Der UPDI-Pin kommt an RXD, und von da geht ein Widerstand mit 4,7 k an TXD. Fertig, das ist alles an Hardware. Dazu gibt es dann ein Python-Skript, das ein Hexfile in den Chip brennt. Fabi hatte schon einige Tiny202 und Tiny402 bestellt. Zwei sind bei mir gelandet, sodass ich es gleich einmal probieren konnte.



Für den ersten Test habe ich meine Ft232-Platine eingesetzt. Sie liefert die  Betriebsspannung von  5 V und das Programmiersignal. Der erforderliche Widerstand von 4,7 k ist mit auf die USB-Platine gesteckt. Zur Programmierung habe ich das AVR Studio 7.0 verwendet. Bisher war ich damit nicht warm geworden, weil die Software sehr groß ist, einen schnellen PC erfordert und mir sehr kompliziert vorkam. Aber nun habe ich das Studio 7 auf meinem Win10-Rechenr installiert. Ich konnte bei der Installation einstellen, dass nur die 8-Bit-AVR-Controller unterstützt werden, so blieb die Installation überschaubar.

Ein erstes Projekt für den ATtiny202 war schnell gestartet. Im Hintergrund arbeitet dann GCC. Einige Bezeichnung sind ganz anders als ich es gewohnt war. Aber die Software bietet umfangreiche Hilfen. Wenn ich PortA tippe, erscheint ein Fenster mit den möglichen Registern. 



Am Ende stand das einfachste mögliche Programm, wobei ich ohne Wartezeit mit einem Port klappere.





Mit Build/ Build Solution ließ sich das Projekt fehlerfrei übersetzen. Das fertige Hex-File findet sich dann im Debug-Ordner des Projekts.



Nach den Anweisungen auf der oben angegebenen Seite habe ich dann pyupdi.py von Github geladen und in C:\Users\User\ kopiert. Dann wurde es noch etwas kompliziert, weil ich einige Bibliotheken wie z.B. pyserial nachinstallieren musste,  was mir mangels Python -Erfahrungen auf dem PC schwer fiel. Fabi hat mir dann geholfen, und am Ende hat alles funktioniert.  Das Hexfile muss ebenfalls in C:\Users\User\ kopiert werden. Dann öffne ich die Eingabeaufforderung und starte das Skript mit:

C:\Users\User>py pyupdi.py -d tiny202 -c COM4 -b 9600 -f GccApplication1.hex  

(Python wurde abgekürzt mit py aufgerufen, weil an meinem PC unter Windows10 ansonsten der Microsoft App-Store erscheint. Denn Microsoft weiß ja jederzeit besser was der Nutzer will, als der Nutzer selbst.)



Man bekommt nun Informationen über den Chip und erhält eine Erfolgsmeldung. Und das Oszi zeigt ein Rechtecksignal mit ca. 830 kHz. Der Frequenzzähler sagt 837 kHz. Das Programm braucht vier Takte, je einen für die Portausgaben und zwei für den Rücksprung der Schleife. 4 * 837 kHz ist 3,348 MHz, verdächtig nahe an 3,33 MHz, die im Datenblatt erwähnt werden. Und die kommen zustande, weil der interne 20-MHz-Oszillator durch 6 geteilt wird. Nebenbei zeigt die Messung, dass mein Controller eine Frequenzabweichung von nur 0,4% hat.

Software- Erweiterungen und serielle Ausgaben

Das kleine Startprogramm wurde noch einmal leicht verändert, um auch die Wartezeiten auszuprobieren. Außerdem habe ich entdeckt, dass man statt PORTA_DIR auch PORTA.DIR schreiben kann. Mit dieser Änderung blinken die Ausgänge nun langsamer, sodass man eine LED anschließen kann.


/*
 * GccApplication1.c
 *
 * Created: 15.07.2020 13:39:52
 * Author : User
 */ 

#define F_CPU 3333333

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include <avr/sleep.h>

int main(void)
{
	PORTA.DIR = 255;
	while (1)
	{
		PORTA.OUT = 255;
		_delay_ms(100);
		PORTA.OUT = 0;
		_delay_ms(100);
	}
}


Auf der Suche nach weiteren Funktionen und  Programmbeispielen  bin ich auf folgende Seiten gestoßen:

https://www.elektormagazine.com/news/new-microchip-pic-and-avr-mcus-increase-system-performance-in-closed-loop-control-applications


Interessant ist, dass PIC und ARV mehr zusammenwachsen, wenn es um die Peripherie geht. Der ATtiny1607 ist der größte Controller aus der tinyAVR0-Serie. Bei Microchip selbst gibt es eine Getting-started Application Note:

http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/Getting-Started-with-tinyAVR0-series-DS00002712.pdf


Allerdings wird da auch nur etwas mit den Leitungen geklappert. Mehr in die Tiefe geht Simon Merrett auf Hackaday:
https://hackaday.io/project/165439/logs

Weitere Hilfe habe ich einer anderen Application Note bei Microchip gefunden. Hier geht es um die Nutzung des USART bei tinyAVR0- und tinyAVR1-Controllern:

http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/TB3216-Getting-Started-with-USART-90003216B.pdf




Die Beispielprogramme passen zwar nicht genau zur 0-Serie, können aber leicht angepasst werden, weil die grundlegenden Strukturen gleich sind wie bei der 1-Serie.



Die App-Note verweist z.B. auf dieses Beispiel, das man in Githup laden kann:

https://github.com/MicrochipTech/TB3216_Getting_Started_with_USART/tree/master/Send_Hello_World


In diesem Fall muss man nur beachten, dass die Anschlüsse TXD und RXD beim Tiny202 an A7 und A6 liegen. Das Beispiel läuft nun auf dem Tiny202 und meldet über das Terminal, dass der TXD-Ausgangs an PA6 liegt. Nur ein Problem konnte ich nicht lösen: Der Anwender wird dies niemals lesen können, wenn er nicht vorher den Pin PA6 schon selbst richtig angeschlossen hat. 


/*
 * GccApplication2.c
 *
 * Created: 14.07.2020 18:27:57
 * Author : User
 */ 

#include <avr/io.h>
#define F_CPU 3333333
#define USART0_BAUD_RATE(BAUD_RATE) ((float)(F_CPU * 64 / (16 * (float)BAUD_RATE)) + 0.5)

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include <string.h>

void USART0_init(void);
void USART0_sendChar(char c);
void USART0_sendString(char *str);

void USART0_init(void)
{
	PORTA.DIRSET = 0x40;	//TXD an PA6
	PORTA.DIRCLR = 0x80;	//RXD an PA7
	USART0.BAUD = (uint16_t)USART0_BAUD_RATE(9600);
	USART0.CTRLB |= USART_TXEN_bm;
}

void USART0_sendChar(char c)
{
	while (!(USART0.STATUS & USART_DREIF_bm))
	{
		;
	}
	USART0.TXDATAL = c;
}

void USART0_sendString(char *str)
{
	for(size_t i = 0; i < strlen(str); i++)
	{
		USART0_sendChar(str[i]);
	}
}

int main(void)
{
	USART0_init();
	
	while (1)
	{
		USART0_sendString("TXD an PA6 \r\n");
		_delay_ms(500);
	}
}







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