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Gostaria de saber:

  1. Como iniciar a programação de microcontroladores ATMEL AVR em C/C++?
  2. Que softwares posso utilizar para compilar o meu programa?
  3. Que softwares posso utilizar para fazer upload do meu programa?
  4. Onde encontro a referência oficial para microcontroladores AVR?
  5. Posso utilizar um Arduino para programar AVRs?
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    Victor, bem vindo ao StackOverflow em Português! Tentei ser o mais detalhista para responder a sua pergunta, no entanto, posso ter deixado passar alguma dúvida. O assunto é bastante extenso, poderia escrever um livro a respeito. Se tiver mais alguma dúvida (qualquer uma) peço que edite sua pergunta e use o campo dos comentários, que tentarei acrescentar alguma coisa e melhorar minha resposta. Cumprimentos!
    – Avelino
    21/05/2015 às 4:58
  • Estou fechando a pergunta porque ela é ampla demais, como disse o @Avelino ela daria um livro. A resposta dele é muito boa e completa, acho muito difícil que apareça outra nesse nível. Nas próximas vezes, procure postar perguntas separadas. Vale uma olhada no nosso tour e na central de ajuda. Obrigado!
    – bfavaretto
    12/06/2015 às 21:53
  • Victor, talvez se você pegar sua ultima pergunta "Posso utilizar um Arduino para programar AVRs?" e recria-la da seguinte forma: "Posso utilizar um Arduino para programar AVRs com C?" Sem dúvida que você será respondido de forma simples e objetivo, solucionando todas as demais dúvidas. Caso já tenha feito comente aqui com o link por favor.
    – Delfino
    9/07/2015 às 17:20

1 Resposta 1

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1. Como iniciar a programação de microcontroladores ATMEL AVR em C/C++?

Você vai precisar de:

  • Um microcontrolador (o qual se pretende gravar);
  • Um circuito gravador;
  • Um conjunto de softwares para compilar e fazer upload do código;
  • 1kg de trigo;
  • 8 ovos.

Existem muitos circuitos gravadores disponíveis no mercado. Além de algumas alternativas oficiais, existe o USBtinyISP e o USBasp que são bastante conhecidos. É importante dizer que os gravadores utilizam as portas SPI do microcontrolador para gravarem o firmware.

É possível começar utilizando um Arduino como gravador e microcontrolador. O Arduino possui um bootloader, o que facilita na hora de gravar, visto que a gravação é feita através do canal UART. Também é possível utilizar a própria IDE do Arduino. Os passos serão descritos mais adiante.

2. Que softwares posso utilizar para compilar o meu programa?

A própria ATMEL fornece o Atmel Studio, uma IDE completa baseada no Visual Studio e que permite programar AVRs. Mas é possível programar usando o editor que você preferir e mais tarde compilar usando o avr-gcc (compilador) através da linha de comando. Se você for usuário Windows, baixe o WinAVR e posteriormente o Atmel Studio, se você for usuário Linux é necessário baixar alguns pacotes, você pode baixar via repositório com as seguintes linhas:

sudo apt-get update
sudo apt-get install avrdude binutils-avr gcc-avr avr-libc gdb-avr

É possível também, utilizar o Eclipse como IDE (minha alternativa favorita) e, através de dois plugins, compilar e fazer upload a placa. Para utilizar o Eclipse, consulte minha resposta nesta pergunta feita no Arduino, da StackExchange. Lembre-se que você deve utilizar a versão para C/C++ para que funcione. Minha resposta mostra como utilizar um Arduino como gravador, mas você pode utilizar o gravador e o microcontrolador da sua preferência.

inserir a descrição da imagem aqui

Uma das coisas que gosto no eclipse é a sua interface, o recurso de autocompletar, a organização dos projetos e o recurso de mostrar quanto o seu programa vai ocupar no Program (Memória Flash) e Data (Memória RAM):

inserir a descrição da imagem aqui

Você também pode compilar usando a linha de comando, é preciso informar o clock, o modelo do microcontrolador e o nome do arquivo.c. Dica: utilize a flag -Os para que o compilador otimize o código.

avr-gcc -Os -DF_CPU=16000000UL -mmcu=atmega328p -c -o led.o led.c
avr-gcc -mmcu=atmega328p led.o -o led
avr-objcopy -O ihex -R .eeprom led led.hex

O processo de compilação acima inclui a linkagem e a geração do .hex

3. Que softwares posso utilizar para fazer upload do meu programa?

Eu conheço apenas um, o avrdude. Já vem incluso no pacote WinAVR e nos apts que citei anteriormente. Para usá-lo via linha de comando, é fácil:

/*avrdude -p (nome do microcontrolador) -c (nome do gravador) 
-P (nome da porta serial) -U (memória que pretende gravar):w 
(W = escrita) (nome do arquivo hexadecimal):a*/
//exemplo 1 (Linux):
avrdude -pm328p -carduino -P/dev/ttyACM0 -Uflash:w:piscaLed.hex:a 
//exemplo 2 (Linux):
avrdude -F -V -c arduino -p ATMEGA328P -P /dev/ttyACM0 -b 115200 -U flash:w:led.hex
//exemplo 3 (Windows):
avrdude -F -V -c arduino -p ATMEGA328P -P com1 -b 115200 -U flash:w:led.hex

Se tudo der certo, você obterá resultados semelhante a estes no seu terminal:

inserir a descrição da imagem aqui

O exemplo acima funciona utilizando um Arduino como gravador e se você estiver na mesma pasta do .hex (você pode informar o caminho completo na sua linha de comando). Note que é possível omitir o nome completo do microcontrolador (atmega328p) e escrever apenas m328p. Para mais detalhes sobre como utilizar o avrdude com a linha de comando, consulte a documentação aqui.

Aconselho usar uma IDE como o Atmel Studio ou Eclipse para não precisar digitar todas as vezes que quiser compilar ou fazer upload a placa. Veja a minha resposta no Arduino para informações de como utilizar o Eclipse IDE.

4. Onde encontro a referência oficial para microcontroladores AVR?

As melhores referências sempre são os sites oficiais. Você pode consultar o datasheet do microcontrolador que você utilizará, no site da Atmel (exemplo para o microcontrolador atmega328p), a referência para o avr-libc aqui, aqui, aqui e aqui e a do avrdude aqui. Mas, felizmente, existem bons materiais escritos em português. Inclusive, pelas minhas pesquisas, os materiais em português são bem mais didáticos que os em inglês. Recomendo esta apostila distribuída livremente na Internet e o livro AVR e Arduino: Técnicas de Projeto de Charles Lima e Marco Vilaça (Não é propaganda, o livro é ótimo). Também recomendo esta referência.

5. Posso utilizar um Arduino para programar AVRs?

Sim, absolutamente!

AVR X Arduino

O Arduino utiliza de microcontroladores AVR em sua plataforma. A IDE do Arduino é feita em Java e utiliza o avrdude e o avr-gcc por debaixo dos panos (veja só!), desta forma, é possível usar a própria IDE do Arduino para compilar seus programas escritos em C/C++. O Arduino faz uma tradução de códigos escritos em Wiring para C/C++ adicionando bastante lixo. O código que estamos acostumados a ver na IDE, é convertido para algo semelhante a:

#define F_CPU 16000000UL    
#include <avr/io.h>        
#include <Arduino.h>

void setup(){
}

void loop(){
}

int main(){
    setup();
    while(1){
       loop();
    }
    return 0;
}

Mas isto é somente uma parte do código gerado. O Arduino ainda converte o nome dos "pinos oficiais" e adiciona as suas próprias funções para manipulação do hardware e IO. Uma das enormes vantagens de se trabalhar diretamente com AVRs, sem fazer uso da IDE do Arduino e programando diretamente em C/C++, é a otimização que isto traz, além da liberdade de poder manipular o hardware diretamente.

A imagem a seguir mostra o nome dos pinos oficiais de um atmega328p em relação com os pinos de um Arduino Uno:

inserir a descrição da imagem aqui

AVR X Arduino - O teste final, que fará você escolher programar em AVRs

Observe o seguinte código para Arduino:

/*
  Blink
  Turns on an LED on for one second, then off for one second, repeatedly.

  This example code is in the public domain.
 */

// Pin 13 has an LED connected on most Arduino boards.
// give it a name:
int led = 13;

// the setup routine runs once when you press reset:
void setup() {                
  // initialize the digital pin as an output.
  pinMode(led, OUTPUT);     
}

// the loop routine runs over and over again forever:
void loop() {
  digitalWrite(led, HIGH);   // turn the LED on (HIGH is the voltage     level)
  delay(1000);               // wait for a second
  digitalWrite(led, LOW);    // turn the LED off by making the voltage LOW
  delay(1000);               // wait for a second
}

O código é um exemplo oficial, disponível nas IDEs Arduino e no site. Ele simplesmente faz o LED conectado a porta 13 (PB5) piscar com intervalos de um segundo. Ao compilar o código acima, podemos verificar que ele ocupa 1.056 bytes na memória flash.

inserir a descrição da imagem aqui

Agora observe o código abaixo:

#define F_CPU 16000000UL    
#include <avr/io.h>        
#include <util/delay.h> 

int main(){
    DDRB = 0xFF;  //configura todos os pinos do PORTB como saídas
    while(1){
        PORTB = 0b00010000;    //Coloca o pino PB5 em nível alto
        _delay_ms(1000);       //Delay de 1 segundo
        PORTB = 0b00000000;    //Coloca todos os pinos em nível baixo
       _delay_ms(1000);        //Delay de 1 segundo
    }
    return 0;
}

Cole-o na IDE do Arduino se você não tiver instalado o Atmel Studio ou Eclipse e pressione o botão de compilar.

inserir a descrição da imagem aqui

inserir a descrição da imagem aqui

Como é possível observar, o código ocupa apenas 180 bytes!. Isto é apenas um exemplo besta, com um programa de piscar um LED, mas que comprova que é possível escrever um código otimizado utilizando C/C++. Ainda é possível otimizá-lo mais ainda, usando macros. Vamos ao exemplo:

#define F_CPU 16000000UL    
#include <avr/io.h>        
#include <util/delay.h> 


#define set_bit(Y,bit_x) (Y|=(1<<bit_x))    //ativa o bit x da variável Y (coloca em 1)
#define clr_bit(Y,bit_x) (Y&=~(1<<bit_x))   //limpa o bit x da variável Y (coloca em 0) 
#define tst_bit(Y,bit_x) (Y&(1<<bit_x))     //testa o bit x da variável Y (retorna 0 ou 1)
#define cpl_bit(Y,bit_x) (Y^=(1<<bit_x))    //troca o estado do bit x da variável Y (complementa)

#define LED PB5     //PB5 é o mesmo pino 13 do Arduino, que contém um LED.          

int main(){
    DDRB = 0xFF;  //configura todos os pinos do PORTB como saídas
    while(1){
        set_bit(PORTB,LED);    //Coloca o pino PB5 em nível alto
        _delay_ms(1000);       //Delay de 1 segundo
        clr_bit(PORTB,LED);    //Coloca todos os pinos em nível baixo
       _delay_ms(1000);        //Delay de 1 segundo
    }
    return 0;
}

O código acima ocupa 178 bytes. As macros set_bit e clr_bit funcionam de forma semelhante ao digitalWrite do Arduino. Se não souber como elas funcionam, pode fazer uma outra pergunta que eu tento responder. Mas se você for realmente fanático por otimização, pode simplesmente colocar:

cpl_bit(PORTB,LED);    //Troca o estado do pino PB5
_delay_ms(1000);       //Delay de 1 segundo

dentro do while e o código passará a ocupar 164 bytes!!!. Bem menos que os 1.056 bytes que o Arduino gera para piscar o mesmo LED não é mesmo?

Bem, poderia escrever um livro a respeito. Tentei abordar alguns pontos principais, com intuito de "dar um norte". Caso tenha mais alguma dúvida, edite a sua pergunta ou poste nos comentários.

4
  • Agora você já pode sair piscando LEDs por aí.
    – Avelino
    21/05/2015 às 5:11
  • 4
    Muito completa a resposta. Enviarei um pacote de trigo e ovos de agradecimento. 12/06/2015 às 0:12
  • 1
    Excelente resposta @Avelino, completa e ainda compara as duas maneiras de programar. Mostra que não há mágica nas coisas. Mas certamente, caso não fosse essa maneira mais simples e direta de programar do Arduino, ele não teria feito tanto sucesso pelo mundo. O que eu acho mais importante na sua resposta é que as pessoas saibam que dá pra otimizar, caso seja necessário. Eu sou um fã do Arduino exatamente porque ele conseguiu simplificar algo que é em sua essência é complexo.
    – cantoni
    29/07/2015 às 0:24
  • Eu gosto da ideia do Arduino. Mas não recomendaria utilizá-lo em aplicações comerciais complexas. O Arduino, bem como sua biblioteca, está a pouco tempo no mercado e não foi devidamente testado para ser considerado seguro em aplicações industriais. Digo isto pois já encontrei bugs nas bibliotecas. Mas a ideia e a simplicidade do Arduino fazem ele ser o que é. Eu comecei a aprender eletrônica com Arduino. Uso para fazer protótipos e aplicações rápidas, para aprender a lidar com um componente e para aprender sobre programação e eletrônica.
    – Avelino
    30/07/2015 às 0:28

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