martes, 28 de mayo de 2013

Programando Baby Orangutan con AVR Studio 5.1

Al diseñar nuestro robot, normalmente necesitamos un driver para controlar al menos un par de motores y un microcontrolador para controlar la lógica que gobierna el robot. Si utilizamos un Arduino y un driver externo esto nos puede costar entre 35 y 80 euros según los elementos utilizados. La placa que os presento hoy es una placa compacta que integra un Atmega 328P, el mismo microcontrolador que utiliza Arduino UNO, y un driver de dos canales de 3A de pico por canal, con lo que podemos controlar un par de motores de una potencia relativamente alta.

Este controlador tiene múltiples ventajas, es barato, compacto, ligero, integra un microcontrolador AVR junto a un driver de 3A de pico por canal e incluye un potenciometro para poder realizar ajustes online en nuestro robot sin necesidad de añadir nada nuevo a la placa electrónica de nuestro robot. Sin embargo, a la hora de comprar este controlador hay que tener en cuenta una serie de detalles. En primer lugar esta placa no incorpora un bootloader preinstalado, el bootloader es un código residente en el micro que permite cargar un programa través del puerto serie como ocurre en el caso de Arduino. Al no tener este código residente, no es posible enviarle un programa a través del puerto serie y es necesario utilizar un programador externo como nuestro USBtinyISP para poder cargar los programas. Con un programador externo también es posible cargar el bootloader de Arduino y a partir de ese momento si es posible programar a través del puerto serie como con cualquier otro Arduino. Otra opción, es programar directamente a través del puerto de programación con el mismo IDE de Arduino, o con IDEs avanzados como el que vamos a utilizar hoy que es AVR Studio.

Hoy me voy a centrar en contaros como programar esta placa con AVR Studio. AVR Studio es un entorno de programación de Atmel basado en Visual Studio, por lo que aquellos que tengan experiencia con programación en .Net se sentirán muy cómodos utilizando este entorno. Una de las ventajas de programar con un entorno como este, es la posibilidad que ofrece el entorno de simular el micro y ejecutar el programa en modo el debug lo que permite realizar trazas de una forma muy cómoda  De esta manera es posible ver el valor que irían adquiriendo los registros en tiempo de ejecución, deteniendo el programa y pudiendo incluso ejecutarlo paso a paso, lo que nos permite depurar errores de una forma mucho mas eficiente.

El primer paso es instalar el entorno Atmel Studio o AVR Studio dependiendo de la versión que instalemos. Es importante instalar la versión 4.0, 5.1 o bien la 6.0 ya que son las versiones compatibles con el paquete de librerías de pololu, AVR development bundle, que incluye librerías varias para la programación de microcontroladores AVR.

A continuación hay que instalar el driver de tu programador para AVR, si utilizas Windows 8 tendrás que seguir los pasos descritos en esta entrada que explica como instalar los drivers de Arduino DUE en Windows 8 pero el mismo procedimiento puede utilizarse con muchos otros dispositivos como por ejemplo es este caso. 

Una vez instalados los drivers del programador tenemos que configurar nuestro USBtinyISP, para ello lo primero es instalar la herramienta WinAVR que incorpora diferentes herramientas para la programación de dipositivos ATmega, en concreto la que nos interesa a nosotros es AVRdude. Posteriormente hay que configurarlo en el entrono de AVR Studio, para ello os dejo un vídeo en el que explican como configurarlo ya que es complicado de explicar y viéndolo se hace mucho más sencillo.


Tras instalar WinAVR, se instalan en la carpeta C:\WinAVR-20100110 multitud de herramientas. En esta carpeta se encuentra la carpeta bin donde están todos los ejecutables y ahí podemos encontrar AVRdude que es el programa que tenemos que configurar en el entorno como programador. En el entorno de AVR Studio hay que utilzar la opción Tools --> External Tools que permite añadir un programador como herramienta externa. Al utilizar esta opción, aparecerá un formulario done hay que configurar en primer lugar el nombre de nuestra herramienta, por ejemplo USBTiny. El segundo argumento se refiere al ejecutable de nuestra herramienta que será avrdude, por lo que hay que poner la ruta hasta el ejecutable que por defecto será C:\WinAVR-20100110\bin\avrdude.exe. Los siguientes argumentos dependerán de la solución que hayamos creado. Cuando creamos un nuevo proyecto hay que elegir la librería de Pololu y dentro de la librería elegir BabyOrangutan 328P, lo que creará una solución para este dispositivo. Como se puede ver en el ejemplo, hay que seleccionar el nombre del proyecto, el nombre de la solución y el directorio donde estará la solución.


Una vez creada la solución, podemos consultar estos parámetros a la derecha en el explorador de soluciones como se ve en la imagen siguiente. Al generar el proyecto, según si hemos elegido Release o Debug, se generará una carpeta dentro del directorio de la solución con ese nombres y dentro de dicho directorio, estará el archivo nombreProyecto.hex que es el archivo binario generado que hay que cargar al controlador Baby Orangutan.


Al crear el proyecto por defecto, se creará con un archivo con el código del ejemplo blink que enciende y apaga un Led. A partir de aquí, hay que rellenar el resto de parámetros en la configuración de la herramienta externa de programación. Hemos añadido el nombre y el ejecutable que realizará las tareas de grabación en el Baby Orangutan, pero ahora debemos rellenar los argumentos donde según el vídeo hay que utilizar la linea -c usbtiny -p m328p -U flash:w:$(ItemFileName) pero lo que hay que hacer es ver el nombre con el que se generea el archivo con extensión .hex y utilizar este nombre. Para ello, hay que generar la solución con la opción Build->Build Solution y luego navegar hasta la carpeta de la solución. Si hemos compilado en Release habrá que mirar en la carpeta con este nombre y si hemos compilado en Debug habrá que mirar en la carpeta con este otro nombre. Allí encontraremos un archivo generado con la extensión .hex y ese es el que hay que utilizar en la linea de comando anterior. Por defecto este nombre será el mismo del del proyecto por lo que si nuestro proyecto se llama nombreProyecto se deberá usar la sentencia  -c usbtiny -p m328p -F -U flash:w:nombreProyecto.hex. Puede verse que en la linea anterior se ha añadido el parámetro -F que soluciona algunos problemas que pueden aparecer al intentar cargar código al microcontrolador utilizando avrdude.


Es importante tener en cuenta que el Baby Orangutan utiliza los pines PB4 y PB5 para la programación por lo que si utilizamos estos pines en nuestros proyectos podemos encontrar problemas a la hora de programarlo. En concreto, no debería haber problema a no se que se conecte en dichos pines un condensador que impediría programar el microcontrolador sin quitarlo del zócalo. Otra cosa a tener en cuenta a la hora de programarlo es la posición del conector, en la placa del Baby Orangutan puede verse marcado con una flecha el pin 1 del conector ISP. El pin 2 es el que se encuentra encima de este y corresponde con VCC y por lo tanto el lado con una franja roja del conector del programador debe conectarse en ese lado.


Por último, en el cuarto parámetro hay que indicar el directorio donde se encuentra este archivo ejecutable, indicando la carpeta Release o Debug según corresponda. Con esto, aparecerá un nuevo ítem en el menú Tools con el nombre de nuestra herramienta. Si conectamos el programador USBTiny al PC y le conectamos nuestro Baby Orangutan, al pulsar el botón Tools -> USBTiny compilará el código de ejemplo y lo cargará en nuestro Baby Orangutan. Después de esto podremos ver como el led se enciende y se apaga intermitentemente, a partir de aquí ya podemos comenzar a crear nuestro propio código, basándonos en las librerías de pololu y con la ayuda de InteliSense que nos sugerirá código a medida que vamos programando.



Espero que os sea de ayuda, y si necesitáis aclarar alguna cosa no dudéis en poner un comentario e intentaremos ayudaros en todo lo posible.