Lekcja 6: Biblioteki AVR, GPIO, maski bitowe i #define

1) Biblioteki AVR – co naprawdę robią?

Biblioteki AVR nie są frameworkiem jak Arduino. One głównie:

definiują adresy rejestrów sprzętowych,
udostępniają nazwy bitów (PB0, PD2, itp.),
dodają kilka funkcji pomocniczych (np. delay).

#include <avr/io.h>

Kluczowe avr/io.h to mapa sprzętu – bez niej nie ma GPIO, timerów ani ADC.

Najczęściej używane nagłówki

#include <avr/io.h>      // rejestry i piny
#include <util/delay.h> // opóźnienia
#include <stdint.h>     // uint8_t, uint16_t
#include <avr/interrupt.h> // przerwania (później)

2) GPIO od strony sprzętu: DDRx, PORTx, PINx

Każdy pin mikrokontrolera to 1 bit w trzech rejestrach.

DDRx – kierunek (0 = wejście, 1 = wyjście)
PORTx – stan wyjścia / pull-up
PINx – odczyt stanu pinu

// PB0 jako wyjście
DDRB |= (1 << PB0);

// LED ON
PORTB |= (1 << PB0);

// LED OFF
PORTB &= ~(1 << PB0);

3) Maski bitowe – absolutny fundament AVR

Maska bitowa to liczba, w której ustawiony jest tylko jeden (lub kilka) bitów. Dzięki niej możesz manipulować konkretnymi pinami bez ruszania reszty rejestru.

Tworzenie maski

(1 << PB0)   // 00000001
(1 << PB3)   // 00001000

Cztery podstawowe operacje (MUSISZ ZNAĆ)

// SET – ustaw bit
X |= maska;

// CLEAR – skasuj bit
X &= ~maska;

// TOGGLE – przełącz bit
X ^= maska;

// READ – sprawdź bit
if (X & maska) { ... }

Zapamiętaj 90% programowania AVR to operacje na maskach bitowych.

4) #define – dlaczego i jak go używać?

#define to makro preprocesora – działa zanim kod zostanie skompilowany. W embedded używa się go bardzo często do:

numerów pinów,
masek bitowych,
konfiguracji sprzętu.

Przykład – czytelny kod GPIO

#define LED_PORT PORTB
#define LED_DDR  DDRB
#define LED_PIN  PB0

LED_DDR |= (1 << LED_PIN);
LED_PORT |= (1 << LED_PIN);

Dlaczego tak? Zmiana pinu LED wymaga zmiany jednej linijki, a nie całego programu.

#define vs const

#define – do pinów i masek
const – do wartości logicznych (czas, progi)

#define BUTTON_PIN PD2
const uint16_t debounce_ms = 20;

5) Pull-up i logika odwrócona

// wejście
DDRD &= ~(1 << PD2);

// pull-up ON
PORTD |= (1 << PD2);

Przy pull-up:

przycisk puszczony → stan wysoki (1)
przycisk wciśnięty → stan niski (0)

Błąd uczniów Zapominają o ! w warunku:

if (!(PIND & (1 << PD2)))

6) Pełny wzorzec programu GPIO

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

#define LED_PORT PORTB
#define LED_DDR  DDRB
#define LED_PIN  PB0

#define BTN_PORT PORTD
#define BTN_DDR  DDRD
#define BTN_PIN  PD2

int main(void)
{
    LED_DDR |= (1 << LED_PIN);

    BTN_DDR &= ~(1 << BTN_PIN);
    BTN_PORT |= (1 << BTN_PIN);

    while (1)
    {
        if (!(PIND & (1 << BTN_PIN)))
            LED_PORT |= (1 << LED_PIN);
        else
            LED_PORT &= ~(1 << LED_PIN);

        _delay_ms(20);
    }
}

To jest wzorzec Na tym schemacie będziemy budować wszystkie kolejne projekty.

7) Co MUSISZ umieć po tej lekcji

rozumieć rolę avr/io.h
używać DDRx / PORTx / PINx
stosować maski bitowe
czytelnie używać #define
napisać własny kod GPIO bez Arduino

← Lekcja 5 Lekcja 7 →