V PRAZE Fakulta elektrotechnická Katedra teorie obvodů. Úvod do mikrokontrolérů ATMEL AVR Konkrétn. ATmega. Martin Pokorný 31SCS 2004

HTML
DOWNLOAD

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "V PRAZE Fakulta elektrotechnická Katedra teorie obvodů. Úvod do mikrokontrolérů ATMEL AVR Konkrétn. ATmega. Martin Pokorný 31SCS 2004"

Jindřich Staněk
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta elektrotechnická Katedra teorie obvodů Úvod do mikrokontrolérů ATMEL AVR Konkrétn tně klonů řady ATmega Martin Pokorný 31SCS 2004

2 ÚVOD Rodina mikrokontrolérů AVR s RISC architekturou je velmi zdařilým výsledkem architektury mikrokontrolérů přizpůsobených jazyku C. Rodina AVR se ovšem se 120-ti instrukcemi u výkonnějších typů velmi přibližuje CPU s architekturou CISC. Všechny ostatní charakteristiky, jako stejná bitová šířka instrukcí a zpracování instrukcí v jednom hodinovém cyklu jsou naopak typické vlastnosti architektury RISC. Proto je možno říci, že rodina AVR využívá výhod obou architektur: výkonnosti RISC s rozsahem instrukční sady blížící se CISC. Zdá se, že to je klíčem k moderním architekturám MCU. Tak je možno udržet nízkou velikost programu, při větší rychlosti zpracování. Instrukční kód má šířku 16 bitů a je tedy dostatečně velký, aby mohl v jednom instrukčním slově pojmout jak instrukci, tak operand. Jednostupňové zřetězení instrukcí (pipeline) podporuje zpracování instrukčního slova, přečtení, interpretaci a provedení v jediném hodinovém cyklu. 32 univerzálních pracovních registrů, které všechny mohou pracovat jako 8-bitový akumulátor, umožňuje vyhnout se zbytečnému přemísťování obsahu registrů u aritmetických operací.

3 Základní rozdělen lení architektur MCU Harwardská architektura oddělen lené sběrnice paměti programu a dat Von Neumannovská architektura společná sběrnice programové a datové paměti CISC ( Complex Instruction Set Computer ) kompletní instrukční sada RISC ( Reduced Instruction Set Computer ) redukovaná instrukční sada CISP ( Configurable Instruction Set Processor ) instrukční sada a architektura registrů jsou volně definovatelné uživatelem

4 Základní charakteristika ATMEL AVR Architektura typu Harward a RISC 32 identických 8-bitových 8 registrů pro všeobecnv eobecné použit ití,, které jsou všechny použiteln itelné jako akumulátor Ukazatel na zásobnz sobník k (stack( pointer) a tři t i adresní ukazatele X, Y, Z, které jsou vytvářeny z registrů R26/27=X, R28/29=Y, R30/31=Z Pro registry ukazatelů Y a Z je možná indexace polí pomocí 6-ti bitové relativní adresy (displacement( displacement) Všechny registry jsou adresovatelné prostřednictv ednictvím m standardních paměť ěťových přístupp stupů Bitové adresování pro všechny v registry S výjimkou čtyř 32bitových instrukcí mají všechny délku d 16 bitů Lineárn rní adresní prostor pro datovou paměť navzdory funkčnímu rozdělen lení Interní paměť ěť: FLASH pro program SRAM pro registry, oblast I/O a data EEPROM pro ukládání dat

5 Základní charakteristika AVR -pokračování Externí paměť ěť: RAM rozší šířitelná v závislosti z na typu MCU 64 paměť ěťových míst m vstupu/výstupu (prostřednictv ednictvím m instrukce I/O nebo adresní přístup 0x20 aža 0x5F) Ochrana před p poklesem napájec jecího napětí (brown-out) Žádné další dělení hodinového cyklu krystalu K dispozici jsou jádra j RTOS AVR 1200 mám jen 3úrov3 rovňový ový zásobnz sobník k a žádnou přídavnou p RAM Mnoho funkčních bloků a periféri rií podle typu MCU

6 Funkční bloky u jednotek MCU typu AVR

7 Stručný popis jednotlivých funkčních bloků UART Univerzáln lní sériový přijp ijímač/vysílač Plně duplexní sériový kanál, umožň žňující komunikaci ve standardním m 8 a 9bitovém m asynchronním m režimu. Obsahuje detekci falešného start-bitu, detekci chybného ho znaku a přetep etečení datového registru, filtraci šumu. Disponuje 3 vektory přerup erušení: vysílání dokončeno, vysílac lací vyrovnávac vací registr prázdný a příjem p kompletní. ISP In-system programming Tento blok umožň žňuje programování MCU přes p jednoduché sériové rozhraní přímo v aplikaci Brown Out Podpěť ěťová ochrana Watchdog Hlídac dací obvod Je časovač,, který je spuštěn n po resetu,, nebo později z programu a po vypršen ení časového limitu vyvolá automatické přerušení,, pokud ho nějakým n podmětem (signálem, hodnotou zapsanou do řídícího registru, speciáln lní instrukcí) ) nevrátíme do počáte tečního stavu

8 Stručný popis jednotlivých funkčních bloků Čítač/časovač - může e mít m t několik n funkcí: Klasický čítač/časovač 1. Output Compare - Porovnává hodnotu čítače s hodnotou v Output Compare Registru a v případě shody může vyvolat přerušení 2. Input Capture - Jednotka záchytu hrany - zachycuje stav čítače okamžiku kdy se změní stav na pinu ICP do aktivní úrovně 3. PWM Tento blok může sloučit i ke generování signálu PWM (Pulsně Šířková Modulace) SPI Synchronní sériový port (Serial( Periphal Interface) Master/Slave Slave,, různr zné přenosové rychlosti + další standardní možnosti nastavení tohoto rozhranní

9 Stručný popis jednotlivých funkčních bloků Analogový komparátor může e se využít t například pro méněm řesný A/D převodník A/D převodník ve většinv ině MCU ATmega kombinace 10 bitový + 8 bitový převodník k s několika n přepp epínatelnými vstupy, s možnost ností omezení šumu Přerušovací systém m (Interrupts( Interrupts) Adresy vektorů přerušení (pomocí kterých se přerup erušení obsluhuje) jsou uspořádány za sebou od začátku paměť ěťového prostoru. Jejich počet a funkce závisz visí na dostupných periféri riích daného MCU.

10 Ukázka vektorů přerušení a jejich umíst stění pro ATmega8

11 Adresovací módy pro přístup p k programové a datové paměti

12 Adresovací módy pro přístup p k programové a datové paměti

13 Adresovací módy pro přístup p k programové a datové paměti

14 Adresovací módy pro přístup p k programové a datové paměti

15 Adresovací módy pro přístup p k programové a datové paměti

16 Přehled vyráběných typů MCU ATmega Origináln lní tabulka výrobce

17 Podpora vývoje aplikací Díky ISP snadné programování přímo ve vyvíjen jené aplikaci pomocí jednoduchého ho programátoru Od MCU Mega16 je implementováno no univerzáln lní programovací a ladící rozhranní JTAG K dispozici jsou různr zné vývojové desky od různých r výrobců Software AVR studio WinAvr Zdarma ke stažen ení na Integrované vývojové prostřed edí (Simulátor, Assembler zdarma Zdarma ke stažen ení na Programátor tor, simulátor tor,, překladap ekladač C tor, debugger,, programátor)

18 Zajímav mavé odkazy Oficiáln lní stránky výrobce Datasheety,, aplikační zprávy + mnoho další šího Po zaregistrování mnoho projektů,, příkladp kladů a přídavných p knihoven (např.. ovládání znakových a grafických displejů a mnoho další ších) z různých oblastí použit ití projekty, knihovny a podpora vývojáře české stránky nejen o mikrokontrolérech rech a jejich programování

19 Použit itá literatura Vladimír r Váňa, V Mikrokontroléry ry Atmel AVR, Ben 2003 Burkhard Mann, C pro mikrokontroléry ry, Ben 2003 Různé internetové stránky, viz. výše

Podobné dokumenty

Mikrokontroléry. Doplňující text pro POS K. D. 2001

Mikrokontroléry. Doplňující text pro POS K. D. 2001 Mikrokontroléry Doplňující text pro POS K. D. 2001 Úvod Mikrokontroléry, jinak též označované jako jednočipové mikropočítače, obsahují v jediném pouzdře všechny podstatné části mikropočítače: Řadič a aritmetickou