Первая конструкция на микроконтроллере avr

Урок 6. Первая конструкция на микроконтроллере AVR

Читать все новости ➔

В данном уроке соберём простой девайс на микроконтроллере AVR, который будет просто мигать светодиодом, примечательно, что программа для сего устройства пишется в среде BASCOM-AVR. Для наглядности работы данного устройства, я нарисовал блок схему его работы:

Как видно из блок схемы, сначала подаётся логическая 1 на порт микроконтроллера, потом следует задержка на 250 миллисекунд, далее подаётся логический 0 и опять следует задержка на 250 миллисекунд и всё повторяется заново.

Для устройства я решил использовать AVR микроконтроллер Attiny13, в предыдущих уроках я сделал для него простую отладочную плату, на которой можно реализовать данный проект. Порт у микроконтроллера я выбрал PB2. Можно, конечно, использовать и другие порты микроконтроллера. Для этого, в программе впишите имя другого порта. Итак, после недолгого раздумья родилась такая схема:

Небольшое описание к схеме: IC1- микроконтроллер Attiny13, резистор R2 – токоограничивающий для светодиода HL1, светодиод HL1 – любой светодиод, резистор R1 – подтягивающий, он подтягивает ножку RESET микроконтроллера к “плюсу” питания, это делается для того, чтобы предотвратить случайный сброс микроконтроллера. Вот из серии сборки “железа” всё, но не спешите включать девайс, ведь без программы ничего не заработает. А программа для микроконтроллера не такая уж сложная и работает по алгоритму, описанному выше в блок схеме.

Программа: $regfile = “attiny13.dat” 'задаём регистрационный файл для микроконтроллера Attiny13 $crystal = 9600000 'задаём частоту на которой будет работать тактовый генератор микроконтроллера Config Portb.

2 = Output 'конфигурируем PORTB.2 (7 нога) на выход Do 'открываем операторную скобку бесконечного цикла Portb.2 = 1 'устанавливаем на PORTB.

2 логическую единицу Waitms 250 'задержка в 250 миллисекунд Portb.2 = 0 'устанавливаем на PORTB.

2 логический ноль Waitms 250 'задержка в 250 миллисекунд Loop 'закрываем операторную скобку бесконечного цикла

End 'конец программы

Как видно выше, программа очень простая и хорошо прокомментирована, теперь только напишите всё это в BASCOM-AVR и откомпилируйте, в результате вы получите HEX файл – это и есть уже готовая программа для микроконтроллера, осталось только прошить её в микроконтроллер и установить фьюз биты. Фьюз биты, устанавливаем на 9.6МГц без делителя на 8 (смотрите картинку ниже).

Про прошивку микроконтроллера я уже рассказывал уроком ранее.
Теперь прошивайте микроконтроллер и вставляйте его в панельку устройства и подавайте питание. О чудо, светодиод замигал! Если же нет, то ищите ошибки в монтаже или при программировании!

И видео работы на отладочной плате:

Скачать исходники проекта и прошивку

Источник: http://meandr.org/archives/6915

ARCAdaptor

Многие профессионалы-разработчики электроники часто “воротят нос” от семейства микроконтроллеров производства Atmel – фи, мол, эта ваша Атмега — только лампочками поморгать. Однако, это спорное утверждение.

Дешевизна, легкость программирования (как физической “заливки” прошивки, так и создания самих программ) превращают микроконтроллеры семейства AVR в универсальный инструмент, доступный начинающему радиолюбителю, а богатейшая линейка устройств — от самых простых ATTiny до устройств Mega256 с огромным количеством периферии “на борту” позволят реализовать самый смелый и амбициозный проект.

В этот раз мы рассмотрим конкретные примеры реализации одноплатных (и не очень) конструкторов на базе микроконтроллеров семейства ATMega. Все они вполне реализуемы в домашних условиях, а некоторые можно приобрести на сайте авторов. Для начала – небольшое отступление про “одноплатники” вообще.

Название говорит само за себя – все компоненты компьютера, необходимые для его базового функционирования размещены на одной плате. Совсем юные читатели сразу подумают о новинках вроде Raspberry Pi, а те, кто уже имеют понятие о мироустройстве — вспомнят РК-86, ZX-Spectrum и БК-0010, например.

Именно так — те самые “компьютеры в клавиатуре” были одноплатными. Да, допускались различные расширения, но кто о них помнит сейчас, тем более приобрести их в магазине было довольно проблематично. Да и нужды не было по большому счету.

И вот 21 век сдвинул “окно ностальгии” в нужную позицию и радиолюбители по всему миру не сговариваясь выпустили несколько проектов, которые по характеристиками ну очень напоминают те самые “эр-кашки” и “спектрумы” конца восьмидесятых годов прошлого века. А некоторые — в точности повторяют, но обо всём по порядку.

AVR Chip Basic

Первый персонаж нашего обзора – компьютер AVR Chip Basic, точнее это целое семейство компьютеров, различающееся по степени “навороченности” и наличию той или иной периферии.

Из под пера автора ( Jörg Wolfram ) вышла целая плеяда устройств:

AVR-ChipBasic8 на базе ATMega8 или ATMega88 (та же микросхема используется в ARCAdaptor)
AVR-ChipBasic на базе ATMega16
AVR-ChipBasic32 на базе ATMega32
AVR-ChipBasic2 на базе ATMega644

Все они имеют (как минимум) ТВ-выход и общаются с пользователем с помощью языка BASIC. В качестве устройства ввода используется стандартная PS/2 клавиатура.

Как уже говорилось, каждое из устройств обладает разными характеристиками, так например, AVR-ChipBasic8 имеет чёрно-белый видеовыход, может хранить программы на языке BASIC на подключаемой микросхеме EEPROM, ибо память самой микросхемы оставляет лишь 512 байт для хранения исходного текста.

Тем не менее – имеется и звуковой выход, и даже “свободные ножки”, на которые можно повесить дополнительное оборудование.

Диалект бейсика очень сильно урезан, но позволяет вдоволь наиграться с этим языком программирования.

Из “фишек” интересное – прошивку можно собрать самостоятельно как под PAL развертку, так и под NTSC.

Остальные аппараты уже в состоянии выводить цветной видеосигнал через разъем SCART, и даже подключаться к совместимой TFT-матрице. Также к услугам пользователя возможность работы с периферией, последовательный интерфейс RS-232 с возможностью общения с “большим братом” и даже “картриджи памяти”! – съемные блоки памяти с записанными на них программами.

Более того, версии на ATMega16,32 и 644 используют одну и ту же плату, то есть достаточно поставить микросхему в панельку и загрузить нужную прошивку.

Остальные подробности можно почерпнуть на странице автора. К сожалению страничка на немецком языке, но онлайновые переводчики значительно облегчат жизнь.
Кстати, среди его проектов есть и эмулятор компьютера ZX-81 на микроконтроллерах AVR.

FIGnition

Движемся дальше – следующий экспонат – одноплатный компьютер Fignition.

Автор Julian Skidmore создал “одноплатник”, работающий под управлением ФОРТ-машины. Устройство способно управляться с экраном размером 25×24 символов, 16 пользовательскими символами, ну или графикой размером 160×160 точек.

Стоит отметить, что устройство может работать как с PAL-телевизорами, так и с NTSC – зависит от загруженной прошивки микроконтроллера ATMega168.

Особый интерес вызывает способ ввода данных. Обычно с AVR-устройствами часто интегрируют поддержку PS/2 клавиатуры, коих в избытке (пока что). Автор подготовился к вселенской катастрофе и организовал ввод с помощью восьми кнопок… Перебор значений на них организован по образу и подобию набора SMS в кнопочных мобильных телефонах.

Безусловно, такое устройство будет интересно в первую очередь поклонникам языка FORTH.
Сам автор предлагает приобрести комплект для сборки, хотя схема открыта, и в принципе желающие могут собрать подобное устройство самостоятельно.

Сайт проекта

Если до этого шла речь о самобытных устройствах, то следующая часть статьи будет почти полностью посвящена эмуляторам и репликам существующих (за некоторым очень интересным исключением).

PMD-85

Первый в списке – компьютер PMD-85. Это довольно интересное устройство, которое выпускалось с 1985 по 1989 в социалистической Чехословакии. По характеристикам он очень похож на семейство “РК-86”, выпускавшийся в СССР в середине и конце восьмидесятых годов прошлого века – процессор i8080 и небольшой объем памяти.

Подробнее можно почитать в Википедии , ну а пока что рассмотрим аппаратную реализацию на ATMega.

Даже по этой иллюстрации видно – на плате всего лишь 2 микросхемы – непосредственно контроллер ATMega128 и микросхема памяти.

Ввод осуществляется с клавиатуры PS/2, вывод – через черно-белый ТВ. Для того, чтобы запустить ту или иную игру – необходимо скомпилировать соответствующую прошивку, которая содержит тот или иной набор программ. Вот несколько скриншотов от “родных” игр.

А вот видео работы, правда записано с настоящего PMD:

Подробности можно почерпнуть по этой ссылке , сайт же поклонников PMD-85 из бывшего соцлагеря тут.

Проект был бы весьма интересен отечественным фанатам РК-86, тем более что уже есть реализация на микроконтроллере PIC в проекте Maximite.

AVR-CP/M

Дальше – больше. Если возможна эмуляция i8080, то почему бы не попытаться запустить на АТМеге операционную систему CP/M ?

Это стоит сделать хотя бы ради великого и ужасного ZORK! И ведь запускают.

В качестве устройства отображения используется serial port.

Для него в плату установлен конвертер Serial->USB, но вполне можно обойтись и без него, точнее – обойтись внешним конвертером.

Сама схема представляет собой контроллер ATMega328 и несколько чипов памяти (из старых видеокарт или материнских плат).

Диск эмулируется через набор образов, размещенных на SD-карте. Схемы, прошивки и прочее можно найти здесь. Сайт на немецком языке, но онлайновые переводчики сделают свое дело.

UzeBox

Постепенно переходим к жемчужинам этого собрания. Первая в списке – самодельная, полностью открытая приставка UzeBOX.

Мало того, что приставка полностью “повторяема” в домашних условиях — её программное обеспечение имеет вполне достойный уровень, и более того — игры для неё разрабатываются энтузиастами прямо-таки в промышленных количествах.

Что “под капотом”:

Низкая стоимость. Всего 2 чипа (микроконтроллер и кодер NTSC), более того – второй не обязателен, если есть телевизор с полноценным разъемом SCART.
Ядро управляется прерываниями. Нет “тормозов”, никто не отсчитывает такты процессора, генерация аудио и видео происходит в фоне.
256 цветов 4 звуковых канала – 3 wavetable +1 шумовой
MIDI-интерфейс
Стандартные джойстики от SNES (на 15 долларов на Aliexpress можно приобрести несколько штук).
Есть возможность использовать NES (Dendy), но потребуется перекомпиляция игр, хотя это вообще не проблема
Поддержка манипулятора “мышь” от SNES
Поддержка SD-карточек UART и SPI интерфейсы доступны, также есть некоторое количество свободных “ножек” ATMega
Есть эмулятор для разработки игр Загрузчик игр/программ с SD Развитое API для разработки Полностью открытая схемотехника и код

Приставка оказалась настолько удачной, что комплектами для сборки подторговывал магазин Adafruit Industries — признанный лидер в DIY движении.

Сама приставка базируется на микросхеме ATMega644 в DIP-исполнении (об этом чуть подробнее ниже). Этого контроллера вполне хватает для вышеописанных задач, а на выходе можно наблюдать игры примерно такого качества:

Без сомнения – классика не стареет.

Неплохо для микроконтроллера, правда ?

Автор разработки – канадец Alec (Uze) Bourque. Проекту не один год, но сообщество, сложившееся вокруг консоли всё еще полно идей и энтузиазма для дальнейшего движения вперед.

По этой ссылке можно ознакомиться с минимальной версией UzeBox – полностью модульной системой, которая состоит из базовой платы с микроконтроллером и SCART-выходом, а также дополнений – платы энкодера NTSC, платы адаптера SD-карты и платы MIDI-переходника.

Последний, кстати, никогда не был воплощен “в металле” за отсутствием MIDI-оборудования 🙂 Выглядит “домашняя версия” в сборе примерно так:

Так что с уверенностью заявляем – “дизайн” проверен и работает.

Конечно же, нужно упомянуть о недостатках.

Для обеспечения нужной скорости ATMega работает в режиме “overclock” – аж на 28.6 Mhz
Для сборки подходят только DIP-версии микросхемы
При использовании SMD-версий перестает работать UART, перебои с SD-картой и вообще большой риск “не завестись”. Причина тому – указанный выше “разгон”
Чип AD725 (энкодер NTSC) в наших краях редкость и довольно дорого обходится (хотя он по большому счету и не нужен в начальной конфигурации)
SNES-джойстики не так распространены и уж тем более “ответные” разъемы для них
Нормально работают далеко не все SD-карты (точнее, большинство не работает, хотя подобрать в конце концов можно)

Достоинства консоли, кстати, с лихвой перевешивают описанные недостатки, так что её действительно можно рекомендовать к сборке даже новичкам.

Официальный сайт консоли со всей информацией, исчерпывающей документацией и весьма позитивным форумом здесь.

AVR ZX Spectrum 2.0

Ну и в финале — действительно потрясающий проект нашего соотечественника – Василия Лисицына – полностью функциональный “клон” компьютера ZX-Spectrum!

Спецификации впечатляют:

Разрешение экрана: 256 х 192 точки
Матрица знакомест экрана: 32 х 24
Количество цветов на знакоместо: 2
Число цветов экранной области: 8
Число цветов бордюра: 8
Число градаций яркости для каждого цвета: 2
Эквивалентная частота ЦП: 2,333 МГц
Порты ввода/вывода: 0xFE, 0x7FFD, 0x7FFD, 0xBFFD
Клавиатурный интерфейс: PS/2
Число задействованных клавиш: 82
Число каналов звукового сопровождения: 4
Перечень каналов звукового сопровождения: левый AY8910, правый AY8910, средний AY8910, бипер
Видеовыходы: ЧБ выход, RGB выход, отдельный выход синхронизации
Поддержка загрузки/выгрузки «на ленту»: имеется
Дополнительные устройства ввода/вывода: micro-SD карта
Поддерживаемые модели ZX Spectrum: Pentagon 128 K, ZX Spectrum 128 K, ZX Spectrum 48 K, ZX Spectrum +2, ZX Spectrum +3, ZX Spectrum 48 K ` 2006, OPEN SE BASIC 128 K, OPEN SE BASIC 48 K
Дополнительная операционная система: SD DOS
Файловая система: FAT32
Разъём шины ввода/вывода: имеется
Конструкция: двухсторонняя печатная плата 140 х 22 мм, установка внутри клавиатуры или в отдельный корпус
Питание устройства: соединитель mini-USB «F», напряжение +5 В

На фото – плата AVR ZX-Spectrum 2.0 с установленным эмулятором AY8910(12), кстати тоже на ATMega.

Плата в базовой конфигурации имеет на борту 3 микроконтроллера и микросхему динамической памяти аж на 512 кб:

Центральный процессор (ATMega128)
Видеопроцессор (опять ATMega128)
Контроллер клавиатуры (ATTiny2313)

Это позволяет “в теории” реализовать компьютер с таким объемом памяти. Помимо этого на плате есть некоторое количество микросхем мелкой логики.

Уже сейчас помимо “спектрума” плата может функционировать, как Robotron 1715. То есть на этой базе можно реализовывать и другие компьютеры!

Что может быть лучше ретро-платы все в одном! Впрочем, о тайнах и возможностях может поведать сам автор:

К сожалению, на данный момент у автора нет веб-сайта, но есть надежда, что он появится. А пока что со схемой и описанием можно ознакомиться, например, вот здесь.

Заключение

Микроконтроллеры – отличная возможность прикоснуться с миру разработки микроэлектроники. Для “олдскульщиков” – возможность “нырнуть” в то время, когда они были молодыми, а компьютеры простыми. Для поколения Arduino – шаг вперед в образовании. И пусть фанаты навороченных FPGA и ARMов утверждают о том, что время ATMega прошло – мы-то знаем на что она способна.

Удачных самоделок!

Источник: http://adapto.rs/arc/site/artcls/avrcomputers/

Устройство микроконтроллеров avr

Микроконтроллер AVR содержит: быстрый RISK-процессор, два типа энергонезависимой памяти (Flash-память программ и память данных EEPROM), оперативную память RAM, порты ввода/вывода и различные периферийные интерфейсные схемы.

Процессор Сердцем микроконтроллеров AVR является 8-битное микропроцессорное ядро или центральное процессорное устройство (ЦПУ), построенное на принципах RISK-архитектуры. Основой этого блока служит арифметико-логическое устройство (АЛУ).

По системному тактовому сигналу из памяти программ в соответствии с содержимым счетчика команд (Program Counter – PC) выбирается очередная команда и выполняется АЛУ. Во время выбора команды из памяти программ происходит выполнение предыдущей выбранной команды, что и позволяет достичь быстродействия 1 MIPS на 1 МГц.

АЛУ подключено к регистрам общего назначения РОН (General Purpose Registers – GPR). Регистров общего назначения всего 32, они имеют байтовый формат, то есть каждый из них состоит из восьми бит. РОН находятся в начале адресного пространства оперативной памяти, но физически не являются ее частью.

Поэтому к ним можно обращаться двумя способами (как к регистрам и как к памяти). Такое решение является особенностью AVR и повышает эффективность работы и производительность микроконтроллера.

Отличие между регистрами и оперативной памятью состоит в том, что с регистрами можно производить любые операции (арифметические, логические, битовые), а в оперативную память можно лишь записывать данные из регистров.

Память
В микроконтроллерах AVR реализована Гарвардская архитектура, в соответствии с которой разделены не только адресные пространства памяти программ и памяти данных, но и шины доступа к ним. Каждая из областей памяти данных (оперативная память и EEPROM) также расположена в своем адресном пространстве.

Память программ (Flash ROM или Flash ПЗУ)

Память программ предназначена для хранения последовательности команд, управляющих функционированием микроконтроллера, и имеет 16-ти битную организацию. Все AVR имеют Flash-память программ, которая может быть различного размера – от 1 до 256 КБайт. Ее главное достоинство в том, что она построена на принципе электрической перепрограммируемости, т. е.

допускает многократное стирание и запись информации. Программа заносится во Flash-память AVR как с помощью обычного программатора, так и с помощью SPI-интерфейса, в том числе непосредственно на собранной плате.

Возможностью внутрисхемного программирования (функция ISP) через коммуникационный интерфейс SPI обладают все микроконтроллеры AVR, кроме Tiny11 и Tiny28. Все микроконтроллеры семейства Mega имеют возможность самопрограммирования, т. е. самостоятельного изменения содержимого своей памяти программ.

Эта особенность позволяет создавать на их основе очень гибкие системы, алгоритм работы которых будет меняться самим микроконтроллером в зависимости от каких-либо внутренних условий или внешних событий.

Гарантированное число циклов перезаписи Flash-памяти у микроконтроллеров AVR второго поколения составляет не менее 10 тыс. циклов при типовом значении 100 тыс. циклов. (В официальной технической документации Atmel Corp. указывается значение 10 тыс. циклов.)

Память данных

Память данных разделена на три части: регистровая память, оперативная память (ОЗУ – оперативное запоминающее устройство или RAM) и энергонезависимая память (ЭСППЗУ или EEPROM).

Регистровая память (РОН и РВВ)

Регистровая память включает 32 регистра общего назначения (РОН или GPR), объединенных в файл, и служебные регистры ввода/вывода (РВВ). И те и другие расположены в адресном пространстве ОЗУ, но не являются его частью.

В области регистров ввода/вывода расположены различные служебные регистры (регистры управления микроконтроллером, регистры состояния и т. п.), а также регистры управления периферийными устройствами, входящими в состав микроконтроллера.

По сути, управление микроконтроллером заключается в управлении этими регистрами.

Энергонезависимая память данных (EEPROM)

Для долговременного хранения различной информации, которая может изменяться в процессе функционирования микроконтроллерной системы, используется EEPROM-память. Все AVR имеют блок энергонезависимой электрически перезаписываемой памяти данных EEPROM от 64 Байт до 4 КБайт.

Этот тип памяти, доступный программе микроконтроллера непосредственно в ходе ее выполнения, удобен для хранения промежуточных данных, различных констант, коэффициентов, серийных номеров, ключей и т.п. EEPROM может быть загружена извне как через SPI интерфейс, так и с помощью обычного программатора.

Число циклов стирание/запись – не менее 100 тыс.

Оперативная память (ОЗУ или RAM)

Внутренняя оперативная статическая память Static RAM (SRAM) имеет байтовый формат и используется для оперативного хранения данных. Размер оперативной памяти может варьироваться у различных чипов от 64 Байт до 4 КБайт. Число циклов чтения и записи в RAM не ограничено, но при отключении питающего напряжения вся информация теряется.

Для некоторых микроконтроллеров возможна организация подключения внешнего статического ОЗУ объемом до 64К.

Периферия
Периферия микроконтроллеров AVR включает: порты (от 3 до 48 линий ввода и вывода), поддержку внешних прерываний, таймеры-счетчики, сторожевой таймер, аналоговые компараторы, 10-разрядный 8-канальный АЦП, интерфейсы UART, JTAG и SPI, устройство сброса по понижению питания, широтно-импульсные модуляторы.

Порты ввода/вывода (I/O)

Порты ввода/вывода AVR имеют число независимых линий “вход/выход” от 3 до 53. Каждая линия порта может быть запрограммирована на вход или на выход.

Мощные выходные драйверы обеспечивают токовую нагрузочную способность 20 мА на линию порта (втекающий ток) при максимальном значении 40 мА, что позволяет, например, непосредственно подключать к микроконтроллеру светодиоды и биполярные транзисторы.

Общая токовая нагрузка на все линии одного порта не должна превышать 80 мА (все значения приведены для напряжения питания 5 В).

Архитектурная особенность построения портов ввода/вывода у AVR заключается в том, что для каждого физического вывода (пина) существует 3 бита контроля/управления, а не 2, как у распространенных 8-разрядных микроконтроллеров (Intel, Microchip, Motorola и т.д.). Это позволяет избежать необходимости иметь копию содержимого порта в памяти для безопасности и повышает скорость работы микроконтроллера при работе с внешними устройствами, особенно в условиях внешних электрических помех.

Прерывания (INTERRUPTS)

Система прерываний – одна из важнейших частей микроконтроллера. Все микроконтроллеры AVR имеют многоуровневую систему прерываний. Прерывание прекращает нормальный ход программы для выполнения приоритетной задачи, определяемой внутренним или внешним событием.

Для каждого такого события разрабатывается отдельная программа, которую называют подпрограммой обработки запроса на прерывание (для краткости – подпрограммой прерывания), и размещается в памяти программ.

При возникновении события, вызывающего прерывание, микроконтроллер сохраняет содержимое счетчика команд, прерывает выполнение центральным процессором текущей программы и переходит к выполнению подпрограммы обработки прерывания.

После выполнения подпрограммы прерывания осуществляется восстановление предварительно сохраненного счетчика команд и процессор возвращается к выполнению прерванной программы.

Для каждого события может быть установлен приоритет. Понятие приоритет означает, что выполняемая подпрограмма прерывания может быть прервана другим событием только при условии, что оно имеет более высокий приоритет, чем текущее. В противном случае центральный процессор перейдет к обработке нового события только после окончания обработки предыдущего.

Таймеры/счетчики (TIMER/COUNTERS)

Микроконтроллеры AVR имеют в своем составе от 1 до 4 таймеров/счетчиков с разрядностью 8 или 16 бит, которые могут работать и как таймеры от внутреннего источника тактовой частоты, и как счетчики внешних событий.

Их можно использовать для точного формирования временных интервалов, подсчета импульсов на выводах микроконтроллера, формирования последовательности импульсов, тактирования приемопередатчика последовательного канала связи.

В режиме ШИМ (PWM) таймер/счетчик может представлять собой широтно-импульсный модулятор и используется для генерирования сигнала с программируемыми частотой и скважностью.

Таймеры/счетчики способны вырабатывать запросы прерываний, переключая процессор на их обслуживание по событиям и освобождая его от необходимости периодического опроса состояния таймеров. Поскольку основное применение микроконтроллеры находят в системах реального времени, таймеры/счетчики являются одним из наиболее важных элементов.

Сторожевой таймер (WDT)

Сторожевой таймер (WatchDog Timer) предназначен для предотвращения катастрофических последствий от случайных сбоев программы. Он имеет свой собственный RC-генератор, работающий на частоте 1 МГц.

Как и для основного внутреннего RC-генератора, значение 1 МГц является приближенным и зависит прежде всего от величины напряжения питания микроконтроллера и от температуры.

Идея использования стоpожевого таймеpа предельно проста и состоит в pегуляpном его сбpасывании под упpавлением пpогpаммы или внешнего воздействия до того, как закончится его выдеpжка вpемени и не пpоизойдет сбpос пpоцессоpа. Если пpогpамма pаботает ноpмально, то команда сбpоса стоpожевого таймеpа должна pегуляpно выполняться, пpедохpаняя поцессоp от сбpоса.

Если же микpопpоцессоp случайно вышел за пpеделы пpогpаммы (напpимеp, от сильной помехи по цепи питания) либо зациклился на каком-либо участке пpогpаммы, команда сбpоса стоpожевого таймеpа скоpее всего не будет выполнена в течение достаточного вpемени и пpоизойдет полный сбpос пpоцессоpа, инициализиpующий все pегистpы и пpиводящий систему в pабочее состояние.

Аналоговый компаратор (AC)

Аналоговый компаратор (Analog Comparator) сравнивает напряжения на двух выводах (пинах) микроконтроллера. Результатом сравнения будет логическое значение, которое может быть прочитано из программы.

Выход аналогового компаратора можно включить на прерывание от аналогового компаратора. Пользователь может установить срабатывание прерывания по нарастающему или спадающему фронту или по переключению.

Присутствует у всех современных AVR, кроме Mega8515

Аналого-цифровой преобразователь (A/D CONVERTER)

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) служит для получения числового значения напряжения, поданного на его вход. Этот результат сохраняется в регистре данных АЦП. Какой из выводов (пинов) микроконтроллера будет являться входом АЦП, определяется числом, занесенным в соответствующий регистр.

Универсальный последовательный приемопередатчик (UART или USART)

Универсальный асинхронный или универсальный синхронно/асинхронный приемопередатчик (Universal Synchronous/Asynchronous Receiver and Transmitter – UART или USART) – удобный и простой последовательный интерфейс для организации информационного канала обмена микроконтроллера с внешним миром.

Способен работать в дуплексном режиме (одновременная передача и прием данных). Он поддерживает протокол стандарта RS-232, что обеспечивает возможность организации связи с персональным компьютером. (Для стыковки МК и компьютера обязательно понадобится схема сопряжения уровней сигналов.

Для этого существуют специальные микросхемы, например MAX232.)

Последовательный периферийный интерфейс SPI

Последовательный периферийный трехпроводный интерфейс SPI (Serial Peripheral Interface) предназначен для организации обмена данными между двумя устройствами.

С его помощью может осуществляться обмен данными между микроконтроллером и различными устройствами, такими, как цифровые потенциометры, ЦАП/АЦП, FLASH-ПЗУ и др.

С помощью этого интерфейса удобно производить обмен данными между несколькими микроконтроллерами AVR.
Кроме того, через интерфейс SPI может осуществляться программирование микроконтроллера.

Двухпроводной последовательный интерфейс TWI

Двухпроводной последовательный интерфейс TWI (Two-wire Serial Interface) является полным аналогом базовой версии интерфейса I2C (двухпроводная двунаправленная шина) фирмы Philips. Этот интерфейс позволяет объединить вместе до 128 различных устройств с помощью двунаправленной шины, состоящей из линии тактового сигнала (SCL) и линии данных (SDA).

Интерфейс JTAG

Интерфейс JTAG был разработан группой ведущих специалистов по проблемам тестирования электронных компонентов (Joint Test Action Group) и был зарегистрирован в качестве промышленного стандарта IEEE Std 1149.1-1990.

Четырехпроводной интерфейс JTAG используется для тестирования печатных плат, внутрисхемной отладки, программирования микроконтроллеров.
Многие микроконтроллеры семейства Mega имеют совместимый с IEEE Std 1149.1 интерфейс JTAG или debugWIRE для встроенной отладки.

Кроме того, все микроконтроллеры Mega с флэш-памятью емкостью 16 кбайт и более могут программироваться через интерфейс JTAG.

Тактовый генератор

Тактовый генератор вырабатывает импульсы для синхронизации работы всех узлов микроконтроллера. Внутренний тактовый генератор AVR может запускаться от нескольких источников опорной частоты (внешний генератор, внешний кварцевый резонатор, внутренняя или внешняя RC-цепочка).

Минимальная допустимая частота ничем не ограничена (вплоть до пошагового режима).

Максимальная рабочая частота определяется конкретным типом микроконтроллера и указывается Atmel в его характеристиках, хотя практически любой AVR-микроконтроллер с заявленной рабочей частотой, например, в 10 МГц при комнатной температуре легко может быть “разогнан” до 12 МГц и выше.

Система реального времени (RTC)

RTC реализована во всех микроконтроллерах Mega и в двух кристаллах “classic” – AT90(L)S8535.

Таймер/счетчик RTC имеет отдельный предделитель, который может быть программным способом подключен или к источнику основной тактовой частоты, или к дополнительному асинхронному источнику опорной частоты (кварцевый резонатор или внешний синхросигнал).

Для этой цели зарезервированы два вывода микросхемы. Внутренний осциллятор оптимизирован для работы с внешним “часовым” кварцевым резонатором 32,768 кГц.

Питание

AVR функционируют при напряжениях питания от 1,8 до 6,0 Вольт. Ток потребления в активном режиме зависит от величины напряжения питания и частоты, на которой работает микроконтроллер, и составляет менее 1 мА для 500 кГц,5 … 6 мА для 5 МГц и 8 … 9 мА для частоты 12 МГц.

AVR могут быть переведены программным путем в один из трех режимов пониженного энергопотребления. Режим холостого хода (IDLE). Прекращает работу только процессор и фиксируется содержимое памяти данных, а внутренний генератор синхросигналов, таймеры, система прерываний и сторожевой таймер продолжают функционировать.

Ток потребления не превышает 2,5 мА на частоте 12 МГц. Стоповый режим (POWER DOWN). Сохраняется содержимое регистрового файла, но останавливается внутренний генератор синхросигналов, и, следовательно, останавливаются все функции, пока не поступит сигнал внешнего прерывания или аппаратного сброса.

При включенном сторожевом таймере ток потребления в этом режиме составляет около 80 мкА, а при выключенном – менее 1 мкА. (Все приведенные значения справедливы для напряжения питания 5 В).

Экономичный режим (POWER SAVE). Продолжает работать только генератор таймера, что обеспечивает сохранность временной базы. Все остальные функции отключены.

Сброс при снижении напряжения питания (BOD)

Схема BOD (Brown-Out Detection) отслеживает напряжение источника питания. Если схема включена, то при снижении питания ниже некоторого значения она переводит микроконтроллер в состояние сброса.

Когда напряжение питания вновь увеличится до порогового значения, запускается таймер задержки сброса. После формирования задержки внутренний сигнал сброса снимается и происходит запуск микроконтроллера.

Раздел: [Устройства на микроконтроллерах]

Источник: http://www.cavr.ru/article/3390-ustrojstvo-mikrokontrollerov-avr

Поделки своими руками на микроконтроллерах AVR

Поделки с микроконтроллерами – вопрос, как никогда актуальный и интересный. Ведь мы живем в 21 веке, эпохе новых технологий, роботов и машин. На сегодняшний день каждый второй, начиная с малого возраста, умеет пользоваться интернетом и различного рода гаджетами, без которых порою и вовсе сложно обойтись в повседневной жизни.

Поэтому в этой статье мы будем затрагивать, в частности, вопросы пользования микроконтроллерами, а также непосредственного применения их с целью облегчения миссий, каждодневно возникающих перед всеми нами. Давайте разберемся, в чем ценность этого прибора, и как просто использовать его на практике.

Микроконтроллер − это чип, целью которого является управление электрическими приборами. Классический контроллер совмещает в одном кристалле, как работу процессора, так и удаленных приборов, и включает в себя оперативное запоминающее устройство. В целом, это монокристальный персональный компьютер, который может осуществлять сравнительно обыкновенные задания.

Разница между микропроцессором и микроконтроллером заключается в наличии встроенных в микросхему процессора приборов «пуск-завершение», таймеров и иных удаленных конструкций.

Применение в нынешнем контроллере довольно сильного вычисляющего аппарата с обширными способностями, выстроенного на моносхеме, взамен единого комплекта, существенно уменьшает масштабы, потребление и цену созданных на его основе приборов.

Из этого следует, что применить такое устройство можно в технике для вычисления, такой, как калькулятор, материнка, контроллеры компакт-дисков. Используют их также в электробытовых аппаратах – это и микроволновки, и стиральные машины, и множество других. Также микроконроллеры широко применяются в индустриальной механике, начиная от микрореле и заканчивая методиками регулирования станков.

Микроконроллеры AVR

Ознакомимся с более распространенным и основательно устоявшимся в современном мире техники контроллером, таким как AVR. В его состав входят высокоскоростной RISC-микропроцессор, 2 вида затратной по энергии памяти (Flash-кэш проектов и кэш сведений EEPROM), эксплуатационная кэш по типу RAM, порты ввода/вывода и разнообразные удаленные сопряженные структуры.

Важно:

рабочая температура составляет от -55 до +125 градусов Цельсия;
температура хранения составляет от -60 до +150 градусов;
наибольшая напряженность на выводе RESET, в соответствии GND: максимально 13 В;
максимальное напряжение питания: 6.0 В;
наибольший электроток линии ввода/вывода: 40 мА;
максимальный ток по линии питания VCC и GND: 200 мА.

Абсолютно все без исключения микроконтроллеры рода Mega обладают свойством самостоятельного кодирования, способностью менять составляющие своей памяти драйвера без посторонней помощи.

Данная отличительная черта дает возможность формировать с их помощью весьма пластичные концепции, и их метод деятельности меняется лично микроконтроллером в связи с той либо иной картиной, обусловленной мероприятиями извне или изнутри.

Обещанное количество оборотов переписи кэша у микроконтроллеров AVR второго поколения равен 11 тысячам оборотов, когда стандартное количество оборотов равно 100 тысячам.

Конфигурация черт строения вводных и выводных портов у AVR заключается в следующем: целью физиологического выхода имеется три бита регулирования, а никак не два, как у известных разрядных контроллеров (Intel, Microchip, Motorola и т. д.).

Это свойство позволяет исключить потребность обладать дубликатом компонентов порта в памяти с целью защиты, а также ускоряет энергоэффективность микроконтроллера в комплексе с наружными приборами, а именно, при сопутствующих электрических неполадках снаружи.

Всем микроконтроллерам AVR свойственна многоярусная техника пресечения. Она как бы обрывает стандартное течение русификатора для достижения цели, находящейся в приоритете и обусловленной определенными событиями. Существует подпрограмма преобразования запрашивания на приостановление для определенного случая, и расположена она в памяти проекта.

Когда возникает проблема, запускающая остановку, микроконтроллер производит сохранение составных счетчика регулировок, останавливает осуществление генеральным процессором данной программы и приступает к совершению подпрограммы обрабатывания остановки. По окончании совершения, под шефствующей программы приостановления, происходит возобновление заранее сохраненного счетчика команд, и процессор продолжает совершать незаконченный проект.

Поделки на базе микроконтроллера AVR

Поделки своими руками на микроконтроллерах AVR становятся популярнее за счет своей простоты и низких энергетических затрат. Что они собой представляют и как, пользуясь своими руками и умом, сделать такие, смотрим ниже.

“Направлятор”

Такое приспособление проектировалось, как небольшой ассистент в качестве помощника тем, кто предпочитает гулять по лесу, а также натуралистам.

Несмотря на то, что у большинства телефонных аппаратов есть навигатор, для их работы необходимо интернет-подключение, а в местах, оторванных от города, это проблема, и проблема с подзарядкой в лесу также не решена.

В таком случае иметь при себе такое устройство будет вполне целесообразно. Сущность аппарата состоит в том, что он определяет, в какую сторону следует идти, и дистанцию до нужного местоположения.

Важно: прежде чем уходить, нужно сохранить место отправки, куда после надо возвратиться, и стрелка будет показывать на эту точку, но это будет выполнено лишь при условии работы спутников.

Построение схемы осуществляется на основе микроконтроллера AVR с тактированием от наружного кварцевого резонатора на 11,0598 МГц. За работу с GPS отвечает NEO-6M от U-blox.

Это, хоть и устаревший, но широко известный и бюджетный модуль с довольно четкой способностью к установлению местонахождения. Сведения фокусируются на экране от Nokia 5670.

Также в модели присутствуют измеритель магнитных волн HMC5883L и акселерометр ADXL335.

Измеритель магнитных волн HMC5883L

Беспроводная система оповещения с датчиком движения

Полезное устройство, включающее в себя прибор перемещения и способность отдавать, согласно радиоканалу, знак о его срабатывании. Конструкция является подвижной и заряжается с помощью аккумулятора или батареек. Для его изготовления необходимо иметь несколько радиомодулей HC-12, а также датчик движения hc-SR501.

Прибор перемещения HC-SR501 функционирует при напряжении питания от 4,5 до 20 вольт. И для оптимальной работы от LI-Ion аккумулятора следует обогнуть предохранительный светодиод на входе питания и сомкнуть доступ и вывод линейного стабилизатора 7133 (2-я и 3-я ножки). По окончанию проведения этих процедур прибор приступает к постоянной работе при напряжении от 3 до 6 вольт.

Датчик движения HC-SR501

Внимание: при работе в комплексе с радиомодулем HC-12 датчик временами ложно срабатывал. Во избежание этого необходимо снизить мощность передатчика в 2 раза (команда AT+P4). Датчик работает на масле, и одного заряженного аккумулятора, емкостью 700мА/ч, хватит свыше, чем на год.

Минитерминал

Приспособление проявило себя замечательным ассистентом. Плата с микроконтроллером AVR нужна, как фундамент для изготовления аппарата. Из-за того, что экран объединён с контроллером непосредственно, то питание должно быть не более 3,3 вольт, так как при более высоких числах могут возникнуть неполадки в устройстве.

Преобразователь LM2577

Вам следует взять модуль преобразователя на LM2577, а основой может стать Li-Ion батарея емкостью 2500мА/ч. Выйдет дельная комплектация, отдающая постоянно 3,3 вольта во всём трудовом интервале напряжений.

С целью зарядки применяйте модуль на микросхеме TP4056, который считается бюджетным и достаточно качественным.

Для того чтобы иметь возможность подсоединить минитерминал к 5-ти вольтовым механизмам без опаски сжечь экран, необходимо использовать порты UART.

Основные аспекты программирования микроконтроллера AVR

Кодирование микроконтоллеров зачастую производят в стиле ассемблера или СИ, однако, можно пользоваться и другими языками Форта или Бейсика.

Таким образом, чтобы по факту начать исследование по программированию контроллера, следует быть оснащенным следующим материальным набором, включающим в себя: микроконтроллер, в количестве три штуки — к высоковостребованным и эффективным относят — ATmega8A-PU, ATtiny2313A-PU и ATtiny13A- PU.

Чтобы провести программу в микроконтроллер, нужен программатор: лучшим считают программатор USBASP, который дает напряжение в 5 Вольт, используемое в будущем. С целью зрительной оценки и заключений итогов деятельности проекта нужны ресурсы отражения данных − это светодиоды, светодиодный индуктор и экран.

Программатор USBASP 2.0

Чтобы исследовать процедуры коммуникации микроконтроллера с иными приборами, нужно числовое приспособление температуры DS18B20 и, показывающие правильное время, часы DS1307. Также важно иметь транзисторы, резисторы, кварцевые резонаторы, конденсаторы, кнопки.

С целью установки систем потребуется образцовая плата для монтажа.

Чтобы соорудить конструкцию на микроконтроллере, следует воспользоваться макетной платой для сборки без пайки и комплектом перемычек к ней: образцовая плата МВ102 и соединительные перемычки к макетной плате нескольких видов — эластичные и жесткие, а также П-образной формы. Кодируют микроконтроллеры, применяя программатор USBASP.

Простейшее устройство на базе микроконтроллера AVR. Пример

Итак, ознакомившись с тем, что собой представляют микроконтроллеры AVR, и с системой их программирования, рассмотрим простейшее устройство, базисом для которого служит данный контроллер. Приведем такой пример, как драйвер низковольтных электродвигателей. Это приспособление дает возможность в одно и то же время распоряжаться двумя слабыми электрическими двигателями непрерывного тока.

Предельно возможный электроток, коим возможно загрузить программу, равен 2 А на канал, а наибольшая мощность моторов составляет 20 Вт. На плате заметна пара двухклеммных колодок с целью подсоединения электромоторов и трехклеммная колодка для подачи усиленного напряжения.

Устройство выглядит, как печатная плата размером 43 х 43 мм, а на ней сооружена минисхемка радиатора, высота которого 24 миллиметра, а масса – 25 грамм. С целью манипулирования нагрузкой, плата драйвера содержит около шести входов.

Заключение

В заключение можно сказать, что микроконтроллер AVR является полезным и ценным средством, особенно, если дело касается любителей мастерить. И, правильно использовав их, придерживаясь правил и рекомендаций по программированию, можно с легкостью обзавестись полезной вещью не только в быту, но и в профессиональной деятельности и просто в повседневной жизни.

Источник: https://ArduinoPlus.ru/podelki-svoimi-rukami-na-mikrokontrollerah-avr/