АРХИТЕКТУРА микроконтроллеров семейства AVR Вопросы лекции 1

АРХИТЕКТУРА микроконтроллеров семейства AVR

Вопросы лекции 1. Краткая характеристика микроконтроллеров семейства AVR 2. Ядро МК ATmega 32 3. Память МК ATmega 32 4. Устройства ввода – вывода

1 Вопрос Краткая характеристика микроконтроллеров семейства AVR

Микроконтроллеры (или однокристальные микро-ЭВМ) содержат на кристалле все необходимые функциональные узлы для создания МПСУ

Семейства микроконтроллеров Микроконтроллеры одного семейства имеют одинаковую архитектуры. Совместимость системы команд выполняется по принципу: все команды имеющиеся в простых моделях доступны в сложных моделях (но не наоборот).

Основные узлы микроконтроллера: • • устройство управления; генератор тактовых импульсов; арифметико-логическое устройство; регистры общего назначения; память программ; память данных; устройства ввода-вывода;

Дополнительные узлы: • таймер; • широтно-импульсный модулятор (ШИМ); • аналого-цифровой преобразователь (АЦП); • сторожевой таймер и др.

Микроконтроллеры семейства AVR разработаны и выпускаются фирмой ATMEL (atmel. com)

Микроконтроллеры семейства AVR Марка AVR образуется: • Alf Bogen • Vergard Woll • Risc archiecture

Серийное производство AVR началось в 1996 году В настоящее время имеется три модельных ряда: • «tiny» • «mega» • «Xmega»

На сайте фирмы содержится следующая информация: 1. Дистрибутив бесплатной IDE (Integrated Development Environment -интегрированная среда разработки) «AVR STUDIO» для разработки ПО для МК AVR. 2. Техническая документация на МК AVR. 3. Примеры применения МК AVR. 4. Техническая документация на аппаратное обеспечение средств поддержки МК AVR.

Краткая характеристика семейства МК AVR 1. 2. 3. 4. 5. Тип архитектуры: Гарвардская, RISC. Разрядность шины данных – 8 бит. Разрядность шины данных – 16 бит. Диапазон напряжения питания: 1, 8… 5, 5 В Количество циклов перезаписи: энергонезависимой памяти программ – 10 000; энергонезависимой памяти данных – 100 000; 6. Кол-во линий I/O от 4 до 86

• В дальнейшем будем рассматривать в качестве примера МК из модельного ряда mega. • Выберем МК ATmega 32.

Микроконтроллер ATmega 32 в корпусе PDIP

Микроконтроллер ATtiny 25 в корпусе PDIP

Микроконтроллер ATmega 32 в корпусе TQFP

Структурная схема микроконтроллера AVR

Структурная схема микроконтроллеров ATmega 32 семейства AVR

2 Вопрос Ядро МК ATmega 32

Ядро центрального процессора AVR • • Гарвардская RISC архитектура Разрядность данных – 8 Разрядность команд -16 Регистровый файл: 32 - регистра общего назначения связанных с АЛУ

Ядро AVR

Регистр статуса - SREG • Регистр статуса содержит информацию о результате только что выполненной арифметической команды. • Информация представляется в виде флагов (специальных бит). • Данная информация может использоваться для ветвления программы по условию.

Флаг – I: Общее разрешение прерываний • Бит общего разрешения прерываний используется для активизации работы системы прерываний. Разрешение отдельных прерываний осуществляется в соответствующих управляющих регистрах. Если бит общего разрешения прерываний сбросить, то ни одно из прерываний не будет активным.

T: Хранение копируемого бита • Специальный бит пользователя. Может быть установлен или сброшен. Любой бит из регистрового файла может быть скопирован в бит T, а также содержимое бита Т может быть скопировано в любой бит регистрового файла. Для Т имеются специальные команды ветвления.

H: Флаг половинного переноса • Данный флаг устанавливается при выполнении некоторых арифметических инструкций и индицирует о возникновении половинного переноса. Как правило половинный перенос широко используется в двоичнодесятичной арифметике.

Флаг - S: бит знака • Бит S – результат выполнения логической операции исключающего ИЛИ между флагом отрицательного результата N и флагом переполнения двоичного дополнения V.

V: Флаг переполнения двоичного дополнения • Флаг переполнения двоичного дополнения V поддерживает арифметику с двоичным дополнением.

N: Флаг отрицательного результата • Флаг отрицательного результата N индицирует, что результатом выполнения арифметической или логической операции является отрицательное значение.

Z: Флаг нулевого результата • Флаг нулевого результата Z индицирует, что результатом выполнения арифметической или логической операции является ноль.

C: Флаг переноса • Флаг переноса C сигнлизирует о возникновении переноса в результате выполнения арифметической или логической операции.

3 Вопрос Память МК ATmega 32

Тип памяти AVR МК семейства AVR, в соответствии с Гарвардской архитектурой, имеют два типа памяти: память программ и память данных. Но память реализована в виде трех массивов: 1. Энергонезависимая память программ - FLASH. 2. Оперативная память данных - SRAM. 3. Энергонезависимая память данных – EEPROM.

Память программ - FLASH Память программ МК AVR может быть загружена как установкой МК в программатор, так и непосредственно на целевой плате с помощью SPI-интерфейса. В процессе работы МК не может переписывать память программ, но в памяти программ можно хранить константы и считывать их в программе.

Самопрограммирование FLASH • Версии кристаллов «mega» разработанные с 2001 года имеют возможность самопрограммирования Flash памяти (функция SPM).

Организация памяти программ • У МК ATmega 32 память программ имеет Объем 32 К. Она организована 16 К х 16. То есть имеет разрядность 16 бит.

Карта памяти программ

Оперативная память данных - SRAM Имеет три области адресного пространства: 1. Регистровый файл: 32 х 8 2. Устройства ввода-вывода: 64 х 8 3. Внутренняя SRAM: 2048 х 8

Карта оперативной памяти данных

Адресное пространство регистрового файла

Адресное пространство устройств ввода-вывода

Адресное пространство внутренней SRAM

Энергонезависимая память данных EEPROM • Доступна программе микроконтроллера непосредственно в ходе ее выполнения. • Эта память может быть загружена извне как через SPI интерфейс, так и с помощью обычного программатора. • Объем EEPROM у ATmega 32 – 1024 x 8

Тактирование Возможно использовать один из трех вариантов подачи синхроимпульсов: 1. Внутренний генератор. 2. Внутренний генератор с внешними элементами. а) RC – цепь б) Кварцевый резонатор 3. Внешний генератор импульсов.

Подключение внешней RC цепи к внутреннему генератору

Подключение внешнего кварцевого резонатора внутреннему генератору

Схема включения ATmega 32 c внешним генератором

3. Порты ввода-вывода МК AVR • Для взаимодействия с контроллера с внешними устройствами предназначены специальные устройства – ПОРТЫ ВВОДА-ВЫВОДА

Эквивалентная схема линии порта

Регистры портов

Настройка порта DDAn PORTAn I/O Pull up Комментарии 0 0 In Нет Z-состояние 0 1 in Да Pxn источник тока, если L 1 0 Out Нет Вывод лог. 0 1 1 Out Нет Вывод лог. 1

Подача питания на МК

Подключение светодиода

Подключение кнопки