Разработка устройств на основе микроконтроллеров AVR фирмы Atmel Corporation

     Периферийные  устройства

     Кроме указанных выше элементов, любой  микроконтроллер AVR обязательно содержит набор так называемых периферийных устройств. Периферийные они по отношению к центральному процессорному устройству (ЦПУ) микроконтроллера. Но находятся они также внутри микросхемы. Ниже перечислены все возможные периферийные устройства, которые могут входить в состав микроконтроллера AVR.

     Встроенные  таймеры/счетчики. Микроконтроллеры AVR могут содержать от одного до четырех таймеров/счетчиков. Причем используются как восьми-, так и шестнадцатиразрядные таймеры. Их количество на один микроконтроллер может составлять от одного до шести.

     Генератор сигнала с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Генерация сигнала ШИМ —  это просто один из режимов работы таймера/счетчика.

     Одна  микросхема может иметь от 2 до 12 каналов ШИМ, а может не иметь ни одного. Подробнее смотри в соответствующей графе в табл. 3.1.

     Аналоговый  компаратор. Входит в состав практически  во всех микроконтроллеров AVR.

     Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). АЦП микроконтроллеров AVR могут иметь от четырех до шестнадцати  каналов. То есть могут преобразовывать в цифровой эквивалент до 16 входных аналоговых сигналов. На самом деле канал АЦП всегда один. Но на его входе стоит система переключения (аналоговый мультиплексор). Поэтому АЦП способен подключаться к нескольким разным источникам аналогового сигнала.

     Последовательный интерфейс. Микросхемы AVR способны поддерживать несколько разных видов последовательных интерфейсов. Каждый такой интерфейс реализует один или несколько известных стандартов передачи информации. Один из видов такого интерфейса поддерживает тот же стандарт, что и СОМ-порт персонального компьютера. Есть также интерфейс, поддерживающий стандарт широко известной в микроэлектронике так называемой 1²С шины.

     Сюда  же относится и SPl-интерфейс, который может использоваться как для последовательного программирования памяти программ, так и для связи нескольких микроконтроллеров в мультипроцессорной системе. Любой последовательный интерфейс предназначен для передачи информации последовательным способом. Каждый байт передается последовательно, бит за битом.

     Другие  устройства

     Кроме перечисленных выше устройств, микроконтроллеры серии AVR обязательно содержат систему прерывании, охранный таймер, систему начального сброса, систему контроля питающего напряжения и т. д. Все описанные выше устройства управляются центральным процессором при помощи регистров. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.2. Программное обеспечение

            1.2.1. AVR Studio

     Фирма Atmel разработчик микроконтроллеров AVR, очень хорошо позаботилась о сопровождении своей продукции. Для написания программ, их отладки, трансляции и прошивки в память микроконтроллера фирма разработала и бесплатно распространяет специализированную среду разработчика под названием «AVR Studio». Инсталляционный пакет этой инструментальной программы можно свободно скачать с сайта фирмы.

     Программная среда «AVR Studio» — это мощный современный программный продукт, позволяющий производить все этапы разработки программ для любых микроконтроллеров серии AVR. Пакет включает в себя специализированный текстовый редактор для написания программ, мощный программный отладчик.

     Кроме того, «AVR Studio» позволяет управлять  целым рядом подключаемых к компьютеру внешних устройств, позволяющих выполнять аппаратную отладку, а также программирование («прошивку») микросхем AVR.

     Познакомимся  подробнее с этим удобным программным инструментом для программистов. Программная среда «AVR Studio» работает не просто с программами, а с проектами. Для каждого проекта должен быть отведен свой отдельный каталог на жестком диске. В AVR Studio одновременно может быть загружен только один проект.

     При загрузке нового проекта предыдущий проект автоматически выгружается. Проект содержит всю информацию о разрабатываемой программе и применяемом микроконтроллере. Он состоит из целого набора файлов.

     Главный из них — файл проекта. Он имеет  расширение aps. Файл проекта содержит сведения о типе процессора, частоте тактового генератора и т. д. Он также содержит описание всех остальных файлов, входящих в проект. Все эти сведения используются при отладке и трансляции программы.

     Кроме файла aps, проект должен содержать хотя бы один файл с текстом программы. Такой файл имеет расширение asm. Недостаточно просто поместить файл asm в директорию проекта. Его нужно еще включить в проект. Как это делается, мы увидим чуть позже. Проект может содержать несколько файлов asm. При этом один из них является главным. Остальные могут вызываться из главного при помощи оператора .include. На этом заканчивается список файлов проекта, которые создаются при участии программиста.

     Но  типичный проект имеет гораздо больше файлов. Остальные файлы проекта появляются в процессе трансляции. Если ваша программа не содержит критических ошибок и процесс трансляции прошел успешно, то в директории проекта автоматически появляются следующие файлы: файл, содержащий результирующий код трансляции в hex формате, файл тар, содержащий все символьные имена транслируемой программы со своими значениями, листинг-трансляции (1st) и другие вспомогательные файлы. Однако для нас будет важен лишь hex-файл (файл с расширением hex). Именно он будет служить источником данных при прошивке программы в программную память микроконтроллера. 
 
 

     1.2.2. Code Vision AVR

     С системой Code Vision AVR мы уже немного  знакомы. Ранее подробно рассматривалась  работа с мастером-построителем проектов. Теперь настал момент познакомиться с программой Code Vision AVR подробнее. Эта программа разработана румынской фирмой «HP Infotech», специализирующейся на разработке программного обеспечения.

     Инсталляционный пакет свободно распространяемой версии программы, рассчитанной на создание программ, результирующий код которых не превышает 2 Кбайт, можно скачать в Интернете. Там же можно скачать архив с полной и облегченной коммерческими версиями той же программы, защищенные паролем. Эти версии платные.

     Как по назначению, так и по структуре и устройству, программа Code Vision AVR очень напоминает AVR Studio. Главное отличие — отсутствие собственных средств отладки. Для отладки программ Code Vision AVR пользуется отладочными средствами системы AVR Studio.

     Система Code Vision AVR, так же как AVR Studio, работает не с программами, а с проектами. Она может проверять программу на наличие синтаксических ошибок, производить трансляцию программы и сохранение результатов трансляции в НЕХ-файле, а также производить расширенную трансляцию.

     В процессе расширенной трансляции программы формируется не только НЕХ-файл, но и файл той же программы, переведенный на язык Ассемблер, а также специальный файл в COF-формате, предназначенный для передачи программы в AVR Studio для отладки. После создания и расширенной трансляции проекта его директория будет содержать файлы со следующими расширениями:

prj — файл проекта Code Vision AVR;

txt — файл комментариев. Это простой текстовый файл, который вы заполняете по своему усмотрению;

с     — текст программы на языке СИ;

asm — текст программы на Ассемблере (сформирован Code Vision);

cof — формат для передачи программы в другие системы для отладки:

еер — содержимое EEPROM (формируется одновременно с НЕХ-фай-

лом);

hex — результат трансляции программы;

inc — файл-дополнение к программе на Ассемблере с описанием всех зарезервированных ячеек и определением констант;

1st   — листинг трансляции программы на Ассемблере;

mар — распределение памяти микроконтроллера для всех переменных

программы на СИ;

obj — объектный файл (промежуточный файл, используемый при трансляции);

гоm — описание содержимого программной памяти (та же информация,

что и в НЕХ-файле, но в виде таблицы);

vec — еще одно дополнение к программе на Ассемблере, содержащее команды переопределения векторов прерываний;

cwp — файл построителя проекта. Содержит все параметры, которые вы

ввели в построитель. 

       1.4. Обзор микроконтроллеров AVR семейства Tiny.

     Основные  характеристики

     Микросхема ATtiny2313 представляет собой восьмиразрядный микроконтроллер с внутренней программируемой Flash-памятью размером 2 Кбайт.

     Общие сведения:

- использует AVR® RISC архитектуру;

■ AVR — это  высокое быстродействие и специальная RISC-архитектура с низким потреблением;

- 120 мощных инструкций, большинство из которых выполняется за один

машинный цикл;

- 32 восьмиразрядных  регистра общего назначения;

полностью статическая  организация (минимальная частота может быть равна 0);

до 20 миллионов  операций в секунду (MIPS/Sec) при тактовой частоте 20 МГц.

     Сохранение  программ и данных при выключенном питании:

- 2 Кбайт встроенной программируемой Flash-памяти, до 10000 циклов записи/стирания;

■  128 байт встроенной программируемой энергонезависимой  памяти данных (EEPROM);

■  до 100000 циклов записи/стирания;

■  128 байт внутреннего  ОЗУ (SRAM);

и программируемые биты защиты от чтения и записи программной памяти и EEPROM.

     Периферийные  устройства:

■  один 8-разрядный таймер/счетчик с программируемым предделителем и режимом совпадения;

■  один 16-разрядный  таймер/счетчик с программируемым  предделителем, режимом совпадения и режимом захвата;

■  четыре канала ШИМ (PWM);

- встроенный аналоговый компаратор;

- программируемый сторожевой таймер и встроенный тактовый генератор;

- универсальный последовательный интерфейс USI (Universal Serial Interface);

- полнодуплексный USART.

     Особенности микроконтроллера:

- специальный вход debugWIRE для управления встроенной системой отладки;

- внутрисистемный программируемый последовательный интерфейс SPI;

■  поддержка  как внешних, так и внутренних источников прерываний; я три режима низкого потребления (Idle, Power-down и Standby);

- встроенная система аппаратного сброса при включении питания; я программируемая схема контроля снижения напряжения питания;

■  внутренний перестраиваемый тактовый генератор; я цепи ввода—вывода и корпус;

- 18 программируемых линий ввода-—вывода; » три вида корпусов:

PDIP — 20 контактов;

SOIC — 20 контактов;

QFN/MLF — 20 контактных площадок.

     Напряжения  питания:

- 1,8 — 5,5 В (для ATtiny2313V); - 2,7 — 5,5 В (для ATtiny2313).

     Диапазон  частот тактового генератора ATtiny2313V:

- 0—4 МГц при напряжении 1,8—5,5 В; и 0—10 МГц при напряжении 2,7—5,5 В.

     Диапазон  частот тактового генератора ATtiny2313:

- 0—10 МГц при напряжении 2,7—5,5 В;

■  0—20 МГц  при напряжении 4,5—5,5 В.

     Ток потребления в активном режиме:

- 1 МГц, 1,8 В: 230 мкА;

- 32 кГц, 1,8 В: 20 мкА (с внутренним генератором).

     Ток потребления в  режиме низкого потребления:

■  не более 0,1 мкА при напряжении 1,8 В.

     Блок-схема  микроконтроллера

     Назначение  выводов микросхемы ATtiny2313 приведено на рис. 1.1. Блок-схема микроконтроллера ATtiny2313 приведена на рис. 1.2.

     Ядро AVR имеет большой набор инструкции для работы с 32 регистрами общего назначения. Все 32 регистра непосредственно связаны с арифметико-логическим устройством (ALU), которое позволяет выполнять одну команду для двух разных регистров за один такт системного генератора. Такая архитектура позволила достигнуть производительности в десять раз большей, чем у традиционных микроконтроллеров, построенных по CISC-технологии.

     Особенности микросхемы ATtiny2313

Микросхема ATtiny2313 имеет следующие особенности: