Лабораторная работа №4
Изучение основ программирования RISC - микроконтроллеров Гарвардской архитектуры на примере микроконтроллера ATmega16(32) компании Atmel
Краткое описание архитектуры микроконтроллера ATmega16
§ Высокопроизводительный, потребляющий малую мощность 8 разрядный микроконтроллер [МК] Advanced RISC-архитектуры;
§ 131 машинная инструкция;
§ 32 8-разр. регистров общего назначения + регистры управления встроенной периферией;
§ Производительность до 16 млн. операций в секунду (MIPS)при тактовой частоте 16 МГц;
§ Встроенное умножающее устройство выполняет умножение за 2 машинных цикла;
§ 16KBytes в системе программируемой внутренней Flash памяти программ;
§ 512Bytes внутренней перепрограммируемой памяти данных EEPROM;
§ 1KByte внутренней SRAM;
§ Количество циклов записи в флэш - память: 10,000 Flash/100,000 EEPROM;
§ Хранение данных: 20 лет при 85°C/100 лет при 25°C(1);
§ Внутрисистемное программирование встроенной загрузочной программой;
§ Программируемая защита кода программы;
§ Интерфейс SPI для внутрисистемного программирования;
§ Интерфейс JTAG (совместимость со стандартом IEEE 1149.1);
§ Два 8-разрядных таймера/счетчика с отдельным предделителем и режимом сравнения и захвата;
§ Один 16-разрядный Таймер/счетчик с отдельным предделителем, режимом сравнения и захвата;
§ Счетчик реального времени с отдельным внешним кваррцевым генератором;
§ Четыре канала для формирования ШИМ (широтно – импульсной модуляции);
§ 8-канальный аналоговый мультиплексор и 10 разрядный АЦП;
§ 2 встроенных усилителя аналоговых сигналов с программируемым коэффициентом на 1x, 10x, или 200x;
§ Байт-ориентированный двухпроводной последовательный интерфейс I2C
§ Программируемый последовательный USART (аналог RS232)
§ Программируемый сторожевой таймер с встроенным генератором;
§ Встроенный аналоговый компаратор;
§ Внешние и внутренние источники прерываний;
§ Встроенный RC задающий генератор;
§ Шесть режимов снижения энергопотребления:
• холостой ход (Idle);
• уменьшение шумов АЦП;
• экономичный (Power-save);
• выключение (Power-down);
• дежурный (Standby);
• и расширенный дежурный (Extended Standby);
§ Программный выбор тактовой частоты;
§ 32 программируемые линии ввода-вывода;
§ Корпус 40-pin PDIP, 44-выводный TQFP;
§ Напряжение питания 2.7 – 5 Вольт;
§ Рабочая частота 0 – 16Мгц;
§ Потребляемый ток
• Active: 0.6 мА
• Режиме ожидания: 0,2 мА
Режим выключения питания: < 1 мкА
Варианты корпусов:
Укрупненная функциональная схема:
Функциональная схема:
Память программ представляет собой внутрисистемную. программируемую флэш-память в которой хранятся команды управляющие работой МК, а также константы не меняющиеся во время работы.
Для адресации к памяти программ используется счетчик команд.
По адресу $0000 находится вектор сброса. При сбросе МК (вход RESET) выполнение программы начинается с этого адреса.
Память данных состоит из двух независимых не зависимых пространств (регистровой памяти + SRAM) и EEPROM данных.
Регистровая память состоит из 32 РОН и 4 –х регистров портов ввода –вывода RA, RB, RC, RD.
Порты ввода вывода.
С каждым выводом микроконтроллера связывается бит в трех регистрах регистрах DDRx и PORTx и PINx.
Регистр DDRx задает направление передачи. При DDRx=1 - вывод информации (выход). При этом выводимая информация (0 или 1) записывается в регистр PORTx и после этого появляется на выводе Pxn.
При DDRx=1 вывод настраивается на ввод (вход). При этом вводимая информация появляется в регистре PINx. В том случае если PORTx = 1, то ножка микроконтроллера подключается (подтягивается) через высокоомный резистор к напряжению питания (+5В). Это режим используется, когда надо подтянуть не используемые выводы к напряжению питания для исключения помех, которые могут на нем появится и нарушить работу МК. Если PORTx = 0, то вход переходит в третье (высокоомное состояние - отключается "повисает в воздухе" от схемы и не влияет на работу других схем соединенных с этим выводом). Этот режим используется если вывод подключается к общей шине. Таким способом вывод можно отключать и он не будет мешать другим выводам, с ним соединенным.
Настройка нулевого вывода порта С на вывод информации.
DDRC.0=1; PORTC.0 =0; на ножке порта PnC.0,появится 0.
DDRC.0=1; PORTC.0 =1; на ножке порта PnC.0,появится 1.
Настройка нулевого вывода порта С на ввод информации.
DDRC.0=0; PORTC.1 =0; из бита PINC.0, можно считать состояние на 0 -ножке порта С. Если к этому порту через кнопку подать 5вольт, то обнаружить факт нажатия на кнопку с учетом задержки на дребезг контактов можно следующим образом
if (PINС.0==1) {for(k=1;k<300;k++); /* здесь может быть действие. если кнопка нажата*/}
Если DDRC.0=0; PORTC.1 =1; то будет вход подтянут к напряжению +5В высокоомным резистором.
У каждого вывода порта есть альтернативные функции. Например, вход PD2 может служить просто входом, а может быть настроен на прием сигнала запроса на прерывание INT0.
Включение альтернативных функций происходит в внутренних модулях, поддерживающих альтернативные функции.
Бит PUD = 1 в регистре управления SFIOR отключает все подтягивающие резисторы.
Уровни прерываний, закрепленные за усройствами и их приоритеты приведены в таблице:
Разряд 7 в регистре статуса SREG.7=1 разрешает все прерывания (глобальное прерывание)
§ Для каждого типа прерываний есть локальные разрешения
прерываний, которые находятся в управляющих регистрах соответствующих устройств МК.
В среде СodeVision при формировании проекта можно выбрать прерывание от соответствующих устройства, при этом в коде программы появится секция для кода обработчика прерываний.
Список устройств, их структура и функционирование, также и назначение битов регистров, управляющих работой устройств можно изучить в русскоязычном документе ATmega128 из папки с файлами лабораторной рабты. Архитектура этого процессора во многом схожа с архитектурой процессора ATmega16.
Назначение битов регистров приведено в конце документа.
