Описание работы основных блоков контроллеров

1 Информатика в школе: создание веб-страниц в теории и на практике / Г.Т.Филлипова [и др.]. – 3-е изд. – Минск: Аверсэв, 2010. – 108 с.: ил. – (Школьникам, абитуриентам, учащимся).

2 HTML. Популярный самоучитель. – СПб.: Питер, 2006. – 224 с.: ил. – (Серия популярный самоучитель).

3 Язык HTML [Электронный ресурс] – Режим доступа: www.fofanovsv.siteedit.ru/page89 – Дата доступа: 13.12.2012.

4 Язык HTML [Электронный ресурс] – Режим доступа: www.novice.ws/langpage.htm#top – Дата доступа: 14.12.2012.

Устройства управления на базе микроконтроллеров AVR

Учебное пособие по курсу

"Микропроцессорные устройства управления"

Москва

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана

Содержание

Содержание. 2

Описание стенда. 3

Монтажная схема стенда. 7

Назначение разъемов. 7

Описание джамперов. 8

Описание работы с периферией стенда. 11

Светодиодные индикаторы.. 11

Зуммер. 11

Семисегментный индикатор. 11

Клавиатура. 12

Жидкокристаллический индикатор HD44780. 12

Шина I2C.. 13

Часы реального времени DS1307. 15

Энергонезависимая память данных EEPROM 24C01A.. 16

Цифровой термодатчик DS1820. 18

Работа со стендом.. 20

Настройка процессора. 21

Описание работы основных блоков контроллеров

Регистр состояния SREG.. 22

Таймеры/счетчики. 24

АЦП.. 38

Интерфейс SPI. 44

Интерфейс UART.. 51

Программные средства разработки. 60

Запуск среды.. 60

Настройка проекта. 61

Добавление файла. 63

Написание исходного кода. 65

Компиляция. 65

Программирование процессора. 67

Практическая часть. 68

Тестовая программа. 69

Список команд терминала для тестовой программы.. 70

Приложения. 71

Приложение 1. Архитектура МК.. 71

Приложение 2. Электрическая схема стенда. 75

Приложение 3. Таблица ASCII кодов. 76

Приложение 4. Тестовая программа на C.. 79

Приложение 5. Тексты домашних заданий. 86

Приложение 6. Справочная информация. 90

Расположение пинов в DIP корпусе контроллеров ATmega 16 90

Расположение пинов в DIP корпусе контроллеров ATmega 162. 91

Описание выводов контроллера ATmega 16. 91

Описание выводов контроллера ATmega 162. 94

Список используемой литературы.. 99

Раздел

Описание стенда

Микроконтроллер (MCU) — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает в себе функции процессора и периферийных устройств, может содержать ОЗУ и ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять простые задачи. Использование одной микросхемы, вместо целого набора, как в случае обычных процессоров, применяемых в персональных компьютерах, значительно снижает размеры, энергопотребление и стоимость устройств, построенных на базе микроконтроллеров.

Микроконтроллеры AVR по праву считаются одним из самых интересных направлений, активно развиваемых корпорацией Atmel. Они представляют собой мощный инструмент для создания современных высокопроизводительных и экономичных многоцелевых контроллеров. На настоящий момент соотношение "цена - производительность - энергопотребление" для микроконтроллеров AVR по-прежнему остается едва ли не лучшим на мировом рынке 8-разрядных микроконтроллеров. Объемы продаж AVR в мире имеют стабильный рост, постоянно растет число сторонних фирм, разрабатывающих и выпускающих программные и аппаратные средства поддержки разработок для них. Области применения AVR многогранны - от простейших игрушек и интеллектуальных датчиков до сложных промышленных систем управления и контроля и современного телекоммуникационного оборудования..

Почему рекомендуется использовать AVR?

Во-первых, архитектура Flash-микроконтроллеров AVR 8-bit RISC

является одной из самых удачных на мировом рынке микроконтроллеров. Наличие трех типов памяти на кристалле, высокая производительность, низкое энергопотребление, отличная адаптивность к языкам программирования высокого уровня (С/С++), разнообразные периферийные модули, широкий диапазон напряжений питания и совместимость кристаллов семейства "снизу вверх" снискали заслуженное уважение и авторитет во всем мире.

Во-вторых, семейство микроконтроллеров AVR поддержано полноценным, профессиональным и доступным набором средств поддержки разработок - как аппаратных, так и программных

В-третьих, объемы производства и продаж AVR постоянно увеличиваются, что является гарантией их развития и соответствия мировым требованиям, предъявляемым к современным микроконтроллерам. Легкий выбор нужного универсального микроконтроллера для конкретного приложения из относительно небольшого, но сбалансированного семейства AVR, хорошая совместимость микроконтроллеров по коду и расположению выводов, отличное соотношение "цена - производительность - энергопотребление" для 8-разрядных микроконтроллеров являются хорошими аргументами для выбора платформы.

Предлагаемый учебный стенд предназначен для проведения лабораторных работ по изучению микроконтроллеров, а также решения задач управления, используя микроконтроллеры. Архитектура стенда полностью открыта, порты микроконтроллера выведены на разъёмы. Стенд имеет широкие возможности использования нескольких типов микроконтроллеров фирмы ATMEL, как с CISC, так и RISC архитектурой. Могут быть установлены микроконтроллеры семейства i51 с SPI программированием (AT89S8252 и др.) и семейства ATmega, совместимые по выводам с ATmega16,161,162,163.

ATmega16 является 8-разрядным микроконтроллером, построенным на расширенной AVR RISC архитектуре. За счет выполнения большинства инструкций за один машинный цикл ATmega16 достигает производительности 1 млн. операций в секунду/МГц, что позволяет разработчику эффективно оптимизировать потребление энергии за счёт выбора оптимальной производительности. Микро­контроллеры семейства Mega являются наиболее развитыми представителями микроконтроллеров AVR.

Микроконтроллер ATmega16 имеет следующие аппаратные особенности:

· 8-разрядный высокопроизводительный AVR микроконтроллер с малым потреблением

· Прогрессивная RISC архитектура
130 высокопроизводительных команд, большинство команд выполняется за один тактовый цикл
32 8-разрядных рабочих регистра общего назначения
Полностью статическая работа
Производительность приближается к 16 MIPS (при тактовой частоте 16 МГц)
Встроенный 2-цикловый перемножитель

· Энергонезависимая память программ и данных
16 Кбайт внутрисистемно программируемой Flash памяти (In-System Self-Programmable Flash)
Обеспечивает 10 000 циклов стирания/записи
Дополнительный сектор загрузочных кодов с независимыми битами блокировки
Внутрисистемное программирование встроенной программой загрузки
Обеспечен режим одновременного чтения/записи (Read-While-Write)
512 байт EEPROM
Обеспечивает 100 000 циклов стирания/записи
1 Кбайт встроенной SRAM
Программируемая блокировка, обеспечивающая защиту программных средств пользователя

· Интерфейс JTAG (совместимый с IEEE 1149.1)
Возможность сканирования периферии, соответствующая стандарту JTAG
Расширенная поддержка встроенной отладки
Программирование через JTAG интерфейс: Flash, EEPROM памяти, перемычек и битов блокировки

· Встроенная периферия
Два 8-разрядных таймера/счетчика с отдельным предварительным делителем, один с режимом сравнения
Один 16-разрядный таймер/счетчик с отдельным предварительным делителем и режимами захвата и сравнения
Счетчик реального времени с отдельным генератором
Четыре канала PWM
8-канальный 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь
8 несимметричных каналов
7 дифференциальных каналов (только в корпусе TQFP)
2 дифференциальных канала с программируемым усилением в 1, 10 или 200 крат (только в корпусе TQFP)
Байт-ориентированный 2-проводный последовательный интерфейс
Программируемый последовательный USART
Последовательный интерфейс SPI (ведущий/ведомый)
Программируемый сторожевой таймер с отдельным встроенным генератором
Встроенный аналоговый компаратор

· Специальные микроконтроллерные функции
Сброс по подаче питания и программируемый детектор кратковременного снижения напряжения питания
Встроенный калиброванный RC-генератор
Внутренние и внешние источники прерываний
Шесть режимов пониженного потребления: Idle, Power-save, Power-down, Standby, Extended Standby и снижения шумов ADC

· Выводы I/O и корпуса
32 программируемые линии ввода/вывода
40-выводной корпус PDIP и 44-выводной корпус TQFP

· Рабочие напряжения
2,7 - 5,5 В (ATmega16L)
4,5 - 5,5 В (ATmega16)

· Рабочая частота
0 - 8 МГц (ATmega16L)
0 - 16 МГц (ATmega16)

AVR ядро базируется на усовершенствованной RISC архитектуре, с регистровым файлом быстрого доступа, содержащим 32 регистра общего назначения, непосредственно связанных с арифметико-логическим устройством (ALU), и мощной системой команд. За один тактовый цикл из регистрового файла извлекаются два операнда, выполняется команда и результат записывается в регистр назначения. Такая высокоэффективная архитектура обеспечивает производительность почти в десять раз большую, чем стандартные CISC микроконтроллеры.

В микроконтроллерах AVR реализована Гарвардская архитектура, которая характеризуется раздельной памятью программ и данных, каждая из ко­торых имеет собственные шины доступа к ним. Такая организация позволя­ет одновременно работать как с памятью программ, так и с памятью данных. Разделение шин доступа позволяет использовать для каждого типа памяти шины различной разрядности, причем способы адресации и доступа к каж­дому типу памяти также различны.

Микроконтроллер производится по технологии высокоплотной энергонезависимой памяти компании Atmel. Встроенная внутрисистемно программируемая флэш-память позволяет перепрограммировать память программ непосредственно внутри системы через последовательный интерфейс SPI с помощью простого программатора или с помощью автономной программы в загрузочном секторе. Загрузочная программа может использовать любой интерфейс для загрузки прикладной программы во флэш-память. Программа в загрузочном секторе продолжает работу в процессе обновления прикладной секции флэш-памяти, тем самым поддерживая двухоперационность: чтение во время записи. За счет сочетания 8-разр. RISC ЦПУ с внутрисистемно самопрограммируемой флэш-памятью в одной микросхеме ATmega16 является мощным микроконтроллером, позволяющим достичь высокой степени гибкости и эффективной стоимости при проектировании большинства приложений встроенного управления.

AVR ATmega16 поддерживается полным набором программ и пакетов для разработки, включая: компиляторы С, макроассемблеры, отладчики/ симуляторы программ, внутрисхемные эмуляторы и наборы для макетирования.