Виды и особенности микроконтроллеров AVR
Микроконтроллер – это микросхема, которая предназначена для управления электронными устройствами.
Основная особенность микроконтроллеров серии AVR заключается в их быстродействии. Они способны выполнить подавляющее большинство инструкций за один цикл. Они действуют в четыре раза быстрее, чем микроконтроллеры серии PIC, = потребляют значительно меньше энергии и могут работать в самых разных режимах электросбережения.
Микроконтроллер AVR представляет собой 8-битное устройство, принадлежащее к классу RISC (компьютеры с сокращенным набором команд). Архитектура данного класса устройств - набор команд компьютера, ориентированный на упрощение работы, увеличение ее скорости и на количественное сокращение.
Микроконтроллер AVR состоит из микропроцессора, программной памяти, пространства данных, энергонезависимой памяти, а также разнообразных периферийных устройств. Каждое периферийное устройство микроконтроллера обрабатывает тот регистр, который связан с ним. В некоторых моделях имеется возможность добавления параллельной шины, для обеспечения дополнительной памяти, устройств отображения или кода.
Микроконтроллеры серии AVR делятся на следующие группы:
- ATmega. Большой контроллер с флеш-памятью, объем которой может достигать 256 килобайт, в корпусе, оборудованном контактами, число которых составляет от 28 до 100, со встроенным аппаратным усилителем.
- ATxmega – мощный процессор с DMA.
- AT90CAN - ATmega с контроллером CAN.
- AT90USB - ATmega с встроенным USB-контроллером.
- ATtiny, который представляет собой маленький контроллер AVR с флеш памятью объемом до 16 килобайт, оборудованный контактами, количество которых составляет от 6 до 32.
Разработка устройств на основе микроконтроллера AVR
Процесс разработки устройств на основе микроконтроллера AVR состоит из следующих этапов:
- Постановка (получение) задачи.
- Составление алгоритма работы устройства.
- Разработка электрической схемы.
- Создание программы на языке программирования.
- Транслирование и отладка.
Язык программирования – это специально разработанный язык, являющийся посредником между человеком и машиной, у которого в качестве слов могут выступать числовые выражения, специальные команды, названия регистров, управляющие слова.
Постановка задачи осуществляется заказчиком или самим исполнителем, на основе положений ранее полученного технического задания. Например, оно может звучать следующим образом “Разработать устройство управления двумя светодиодами при помощи одной кнопки. При первом нажатии оба светодиода должны загореться, а при повторном погаснуть”.
В процессе разработки электрической схемы устройства на основе микроконтроллера AVR решается ряд вопросов. Первый вопрос заключается в подключении кнопки и светодиодов к микроконтроллеру. В микроконтроллерах серии AVR для этого предусмотрены специальные порты. Самым удобным способом будет следующее подключение - каждый светодиод и кнопку подключить к отдельному порту. Из этого можно сделать вывод, что нам нужна модель контроллера минимум с тремя портами. Далее на основе особенностей подключения разрабатывается и рассчитывается принципиальная схема готового устройства.
После разработки схемы переходят к созданию алгоритма. Он представляет собой последовательность действий, которые должен произвести микроконтроллер, необходимых для достижения нужного результата. Для этого устанавливаются начальные настройки, например, настройка портов, включение внутренних резисторов и т.п. Затем создаются операции тела цикла работы устройства - от включения до отключения. После этого начинается процесс программирования, на одном из языков. Данный процесс достаточно трудоемкий и занимает значительную долю время от общего времени разработки устройства. Выбор того или иного языка программирования зависит от навыков программиста и имеющихся ресурсов. Как правило, для микроконтроллеров серии AVR применяется язык Ассемблер. В большинстве случаев программирование производится на двум и более языках. Делается это для быстрого нахождения ошибок и исправления недочетов.
Последним этапом разработки являются транслирование и отладка Транслирование представляет собой процесс преобразование программы, выполненной на одном языке, в программу на другом, в процессе которого могут быть обнаружены критические ошибки, для исправления которых проводится отладка. Отладка представляет собой процесс исправления ошибок. Для этого используется специальная компьютерная программа-отладчик. Она позволяет поэтапно реализовать готовую программу, а также пошагово выполнять ее с использованием точек остановок. Существуют три основных вида программ - отладчиков: программные, аппаратные и комбинированные. Программные проверяют только логику работы программы. При помощи аппаратного отладчика проверяют работу устройства в реальном времени и в комплексе, что невозможно сделать при применении программного отладчика.
