Микроконтроллеры семейства AVR

Черноморское Высшее Военно-Морское училище имени П.С. Нахимова Дисциплина «Информационно-управляющие технологии» Лекция № 24 ТЕМА: Микроконтроллеры семейства AVR ТЕМА: Микроконтроллеры семейства AVR Цель : получить знания по особенностям архитектуры и функционирования микроконтроллеров семейства AVR Вопросы 1. Особенности программно-аппаратной организации микроконтроллеров AVR. 2.Организация памяти микроконтроллеров AVR. Внутренние и специальные регистры. Литература 1.Курс лекций по дисциплине «Информационноуправляющие технологии», Севастополь, ЧВВМУ, 2015 г, лекция № 24 (электронный вариант). 2. Шпак Ю.А. Программирование на языке С для AVR и PIC микроконтроллеров. –СПб.:»КОРОНА-ВЕК», 2011. 544 с.,ил. 2 Обзор современного микроконтроллерного рынка. Первый микроконтроллер появился на свет в 1976 году, через 5 лет после создания первого микропроцессора. Это была микросхема фирмы Intel, получившая имя 8048. Помимо центрального процессора, на кристалле находились 1 КБайт памяти программ, 64 байта памяти данных, два восьмибитных таймера, генератор часов и 27 портов ввода/вывода. Микроконтроллеры семейства 8048 использовались в игровых консольных приставках Magnavox Odyssey, в клавиатурах первых IBM PC и в ряде других устройств. Существует также мнение, что первым микроконтроллером был 4-х pазpядный TMS1000 от Texas Instruments, котоpый содеpжал ОЗУ (32 байта), ПЗУ (1К), часы и поддеpжку вводавывода, что позволяло считать его именно первым микpоконтpоллеpом. Выпущенный в 1972 году, он имел новую по тем временам возможность - добавление новых инструкций.3 Обзор современного микроконтроллерного рынка. 8051 Следующий микроконтроллер Intel 8051, выпущенный в 1980 году, стал поистине классическим образцом устройств данного класса. Этот 8-битный чип положил начало целому семейству микроконтроллеров, которые господствовали на рынке вплоть до недавнего времени. Аналоги 8051 выпускали советские предприятия в Минске, Киеве, Воронеже, Новосибирске, на них выросло целое поколение отечественных разработчиков. Большинство фирм производителей микроконтроллеров и сегодня выпускают устройства, основанные на этой архитектуре. Среди них Philips, Atmel, Dallas, OKI, Siemens — можно перечислить более полутора десятков имен. Но 51-е семейство постепенно сдает свои позиции более молодым и совершенным микроконтроллерам. 4 Обзор современного микроконтроллерного рынка. Motorola Другими яркими представителями восьмиразрядных микроконтроллеров явились изделия компаний Motorola (68HC05, 68HC08, 68HC11) и Zilog (Z8). Motorola длительное время не предоставляла средств, позволяющих дешево и быстро начать работать с ее контроллерами, что явно не способствовало их популярности у некорпоративных разработчиков. Однако стоит заметить, что за рубежом микроконтроллеры от Motorola занимают лидирующее положение на рынке. В нашей стране их популярность не очень высока, возможно, еще в силу отсутствия достаточного количества доступных учебных материалов и средств разработки. Микроконтроллеры фирмы Zilog, основанной бывшими сотрудниками Intel, еще недавно казавшиеся столь многообещающими, не выдержали гонки в стремительно развивающемся секторе рынка, и сегодня система команд Z8 5 выглядит достаточно устаревшей. Microchip Обзор современного микроконтроллерного рынка. Microchip Первые значительные перемены произошли с появлением PICконтроллеров фирмы Microchip. Эти чипы предлагались по рекордно низким ценам, что позволило им в короткий срок захватить значительную часть рынка микроконтроллеров. К тому же кристаллы от Microchip оказались не уступающими, а нередко и превосходящими микроконтроллеры х51 по производительности и не требовали дорогостоящего программатора. Вместе с контроллерами появились дешевые комплекты PICSTART, содержащие все, что было нужно для того, чтобы, не имея ни средств, ни навыков работы с PIC-контроллерами, быстро создать и отладить на нем продукт. Эти микроконтроллеры имели хорошие порты, но все остальное было сделано весьма неудобно. Архитектура оставляла желать лучшего, система команд была крайне ограничена. Тем не менее, PICконтроллеры остаются популярными в тех случаях, когда требуется создать недорогую систему, не предъявляющую высоких требований по ее управлению6. 1. Микроконтроллеры семейства AVR Настоящая революция в мире микроконтроллеров произошла в 1996 году, когда корпорация Atmel представила свое семейство чипов на новом прогрессивном ядре AVR. Более продуманная архитектура AVR, быстродействие, превосходящее контроллеры Microchip, привлекательная ценовая политика способствовали оттоку симпатий многих разработчиков от недавних претендентов на звание контроллера номер 1. 7 Микроконтроллеры семейства AVR Микроконтроллеры AVR имеют более развитую систему команд, насчитывающую до 133 инструкций, производительность, приближающуюся к 1 MIPS/МГц, Flash ПЗУ программ с возможностью внутрисхемного перепрограммирования. Многие чипы имеют функцию самопрограммирования. AVRархитектура оптимизирована под язык высокого уровня Си. Кроме того, все кристаллы семейства совместимы "снизу вверх". 8 ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРА 8-разрядных микроконтроллеров семейства AVR 9 СТРУКТУРА ПАМЯТИ ДАННЫХ 8-разрядных микроконтроллеров семейства AVR 10 ОПИСАНИЕ РЕГИСТРОВ ИЗ ОБЛАСТИ ВВОДА/ВЫВОДА 8-разрядных микроконтроллеров семейства AVR (фрагмент) Имя регистра Адрес SRAM Описание ACSR Адрес ввода/ вывода 0x08 0x28 UBRR 0x09 0x29 UCR 0х0А 0х2А USR 0x0В 0x2В UDR SPCR SPSR SPDR 0х0С 0x0D 0х0Е 0x0F 0х2С 0x2D 0х2Е 0x2F PIND DDRD 0x10 0x11 0x30 0x31 PORTD PINC DDRC 0x12 0x13 0x14 0x32 0x33 0x34 PORTC 0x15 0x35 Регистр управления и состояния аналогового компаратора Регистр скорости передачи данных через UART Регистр управления приемопередатчиком UART Регистр состояния приемопередатчика UART Регистр данных приемопередатчика UART Регистр управления интерфейсом SPI Регистр состояния интерфейса SPI Регистр ввода/вывода данных интерфейса SPI Выводы порта D Регистр направления передачи данных порта D Регистр данных порта D Выводы порта С Регистр направления передачи данных порта С Регистр данных порта С 11 КОЛИЧЕСТВО И РАЗРЯДНОСТЬ ПОРТОВ в 8-разрядных микроконтроллеров семейства AVR 12