Atmel AVR

Przykładowe mikrokontrolery

ATmega8 po odpryśnięciu obudowy

Najprostszy programator

STK500

Atmel AVR – typ ośmiobitowych mikrokontrolerów produkowanych przez firmę Atmel.

Jednostka arytmetyczno-logiczna opracowana przez dwóch studentów z Norweskiej Wyższej Szkoły Technicznej (NTH) oparta jest na schemacie procesora RISC i zasadach zmodyfikowanej architektury harwardzkiej, zawiera 32 ośmiobitowe rejestry. Instrukcje arytmetyczno-logiczne mogą być wykonywane na rejestrach. Dane z pamięci mogą być tylko przesyłane do i z rejestrów. Charakteryzuje się ona prostą strukturą rozkazów, dużą wydajnością obliczeniową (większość rozkazów wykonywana jest w jednym takcie zegara procesora).

Listę rozkazów dopasowano do wymagań współczesnych kompilatorów, wprowadzając rozkazy pobierania danych przez adresowanie pamięci rejestrem 16-bitowym (zestaw dwóch rejestrów) z jednoczesnym zwiększeniem lub zmniejszeniem rejestru adresowego (pobierz i zwiększ/zmniejsz).

Mikrokontrolery AVR są popularne wśród hobbystów i amatorów, ze względu na łatwość programowania, a także łatwość uruchomienia. Do niektórych układów wystarczy podłączyć zasilanie, by stanowiły kompletny, programowalny system mikroprocesorowy. W połączeniu z dużymi obudowami typu DIP daje to rzadko spotykaną możliwość budowy prostszych układów mikroprocesorowych bez konieczności pracochłonnego przygotowywania płytki drukowanej.

Podział

Układy typu AVR zostały podzielone na kilka podtypów:

• 8-bitowe
  • tinyAVR – oznaczenie ATtiny^[1]
    • 0,5-16 kB pamięci programu
    • obudowy o 6-32 wyprowadzeniach
    • ograniczony zestaw zintegrowanych peryferiów
    • obniżony pobór mocy
  • megaAVR – oznaczenie ATmega^[2]
    • 4-256 kB pamięci programu
    • obudowy o 28-100 wyprowadzeniach
    • rozszerzony zestaw poleceń (m.in. o polecenia do obsługi powiększonej pamięci programu)
    • liczne zintegrowane peryferia (przetworniki AC/CA, timery, liczniki, USB itp)
    • nowsze ATMegi (posiadające czterocyfrowe oznaczenia) cechują się znacznie rozbudowanymi funkcjonalnościami (event system, układ programowalnej logiki, rozbudowane porty IO)

• • AVR XMEGA – oznaczenie ATxmega^[3]
    • 8-384 kB pamięci programu
    • obudowy o 32-100 wyprowadzeniach
    • rozszerzone możliwości, takie jak obsługa DMA, system zdarzeń (Event System), logika programowalna (XCL) i sprzętowe wsparcie dla kryptografii (używane m.in. przy współpracy z kartami inteligentnymi)
  • AVR Dx
    • najnowsza rodzina 8-bitowych mikrokontrolerów AVR
    • w przeciwieństwie do poprzednich rodzin płaska przestrzeń adresowa, w której znajduje się pamięć SRAM, EEPROM i wybrana strona pamięci FLASH
    • do 128 kB pamięci programu, do 8 kB pamięci SRAM
    • obudowy do 64 pinów, w tym dostępne są obudowy PDIP
    • układ programowalnej logiki (CCL)
    • system zdarzeń podobny do systemu obecnego w XMEGA
    • przetwornik ADC (12-bitowy) i DAC (10 bitowy)
    • do 4 komparatorów analogowych oraz wzmacniaczy operacyjnych o programowalnym wzmocnieniu
    • do 3 układów detekcji przejścia przez zero
    • do 8 timerów

• 32 bitowe (lista rozkazów architektury AVR32 jest niekompatybilna z AVR)
  • AVR UC3^[4]
    • obudowy QFP, BGA od 44 do 144 i więcej wyprowadzeń
    • seria D
      • najprostsza seria, posiada moduł obsługi pojemnościowych czujników dotykowych
    • seria C
      • wyposażone w jednostkę zmiennoprzecinkową (FPU), Ethernet, CAN, LIN, USB OTG, PWM 16-kanałowy 12-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC), 4-kanałowy, 12-bitowy przetwornik cyfrowo-analogowy (DAC)
    • seria L
      • seria L została zaprojektowana pod kątem minimalizacji zużycia prądu
    • seria A0/A1
      • jest dedykowana rozwiązaniom potrzebującym złącz Ethernet oraz USB
    • seria A3/A4
      • zawiera moduł kryptograficzny AES o wydajności 22,8 MB/s, może być używany do współpracy z kartami chipowymi
    • seria B
      • zaprojektowana do wykorzystania dużej mocy obliczeniowej oraz złącza USB

Wyposażenie

Poszczególne mikrokontrolery typu AVR różnią się między sobą, przede wszystkim ilością pamięci flash, RAM, liczbą portów wejść/wyjść oraz układami dodatkowymi.

Przykładowo: ATtiny13 ma 1 kB pamięci programu (flash), 64 bajty EEPROM, 64 bajty RAM + 32 rejestry, 6 linii wejść/wyjść, 2 kanały PWM, 4 kanały A/D, wewnętrzny oscylator; montowany jest w obudowie o 8 wyprowadzeniach^[5].

ATmega2560 ma 256 kB pamięci programu, 4 kB EEPROMu, 8 kB RAM, 86 wejść/wyjść, 4 16-bitowe liczniki sterujące w sumie 6 wyjściami PWM, SPI, 2 układy USART, 16-kanałowy przetwornik analogowo-cyfrowy^[6].

Podstawowe elementy AVR (nie wszystkie występują w każdym układzie):

• pamięć flash - pamięć programu; programowalna w układzie, część programowana podczas pracy układu,
• pamięć EEPROM,
• pamięć SRAM,
• uniwersalne porty wejścia/wyjścia,
• 8 i 16-bitowe układy czasowo-licznikowe z możliwością generowania sygnału z modulacją szerokości impulsu PWM (w Atxmega można zwiększyć szerokość przez połączenia kaskadowe liczników, a także poszerzyć możliwości generacji sygnałów PWM poprzez wykorzystanie modułu WeX/AWeX)
• licznik czasu rzeczywistego (RTC)
• wielokanałowy multipleksowany 10-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy (w Atxmega i AVR Dx 12-bitowy o maksymalnej prędkości 2 milionów próbek na sekundę),
• przetwornik cyfrowo-analogowy (DAC) 10-bitowy - rodziny Atxmega i AVR Dx,
• Interfejs TWI pełniący funkcję sprzętowego kontrolera w standardzie I2C
• interfejs szeregowy USART,
• interfejs SPI - domyślny interfejs programowania dla Atmega,
• układy programowalnej logiki,
• Watchdog,
• wewnętrzny generator RC,
• Funkcja ISP realizowana przy użyciu wybranego interfejsu (SPI, JTAG, PDI, TPI, aWire)
• JTAG, interfejs programowania i debugowania (rezerwuje 4 piny mikrokontrolera) obecny tylko w większych modelach Atmega/Atxmega,
• DebugWire, umożliwia debugowanie programu dla kontrolerów z ograniczoną liczbą pinów.
• PDI umożliwiający programowanie i debugowanie układów przy wykorzystaniu jedynie 2 linie sygnałowe (w tym sygnału RESET) - domyślny interfejs dla Atxmega

Zobacz też

• system operacyjny Contiki

Linki zewnętrzne

Zobacz multimedia związane z tematem: Atmel AVR

• AVR 8-Bit RISC strona firmy Atmel o mikrokontrolerach AVR (ang.)
• AVRFreaks najpopularniejszy portal o AVR (ang.)
• Microchip Studio darmowe środowisko programistyczne dostarczane przez Microchip (ang.) - po przejęciu przez firmę Microchip firmy Atmel nastąpiła zmiana nazwy sztandarowego IDE z Atmel Studio na Microchip Studio
• WinAVR darmowy kompilator GCC i zestaw narzędzi dla AVR (ang.) - projekt zarzucony, obecnie firma Atmel wydaje własny toolchain dla systemów MS Windows i GNU/Linux, który można pobrać oddzielnie lub razem z Microchip Studio.
• mikrokontrolery.blogspot.com - popularny portal o AVR w języku polskim (pol.)

Przypisy

1. tinyAVR Microcontrollers. [dostęp 2014-07-18]. (ang.).
2. megaAVR Microcontrollers. [dostęp 2014-07-18]. (ang.).
3. AVR XMEGA Microcontrollers. [dostęp 2014-07-18]. (ang.).
4. 32-bit AVR UC3 Microcontrollers. [dostęp 2014-07-14]. (ang.).
5. ATtiny13. [dostęp 2014-07-14]. (ang.).
6. ATmega2560. [dostęp 2014-07-14]. (ang.).

Kontrola autorytatywna (mikrokontroler):

• LCCN: sh2008020007
• GND: 4540630-3
• NKC: ph137559
• J9U: 987007542400905171