Иследование микроконтроллера ATmega8 фирмы Atmel (ядро).

Лабораторная работа предназначена для получения первоначальных навыков программирования микроконтроллеров семейства AVR.

Теоретическая часть

Общие сведения

Самая современная разработка фирмы Atmel на сегодняшний день – это микроконтроллеры серии AVR.Микросхемы этой серии достаточно распространены и популярны во всем мире. Поэтому мы остановимся именно на этих микроконтроллерах. В пределах серии микроконтроллеры подразделяются на несколько семейств. Устаревшее семейство «Classic» в настоящее время уже не используется. Основу серии составляет семейство «Tiny»и семейство «Mega».

Семейство микроконтроллеров «Tiny» – это микроконтроллеры минимальной конфигурации и, преимущественно, небольших габаритов, предназначенные для простых недорогих и миниатюрных электронных устройств управления. Они имеют минимальный набор возможностей и невысокую цену.

Микроконтроллеры семейства «Mega», напротив, имеют развитую архитектуру и предназначены для более мощных микропроцессорных систем.

Мы рассмотрим основные возможности и особенности построения всей серии микроконтроллеров AVR. Таким образом, мы перейдем от теоретических рассуждений к практическим вопросам конкретного устройства микросхем. Все микросхемы AVR строятся по единому принципу и имеют единую систему команд, которая для разных моделей микроконтроллеров может отличаться лишь в наличии либо отсутствии нескольких непринципиальных команд. Поэтому целесообразно изучать всю серию микросхем как единое целое.

Состав серии AVR

Семейство AVR включает в себя микроконтроллеры самой разной конфигурации, с разным объемом памяти и разным количеством встроенных портов ввода-вывода и других дополнительных устройств.

Конструктивное исполнение микроконтроллеров также очень разнообразно. Применяется несколько типов корпусов (см. рис. 2.1). Это традиционные корпуса типа PDIP с количеством ножек от 8 до 40. Корпуса типа SOIC с количеством выводов от 8 до 20. А вот большинство микроконтроллеров семейства Mega AVR выполнятся либо в сорокавыводных PDIP-корпусах, либо в современных многовыводных корпусах типа TQFP или MLF (до 64 выводов).

Рис.3.1. Микроконтроллеры серии AVR

Особенности серии AVR

Микроконтроллеры серии AVR относятся к классу восьмиразрядных микроконтроллеров.Это значит, что подавляющее большинство операций процессоры производят с восьмиразрядными двоичными числами. По этой причине встроенная шина данных у этих контроллеров тоже восьмиразрядная. Все ячейки памяти и большинство регистров микроконтроллера также восьмиразрядные.

Для обработки шестнадцатиразрядных чисел некоторые внутренние регистры могут объединяться попарно. Каждая такая пара может работать как один шестнадцатиразрядный регистр. Исключение составляет память программ. Она целиком состоит из шестнадцатиразрядных ячеек.

Микроконтроллеры AVR изготавливаются по КМОП-технологии, благодаря которой они имеют достаточно высокое быстродействие и низкий ток потребления. Большинство команд микроконтроллера выполняется за один такт. Поэтому быстродействие контроллеров может достигать 1 миллиона операций в секунду при тактовой частоте 1 МГц.

Внутренняя память

Микроконтроллеры AVR имеют в своем составе три вида памяти. Во-первых,это ОЗУ (оперативная память для данных). В документации фирмы Atmel эта память называется SRAM.Объем ОЗУ для разных контроллеров варьируется от полного ее отсутствия (в микросхеме AT90S1200) до 2 Кбайт. Подробнее смотрите графу «SRAM» в табл. 3.1.

Второй вид памяти – это память программ. Она выполнена по Flash-технологии и предназначена для хранения управляющей программы. В фирменной документации она так и называется – Flash-память.Объем программной памяти в разных микросхемах этой серии составляет от 1 до 64 Кбайт. Программная память допускает стирание записанной информации и повторную запись. Программная память микроконтроллеров AVR допускает до 1000 циклов записи/стирания. Запись информации в память программ производится при помощи специальных устройств (программаторов). Последние модели микроконтроллеров AVR имеют программу самостоятельной переписи.

Третий вид памяти – это энергонезависимая память для данных.Она также выполнена по Flash-технологии, но в технической документации она называется EEPROM. Основное назначение этого вида памяти – долговременное хранение данных. Управляющая программа микроконтроллера может в любой момент записать данные в (до 100000 циклов) EEPROM или прочитать их оттуда.

Записывать информацию в EEPROM можно также при помощи программатора.Причем для записи информации в память программ и в EEPROM используется один и тот же программатор. Такой порядок доступа к памяти позволяет при необходимости отказаться от программной перезаписи EEPROM и использовать эту память для хранения любых неизменяемых констант. Это увеличивает гибкость системы.