Mikrokontrolery

Mikrokontrolery
Budowa i cechy mikrokontrolerów
Architektura mikrokontrolerów
rodziny AVR
1
Czym jest mikrokontroler?
Mikrokontroler jest systemem komputerowym
implementowanym w pojedynczym układzie
scalonym
2
Typowa struktura
mikrokontrolera
Pami
programu
ROM, FLASH
Procesor
(CPU)
Kontroler
przerwa
Kontroler
DMA
Magistrala wewn trzna
Układy
czasowo
-licznikowe
Porty cyfrowe
ogólnego
przeznaczenia
Interfejs
analogowy
Interfejsy
komunikacyjne
Sygnały zewn trzne
Pami
danych
SRAM
Oscylator
3
Cechy charakterystyczne
Integracja w pojedynczym układzie wszystkich
podzespołów niezb dnych do realizacji wybranego
algorytmu sterowania
Niewielkie rozmiary
Dobry stosunek mocy obliczeniowej do energii
pobieranej ze ródła zasilania
Tryby obni onego poboru mocy (u pienia)
Sprz towe zabezpieczenie przed „zawieszaniem si ”
4
systemu
Architektura mikrokontrolerów
rodziny AVR
5
Architektura mikrokontrolerów
rodziny AVR (8-bitowej)
Wewn trzna architektura potokowa RISC
Wykonanie wi kszo ci instrukcji w pojedynczym
cyklu zegara
8-bitowa jednostka ALU
Rozdzielona przestrze adresowa pami ci programu
i danych
Zbiór 32 8-bitowych rejestrów roboczych
Rejestry robocze i rejestry układów I/O mapowane na
przestrze adresow pami ci danych
W pełni statyczna realizacja rejestrów – mo liwo
taktowania dowolnie mał cz stotliwo ci
6
Schemat blokowy
mikrokontrolera ATmega32
7
Podstawowe cechy
mikrokontrolera ATmega32
Architektura zgodna z AVR 8-BIT RICS
32KB pami ci programu typu FLASH
2KB pami ci danych
1KB pami ci EEPROM
Mo liwo zaprogramowania w docelowym systemie
Zabezpieczenie przed odczytaniem programu
Interfejs JTAG ułatwiaj cy uruchamianie programu
Tryb programowania szeregowego przez interfejs
JTAG
Układ restartu po spadku napi cia zasilania
6 trybów obni onego poboru mocy
8
Układy peryferyjne
mikrokontrolera ATmega32
2 liczniki/timery 8-bitowe
Licznik/timer 16-bitowy
Licznik czasu rzeczywistego pozwalajacy na
programow implementacj RTC
4 kanały PWM
8-kanałowy 10-bitowy przetwornik A/C
Dwuprzewodowy interfejs szeregowy (odpowiednik
I2C)
Programowalny port szeregowy USART
Interfejs SPI
Programowalny timer Watchdog
Komparator analogowy
9
Inne cechy charakterystyczne
mikrokontrolera ATmega32
32 programowalne linie I/O
Obudowa PDIP40, TQFP4 lub QFN/MLF44
Zakres napi zasilania:
- ATmega32L: 2,7-5,5V
- ATmega32: 4,5-5,5V
Cz stotliwo zegara:
- ATmega32L: 0-8MHz
- ATmega32: 0-16MHz
Pobór pr du dla wersji ATmega32L w warunkach
focs=1MHz, Uz=3V, T=25oC:
- tryb aktywny: 1,1mA
- tryb Idle: 0,35mA
- tryb Power-Down: <1uA
10
Obudowy mikrokontrolera
ATmega32
11
Obudowy mikrokontrolera
ATmega32
12
Jednostka centralna
mikrokontrolera ATmega32
13
Cechy CPU
Dwucyklowa architektura potokowa
– w pojedynczym cyklu wykonywana jest n-ta
instrukcja, a n+1 jest pobierana
ALU wykonuje operacje na argumentach z pliku
rejestrów roboczych lub na rejestrze i stałej
Wykonywanie operacji ALU w pojedynczym cyklu
(odczyt argumentów z rejestrów roboczych, operacja
i zapis do rejestru)
6 rejestrów ogólnego przeznaczenia tworzy trzy
16-bitowe rejestry b d ce wska nikami
przy adresowaniu po rednim danych
14
Koncepcja przetwarzania
potokowego AVR
15
Zale no ci czasowe operacji
ALU
16
Rejestr statusu SREG
17
Rejestr statusu SREG
Bit 7 – I: globalne zezwolenie na przerwania
Bit 6 – T: podr czna pami w operacjach na bitach
Bit 5 – H: przeniesienie połówkowe
Bit 4 – S: bit znaku
Bit 3 – V: znacznik przekroczenia zakresu liczb U2
Bit 2 – N: znacznik warto ci ujemnej w kodzie U2
Bit 1 – Z: znacznik warto ci równej 0
Bit 0 – C: znacznik przekroczenia zakresu liczb NBC
18
Zbiór rejestrów roboczych
ogólnego przeznaczenia
19
Pami
programu
Pami programu ma
organizacj 16-bitow
poniewa pojedyncza
instrukcja jest kodowana
za pomoc 16 bitów
20
Przestrze pami ci danych
21
Przestrze pami ci danych
Rejestry robocze s mapowane na przestrze pami ci danych
Dost p do rejestrów roboczych mo na zrealizowa za pomoc
ich nazwy lub jako dost p do pami ci danych
Rejestry funkcyjne (steruj ce) układów wej cia-wyj cia s
mapowane na przestrze pami ci danych
Dost p do tych rejestrów mo na zrealizowa za pomoc
rozkazu transferu I/O lub do/z pami ci danych
22