2. Технические характеристики микроконтроллера aTmega32

В качестве примера рассмотрим технические характеристики микроконтроллера ATmega32. Структурная схема микроконтроллера приведена на рис. 5, а на рис. 6 показано расположение выводов микроконтроллера в PDIP корпусе.

Технические характеристики микроконтроллера ATmega32:

Высоко эффективный, восьмибитный микроконтроллер с низким энергопотреблением.

Тип архитектуры – Гарвардская RISC:

– количество команд – 131;

– количество регистров общего назначения (РОН) – 32;

– полностью статическая работа;

– производительность до 16 млн. операций в секунду при тактовой частоте 16 МГц;

– встроенное умножающее устройство выполняет умножение за 2 машинных цикла.

Рис. 5. Структурная схема микроконтроллера ATmega32

Энергонезависимая память программ и данных:

– объем внутрисхемно перепрограммируемой флэш-памяти – 32 кбайт;

– количество циклов перепрограммирования флэш-памяти – 10 000;

– дополнительный загрузочный сектор с отдельной защитой;

– объем энергонезависимой памяти данных (EEPROM) – 4 кбайт;

– количество циклов перепрограммирования EEPROM – 100 000;

– объем статического ОЗУ (RAM) – 2 кбайт;

– программируемая защита кода программы.

Рис. 6. Расположение выводов микросхемы ATmega32 в PDIP корпусе

Интерфейс JTAG (совместимость со стандартом IEEE 1149.1):

– обширная поддержка функций встроенной отладки;

– программирование FLASH, EEPROM, FUSES и бит защиты через интерфейс JTAG.

Характеристики периферийных устройств:

– два восьмибитных таймера-счетчика с отдельными предделителями и режимами сравнения;

– один 16-разрядный таймер-счетчик с отдельным предделителем, режимом сравнения и захвата;

– счетчик реального времени с отдельным генератором;

– интерфейс SPI для внутрисистемного программирования;

– четыре канала ШИМ (PWM);

– 8 мультиплексированных каналов 10-разрядного аналого-цифрового преобразования, из них 8 простых каналов, 7 дифференциальных каналов, 2 дифференциальных канала с выборочным усилением из 1x, 10x и 200x;

– двухпроводной последовательный интерфейс, ориентированный на передачу данных в байтном формате;

– программируемый последовательный USART;

– последовательный интерфейс SPI с поддержкой режимов ведущий/подчиненный;

– программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором;

– встроенный аналоговый компаратор.

Специальные характеристики микроконтроллера:

– схема сброса при подаче питания и программируемая схема сброса при снижении напряжения питания;

– встроенный калиброванный RC-генератор;

– внешние и внутренние источники прерываний;

– программный выбор тактовой частоты;

– 32 программируемые линии ввода-вывода;

– тип корпуса 40 PDIP, 44 TQFP и 44 MLF.

Рабочие напряжения:

2.7–5.5 В для ATmega32L;

4.5­­­­–5.5 В для ATmega32.

Классификация по быстродействию:

0–8 МГц для ATmega32L;

0–16 МГц для ATmega32.

3. Разработка программного обеспечения микроконтроллеров avr

3.1. Этапы разработки программного обеспечения однокристальных микроконтроллеров

Ввиду того, что однокристальные микроконтроллеры предназначены для применения во встраиваемых приложениях (электронные приборы, локальная автоматика и т. д.) разработка программного обеспечения для них неразрывно связана с разработкой всего электронного прибора. В процессе разработки могут вноситься изменения как в аппаратную, так и в программную часть. Причем часть функций, решаемых аппаратными методами, может быть возложена на программную часть.

Сформулируем этапы разработки электронного прибора на базе однокристального микроконтроллера:

1. Постановка задачи проектирования.

1. Формулирование исходных требований к прибору.

1. Разработка структурной схемы прибора.

1. Разработка схемы алгоритма.

1. Разработка электрической принципиальной схемы.

1. Написание текста управляющей программы для микроконтроллера.

1. Отладка аппаратной части.

1. Отладка программы.

1. Комплексная отладка аппаратной и программной частей.

К программной части относится разработка алгоритма, написание текста программы и отладка программы. Причем следует обратить внимание на то, что отладка программы выполняется сначала без аппаратной части прибора, затем совместно с аппаратной частью.

Рассмотрим подробно этапы создания программного обеспечения однокристального микроконтроллера.

Разработка алгоритма

На этом этапе разрабатывается описание работы прибора. Алгоритм может быть представлен или в виде словесного описания, или в виде блок-схемы алгоритма. В любом случае удобнее сначала описать алгоритм словами.

Написание текста программы (в данном учебном пособии рассматривается программирование только на языке ассемблера)

Текст программы пишется в текстовом редакторе в виде команд ассемблера (символов мнемокода). Мнемокод вводится с целью упростить процесс программирования. Одна команда языка ассемблера заменяет одну команду машинного кода. Затем текст с языка ассемблера должен быть переведен в машинные коды. Эта операция выполняется программой компилятором. На этапе работы компилятора выполняется проверка ошибок синтаксиса (ошибок в написании команды). Для проверки правильности логического функционирования программы ее тестируют на программной модели микроконтроллера, называемой симулятором. На этом этапе проверяется логика работы. Это очень трудоемкий процесс. По завершению симуляции программы можно провести проверку с использованием программно-аппаратного эмулятора микроконтроллера или непосредственно загрузить программу в кристалл (в память программ микроконтроллера). Эмулятором называется программно-аппаратное устройство, которое может управлять микроконтроллером и отслеживать содержимое всех устройств и ячеек памяти микроконтроллера. Таким образом, в отличие от симуляции, где используется только программная модель микроконтроллера, эмуляция заключается в использовании при отладке программы реального микроконтроллера. Использование эмуляторов в данном пособии рассматриваться не будет.

Рассмотрим использование интегрированной среды разработки (IDE) AVR STUDIO 4.16 фирмы ATMEL для разработки программного обеспечения микроконтроллеров семейства AVR групп Tiny и Mega.