AVR

AVR  je rodina osmibitových mikrokontrolérů , dříve vyráběných společností Atmel , poté společností Microchip . Rok vývoje - 1996 .

Historie architektury AVR

Myšlenka vývoje nového jádra RISC patří dvěma studentům Norské univerzity vědy a technologie (NTNU) z norského města Trondheim - Alf-Egilu Bogenovi a Vegardu Wollenovi. V roce 1995 se Bogen a Wollen rozhodli navrhnout americké korporaci Atmel , která byla známá svými paměťovými čipy Flash , aby vydala nový 8bitový mikrokontrolér RISC a poskytla mu paměť Flash pro programy na jediném čipu s výpočetním jádrem.

Nápad byl schválen společností Atmel Corp. a bylo rozhodnuto okamžitě investovat do tohoto vývoje. Koncem roku 1996 byl uveden na trh experimentální mikrokontrolér AT90S1200 a v druhé polovině roku 1997 zahájila společnost Atmel Corporation hromadnou výrobu nové rodiny mikrokontrolérů, jejich reklamu a technickou podporu.

Nové jádro bylo patentováno a pojmenováno AVR . Existuje několik výkladů této zkratky. Někdo tvrdí, že se jedná o Advanced Virtual R ISC, jiní věří, že Alf Egil Bogen V egard Wollan R ISC tu být nemohl .

Popis architektury

Mikrokontroléry AVR mají architekturu Harvard (program a data jsou v různých adresových prostorech) a příkazový systém blízký ideologii RISC . Procesor AVR má 32 8bitových obecných registrů sdružených do souboru registrů. Na rozdíl od „ideálního“ RISC nejsou registry absolutně ortogonální:

• Některé příkazy fungují pouze s registry r16…r31. Patří mezi ně instrukce okamžitého operandu: ANDI/CBR, ORI/SBR, CPI, LDI, LDS (16-bit), STS (16-bit), SUBI, SBCI a SER a MULS;
• Instrukce, které zvyšují a snižují 16bitovou hodnotu (u modelů, kde jsou k dispozici) s okamžitým operandem (ADIW, SBIW), fungují pouze na jednom z párů r25:r24, r27:r26 (X), r29:r28 (Y ) nebo r31:r30(Z);
• Příkaz pro kopírování dvojice registrů (v těch modelech, kde jsou k dispozici) funguje pouze se sousedními registry začínajícími lichým (r1:r0, r3:r2, ..., r31:r30);
• Výsledek násobení (v těch modelech, které mají modul násobení) je vždy umístěn v r1:r0. Pouze tento pár se také používá jako operandy pro instrukci samoprogramování (je-li k dispozici);
• Některé varianty instrukcí násobení berou jako argumenty pouze registry z rozsahu r16 ... r23 (FMUL, FMULS, FMULSU, MULSU).

Příkazový systém

Příkazový systém mikrokontrolérů AVR je vysoce vyvinutý a obsahuje 90 až 135 [1] různých instrukcí v různých modelech.

Většina instrukcí zabírá pouze 1 paměťové místo (16 bitů).

Většina příkazů se provádí v 1 cyklu .

Celou sadu příkazů mikrokontroléru AVR lze rozdělit do několika skupin:

• příkazy logických operací;
• aritmetické instrukce a instrukce řazení;
• instrukce bitové operace;
• příkazy pro přenos dat;
• řídící přenosové příkazy;
• příkazy pro správu systému.

Periferní zařízení jsou ovládána přes datový adresní prostor. Pro pohodlí jsou zde "zkrácené příkazy" IN / OUT.

Rodiny mikrokontrolérů

Standardní rodiny:

• tinyAVR(ATtinyxxx ) :
  • Flash paměť až 16 KB; SRAM až 512 B; EEPROM až 512 B;
  • Počet vstupně-výstupních linek 4-18 (celkový počet výstupů 6-32);
  • Omezená sada periferií .
• megaAVR ( ATmega xxx):
  • Flash paměť až 256 KB; SRAM až 16 KB; EEPROM až 4 KB;
  • Počet vstupně-výstupních linek 23-86 (celkový počet výstupů 28-100);
  • Hardwarový multiplikátor;
  • Rozšířený systém příkazů a periferií.
• XMEGA AVR ( ATxmega xxx):
  • Flash paměť až 384 KB; SRAM až 32 KB; EEPROM až 4 KB;
  • Čtyřkanálový ovladač DMA ;
  • Inovativní systém zpracování událostí.

Čísla za prefixem zpravidla označují velikost vestavěné flash paměti (v KB) a úpravu ovladače. Konkrétně, maximální mocnina dvou za prefixem udává velikost paměti a zbývající čísla určují modifikaci (například ATmega128 - 128 KB paměť; ATmega168 - 16 KB paměť, modifikace 8; ATtiny44 a ATtiny45 - 4 KB paměť, modifikace 4 a 5).

Na základě standardních rodin jsou vyráběny mikrokontroléry přizpůsobené pro konkrétní úlohy:

• s integrovanými rozhraními USB , CAN , LCD ovladač ;
• s vestavěným rádiovým transceiverem - ATAxxxx , řada ATAMxxx ;
• pro řízení motoru - řada AT90PWMxxxx ;
• pro automobilovou elektroniku ;
• pro světelnou techniku .

Kromě výše uvedených rodin vyrábí ATMEL 32bitové mikrokontroléry rodiny AVR32 , která zahrnuje podrodiny AT32UC3 (taktovací frekvence až 66 MHz) a AT32AP7000 (hodinová frekvence až 150 MHz).

Verze ovladačů

AT (mega/tiny)xxx je základní verze.
ATxxx L  - verze regulátorů pracující se sníženým (Nízkým) napájecím napětím (2,7 V).
ATxxx V  - verze regulátorů pracující na nízké napájecí napětí (1,8 V).
ATxxx P  - verze s nízkou spotřebou (až 100 nA v režimu Power-down), je použita technologie picoPower (oznámena v červenci 2007), pin-out a funkčně kompatibilní s předchozími verzemi.
ATxxx A  - snížena spotřeba proudu, pokryt celý rozsah hodinových frekvencí a napájecích napětí dvou předchozích verzí (u některých modelů jsou také přidány nové funkce a nové registry, ale zachována plná kompatibilita s předchozími verzemi). Mikrokontroléry "A" a "non-A" mají obvykle stejný podpis, což způsobuje určité potíže, protože pojistkové bity jsou různé.

Za číslem modelu následuje index označující verzi. Čísla (8, 10, 16, 20) před indexem udávají maximální frekvenci , při které může mikrokontrolér stabilně pracovat při svém normálním napájecím napětí).

První písmeno indexu označuje variantu trupu:

ATxxx- P  - DIP balíček
ATxxx- A  - TQFP
balíček ATxxx - J  - PLCC balíček
ATxxx- M  - MLF
balíček ATxxx- MA  - UDFN/USON balíček
ATxxx- C  - CBGA balíček ATxxx- CK -  LGA balíček ATxxx- S  - EIAJ balíček SOIC ATxxx- SS  - JEDEC SOIC úzký balíček ATxxx- T  - balíček TSOP ATxxx- TS  - balíček SOT-23 (ATtiny4/5/9/10) ATxxx- X  - balíček TSSOP

Následující písmeno znamená teplotní rozsah a výrobní vlastnosti:

ATxxx-x C  - komerční teplotní rozsah (0 °C - 70 °C)
ATxxx-x A  - teplotní rozsah -20 °C - +85 °C, s použitím bezolovnaté pájky
ATxxx-x I  - průmyslový teplotní rozsah (-40 °C C - +85 °C)
ATxxx-x U  - Průmyslový teplotní rozsah (-40 °C - +85 °C), s použitím bezolovnaté pájky
ATxxx-x H  - Průmyslový teplotní rozsah (-40 °C - +85 °C), s použitím NiPdAu
ATxxx-x N  - rozšířený teplotní rozsah (-40 °C - +105 °C), s použitím bezolovnaté pájky
ATxxx-x F  - rozšířený teplotní rozsah (-40 °C - +125 °C)
ATxxx-x Z  - automobilový teplotní rozsah (-40 °C - +125 °C)
ATxxx-x D  - rozšířený automobilový teplotní rozsah (-40 °C - +150 °C)

poslední písmeno R znamená obaly Tape & Reel pro automatizované montážní systémy.

I/O zařízení MK

MK AVR mají rozvinutou periferii:

• Až 86 multifunkčních obousměrných I/O linek GPIO kombinovaných do 8bitových I/O portů . V závislosti na softwarově definované konfiguraci mohou registry pracovat nezávisle na sobě v režimu „silného“ ovladače, vydávající nebo přijímací (k zemi) proud až 40 mA , což stačí pro připojení LED indikátorů. Kterýkoli z pinů portu může být nakonfigurován na "vstup" buď ve volném stavu, nebo pomocí vestavěného pull-up (kladného) odporu.
• Až 3 externí zdroje přerušení (hranou, cutoff nebo úrovní) a až 32 změnou úrovně na vstupu.
• Jako zdroj hodinových impulsů můžete vybrat:
  • keramický nebo křemenný rezonátor (ne všechny modely);
  • externí hodinový signál;
  • kalibrovaný interní RC oscilátor (frekvence 1, 2, 4, 8 MHz a u některých modelů ATtiny také 4,8, 6,4, 9,6 MHz a 128 kHz).
• Interní paměť flash instrukcí až 256 KB (alespoň 10 000 cyklů zápisu).
• Ladění programu se provádí pomocí rozhraní JTAG nebo debugWIRE :
  • Signály JTAG (TMS, TDI, TDO a TCK) jsou multiplexovány na I/O port. Režim činnosti - JTAG nebo port - se nastavuje odpovídajícím bitem v registru pojistek. AVR MCU se dodávají s povoleným JTAG.
• Interní datová paměť EEPROM až 4 KB (ATmega/ATxmega)/512 bajtů (ATtiny) (až 100 000 cyklů zápisu).
• Interní SRAM až 32 KB (ATxmega)/16 KB (ATmega)/1 KB (ATtiny) s 2-cyklovou přístupovou dobou.
• Externí paměť až 64 KB (ATmega8515, ATmega162, ATmega640, ATmega641, ATmega1280, ATmega1281, ATmega2560, ATmega256).
• Časovače s 8, 16 bity.
• PWM modulátor (PWM) 8-, 9-, 10-, 16-bit.
• analogové komparátory.
• ADC (ADC) s diferenciálními vstupy, 8 (ATtiny)/10 (ATtiny/ATmega)/12 (ATxmega) bitů:
  • programovatelné zesílení před ADC 1, 10 a 200 (v diferenciálním režimu);
  • referenční napětí může být: napájecí napětí, externí napětí nebo interní nekalibrované referenční napětí asi 2,56 V (u modelů s minimálním napájecím napětím 2,7 V a vyšším) nebo 1,1 V (s minimálním napájecím napětím 1,8 V ).
• Různá sériová rozhraní včetně:
  • dvouvodičové rozhraní TWI , kompatibilní s I²C ;
  • univerzální synchronní/asynchronní transceiver UART / USART ;
  • synchronní sériový port Serial Peripheral Interface (SPI).
• USB řady AT90USBxxxx.
• CAN série AT90CANxxx.
• LCD řady ATmega169 a ATmega329 .
• Teplotní senzory ATtiny25 , ATtiny45 , ATtiny85 .
• Téměř všechny (s výjimkou některých raných modelů ATtiny, které mají speciální rozhraní pro přeprogramování) podporují in-circuit programming (ISP) přes sériové rozhraní SPI . Mnoho mikrokontrolérů podporuje alternativní sériové nebo paralelní programování pomocí vysokého napětí v případě, že pojistkové registry byly nakonfigurovány tak, že konvenční programování není dostupné.
• Podpora samoprogramování, ve kterém může hlavní program měnit část svého kódu.
• Podpora spouštění hlavního programu pomocí podprogramu chráněného proti zápisu (bootloaderu). Hlavní programový kód je obvykle přijímán přes jeden z portů mikrokontroléru pomocí jednoho ze standardních protokolů.
• Řada režimů se sníženou spotřebou energie.

Poznámka: Ne všechna periferní zařízení lze aktivovat pomocí softwaru. Některé z nich je nutné nejprve aktivovat bity v registrech Fuses, které může změnit pouze programátor.

Vývojové nástroje

Vývojový hardware

Oficiální vývojové nástroje Atmel AVR:

• Startovací sada STK600
• Startovací sada STK500
• Startovací sada STK200
• AVRISP a AVRISP mkII
• AVR Dragon
• USBasp-USB
• JTAGICE mkI
• JTAGICE mkII
• JTAGICE3
• ATMEL-ICE
• AVR ONE!
• Demonstrační deska motýla
• AT90USB klíč
• Bezdrátová sada Raven

Existuje také mnoho nástrojů třetích stran, zejména amatérských.

Vývojový software