Умовно графічне мікроконтролера aTmega16u2-mur позначення показано на рисунку 4.1.

Рисунок 4.1 Умовно графічне мікроконтролера ATmega16U2-MUR

Основні параметри мікроконтролера Atmega16U2-MUR

• AVR RISC-архітектура - архітектура високої продуктивності та малого споживання;

• система команд містить 130 інструкцій, більшість яких виконується за один машинний цикл;

• єдиний 16-розрядний формат команд;

• продуктивність 16 MIPS на частоті 16 МГц;

• наявність апаратного помножувача;

• 16 Кбайт флеш ПЗП програм, з можливістю до 1000 циклів стирання / запису;

• 512 байт ЕСППЗП (EEPROM) даних, з можливістю до 100 000 циклів стирання / запису;

• 1 Кбайт оперативної пам'яті (SRAM);

• можливість програмування безпосередньо в цільовій системі через послідовні інтерфейси SPI і JTAG;

• можливість самопрограмування;

• можливість внутрішньосхемного налагодження відповідно до стандарту IEEE 1149.1 (JTAG);

• різні способи синхронізації: вмонтований RC-генератор з внутрішньої і зовнішньої задає RC-ланцюжком або з зовнішнім резонатором (п'єзокерамічним або кварцовим); зовнішній сигнал синхронізації;

• 6 режимів зниженого енергоспоживання (Idle,аналого-цифровий перетворювач (АЦП), шумозаглушення, енергозберігаюча, при відключенні живлення, в режимі очікування і розширений режим очікування);

• детектор зниження напруги живлення (БПК);

• програмне зниження частоти тактового генератора;

• 21 джерело переривань (внутрішніх і зовнішніх);

• багаторівнева система переривань, підтримка черги переривань;

• можливість захисту від несанкціонованого читання і модифікації пам'яті програм і даних;

• завантажувальний сектор з незалежними битами захисту;

• можливість читання пам'яті програм під час її запису;

• два 8-розрядних таймера / лічильника з попередніми дільником частоти і режимом порівняння;

• 16-розрядний таймер / лічильник з попередніми дільником частоти, режимом порівняння і режимом зовнішньої події;

• сторожовий таймер WDT;

• аналоговий компаратор;

• 8-канальний 10-розрядний АЦП як з несиметричними, так і з диференціальними входами;

• повнодуплексний універсальний синхронний / асинхронний приймач USART;

• послідовний синхронний інтерфейс SPI, використовуваний також для програмування флеш-пам'яті програм;

• послідовний двопровідний інтерфейс TWI (I2C аналог)

• 32 програмовані лінії введення / виводу з рівнями ТТЛ; на ці лінії виведена також підтримка периферійних функцій;

• чотири канали генерації вихідних шим-сигналів;

• аналоговий компаратор;

• напруги живлення 2,7 ... 5,5 В.

Параметри мікроконтролеру надані в таблиці 4.1

Таблиця 4.1 – Параметри мікроконтролера ATmega16

Параметри	Значення
Вид монтажу	SMD/SMT
Тактова частота максимальна	16 МГц
Робочий діапазон температур	- 40 C ... + 85 C
Параметри	Значення
Шина даних	8бит
Розмір ОЗУ	1 Кб
Розмір ПЗУ	512 б
Порти вводу / виводу	32
Таймери	2 x 8 бит
Модулі послідовного інтерфейс	JTAG, SPI, UART
Діапазон напруги живлення	4.5 В ... 5.5 В
Модуль 10-розрядного АЦП	5 каналів
Розмір пам`яті програм	16 кб

4.1.1 Організація пам'яті програм

Мікроконтролери ATmega16 мають 16-розрядну лічильник команд PC. Розмір лічильника команд складає від 9 до 12 розрядів залежно від обсягу пам'яті, що адресується.

За адресою 000 пам'яті програм знаходиться вектор скидання. Після ініціалізації (скидання) мікроконтролера виконання програми починається з цієї адреси.

Починаючи з адреси 001 розташовується таблиця векторів переривання. Її розмір залежить від моделі мікроконтролера і становить від 2 до 16 векторів. При виникненні переривання після збереження в стеку поточного значення лічильника команд відбувається виконання команди, розташованої за адресою відповідного вектора. Тому за цими адресами розташовуються команди відносного переходу до підпрограм обробки переривань.

Структурна схема організації пам’яті показана на рисунку 4.2.

Рисунок 4.2 – Структурна схема організації пам’яті

4.1.2 Організація пам'яті даних

Пам'ять даних мікроконтролерів розділена на три частини: реєстрова пам'ять, оперативна пам'ять статичний оперативно запам`ятовуючий пристрій (ОЗП) і енергонезалежне ЕСППЗП.

Реєстрова пам'ять включає в себе 32 регістри загального призначення (РЗП), об'єднаних в регістровий файл і службові регістри введення / виводу (РВВ). Розмір реєстрової пам'яті фіксований і для всіх моделей становить 96 байт, відповідно під РЗП відводиться 32 байта, а під РВВ - 64 байта.

Для зберігання змінних програм разом з регістрами також може використовуватися статичне ОЗП об'ємом від 128 до 512 байт.

Основні переваги мікроконтролера ATmega16:

• наявність апаратного помножувача;

• самопрограмування;

• різні способи синхронізації;

• 6 режимів зниженого енергоспоживання;

• 21 джерело переривань;

• аналоговий компаратор;

• сторожовий таймер WDT;

• чотири канали генерації вихідних шим-сигналів;

• режим енергозбереження;

• можливість читання пам'яті програм під час її запису;

• можливість захисту від несанкціонованого читання даних;

• вбудований калібрований RC-генератор;

• повністю статична робота;

• внутрішні і зовнішні джерела переривань.

Додаткових два таймери виконують затримку старту роботи мікроконтролера. Перший, таймер запуску генератора, утримує мікроконтролер в стані скидання, поки не стабілізується частота тактового генератора. Другий, таймер включення живлення , спрацьовує після включення живлення і утримує мікроконтролер в стані скидання протягом 72мс (типове значення), поки не стабілізується напруга живлення. У більшості програм ці функції мікроконтролера дозволяють виключити зовнішні схеми скидання.

Режим SLEEP призначений для забезпечення наднизької енергоспоживання. Мікроконтролер може вийти з режиму SLEEP по сигналу зовнішнього скидання, по переповнення сторожового таймера або при виникненні переривань.

4.1.3 Модуль АЦП

Мікроконтролери ATmega16 оснащені 10-розрядним АЦП послідовного наближення. Основні параметри цього модуля такі:

• абсолютна похибка: ± 2 МЗР;

• інтегральна нелінійність: ± 0.5 МЗР;

• швидкодія до 15 тис. вибірок / с.

На вході модуля АЦП всіх моделей є 8-канальний аналоговий мультиплексор, що надає в розпорядження користувача 8 каналів з несиметричними входами.

У моделі ATmega16 входи АЦП можуть також об'єднуватися попарно для формування в загальній складності до 13 каналів з диференціальним входом. Два канали при цьому мають можливість 20 - і 200 кратного попереднього посилення вхідного сигналу. При коефіцієнтах посилення 1х і 20х дійсна роздільна здатність - 8 розрядів, а при коефіцієнті 200х - 7 розрядів.

АЦП може функціонувати в двох режимах:

• режим одиночного перетворення, коли запуск кожного перетворення ініціюється користувачем;

• режим безперервного перетворення, коли виконується безперервно через певні інтервали часу.

4.1.4 Робота модуля АЦП

Робота АЦП дозволяється установкою в стан 1 біта в регістрі ADEN ADCSR. Якщо АЦП буде вимкнений під час циклу перетворення, то перетворення завершено не буде. У режимі циклічного перетворення (ADATE = 1) запуск кожного наступного перетворення здійснюється автоматично після закінчення поточного. У режимі одиночного перетворення воно здійснюється за командою користувача.

Перетворення починається з установки в стан «1» біта початку перетворення регістра ADSC ADCSR. Цей біт знаходиться в стані «1» протягом всього циклу перетворення і скидається, по завершенні перетворення апаратно. Запуск перетворення з переривання здійснюється при установці в «1» прапора обраного переривання. Розряд ADSC при цьому апаратно встановлюється в «1». Запуск перетворення в цих режимах також може бути здійснений записом «1» в розряд ADSC.

Тривалість циклу становить близько 15 тактів. Коли перетворення завершується, розряд ADSC апаратно скидається в «0» і результат перетворення зберігається в регістрах даних АЦП. Одночасно встановлюється прапор переривання ADIF регістра ADCSR і генерується запит на переривання. Дозвіл переривання здійснюється установкою в «1» розряду регістра ADIE ADCSR при встановленому прапорі Я регістра SREG.

Оскільки АЦП формує 10-розрядний результат, то дані розміщуються в двох регістрах даних ADCH і ADCL. При цьому використовується спеціальна логіка захисту: при зчитуванні даних першим повинен бути лічений регістр ADCL, після чого звернення ADC до регістрів даних блокується. Звернення АЦП до ADCH і ADCL дозволяється по завершенні зчитування вмісту регістру ADCH.

4.1.5 Електричні характеристики мікроконтролера

Електричні характеристики мікроконтролера ATmega16 наведені в таблиці 4.2.

Таблиця 4.2 – Електричні характеристики мікроконтролера

Параметри	Значення
Гранична робоча температура	-55 °С до +125 °С
Температура	-65 °С до +150 °С
Напруга Vdd до Vcc	1,0В до +0,5 В
Напруга-MCLR до Vcc	0 В до +14 B
Напруга RA4 до Vcc	1,0 В до +13В
Потужність, що розсіюється	6 В
Максимальний струм виводу Vcc	40 мА
Максимальний струм виводу Vdd	200 мА
Вхідний замикаючий струм Iik	± 20 мА
Вихідний замикаючий струм Iok	± 20 мА
Максимальний вихідний струм витоку каналу	25 мА
Максимальний вихідний струм стоку портів введення / виводу PORTA, PORTB і PORTE	200 мА
Максимальний вихідний струм стоку каналу	25 мА
Максимальний вихідний струм витоку портів введення / виводу PORTA, PORTB і PORTE	200 мА
Максимальний вихідний струм витоку портів введення / виводу PORTA, PORTB і PORTE	200 мА
Максимальний вихідний струм стоку портів введення / виводу PORTC і PORTD	200 мА
Максимальний вихідний струм витоку портів введення / виводу PORTC і PORTD	200 мА
Максимальний вихідний струм стоку каналу	25 мА
Максимальний вихідний струм стоку портів введення / виводу PORTA, PORTB і PORTE	200 мА