OMT (1)

Рисунок 4.48 – Регістр напрямку даних порту В – DDRB

Рисунок 4.49 – Виводи порту В — PINB

РINB не є регістром, за цією адресою здійснюється доступ до фізичних значень кожного з виводів порту В. При читанні PORTB читаються дані з регістра, при читанні PINB читаються логічні значення, що відповідають фактичному стану виводів порту.

Порт В як порт введення-виведення загального призначення

Усі 8 бітів порту В при використанні для введення/виведення одна-

кові.

Біт DDBn регістра DDRB вибирає напрямок передавання даних. Якщо біт встановлений (тобто дорівнює одиниці), вивід має конфігурацію як вихід. Якщо біт скинутий (тобто дорівнює нулю) – вивід має конфігурацію як вхід. Якщо PORTBn встановлений і вивід має конфігурацію як вхід, вмикається КМОН і обмежувальний резистор. Для вимкнення резистора PORTBn повинний бути скинутий вивід чи повинний мати конфігурацію як вихід.

Таблиця 4.17 – Вплив DDBn на виводи порту В

Примітка. n = 7,6..0 – номер виводу.

Альтернативні функції PORTB:

Біт 7 SCK – вхід тактової частоти для SPI. Біт 6 MISO – вихід даних для SPI.

Біт 5 MOSI – вхід даних для SPI.

Біт 3 ОС1 – вихід збігу. Цей вивід може мати конфігурацію для зов-

160

нішнього виводу події збігу таймера 1. Для цього біт DDB3 повинний бути встановлений у 1 (вивід має конфігурацію як вихід).

Біт 1 AIN1 – негативний вхід аналогового компаратора. Якщо цей вивід має конфігурацію як вхід (DDB1=0), і вимкнутий внутрішній обмежувальний резистор, цей вивід працює як негативний вхід внутрішнього аналогового компаратора.

Біт 0 AIN0 – позитивний вхід аналогового компаратора. Якщо цей вивід має конфігурацію як вхід (DDB0=0) і вимкнутий внутрішній резистор, цей вивід працює як позитивний вхід внутрішнього аналогового компаратора.

Порт D

Для порту D зарезервовані 3 комірки пам’яті: регістр PORTD $12 ($32), регістр напрямку даних – DDRD $11($31) і виводи порту D – РІND $10 ($30). Регістри даних і напрямку даних можуть читатися/записуватися, РІND – тільки для читання.

Порт D – 7-розрядний двонаправлений з вбудованими обмежувальними резисторами. Вихідні буфери споживають струм до 20 мА. Якщо виводи використовуються як входи і на них поданий низький рівень, то при підімкненні резисторів, вони є джерелами струму. Деякі з виводів порту мають альтернативні функції, показані в табл. 4.18.

Якщо виводи порту використовуються для обслуговування альтернативних функцій, вони повинні мати конфігурацію на введення-виведення відповідно до опису функції.

Таблиця 4.18 Альтернативні функції порту D

Рисунок 4.50 – Регістр даних порту D – PORTD

161

Рисунок 4.51 – Регістр напрямку порту D – DDRD

Рисунок 4.52 – Виводи порту В – PINB

PIND не є регістром, за цією адресою здійснюється доступ до фізичних значень кожного з виводів порту D. При читанні PORTD читаються дані з регістра, при читанні PIND читаються логічні значення, що відповідають фактичному стану виводів порту.

Порт D як порт введення-виведення загального призначення

Біт DDDn регістра DDRD вибирає напрямок передавання даних. Якщо біт встановлений, вивід має конфігурацію як вихід. Якщо біт скинутий

— вивід має конфігурацію як вхід. Якщо PORTDn встановлений і вивід має конфігурацію як вхід. Для вимкнення резистора PORTDn повинний бути скинутий або вивід повинний мати конфігурацію як вихід.

Таблиця 4.19 – Вплив DDDn на виводи порту D

Примітка. n = 6..0 – номер виводу.

Альтернативні функції порту D

Біт 6 ICP – вхід захоплення таймера/лічильника 1. Біт 5 Т1 – тактовий вхід таймера/лічильника 1. Біт 4 Т0 – тактовий вхід таймера/лічильника 0. Біт 3 INT1 – вхід зовнішніх переривань 1.

Біт 2 INT0 – вхід зовнішніх переривань 0.

Біт 1 TXD – вихід передавача UART. Якщо дозволена робота передавача UART, незалежно від стану DDRD1 цей вивід має конфігурацію як вихід.

162

Біт 0 RXD – вихід приймача UART. Якщо дозволена робота приймача UART, незалежно від стану DDRD0 цей вивід має конфігурацію як вихід. Коли UART використовує вивід для приймання даних, одиниця в PORTD0 вмикає вбудований обмежувальний резистор.

4.12 Програмування пам’яті

Програмування бітів блокування пам’яті

Мікроконтролер AT90S2313 має два біти блокування, що можуть бути залишені незапрограмованими чи перепрограмуватися, при цьому досягаються властивості, приведені і табл. 4.20.

Таблиця 4.20 – Біти блокування

Примітка. Біти блокування стираються тільки при повному стиранні пам’яті.

Біти конфігурації (Fuse bits)

У AT90S2313 передбачено два біти конфігурації — SPIEN і FSTRT. Коли біт SPIEN = 0, дозволений режим послідовного програмування. За замовчуванням біт SPIEN = 0.

Коли біт FSTRT = 0, використовується скорочений час запуску. За замовчуванням цей біт FSTRT = 1. Можна замовляти мікросхеми з попередньо запрограмованим бітом. Ці біти недоступні при послідовному програмуванні і не змінюються при стиранні пам’яті.

Код пристрою

Усі мікроконтролери фірми Atmel мають 3-байтовий сигнатурний код, за яким ідентифікується пристрій. Цей код можна прочитати в рівнобіжному і послідовному режимах. Це три байти, розміщені в окремому адресному просторі, і для AT90S2313 мають такі значення.

1.$000: $1Е — код виробника — Atmel.

2.$001: $91 —2 Кбайт флеш-пам’яті.

3.$002: $01 — при $01=$91 — мікроконтролер AT90S2313.

Якщо запрограмовані біти блокування, байти сигнатури в послідовному режимі не читаються.

4.13 Параметри мікроконтролера AT90S2313

Для правильного застосування будь-якої мікросхеми, а особливо такої складної як мікроконтролер, має сенс при прийнятті рішення про той чи інший варіант схеми уточнити деякі довідкові дані. Щоб у читачів була

163

така можливість, наведемо тут докладні технічні дані на мікроконтролер AT90S2313. Параметри інших мікроконтролерів цієї серії дуже близькі до зазначеного.

Таблиця 4.21 – Максимально допустимі параметри

Примітка. Вихід параметрів за межі, вказані в таблиці, може привести до порушення роботоздатності мікросхеми. Це граничні значення параметрів, робочі параметри мікросхеми приведені нижче. Утримання граничних значень на виводах мікроконтролера протягом тривалого часу може привести до втрати його роботоздатності.

Таблиця 4.22 – Характеристики за постійним струмом

164

Продовження таблиці 4.22

1. У робочому стані струм через виводи повинний обмежуватися такими умовами: - максимальний струм через вивід – 20 мА – при стані 0!

- максимальний струм через усі виводи – 80 мА.

2. Мінімальна напруга для режиму пониженого споживання – 2В.

Таблиця 4.23 – Параметри зовнішнього тактового сигналу

Таблиця 4.24 – Варіанти виконання мікроконтролера

165

5 ОСОБЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ МІКРОКОНТРОЛЕРІВ СІМЕЙСТВА AVR

Яка найпростіша працююча схема на мікроконтролері? Мікроконтролер, джерело живлення, елементи, що забезпечують роботу тактового генератора (рис. 5.1).

Рисунок 5.1 – Найпростіша схема на мікроконтролері

5.1 Джерело живлення

Джерело живлення схеми на мікроконтролерах — дуже важливий вузол. Жодна схема не може працювати без джерела живлення. На вибір типу джерела живлення впливає безліч факторів, в залежності від створюваної конструкції. У першу чергу, живлення пристрою може бути від батарей чи від мережі змінного струму 220 В.

У деяких випадках навіть тоді, коли поруч є мережа змінного струму, має сенс застосовувати батарейне живлення — якщо споживання пристрою дуже мале і батарей вистачить на тривалий термін роботи. Це дозволяє зробити схему простіше і легше (не потрібний мережний трансформатор і т.д.).

Батарейне живлення

Випускається багато видів батарей. Вони бувають різних розмірів. При виборі батареї для живлення своєї схеми варто керуватися такими параметрами.

1.Ємність батареї — це дуже важливий параметр, вимірюється він у мА/год чи А/год (міліампер-година чи ампер-година). Він визначає тривалість роботи конструкції без заміни батарей. Чим ємність більша, тим довше буде працювати схема. Звичайно, чим більша ємність батареї, тим більші її розміри і маса.

2.Напруга батареї.

3.Термін зберігання батареї.

166

4.Робоча температура батареї. Особливо важливо враховувати вплив температури в тому випадку, якщо конструкція повинна працювати при низьких чи високих температурах (наприклад, на вулиці).

5.Розміри, форма і вага батареї.

Живлення від мережі

Для живлення від мережі можна застосувати звичайні стабілізатори напруги, наприклад, КР142ЕН5А (аналог закордонної мікросхеми 7805). Ця мікросхема дозволяє одержати стабілізовану напругу величиною 5 В при струмі приблизно до 1 А. Якщо такий великий струм не потрібно, можна застосувати стабілізатор типу 05, що дозволяє одержати струм до 100 мА. Взагалі стабілізатори можуть бути різними, головне, щоб вони забезпечували потрібну напругу і величину струму для роботи схеми.

Перспективний варіант побудови мережних джерел живлення — імпульсні перетворювачі напруги. Вони дозволяють відчутно знизити масу джерела живлення і збільшити його ККД. Але це окрема велика тема, і в цій книзі вона розглядатися не буде.

Живлення від ліній портів

У деяких випадках, якщо схема споживає дуже маленький струм, можливе живлення її від інформаційних ліній портів. Наприклад, якщо пристрій вмикається до порту LPT1 і використовує тільки 3 лінії, інші лінії, що працюють на вивід, можуть використовуватися як джерело живлення (природно, для цього на них потрібно вивести значення 1).

Аналогічно можна використовувати лінію RTS порту RS-232. Для її використання варто зібрати найпростіший параметричний стабілізатор напруги на стабілітроні. Паралельно стабілітрону варто приєднати конденсатор ємністю не менш 10 мкФ.

Увага! Принциповий момент – незалежно від типу джерела живлення якнайближче до виводів живлення мікроконтролера варто приєднати керамічний (ще краще – танталовий) конденсатор ємністю 0,01...0,1 мкФ – для подавлення завад по ланцюгу живлення. До речі, такий конденсатор варто ставити поруч з кожною цифровою мікросхемою.

5.2 Зовнішні елементи тактового генератора

Використання кварцового резонатора

Використання кварцового резонатора найбільш розповсюджений спосіб увімкнення зовнішньої схеми тактового генератора. Ця схема вимагає додатково два конденсатори ємністю від 22 до 33 пФ, щоб полегшити запуск тактового генератора.

На рис. 5.2 показана схема підімкнення кварцового резонатора до мікроконтролера.

167

Рисунок 5.2 – Підімкнення кварцового резонатора до мікроконтролера

Використання вбудованого RC-генератора

У деяких типах мікроконтролерів AVR є вбудований RC-тактовий генератор (наприклад, AT90S1200, AT90S2343, Tiny22). Його увімкненням керує біт RCEN. У мікроконтролері АT90S1200 вбудований RC-генератор вимкнений, його можна увімкнути тільки користуючись паралельним програматором. Є варіант мікроконтролера AT90S1200A, у якому заздалегідь увімкнутий вбудований RC-генератор. Мікроконтролери AT90S2343 і Tiny22 поставляються з увімкнутим RC-генератором.

Варто враховувати, що стабільність частоти RC-генератора набагато нижча, ніж кварцового, тому не слід застосовувати його у випадках, коли потрібно точно відміряти інтервали часу.

5.3 Коло скидання

Використовується для затримки запуску мікроконтролера при увімкненні живлення, що потрібно для його правильного запуску, а також для ручного перезапуску мікроконтролера натисканням на кнопку. Найпростіша схема кола скидання показана на рис. 5.3. Якщо в схемі використовується вбудована електрична перепрограмована пам’ять даних мікроконтролера, варто використовувати зовнішню схему, що утримує вивід Reset на низькому рівні до тих пір, поки напруга не підніметься до необхідного рівня для мінімальної роботи мікроконтролера. Ця схема повинна працювати як при збільшенні напруги (тобто рівень на виводі Reset стане високим тільки після досягнення напругою живлення потрібного рівня), так і при зниженні напруги живлення нижче допустимого рівня. Така схема, звичайно, називається супервайзер живлення. На рис. 5.4 показана схема одного з варіантів підімкнення супервайзера живлення.

5.4 Основні типи інтерфейсів мікроконтролерів

Існує ряд інтерфейсів, які найчастіше використовуються з мікроконтролерами. Даний розділ присвячений знайомству з цими пристроями й опису основ їхнього застосування.

Подавлення деренчання контактів

168

При замиканні і розмиканні перемикачів у колі виникають імпульсні перешкоди (які називаються «шум» чи «дзвін»), викликані деренчанням контактів. Це явище часто виникає в системах на базі мікроконтролерів де використовується клавіатура, і «деренчання» може сприйматися як багаторазове натискання клавіші (рис. 5.5). Деренчання виникає при установленні і розриві контакту шляхом натискання на клавішу.

Рисунок 5.5 – Деренчання контактів

У пристроях, що використовують мікроконтролери, перешкоди, викликані деренчанням контактів, можуть інтерпретуватися як кілька розмикань і замикань ключа. Якщо клавіша використовується для керування пристроєм, то цей пристрій сприйме виникаючі перешкоди як багаторазове натискання клавіші, що викликає значні ускладнення при його використанні. Щоб усунути даний ефект, використовуються спеціальні схеми чи програмні методи для подавлення «деренчання».

Один з простих схемотехнічних способів усунення деренчання складається в увімкненні RC-кола (рис. 5.6). У цій схемі час, необхідний для заряду/ розряду конденсатора до граничної напруги, маскує «деренчання» контактів при перемиканні. Можна також встановити тригер Шмітта між схемою ключа і мікроконтролером, щоб підсилити ефект подвалення «деренчання». Недоліки цього методу – додаткові витрати на компоненти, що повинні бути встановлені на платі, і додатковий час, необхідний для заря-

169