1.2 Микроконтроллеры avr серии ат90 с risc-архитектурой

Микроконтроллеры AVR основаны на новой RISC-архитектуре, которая была разработана с использованием достижений полупроводниковой микроэлектроники и возможностей программного обеспечения 1990-х годов. Созданные в результате микроконтроллеры имеют самое высокое соотношение производительность/потребление энергии, доступное на рынке 8-разрядных микроконтроллеров.

Языки программирования высокого уровня быстро становятся стандартным методом программирования для встроенных микроконтроллеров из-за уменьшения времени разработки и упрощенной поддержки сопровождения. AVR-архитектура была разработана совместно с экспертами языка Си, чтобы гарантировать, что аппаратные средства и программное обеспечение дают высокоэффективное кодирование.

Чтобы оптимизировать размер кода, эффективность и потребляемую мощность, AVR-архитектура включает большой блок регистров с быстрым доступом и быстрые команды с однотактным циклом.

Блок регистров с быстрым доступом состоит из 32 универсальных рабочих регистров. Традиционные АЛУ базировались на архитектуре, которая требовала большого количества команд для передачи данных между АЛУ и памятью. AVR-архитектура с большим количеством рабочих регистров не нуждается в таких командах.

AVR-контроллеры имеют двухступенчатый конвейер команд, благодаря чему за один такт обеспечивается выполнение команды и выборка из памяти следующей. AVR-микроконтроллеры, выполняют команды за один такт тактового генератора и это действительно RISC-процессоры.

AVR-архитектура поддерживает полный спектр контроллеров от простых – с малым числом выводов до устройств более высокого класса с большим объёмом встроенной памяти. Архитектура в стиле Гарвардской непосредственно адресует до 8 Мбайт памяти программ и 8 Мбайт памяти данных. Универсальные регистры контроллеров отображаются в адресном пространстве памяти данных, что обеспечивает возможность быстрого переключения.

Семейство AVR-микроконтроллеров производится по энергонезависимой КМОП-технологии с низким потреблением по питанию фирмы Atmel. Перепрограммируемая энергонезависимая FLASH-память обеспечивает перепрограммирование контроллеров, как с помощью обычного программатора, так и на плате через последовательный интерфейс SPI. Объединяя расширенную RISC-архитектуру с загружаемой FLASH-памятью на одном кристалле, AVR-семейство предлагает мощное решение для встроенных систем управления. В табл. 1.2 представлен состав семейства AVR-микроконтроллеров.

Таблица 1.2

Тип микроконтроллера	AT90S1200	AT90S2313	AT90S4414	AT90S8515
Количество команд	89	120	120	120
FLASH-память программ, Кбайт	1	2	4	8
Память EEPROM, байт	64	128	256	512
Оперативная память, байт		128	256	512
Тактовая частота, МГц	0...16	0...16	0...20	0...20
Количество линий ввода-вывода	15	15	32	32
Аналоговый компаратор	+	+	–	+
8-разрядный таймер/счётчик	+	+	–	+
16-разрядный таймер/счётчик		+	–	+
ШИМ				+
UART	–	+		+
Последовательный интерфейс SPI				+
Сторожевой таймер	+	+	–	+
Количество выводов	20	20	40	40
Типы корпусов	PDIP, SOIC, SSOP	PDIP, SOIC, SSOP	PDIP, PLCC	PDIP, PLCC

Старшие модели микроконтроллеров обеспечивают широтно-импульсную модуляцию с использованием 16-разрядного таймера/счётчика (деление тактовой частоты на 510, 1022 и 2046). Универсальный асинхронный приёмопередатчик (UART) обеспечивает полнодуплексный обмен данными с частотой до 115200 бит/с. Последовательный трёхпроводной интерфейс SPI обеспечивает синхронный обмен данными с периферийными устройствами или другими микроконтроллерами со скоростью до 5 Мбит/с.