Τύποι και διάταξη των μικροελεγκτών AVR

AVR - Αυτό είναι το όνομα της δημοφιλής οικογένειας των μικροελεγκτών που παράγει η εταιρεία. Atmel. Εκτός από το ABP με αυτό το εμπορικό σήμα εκδίδονται μικροελεγκτές και άλλες αρχιτεκτονικές όπως ARM και i8051.

Τι είναι οι μικροελεγκτές AVR;

Υπάρχουν τρεις τύποι μικροελεγκτών:

1. AVR 8-bit.

2. AVR 32-bit.

3. AVR xMega

Για περισσότερο από μια δεκαετία, η πιο δημοφιλής είναι η οικογένεια μικροελεγκτών 8-bit. Πολλά ζευγάρια άρχισαν να μελετούν μικροελεγκτές από αυτόν. Σχεδόν όλοι τους έμαθαν τον κόσμο προγραμματιζόμενων ελεγκτών, κάνοντας απλές χειροτεχνίες τους, όπως φώτα LED που αναβοσβήνουν, θερμόμετρα, ρολόγια, καθώς και απλή αυτοματοποίηση, όπως ο έλεγχος των συσκευών φωτισμού και θέρμανσης.

Οι μικροελεγκτές AVR 8-bit, με τη σειρά τους, χωρίζονται σε δύο δημοφιλείς οικογένειες:

• Ελκυστικό - Από το όνομα είναι σαφές ότι οι νεότεροι (μικροσκοπικοί - νέοι, νέοι, νεότεροι) έχουν βασικά από 8 ακίδες ή περισσότερους. Ο όγκος της μνήμης και της λειτουργικότητάς τους είναι συνήθως πιο μετριοπαθής από ό, τι στο εξής.

• Atmega - Οι πιο προηγμένοι μικροεπεξεργαστές έχουν περισσότερη μνήμη, καρφίτσες και διάφορες λειτουργικές μονάδες.

Η πιο ισχυρή υποοικογένεια μικροελεγκτών είναι το xMega - αυτοί οι μικροελεγκτές είναι διαθέσιμοι σε περιπτώσεις με τεράστιο αριθμό ακίδων από 44 έως 100. Τόσες απαιτούνται για έργα με μεγάλο αριθμό αισθητήρων και ενεργοποιητών. Επιπλέον, η αυξημένη χωρητικότητα και ταχύτητα μνήμης σας επιτρέπουν να έχετε υψηλή απόδοση.

Αποκωδικοποίηση: Ο ακροδέκτης είναι η έξοδος του μικροελεγκτή ή, όπως λένε, το πόδι. Εξ ου και η λέξη "pinout" - δηλ. πληροφορίες σχετικά με το σκοπό του κάθε σκέλους.

Τι είναι οι μικροεπεξεργαστές και ποια είναι αυτά;

Οι μικροελεγκτές χρησιμοποιούνται σχεδόν παντού! Σχεδόν κάθε συσκευή του 21ου αιώνα λειτουργεί σε μικροελεγκτή: όργανα μέτρησης, εργαλεία, οικιακές συσκευές, ρολόγια, παιχνίδια, μουσικά κουτιά και καρτ ποστάλ, καθώς και πολλά άλλα. μόνο η απαρίθμηση θα πάρει αρκετές σελίδες κειμένου.

Ο προγραμματιστής μπορεί να χρησιμοποιήσει το αναλογικό σήμα από το κάτω μέρος του στην είσοδο του μικροελεγκτή και να χειριστεί δεδομένα σχετικά με την αξία του. Αυτή η εργασία εκτελείται από μετατροπέα αναλογικού προς ψηφιακό (ADC). Αυτή η λειτουργία επιτρέπει στο χρήστη να επικοινωνεί με τον μικροελεγκτή, καθώς και να αντιλαμβάνεται διάφορες παραμέτρους του περιβάλλοντα κόσμου χρησιμοποιώντας αισθητήρες.

Στους κοινούς μικροελεγκτές AVR, για παράδειγμα, Atmega328που το 2017 είναι η καρδιά πολλών κυκλωμάτων Arduinoαλλά για τους αργότερα. Χρησιμοποιείται 8 κανάλια ADCμε βάθος bit 10 bit. Αυτό σημαίνει ότι μπορείτε να διαβάσετε την τιμή από 8 αναλογικούς αισθητήρες. Και ψηφιακοί αισθητήρες συνδέονται με τις ψηφιακές εξόδους, οι οποίες μπορεί να είναι προφανείς. Ωστόσο, ένα ψηφιακό σήμα μπορεί να είναι μόνο 1 (μονάδα) ή 0 (μηδέν), ενώ ένα αναλογικό σήμα μπορεί να λάβει έναν άπειρο αριθμό τιμών.

Επεξήγηση:

Χωρητικότητα Είναι μια τιμή που χαρακτηρίζει την ποιότητα, την ακρίβεια και την ευαισθησία της αναλογικής εισόδου. Αυτό δεν ακούγεται πολύ ξεκάθαρα. Ένα κομμάτι της πρακτικής: ένα ADC 10 bit, καταγράφει αναλογικές πληροφορίες από μια θύρα σε 10 μπιτ μνήμης, με άλλα λόγια, ένα ομαλά μεταβαλλόμενο ψηφιακό σήμα αναγνωρίζεται από έναν μικροελεγκτή ως αριθμητική τιμή από 0 έως 1024.

Ένα ADC 12-bit βλέπει το ίδιο σήμα, αλλά με μεγαλύτερη ακρίβεια - στη μορφή από 0 έως 4096, πράγμα που σημαίνει ότι οι μετρημένες τιμές του σήματος εισόδου θα είναι 4 φορές πιο ακριβείς. Για να καταλάβετε από πού προέρχονται τα 1024 και 4096, απλά ανασηκώστε 2 σε ισχύ ίση με το βάθος bit ADC (2 σε ισχύ 10, για 10 bit κ.λπ.)

Για να ελέγξετε την ισχύ φόρτωσης, υπάρχουν διαθέσιμα κανάλια PWM, μπορούν π.χ. να χρησιμοποιηθούν για να ρυθμίσετε τη φωτεινότητα, τη θερμοκρασία ή την ταχύτητα του κινητήρα. Στον ίδιο ελεγκτή 328 υπάρχουν 6 από αυτούς.

Γενικά, η δομή του μικροελεγκτή AVR απεικονίζεται στο διάγραμμα:

Όλοι οι κόμβοι έχουν υπογραφεί, αλλά ορισμένα ονόματα μπορεί να μην είναι τόσο προφανή. Ας δούμε τη σημείωση τους.

• ALU - αριθμητική-λογική συσκευή. Χρειάζεται να εκτελέσει τον υπολογισμό.

• Μητρώα γενικού σκοπού (RON) - Οι καταχωρητές που μπορούν να λαμβάνουν δεδομένα και να τις αποθηκεύουν ενώ ο μικροελεγκτής είναι συνδεδεμένος στην τροφοδοσία, διαγράφονται μετά από μια επανεκκίνηση. Εξυπηρετούνται ως προσωρινά κελιά για λειτουργίες δεδομένων.

• Διακοπές - κάτι σαν ένα γεγονός που συμβαίνει λόγω εσωτερικών ή εξωτερικών επιδράσεων στον μικροελεγκτή - υπερχείλιση χρονοδιακόπτη, εξωτερική διακοπή από τον ακροδέκτη MK κλπ.

• Jtag - μια διεπαφή για προγραμματισμό εντός κυκλώματος χωρίς να αφαιρεθεί ο μικροελεγκτής από την πλακέτα.

• Flash, RAM, EEPROM - τύποι μνήμης - προγράμματα, προσωρινά δεδομένα εργασίας, μακροχρόνια αποθήκευση ανεξάρτητα από την τροφοδοσία του μικροελεγκτή σύμφωνα με τη σειρά των ονομάτων.

• Χρονοδιακόπτες και μετρητές - οι πιο σημαντικοί κόμβοι στον μικροελεγκτή, σε μερικά μοντέλα ο αριθμός τους μπορεί να είναι μέχρι και δώδεκα. Είναι απαραίτητα για να αναφέρουν τον αριθμό των μέτρων, αντίστοιχα, χρονικά διαστήματα, και οι μετρητές αυξάνουν την αξία τους για οποιοδήποτε από τα γεγονότα. Η δουλειά και ο τρόπος λειτουργίας τους εξαρτώνται από το πρόγραμμα, ωστόσο αυτές οι ενέργειες εκτελούνται σε υλικό, δηλ. παράλληλα με το κύριο κείμενο του προγράμματος, μπορούν να προκαλέσουν διακοπή (σε περίπτωση υπέρβασης χρονομέτρησης, ως επιλογή) σε οποιοδήποτε στάδιο εκτέλεσης κώδικα, σε οποιαδήποτε γραμμή του.

• A / D (Αναλογική / Ψηφιακή) - ADC, έχουμε ήδη περιγράψει το σκοπό της.

• WatchDogTime (Χρονοδιακόπτης παρακολούθησης) - ένας ταλαντωτής RC ανεξάρτητος από τον μικροελεγκτή και ακόμη και από τη γεννήτρια ρολογιού του, ο οποίος μετράει ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα και παράγει ένα σήμα επαναφοράς MK εάν λειτούργησε και ξυπνά αν ήταν σε κατάσταση αναστολής λειτουργίας (εξοικονόμηση ενέργειας). Η λειτουργία του μπορεί να απενεργοποιηθεί θέτοντας το bit WDTE σε 0.

Οι έξοδοι του μικροελεγκτή είναι μάλλον αδύναμες, πράγμα που σημαίνει ότι το ρεύμα μέσω αυτών είναι συνήθως μέχρι 20-40 milliamps, το οποίο είναι αρκετό για να ανάψει οι ενδεικτικές λυχνίες LED και LED. Για ένα πιο ισχυρό φορτίο, χρειάζονται ενισχυτές ρεύματος ή τάσης, για παράδειγμα, τα ίδια τρανζίστορ.

Τι χρειάζεστε για να αρχίσετε να μελετάτε μικροελεγκτές;

Πρώτα πρέπει να αγοράσετε τον ίδιο τον μικροελεγκτή. Ο ρόλος του πρώτου μικροελεγκτή μπορεί να είναι οποιοσδήποτε Attiny2313, Attiny85, Atmega328 και άλλοι. Είναι καλύτερα να επιλέξετε το μοντέλο που περιγράφεται στα μαθήματα στα οποία θα συμμετάσχετε.

Το επόμενο πράγμα που χρειάζεστε είναι προγραμματιστή. Είναι απαραίτητο να κατεβάσετε firmware στη μνήμη του MK, θεωρείται το φθηνότερο και πιο δημοφιλές USBASP.

Λίγο πιο ακριβό, αλλά όχι λιγότερο κοινό προγραμματιστή AVRISP MKII, την οποία μπορείτε να κάνετε μόνοι σας - από ένα κανονικό συμβούλιο Arduino

Μια άλλη επιλογή είναι να τα αναβοσβήνει USB UART προσαρμογέα, ο οποίος συνήθως γίνεται σε έναν από τους μετατροπείς: FT232RL, CH340, PL2303 και CP2102.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, για έναν τέτοιο μετατροπέα χρησιμοποιούνται μικροελεγκτές AVR με υποστήριξη υλικού USB και δεν υπάρχουν πάρα πολλά τέτοια μοντέλα. Εδώ είναι μερικά:

• ATmega8U2;

• ATmega16U2;

• ATmega32U2.

Μόνο ένα "αλλά" - ο εκκινητής UART πρέπει πρώτα να φορτωθεί στη μνήμη του μικροελεγκτή. Φυσικά, για αυτό, χρειάζεστε ακόμα έναν προγραμματιστή για τους μικροελεγκτές AVR.

Ενδιαφέρουσες: Bootloader - Αυτό είναι ένα κανονικό πρόγραμμα για έναν μικροελεγκτή, αλλά με ένα ασυνήθιστο έργο - μετά την εκτόξευσή του (σύνδεση με την τροφοδοσία), αναμένει για κάποιο χρονικό διάστημα ότι το firmware μπορεί να φορτωθεί σε αυτό. Το πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι μπορείτε να αναβοσβήνετε οποιοδήποτε προσαρμογέα USB-UART και είναι πολύ φτηνός. Το μειονέκτημα είναι ότι το υλικολογισμικό χρειάζεται πολύ χρόνο για φόρτωση.

Για εργασία UART (RS-232) στους μικροελεγκτές AVR διέθεσε έναν ολόκληρο καταχωρητή UDR (Μητρώο δεδομένων UART). UCSRA (Ρυθμίσεις bit του πομποδέκτη RX, TX), UCSRB και UCSRΣ - ένα σύνολο καταχωρητών υπεύθυνων για τις ρυθμίσεις διεπαφής ως σύνολο.

Πώς μπορώ να γράψω προγράμματα;

Εκτός από τον προγραμματιστή, για την εγγραφή και τη λήψη του προγράμματος χρειάζεστε ένα περιβάλλον ανάπτυξης του IDE. Μπορείτε φυσικά να γράψετε κώδικα στο σημειωματάριο, να περάσετε μέσα από μεταγλωττιστές κλπ. Γιατί είναι απαραίτητο όταν υπάρχουν εξαιρετικές έτοιμες επιλογές. Ίσως ένα από τα πιο ισχυρά είναι το IAR, αλλά πληρώνεται.

Το επίσημο πρόγραμμα Atmel IDE είναι το AVR Studio, το οποίο μετονομάστηκε σε στούντιο Atmel στην έκδοση 6. Υποστηρίζει όλους τους μικροελεγκτές AVR (8, 32, xMega), ανιχνεύει αυτόματα τις εντολές και βοηθά στην είσοδο, τονίζει τη σωστή σύνταξη και πολλά άλλα.Με τη βοήθειά του, μπορείτε να αναβοσβήνετε το MK.

Το πιο συνηθισμένο είναι το C AVR, οπότε βρείτε ένα σεμινάριο σε αυτό, υπάρχουν τόνοι ρωσικής γλώσσας επιλογές, και ένας από αυτούς είναι Khartov V.Ya. "Μικροελεγκτές AVR. Εργαστήριο για αρχάριους. "

Ο ευκολότερος τρόπος να μάθετε AVR

Αγοράστε ή το κάνετε μόνοι σας Πίνακας Arduino. Το έργο arduino έχει σχεδιαστεί ειδικά για εκπαιδευτικούς σκοπούς. Έχει δεκάδες πίνακες με διάφορα σχήματα και αριθμό επαφών. Το πιο σημαντικό πράγμα στο arduino είναι ότι αγοράζετε όχι μόνο έναν μικροελεγκτή, αλλά έναν ολοκληρωμένο πίνακα εντοπισμού σφαλμάτων που έχει συγκολληθεί σε μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος υψηλής ποιότητας, καλυμμένη με μια μάσκα και συναρμολογημένα εξαρτήματα SMD.

Τα πιο συνηθισμένα είναι τα Arduino Nano και Arduino UNO, είναι ουσιαστικά πανομοιότυπα, εκτός από το ότι το "Nano" είναι περίπου 3 φορές μικρότερο από το "Uno".

Μερικά στοιχεία:

• Το Arduino μπορεί να προγραμματιστεί σε μια τυπική γλώσσα - "C AVR".

• τη δική του - καλωδίωση?

• πρότυπο περιβάλλον ανάπτυξης - IDE του Arduino.

• για να συνδεθείτε με έναν υπολογιστή, απλά πρέπει να συνδέσετε το καλώδιο USB στην υποδοχή micro-USB του board Arduino nano, να εγκαταστήσετε τους οδηγούς (πιθανότατα αυτό θα συμβεί αυτόματα, εκτός κι αν ο μετατροπέας στο CH340 δεν είχα οδηγούς στο Win 8.1, έπρεπε να το κατεβάσω. Δεν χρειάστηκε πολύς χρόνος.) Στη συνέχεια, μπορείτε να ανεβάσετε τα "σκίτσα" σας.

• "Σκίτσα" είναι το όνομα των προγραμμάτων για arduino.

Συμπεράσματα

Οι μικροελεγκτές θα είναι μια εξαιρετική βοήθεια στην ραδιοερασιτεχνική πρακτική σας, η οποία θα σας επιτρέψει να ανακαλύψετε τον κόσμο των ψηφιακών ηλεκτρονικών, να σχεδιάσετε τα δικά σας όργανα μέτρησης και τον εξοπλισμό οικιακού αυτοματισμού.