Вы посетили информационный сайт по микроконтроллерам и разработкам на их основе, программированию на языках С, LAD, ASM, и др. Т.к. использовать микроконтроллеры без умения программировать не представляется возможным . . .
Сайт создан для того, чтобы заинтересовать современную молодожь, занимающуюся радиоэлектроникой, в освоении микроконтроллерной техники и программировании.
Если вас заинтересовал ресурс, заходите, здесь вам буду рады! Мы постараемся помочь решить любой Ваш вопрос.
Микроконтроллер по сути дела является небольшим компьютером, выполненным в виде небольшой микросхемы, в которой на одном «кристалле» содержатся все основные компоненты: процессор, периферия, устройства ввода-вывода, а также, чаще всего, оперативная память (ОЗУ) и энергонезависимая память (ПЗУ). Конечно, мощность такого компьютера совсем небольшая и не сравниться с мощностью настольного или портативного компьютера. Но ведь далеко не для всех задач она и нужна — для относительно простых задач и применяют микроконтроллеры, и их мощности предостаточно. Основным же плюсом использования одного микроконтроллера, в котором интегрированы все необходимые компоненты, вместо россыпи отдельных микросхем (процессор, ОЗУ, ПЗУ, периферия), является снижение стоимости, размеров, энергопотребления, а также затрат на разработку и сборку необходимого устройства. Ранее микроконтроллеры называли «однокристальными микро-ЭВМ», но со временем это название было вытеснено более современным (и лучше отражающим предназначение этого девайса) словом микроконтроллер (от англ. слова control — «управление»).
Общий вид микроконтроллера
Впервые такое устройство как микроконтроллер, которое тогда называлось еще однокристальной микро-ЭВМ, было разработано в 1971 году сотрудниками компании Texas Instruments, инженерами М. Кочрену и Г. Буну, которые и предложили интегрировать изобретенный незадолго до этого микропроцессор на один кристалл со всеми необходимыми компонентами.
Поскольку под разные задачи лучше всего использовать наиболее подходящие для них микроконтроллеры, а количество применений для микроконтроллеров поистине неиссякаемое, то логично, что компании производители выпускают большое, измеряемое в сотнях, количество самых разнообразных по своим техническим характеристикам микроконтроллеров. По своим характеристикам, микроконтроллеры бывают как совсем простые — четырех разрядные (4 битные) с небольшой рабочей частотой, измеряемой в килогерцах, так и очень навороченные — до 64 битных с тактовой частотой, измеряемой в мегагерцах.
Микроконтроллеры выпускаются очень большим количеством разнообразных компаний, для перечисления которых не хватило бы даже целой статьи, так что я расскажу о микроконтроллерах, которые производит корпорация Атмел (Atmel), основанная в далеком 1984 году. Семейство этих микроконтроллеров зовётся AVR — это восьмибитные микроконтроллеры, разработанные в 1996 году. Фирма Atmel выпускает несколько семейств микроконтроллеров:
Само семейство микроконтроллеров AVR делится на две большие группы микроконтроллеров: Tiny и Mega. Отличаются они между собой набором функций, которые в них заложены. Основным же различием внутри группы является внутренняя частота и объём памяти, используемый для хранения программы. Большее распространение среди радиолюбителей получили микроконтроллеры семейства Mega по причине того, что они имеют больше возможностей и функций, конкретнее – ATmega8, который имеет тактовую частоту 16 МГц и объём памяти в 8 Кбайт.
Возможности и особенности микроконтроллеров
Так что же могут микроконтроллеры? Благодаря тому что микроконтроллер является маленьким компьютером — его возможности очень широки. К примеру, микроконтроллеру можно поручить измерение разнообразных величин, обработку различных сигналов и управление широким спектром разных девайсов. Во многом возможности микроконтроллеров ограничены только вашим воображением и умениями работать с ними. Но у микроконтроллеров есть и определенные особенности, одной из которых является то, что все микроконтроллеры поступают с завода в продажу «пустые», то есть, если на них подать напряжение, то мы не получим ровным счетом ничего. Просто кусок кремния. Для того, что бы микроконтроллер начал выполнять какие-то операции, начиная с включения светодиода, заканчивая ШИМ-регулированием напряжения — ему нужно «объяснить» как это сделать, т.е. прошить микроконтроллер исполняющей программой, которую можно написать на ассемблере или на Си.
Многие, наверняка, уже догадались, что можно сделать с микроконтроллерами, дочитав для этого момента. Конечно же, их можно и нужно применять в компьютерном моддинге! Поскольку так называемым «обвесом» микроконтроллера (набором электродеталей, периферией и т.д.) может быть практически всё (реле, транзисторы, светодиоды, индикаторы, LCD дисплеи и многое другое), в зависимости от нужных функций микроконтроллера (сигнализация, управление), то и возможности использования микроконтроллеров в моддинге поистине безграничны.
Микроконтроллеры AVR фирмы ATMEL, появившись на рынке интегральных микросхем в 1996 г., сразу же привлекли к себе внимание разработчиков электронной аппаратуры. Удачное сочетание RISC-архитектуры ядра, обеспечивающей высокую производительность, с широким набором команд, Flash-памятью для программ быстро продвинуло микроконтроллеры AVR главные позиции.
На смену микроконтроллерам первых семейств Tiny и Classic пришло новое поколение микроконтроллеров Mega. Сохранив программную совместимость, микроконтроллеры Mega обрели новые возможности: пониженные напряжения питания до 2.7в и энергопотребление, повышенное быстродействие до 16Мгц, и объем Flash-памяти до 128Кбайт.
AVR - самая обширная производственная линии среди других флэш-микроконтроллеров корпорации Atmel. Atmel представила первый 8-разрядный флэш-микроконтроллер в 1993 году и с тех пор непрерывно совершенствует технологию. Прогресс данной технологии наблюдался в снижении удельного энергопотребления (мА/МГц), расширения диапазона питающих напряжений (до 1.8 В) для продления ресурса батарейных систем, увеличении быстродействия до 16 млн. операций в секунду, встраиванием эмуляции в реальном масштабе времени, реализации функции самопрограммирования, совершенствовании и расширении количества периферийных модулей, встраивании специализированных устройств (радиочастотный передатчик, USB-контроллер, драйвер ЖКИ, программируемая логика, контроллер DVD, устройства защиты данных) и др.
Успех AVR-микроконтроллеров объясняется возможностью простого выполнения проекта с достижением необходимого результата в кратчайшие сроки, чему способствует доступность большого числа инструментальных средств проектирования, поставляемых, как непосредственно корпорацией Atmel, так и сторонними производителями. Ведущие сторонние производители выпускают полный спектр компиляторов, программаторов, ассемблеров, отладчиков, разъемов и адаптеров. Отличительной чертой инструментальных средств от Atmel является их невысокая стоимость.
Другой особенностью AVR-микроконтроллеров, которая способствовала их популяризации, это использование RISC-архитектуры, которая характеризуются мощным набором инструкций, большинство которых выполняются за один машинный цикл. Это означает, что при равной частоте тактового генератора они обеспечивают производительность в 12 (6) раз больше производительности предшествующих микроконтроллеров на основе CISC-архитектуры (например, MCS51). С другой стороны, в рамках одного приложения с заданным быстродействием, AVR-микроконтроллер может тактироваться в 12 (6) раз меньшей тактовой частотой, обеспечивая равное быстродействие, но при этом потребляя гораздо меньшую мощность. Таким образом, AVR-микроконтроллеры представляют более широкие возможности по оптимизации производительности/энергопотребления, что особенно важно при разработке приложений с батарейным питанием. Микроконтроллеры обеспечивает производительность до 16 млн. оп. в секунду и поддерживают флэш-память программ различной емкости: 1… 256 кбайт. AVR-архитектура оптимизирована под язык высокого уровня Си, а большинство представителей семейства megaAVR содержат 8-канальный 10-разрядный АЦП, а также совместимый с IEEE 1149.1 интерфейс JTAG или debugWIRE для встроенной отладки. Кроме того, все микроконтроллеры megaAVR с флэш-памятью емкостью 16 кбайт и более могут программироваться через интерфейс JTAG.
Все приборы семейства AVR совместимы по исходным кодам и тактированию. Семейство обеспечено комплектом программ и системами отладки, включающими: макро-ассемблеры, отладчики/симуляторы программ, внутрисхемные эмуляторы, и отладочные устройства.
Микроконтроллеры семейства AVR поставляются в очищенном состоянии - содержимое и Flash памяти программ и ЭСППЗУ данных находится в состоянии FF и готово к программированию.Объединение на одном кристалле усовершенствованного 8-разрядного RISC ЦПУ с загружаемым Flash ПЗУ позволило фирме создать мощный микроконтроллер, обеспечивающий высокую гибкость и экономичность в использовании прибора в качестве встраиваемого контроллера.
AVR32 - микроконтроллер
Большую долю рынка 32-разрядных контроллеров в настоящее время занимают микросхемы на базе ядер ARM7, ARM9 и ARM11. Несмотря на это, в 2001 году корпорация начала разработку принципиально новой 32-разрядной RISC-архитектуры. Основной целью было повышение вычислительной производительности за такт процессора. Задача заключается в разработке процессора, который сможет решать сложные задачи цифровой обработки информации при малом потреблении энергии (требование разработчиков мобильных устройств). Ядро должно одновременно выполнять задачи MPU и DSP в рамках одной программной и инструментальной базы. В дополнение к производительному ядру контроллеры нового поколения имеют высокоскоростную периферию – в частности, два контроллера 10/100 Mbps MAC и High-Speed USB (480 Mbps). В последующих версиях контроллеров появится хост-контроллер USB (480 Mbps), поддерживающий режим OTG (On The Go).
Основные параметры микроконтроллеров на базе ядра AVR32 приведены в табл.3. Их выпуск планируется в 2007 году.
На ядре AVR32 разрабатывается семейство контроллеров с аббревиатурой AP (Application Processor). Микросхемы будут выпускаться в корпусах BGA и TQFP. На рис.3. представлена программа развития этого семейства.
Основой архитектуры микроконтроллеров на ядре AVR32 является семистадийный конвейер (рис. 4), который обеспечивает высокую производительность. Конвейер состоит из трех модулей, подготавливающих команду, и четырех модулей, выполняющих команду.
На первом этапе инструкции выбираются из кэш-памяти.
На втором этапе происходит динамическое предсказание ветвления на основе предыдущего значения, далее инструкции перемещаются в буфер декодера Java или RISC команд. Механизм предсказания ветвления позволяет избегать перезагрузки конвейера при выполнении операций ветвления. При предсказании ветвления в кэш загружается следующая за ветвлением операция. Совместно с высокой плотностью кода это позволяет снизить использование памяти и производить переходы без потери циклов.
Третий этап — декодирование команды. В зависимости от содержания команды она попадает в целочисленный модуль, который состоит из трех конвейеров:
- конвейер умножения, состоящий из двух блоков умножения;
- конвейер АЛУ, состоящий из двух блоков вычислений;
- конвейер данных, состоящий из модуля адресации и модуля доступа к данным.
- конвейер данных имеет доступ к сопроцессору для параллельного выполнения матричных и векторных операций.
Три перечисленных конвейера поддерживают одновременное исполнение независимых инструкций с изменением последовательности.
Микроконтроллеры на базе ядер ARM7 и ARM9 Микроконтроллеры на базе ядра ARM7 получают все более широкое распространение. Имея 32-разрядную архитектуру и "8-разрядную стоимость", эти контроллеры уверенно расширяют свое присутствие на рынке. Микросхемы на базе ядра ARM7, выпускаемые корпорацией ATMEL, в добавление к мощному ядру имеют развитую периферию и многоканальный контроллер прямого доступа к памяти, что делает их очень привлекательными для использования в low-end сегменте рынка управляющих контроллеров.
Семейство микросхем AT91SAM7X разработано для применений, требующих обширного набора периферии. Обладая высокопроизводительным 32-/16-битным ядром ARM7TDMT ARM4 Thumb, большим объемом оперативной и flash-памяти на кристалле и набором широко распространенных интерфейсов, эта серия может использоваться для устройств сбора данных и их передачи по каналам Ethernet, USB, CAN, SPI, SSC, UART. Семейство SAM7 состоит из трех подсемейств: SAM7S, SAM7A и SAM7Х. Подробно микроконтроллеры семейства SAM7 рассматриваются в статье Н.Королева и А.Шабынина "ARM-микроконтроллеры ATMEL: аппаратные средства разработчика" (наст. выпуск, с.42). Развитие семейства микроконтроллеров на базе ядра ARM7 приведено на рис.5.
В конце 2007 года в семействе микроконтроллеров SAM9 корпорации Atmel появилась новая микросхема с производительностью 200 MIPS ATMEL –АТ91SAM9263.
AT91SAM9263 содержит микроконтроллер на базе ARM926EJ-STM с быстродействием 200 миллионов операций в секунду, который преодолевает"узкие места" имеющиеся у обычных микроконтроллеров на базе ARM9TM при работе с приложениями с графическим интерфейсом и интенсивной обработкой данных, такими как в медицинском контрольном оборудовании и системах GPS-навигации.
AT91SAM9263 имеет 27 каналов DMA, включая внешний 18-канальный DMA-контроллер ATMEL, 9-уровневую матрицу шин и две дополнительные шины – шину данных и шину непосредственно связанной с программными командами памяти для повышения производительности центрального процессора и обеспечения внутрисхемных скоростей передачи данных до 41,6 Гбит/с. Два внешних интерфейса шин поддерживают внешние модули памяти размером более 1 Гбайт и выше.
Интерфейс пользователя. К встроенным в микросхему средствам для реализации интерфейса пользователя относятся интерфейс камеры, контроллер ЖК-дисплея TFT/STN, 6-канальный аудио-интерфейс(AC97), сопроцессор для обработки I2S- и 2D-графики.
Объединение в сеть и система связи. К внешним сетевым устройствам относятся 12 Мбит/с USB-хост и USB-устройство, сеть 10/100 Ethernet MAC и 1-Мбит/сеть контроллеров CAN. Также имеются четыре модуля USART, два SPI-интерфейса со скоростью передачи данных 50 Мбит/с, интерфейсы CompactFlash®, SDIO (MCI) и двухпроводной интерфейс (TWI) который можно подсоединить к кабельным и беспроводным коммуникационным модулям, таким как GPRS-модем или Wi-Fi®. . . . .
