|
1.2 Архитектура микроконтроллеров ATmega16,
программная модель
В настоящее время в серийном производстве находятся три основных се-
мейства AVR – Tiny, Mega и xMega. Микроконтроллеры семейства Tiny (до
20 МГц) имеют небольшой объем памяти программ и весьма ограниченную пе-
риферию и специально предназначены для систем, чувствительных к размерам
и стоимости. Самые миниатюрные микросхемы tinyAVR имеют габариты
1,5 1,4
мм. Их можно использовать в качестве одночиповых решений для ком-
пактных систем. Способны работать при напряжении питания выше 0.7 В, что
соответствует одному аккумулятору питания. Они выпускаются в 8-выводных
корпусах и являются самыми дешевыми.
Более развитую периферию, бόльшие объемы памяти данных и программ
имеют микроконтроллеры семейства Mega (до 20 МГц), которые рассматрива-
ются в данном курсе. Самая быстрая и дорогая линейка xMega (до 32 МГц)
имеет в своем ядре аппаратные блоки шифрования AES/DES и расширенную
периферию.
Все микроконтроллеры построены на модифицированном фирмой AVR
ядре RISC. Сама идея создания нового RISC-ядра родилась в 1994 г. в Норве-
гии. В 1995 г. два его изобретателя Альф Боген (Alf-Egil Bogen) и Вегард Вол-
лен (Vegard Wollen) предложили корпорации Atmel выпускать новый
8-разрядный RISC-микроконтроллер как стандартное изделие и снабдить его
Flash-памятью программ на кристалле. Руководство Atmel Corp. приняло реше-
12
ние инвестировать данный проект. В 1996 г. был основан исследовательский
центр в городе Тронхейм (Норвегия). Оба изобретателя стали директорами но-
вого центра, а микроконтроллерное ядро было запатентовано и получило
название AVR (Alf-Egil Bogen + Vegard Wollen + RISC). Первый опытный кри-
сталл 90S1200 был выпущен на рубеже 1996–1997 гг., а с 3-го квартала 1997 г.
корпорация Atmel приступила к серийному производству нового семейства
микроконтроллеров и их рекламной и технической поддержке.
Рассмотрим линейку ATMega подробно. Основной нишей семейства
ATMega являются дешевые конечные изделия общего пользования, не требу-
ющие серьезных вычислительных затрат и высокой скорости реакции: цифро-
вые платы индикации для отображения информации, обработчики клавиатуры,
простейшие устройства управления шаговыми двигателями, преобразователь
интерфейсов либо ретранслятор сигналов и т. п. Часто применяются в составе
сложных изделий для уменьшения нагрузки на центральный высокопроизводи-
тельный микроконтроллер.
Микроконтроллер выполняет одну полноценную инструкцию за один
такт, что соответствует производительности 1 MIPS/МГц. Максимальная часто-
та работы составляет 16 МГц или 62,5 нс (1/16 МГц) на 1 простейшую опера-
цию.
Микроконтроллер AVR ATmega16 содержит типовой набор периферий-
ных блоков (рис. 1.1):
порты ввода/вывода, позволяют вывести 1 (5 вольт) либо 0 (земля) на
ножку микросхемы;
три внутренних таймера, позволяющих отсчитывать интервалы вре-
мени, по истечении которых выполнять определенные действия;
широтно-импульсный модулятор (ШИМ), позволяет изменять скваж-
ность импульсов (их заполнение);
один 10-битный АЦП позволяет сделать 1024 (210) сравнения при
преобразовании аналогового сигнала;
аналоговый компаратор для одной задачи;
цифровые шины данных (UART, SPI, I2C) как для связи с другим кон-
троллером, так и с различными датчиками и устройствами;
вспомогательные внутренние периферийные блоки (монитор питания,
сторожевой таймер и т. д.).
13
Рис. 1.1 – Архитектура ATMega 16
14
Следует отметить, что данные блоки могут работать независимо друг от
друга, т. е. если в основной программе запущены аналого-цифровой преобразо-
ватель, ШИМ и принимаются данные по интерфейсам, то производительность
центрального процессора не уменьшится. Если каждый принятый, оцифрован-
ный либо выданный байт данных будет в основном коде программы обрабаты-
ваться, то это время обработки следует учесть.
Специальные разновидности микросхем могут содержать внутренние
блоки USB, Ethernet, радиомодем, более точный АЦП либо несколько одинако-
вых цифровых интерфейсов. Если стоит задача передавать данные по UART
(COM Port) между несколькими устройствами, то следует выбрать нужную раз-
новидность контроллера, в котором имеются четыре аппаратных блока UART
для реализации задачи. Однако цена у последнего будет выше, и, возможно,
будет отсутствовать часть базового функционала.
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Контрольные вопросы по главе 1
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
1. Назовите основные свойства, области использования и особенности
микропроцессоров общего назначения.
2. Приведите сравнительную характеристику RISC-архитектуры.
3. Приведите сравнительную характеристику Принстонской архитекту-
ры (фон Неймана).
4. Приведите сравнительную характеристику Гарвардской архитектуры.
5. Дайте характеристику аспектов построения процессорного ядра.
15
Do'stlaringiz bilan baham: |
