میکرو کنترلر های AVR مدرس: مسعود بهمن پور
منابع مورد استفاده دانشجویان: 1) میکرو کنترلر های AVR تالیف:جواد راستی 2) ساختار میکرو کنترلر های AVR تالیف:علی سلیمیان 3)مرجع کامل عملی ATMEGA 32 تالیف: داود متولی زاده 4) میکرو کنترلر های AVR تالیف:علی کاهه
منابع اینترنتی: WWW.ECA.IR WWW.IR-MICRO.COM WWW.IRANMICRO.COM www.avrfreaks.net www.atmel.com
نرم افزارها : Bascome CodeVisionAVR proteus
نحوه ازشیابی: 1)امتحان میان ترم 30% 2)امتحان پایان ترم 40% 3)پروژه 20% 4)تمرین 10%
سرفصل مطالب: 1)مقدمه 2)آشنایی با میکرو کنترلر 3)سخت افزار و نمای داخلی میکرو کنترلر های AVR 4)آشنایی با دستورات و زبان های برنامه نویسی 5)کار با در گاه های میکرو کنترلر 6)نمایش بر روی سون سگمنت 7)نمایش بر روی انواع LCD 8)صفحه کلید 9)تایمر ها 10)کانتر ها 11)استفاده از وقفه
سرفصل مطالب: 12)کار با مبدل آنا لوگ به دیجیتال 13)مقایسه کننده آنالوگ 14)تبادل سریال USART 15)تایمر WATCHDOG 16)SPI 17)I2C 18)TWI 19)BOOT LOADER
Session 1
مقدمه: گزارش اخیر شرکت Sun Microsystems ادعا کرد در همین دهه ای که که گذشت به طور متوسط در هر خانه بین 50 تا 100میکروکنترولر وجود دارد. تلفن های دیجیتالی، ماشین ظرف شویی، تنظیمات تلویزیون، کنترل از راه دورتلویزیون اجاق ماکروویو، سیستم امنیتی خانه و .... میکروکنترلرها غیر از استفاده های خانگی تجارت الکترونیک را نیز رشد داده است به طور مثال یک کارت هوشمند میتواند در جابجایی اسکناس ها به مردم کمک کند.
فصل اول آشنایی با میکرو کنترلر فصل اول آشنایی با میکرو کنترلر
میکروکنترلر چیست؟ میکرو کنترلر میکروکنترلر
کنترلر : وسیله ای برای کنترل میکرو : بسیار کوچک کنترلر : وسیله ای برای کنترل میکروکنترلر : وسیله ای بسیار کوچک با توانایی پردازش و کنترل مثل یک کامپیوتر کوچک
تفاوت های میکروکنترلر با سیستم کامپیوتر: با توجه به آشنایی سیستم کامپیوتر، برای شناخت میکروکنترلر کافی است فقط تفاوت بین آن دو را بیان کنیم . تفاوت سیستم کامپیوتر با میکروکنترلر: سیستم کامپیوتر RAM بیشتری نسبت به ROM دارد زیرا برنامه های کاربران نیاز به فضای زیادی برای اجرا شدن دارند. اما در یک میکروکنترلر فضای ROM بزرگتر از RAM آن است. در میکرو برنامه کنترلی در ROM آن ذخیره می شود و از RAM فقط به عنوان حافظه موقت استفاده می گردد در صورتی که در سیستم کامپیوتر هم برنامه کنترلی در RAM ذخیره می شود و هم از آن به عنوان حافظه موقت استفاده می شود یک پردازنده به تنهایی نمی تواند عملی انجام دهد و باید آن را با حافظه و وسایل I/O در یک مدار قرار دهیم تا مورد استفاده قرار گیرد اما یک میکرو کنترلر می تواند به تنهایی استفاده شود. در واقع آن دارای یک CPU ، وسایل ورودی -خروجی و حافظه داخلی می باشد که بر روی یک IC قرار داده شده است.
تفاوت میکرو کنترلر با میکرو پروسسور: تمامی میکرو کنترلر ها و میکرو پرسسور ها از یک روش کاری پیروی میکنند و تنها امکانات آنها با یکیدیگر متفاوت است. مثلا اکثر میکرو پرسسور ها دارای cpu و و یکسری در گاه وردی خروجی تنها هستند منتها میکرو کنترلر ها به غیر از دارا بودن این امکانات یکسری امکانات اضافه تر مثل قابلیت برقرای ارتباط با پورت سریال کامپیوترومقداری حافظه های RAM,ROM را دارا میباشند
قسمت های مختلف میکروکنترلر: CPU Program Memory Data Memory (SRAM) Clock Oscillator Reset Circuitry Serial Ports Digital I/Os Analog I/Os Timers
انواع میکروکنترلرها: 8051 AVR PIC ARM
انواع میکرو کنترلر ها نویز پذیری قدرت پردازش قیمت حداکثر فر کانس کار تعداد زیر مجموعه سری زیاد متوسط ارزان 20مگا هرتز بیش از 120 AVR کم 40 مگا هرتز بیش از 60 PIC بالا 1000 مگا هرتز بیش از 200 ARM FPGA
خانواده AVR: AT90S ATMEGA ATtiny AT90S8515 AT90S1200 … Atmega16 Atmega128L …. ATtiny ATTINY13 ATTINY15L ATXMEGA Atxmega64A3
جایگزینی تراشه های قدیمی تراشه قدیمی جایگزین مناسب AT90S2313 AT90S2323 AT90S4433 AT90S8515 ATMEGA103 ATMEGA161 ATMEGA163 ATMEGA323 ATTINY2313 ATTINY25 ATMEGA8 ATMEGA8515 ATMEGA128 ATMEGA162 ATMEGA16 ATMEGA32
نام میکروکنترلر از چندقسمت تشکیل شده است
فرکانس قابل قبول کریستال ATMEGA 16 ATMEGA 8 ATTINY 28L ATTINY 28 V قسمت اول نوع و سری میکرو را بیان می کند. قسمت دوم مخفف low power و very low power است. که در جدول زیر شرح داده شده است: فرکانس قابل قبول کریستال محدوده ولتاژ تغذیه نام پسوند 0-16 MHZ 0-8 MHZ 0-4 MHZ 4-5.5 v 2.7-5.5 v 1.8-5.5 v بدون پسوند با پسوند L با پسوندV
قسمت سوم مشخص کننده بیشترین فرکانس کاری AVR قسمت چهارم مشخص کننده نوع بسته بندی طبق جدول زیر است قسمت پنجم مشخص کننده محدوده دمای کاری طبق جدول زیر است
مفاهیم اولیه
اجزای میکروکنترلر: میکروکنترلر I/O حافظه CPU
انواع حافظه: Flash SRAM EEPROM Internal sram Application Boot loader Register File I/O Register Internal sram انواع حافظه:
Flash EEPROM SRAM ثبات ها محل ذخیره بخش هایی از اطلاعات و داده ها محل ذخیره برنامه اصلی غیر فرار قابلیت هزاران بار نوشتن و پاک کردن Flash محل ذخیره بخش هایی از اطلاعات و داده ها EEPROM محل ذخیره داده های برنامه در حال اجرا فرار سرعت بسیار بالا SRAM ثبات ها حافظه های کوچک داخلی پردازنده ذخیره پیکربندی اجزای میکروکنترلر ذخیره مقادیر موقتی پردازنده
SRAM Management
SRAM Data Memory (mega32)
REGISTER FILES
X-Y-Z Registers
درگاه ورودی/خروجی: انواع ورودی ها سنسور ها میکروکنترلر کلید ها کی بورد ها ....
CPU Structures
Architecture RISC: Reduced Instruction Set Computer ==> AVR CISC: Complex Instruction Set Computer
هسته واحد کنترل و محاسبه و منطق ATmega32(MCU)
ALU Logic Arithmetic And Logic Unit Arithmetic R1R1+R2 R1R1 AND R2 ADD R1,R2 R1R1+R2 Logic AND R1,R2 R1R1 AND R2
ساختار بلوک دیاگرامی ATmega32
، کاهش و بهینه سازی کد ها AVR 8 Bit RISC MCU و زبان های سطح بالا AVR استفاده از تکنولوژی حافظه کم مصرف غیر فرار ، کاهش و بهینه سازی کد ها AVR استفاده از 32 رجیستر همه منظوره RISC انجام عملیات در یک کلاک سیکل توسط معماری افزایش سرعت 4 یا 12 برابری نسبت به دیگر میکرو ها
:AVR مختصری راجع به به سرعت در حال تبدیل شدن به زبان برنامه نویسی (HIGH LEVEL LANGUAGE) HLL زبان های سطح بالا یا C وBASIC حتی برای میکرو های 8 بیتی کوچک هستند. زبان برنامه نویسی (MCU) استاندارد برای میکروکنترلر ها بیشترین استفاده را در برنامه نویسی میکرو ها دارند ولی در اکثر کاربرد ها کد های بیشتری را نسبت به زبان برنامه نویسی اسمبلی تولید می کنند. ایجاد تحولی در معماری، جهت کاهش کد به مقدار مینیمم را درک کرد که نتیجه ATMEL هستند که علاوه بر کاهش و بهینه سازی مقدار کد ها به طور واقع عملیات را تنها در AVRاین تحول میکروکنترلر های استفاده(ACCUMULATOR) انجام می دهند و از 32 رجیستر همه منظوره RISCیک کلاک سیکل توسط معماری می کنند که باعث شده 4 تا 12 بار سریعتر از میکرو های مورد استفاده کنونی باشند. ها مورد استفاده قرار گرفته است در نتیجهAVR برای برنامه ریزی ATMELتکنولوژی حافظه کم مصرف غیر فرار شرکت دارای 1، AVR هستند. میکروکنترلر های اولیه (ISP) در داخل مدار قابل برنامه ریزی EEPROM وFLASHحافظه های و به صورت کلمات 16 بیتی سازماندهی شده بودند.FLASH 2 و 8 کیلو بایت حافظه با دستورات فراوان طراحی شده اند که باعث می شود حجم کد تولید شده کم و RISC ها به عنوان میکرو های AVR سرعت بالاتری بدست آید.
عملیات تک سیکل: با انجام تک سیکل دستورات، کلاک اسیلاتور با کلاک داخلی سیستم یکی می شود. هیچ تقسیم کننده ای در داخل AVR قرار ندارد که ایجاد اختلاف فاز کلاک کند. اکثر میکرو ها کلاک اسیلاتور به سیستم را با نسبت 1:4 یا 1:12 تقسیم می کنند که خود باعث کاهش سرعت می شود بنابراین AVR. ها 4 تا 12 بار سریعتر و مصرف آنها نیز 4 تا 12 بار نسبت به میکروکنرلر های مصرفی کنونی کمتر است زیرا در تکنولوژی ، CMOS استفاده شده در میکرو های AVR مصرف توان سطح منطقی متناسب با فرکانس است. در مقایسه با AVR را به علت انجام عملیات تک سیکل (MILLION INSTRUCTION PER SECOND) MIPSنمودار زیر افزایش دیگر میکرو ها را نشان می دهد. MIPS AVR 1:1 1:4 1:12 POWER CONSUMPTION
:C و BASICطراحی برای زبان های دارند :C و BASICطراحی برای زبان های دارند. تا امروزه معماری بیشتر میکرو ها HLL بیشترین استفاده را در دنیای امروز به عنوان زبان های C و BASICزبان های حمایت کرده اند.HLLبرای زبان اسمبلی طراحی شده و کمتر از زبان های مفید باشد. به طور مثال در زبان هایHL طراحی معماریی بود که هم برای زبان اسمبلی و هم زبان های ATMELهدف می توان یک متغیر محلی به جای متغیر سراسری در داخل زیر برنامه تعریف کرد، در این صورت فقط در زمان BASIC و C برای متغیر اشغال می شود در صورتی که اگر متغیری به عنوان سراسری تعریف گرددRAMاجرای ریز برنامه مکانی از حافظه را اشغال کرده است.FLASH ROMدر تمام وقت مکانی از حافظه ها دارای 32 AVRبرای دسترسی سریعتر به متغیر های محلی و کاهش کد، نیاز به افزایش رجیستر های همه منظوره است. متصل شده اند، و تنها در یک کلاک سیکل به این واحد (ARITMETIC LOGIC UNIT) ALUرجیستر هستند که مستقیما به دسترسی پیدا می کنند. سه جفت از این رجیستر ها می توانند به عنوان رجیستر های 16 بیتی استفاده شوند. هستند.RISC با سرعت بالا و سازماندهی AVRنتیجه تمام موارد بحث شده، میکروکنترلر های تقسیم بندی شده اند.MEGAAVR وXMEGA وTINYAVR ، AVR یا AT90S به 4 نوع AVRمیکروکنترلر های به دلیل تنوع در میکروکنترلر های AVR ازبین آنها میکروکنترلر ATMEGA32 را از دسته MEGAAVR برگزیده و به تشریح آن می پردازیم.