AVR

AVR  är en familj av åttabitars mikrokontroller , tidigare tillverkade av Atmel , sedan av Microchip . Utvecklingsår - 1996 .

Historien om AVR-arkitekturen

Idén om att utveckla en ny RISC - kärna tillhör två studenter vid Norges tekniska universitet (NTNU) från den norska staden Trondheim - Alf-Egil Bogen och Vegard Wollen. 1995 beslutade Bogen och Wollen att föreslå det amerikanska företaget Atmel , som var känt för sina Flash -minneschips , att släppa en ny 8-bitars RISC-mikrokontroller och förse den med Flash-minne för program på ett enda chip med en datorkärna.

Idén godkändes av Atmel Corp., och det beslutades att omedelbart investera i denna utveckling. I slutet av 1996 släpptes en experimentell AT90S1200 mikrokontroller, och under andra halvan av 1997 började Atmel Corporation massproduktion av en ny familj av mikrokontroller, deras reklam och teknisk support.

Den nya kärnan patenterades och fick namnet AVR . Det finns flera tolkningar av denna förkortning. Någon hävdar att detta är A dvanced Virtual R ISC, andra tror att A lf Egil Bogen V egard Wollan R ISC inte kunde ha varit här.

Beskrivning av arkitektur

AVR-mikrokontroller har en Harvard-arkitektur (programmet och data finns i olika adressutrymmen) och ett kommandosystem nära RISC- ideologin . AVR-processorn har 32 8-bitars allmänna register kombinerade till en registerfil. Till skillnad från den "ideala" RISC är registren inte absolut ortogonala:

• Vissa kommandon fungerar endast med register r16…r31. Dessa inkluderar omedelbara operandinstruktioner: ANDI/CBR, ORI/SBR, CPI, LDI, LDS (16-bitars), STS (16-bitars), SUBI, SBCI och SER och MULS;
• Instruktioner som ökar och minskar ett 16-bitars värde (på modeller där de är tillgängliga) med en omedelbar operand (ADIW, SBIW) fungerar på endast ett av paren r25:r24, r27:r26 (X), r29:r28 (Y eller r31:r30(Z);
• Kommandot för att kopiera ett par register (i de modeller där det finns) fungerar bara med angränsande register som börjar med udda (r1:r0, r3:r2, ..., r31:r30);
• Resultatet av multiplikation (i de modeller som har en multiplikationsmodul) placeras alltid i r1:r0. Dessutom används endast detta par som operander för självprogrammeringsinstruktionen (där tillgänglig);
• Vissa varianter av multiplikationsinstruktionerna tar som argument endast register från intervallet r16 ... r23 (FMUL, FMULS, FMULSU, MULSU).

Kommandosystem

Kommandosystemet för AVR-mikrokontroller är högt utvecklat och innehåller från 90 till 135 [1] olika instruktioner i olika modeller.

De flesta instruktioner tar bara upp en minnesplats (16 bitar).

De flesta kommandon exekveras i en cykel .

Hela uppsättningen av AVR-mikrokontrollerkommandon kan delas in i flera grupper:

• kommandon för logiska operationer;
• aritmetiska instruktioner och skiftinstruktioner;
• bitdriftsinstruktioner;
• dataöverföringskommandon;
• kontrollöverföringskommandon;
• systemhanteringskommandon.

Kringutrustning styrs via dataadressutrymmet. För enkelhetens skull finns "förkortade kommandon" IN / OUT.

Familjer av mikrokontroller

Standardfamiljer:

• tinyAVR(ATtinyxxx ) :
  • Flash-minne upp till 16 KB; SRAM upp till 512 B; EEPROM upp till 512 B;
  • Antal in- och utgångslinjer 4-18 (totalt antal utgångar 6-32);
  • Begränsad uppsättning kringutrustning .
• megaAVR ( ATmega xxx):
  • Flash-minne upp till 256 KB; SRAM upp till 16 KB; EEPROM upp till 4 KB;
  • Antal ingångs-utgångslinjer 23-86 (totalt antal utgångar 28-100);
  • Hårdvarumultiplikator;
  • Utökat system av kommandon och kringutrustning.
• XMEGA AVR ( ATxmega xxx):
  • Flash-minne upp till 384 KB; SRAM upp till 32 KB; EEPROM upp till 4 KB;
  • Fyrkanals DMA - kontroller;
  • Innovativt händelsebearbetningssystem.

Som regel indikerar siffrorna efter prefixet mängden inbyggt flashminne (i KB) och modifieringen av styrenheten. Den maximala effekten av två efter prefixet indikerar nämligen mängden minne, och de återstående siffrorna bestämmer modifieringen (till exempel ATmega128 - 128 KB minne; ATmega168 - 16 KB minne, modifiering 8; ATtiny44 och ATtiny45 - 4 KB minne, modifieringar 4 respektive 5).

På basis av standardfamiljer produceras mikrokontroller, anpassade för specifika uppgifter:

• med integrerade gränssnitt USB , CAN , LCD - kontroller ;
• med inbyggd radiosändtagare - ATAxxxx , ATAMxxx-serien ;
• för motorstyrning - AT90PWMxxxx- serien ;
• för bilelektronik ;
• för ljusteknik .

Utöver ovanstående familjer producerar ATMEL 32-bitars mikrokontroller av AVR32 -familjen , som inkluderar underfamiljerna AT32UC3 (klockfrekvens upp till 66 MHz) och AT32AP7000 (klockfrekvens upp till 150 MHz).

Kontrollerversioner

AT (mega/tiny)xxx är grundversionen.
ATxxx L  - versioner av styrenheter som arbetar med en reducerad (låg) matningsspänning (2,7 V).
ATxxx V  - versioner av styrenheter som arbetar på låg matningsspänning (1,8 V).
ATxxx P  - lågeffektversioner (upp till 100 nA i Power-down-läge), picoPower- teknik används (tillkännagiven i juli 2007), pin-out och funktionellt kompatibel med tidigare versioner.
ATxxx A  - strömförbrukningen minskar, hela området av klockfrekvenser och matningsspänningar för de två tidigare versionerna täcks (även i vissa modeller läggs nya funktioner och nya register till, men full kompatibilitet med tidigare versioner bevaras). Mikrokontroller "A" och "icke-A" har vanligtvis samma signatur, vilket orsakar vissa svårigheter, eftersom säkringsbitarna är olika.

Modellnumret följs av ett index som anger versionen. Siffrorna (8, 10, 16, 20) före indexet indikerar den maximala frekvensen vid vilken mikrokontrollern kan arbeta stabilt vid sin normala matningsspänning).

Den första bokstaven i indexet indikerar skrovvarianten:

ATxxx- P  - DIP-paket
ATxxx- A  - TQFP-
paket ATxxx - J  - PLCC-paket
ATxxx- M  - MLF
-paket ATxxx- MA  - UDFN/USON-paket
ATxxx- C  - CBGA- paket ATxxx- CK -  LGA -paket ATxxx- S  - EIAJ-paket SOIC ATxxx- SS  - JEDEC SOIC smalt paket ATxxx- T  - TSOP -paket ATxxx- TS  - SOT-23- paket (ATtiny4/5/9/10) ATxxx- X  - TSSOP- paket

Följande bokstav betyder temperaturintervall och tillverkningsegenskaper:

ATxxx-x C  - kommersiellt temperaturområde (0 °C - 70 °C)
ATxxx-x A  - temperaturområde -20 °C - +85 °C, med blyfritt lod
ATxxx-x I  - industriellt temperaturområde (-40 °C C - +85 °C)
ATxxx-x U  - Industriellt temperaturområde (-40 °C - +85 °C), med blyfritt lod
ATxxx-x H  - Industrielt temperaturområde (-40 °C - +85) °C) , med NiPdAu
ATxxx-x N  - utökat temperaturområde (-40 °C - +105 °C), med blyfritt lod
ATxxx-x F  - utökat temperaturområde (-40 °C - +125 °C)
ATxxx-x Z  - biltemperaturområde (-40 °C - +125 °C)
ATxxx-x D  - utökat temperaturområde för bilar (-40 °C - +150 °C)

den sista bokstaven R står för Tape & Reel packaging för automatiserade monteringssystem.

I/O-enheter MK

MK AVR har en utvecklad periferi:

• Upp till 86 multifunktionella dubbelriktade GPIO I/O-linjer kombinerade till 8-bitars I/O-portar . Beroende på den mjukvarudefinierade konfigurationen kan registren fungera oberoende av varandra i det "starka" drivarläget, avge eller ta emot (till jord) ström upp till 40 mA , vilket är tillräckligt för att ansluta LED-indikatorer. Vilket som helst av portstiften kan konfigureras att "ingång" antingen i ett fritt tillstånd eller med det inbyggda pull-up-motståndet (positivt).
• Upp till 3 externa avbrottskällor (efter kant, cutoff eller nivå) och upp till 32 genom att ändra nivån vid ingången.
• Som källa för klockpulser kan du välja:
  • keramisk eller kvartsresonator (inte alla modeller);
  • extern klocksignal;
  • kalibrerad intern RC-oscillator (frekvens 1, 2, 4, 8 MHz, och även, för vissa ATtiny-modeller, 4,8, 6,4, 9,6 MHz och 128 kHz).
• Internt flashinstruktionsminne upp till 256 KB (minst 10 000 skrivcykler).
• Programfelsökning utförs med JTAG- eller debugWIRE-gränssnitten :
  • JTAG- signaler (TMS, TDI, TDO och TCK) multiplexeras per I/O-port. Driftsättet - JTAG eller port - ställs in av motsvarande bit i säkringsregistret. AVR MCU:er kommer med JTAG aktiverat.
• Internt EEPROM- dataminne upp till 4 KB (ATmega/ATxmega)/512 byte (ATtiny) (upp till 100 000 skrivcykler).
• Intern SRAM upp till 32 KB (ATxmega)/16 KB (ATmega)/1 KB (ATtiny) med 2-cyklers åtkomsttid.
• Externt minne upp till 64 KB (ATmega8515, ATmega162, ATmega640, ATmega641, ATmega1280, ATmega1281, ATmega2560, ATmega256).
• Timers med 8, 16 bitar.
• PWM -modulator (PWM) 8-, 9-, 10-, 16-bitars.
• analoga komparatorer.
• ADC (ADC) med differentiella ingångar, 8 (ATtiny)/10 (ATtiny/ATmega)/12 (ATxmega) bitar:
  • programmerbar förstärkning före ADC 1, 10 och 200 (i differentialläge);
  • referensspänningen kan vara: matningsspänning, extern spänning eller intern okalibrerad referensspänning på cirka 2,56 V (för modeller med en minsta matningsspänning på 2,7 V och högre) eller 1,1 V (med en minsta matningsspänning på 1, 8 V ).
• Olika seriella gränssnitt inklusive:
  • tvåtråds TWI -gränssnitt , kompatibelt med I²C ;
  • universell synkron/asynkron transceiver UART / USART ;
  • synkron seriell port Serial Peripheral Interface (SPI).
• USB- serien AT90USBxxxx.
• CAN -serien AT90CANxxx.
• LCD -serien ATmega169 och ATmega329 .
• Temperaturgivare ATtiny25 , ATtiny45 , ATtiny85 .
• Nästan alla (med undantag för vissa tidiga ATtiny-modeller, som har ett speciellt gränssnitt för omprogrammering) stöder in-circuit programmering (ISP) via SPI seriella gränssnitt . Många mikrokontroller stöder alternativ seriell eller parallell programmering med högspänning, i fall säkringsregistren har konfigurerats så att konventionell programmering inte är tillgänglig.
• Stöd för självprogrammering, där huvudprogrammet kan ändra en del av sin kod.
• Stöd för att starta upp huvudprogrammet med en skrivskyddad subrutin (bootloader). Huvudprogramkoden tas vanligtvis emot via en av mikrokontrollerportarna med ett av standardprotokollen.
• Ett antal lägen för minskad strömförbrukning.

Obs! Alla kringutrustning kan inte aktiveras av programvara. Vissa av dem måste först aktiveras av bitar i säkringsregistren, som endast kan ändras av programmeraren.

Utvecklingsverktyg

Utvecklingshårdvara

Atmel officiella AVR-utvecklingsverktyg:

• STK600 startpaket
• STK500 startpaket
• STK200 startpaket
• AVRISP och AVRISP mkII
• AVR Dragon
• USBasp-USB
• JTAGICE mkI
• JTAGICE mkII
• JTAGICE3
• ATMEL-ICE
• AVR EN!
• Fjärilsdemonstrationstavla
• AT90USBKey
• Raven trådlöst kit

Det finns också många tredjepartsverktyg, särskilt amatörverktyg.

Utvecklingsprogram