Первая конструкция на микроконтроллере avr

Электроника для всех

Блог о электронике

AVR. Учебный курс. Архитектура.

Итак, камрад, прежде чем ты начнешь работать с контроллером, то неплохо бы тебе узнать что у него внутри.
Поэтому дам тебе краткий ликбез по архитектуре контроллера AVR .

Основой любого микроконтроллера является вычислительное ядро. Во всех моделях AVR оно практически одинаковое и это большой плюс. Именно единство архитектуры обеспечивает легкую переносимость кода.

Итак, что же у нас в основе микроконтроллера, взгляни на диаграмму:

Ядро состоит, в первую очередь, из памяти программ (Flash Programm Memory) и Арифметико-логического устройства (ALU), блока управления (на диаграмме не показан) и программного счетчик (Program Counter). Также есть тактовый генератор, задающий импульсы относительно которых работают блоки микроконтроллера. Тактовый генератор можно сравнить с маятником и собачкой в будильнике: маятник туда сюда, собачка тикает по одному зубчику — шестеренки крутятся. Встала собачка — встал весь будильник.

При старте микроконтроллера значение программного счетчика равно 0000 — это адрес первой команды в нашей flash ROM. Микроконтроллер хватает оттуда два байта (код команды и ее аргументы) и отдает на выполнение в декодер команд (Instruction Decoder).

А дальнейшая судьба зависит от команды. Если это просто команда работы с какими-либо действиями, то они будут выполнены, а на следующем такте значение программного счетчика будет увеличено и из следующей пары ячеек памяти будут взяты еще два байта команды и также отправлены на выполнение.

Все интересней становится когда встречается команда перехода. В этом случае в Программный счетчик загружается адрес указанный в команде (абсолютный переход) или его значение увеличивается не на 1, а на столько сколько нужно и на следующем такте микроконтроллер возьмет команду уже с нового адреса.

Декодер команд загребает команду и скармливает ее логике блока управления, который уже пинает все остальные блоки, заставляя их делать нужные действия в нужном порядке.

Вся математика и обработка делается посредством ALU. Это, своего рода, калькулятор. Он может складывать, вычитать, сравнивать, сдвигать разными способами, иногда делить и умножать (это считается круто, встречается редко).

В качестве промежуточных операндов используются 32 ячейки — Оперативные регистры общего назначения РОН. Доступ к этим ячейкам самый быстрый, а число операций с их содержимым наиболее богатое. В ассемблере регистры эти называются просто R0,R1,R2 … R31. Причем делятся они на три группы:

Младшие R0..R15
Обычные регистры общего назначения, но какие то ущербные. С ними не работают многие команды, например, такие как загрузка непосредственного числа. Т.е. нельзя, например, взять и присвоить регистру число. Зато можно скопировать число из любого другого регистра.

Старшие R16..R31
Полноценные регистры, работающие со всеми командами без исключения.

Индексные R26…R31
Шесть последних регистров из старшей группы особенные. В принципе, их можно юзать и как обычные регистры общего назначения. Но, кроме этого, они могут образовывать регистровые пары X(R26:R27), Y(R28,R29), Z(R30:R31) которые используются как указатели при работе с памятью.

ОЗУ
Кроме 32 регистров в микроконтроллере есть оперативная память. Правда не везде — в младших семействах AVR Tiny12 и Tiny11 оперативной памяти нет, так что приходиться вертеться в 32 ячейках.

Оперативная память это несколько сотен ячеек памяти. От 64 байт до 4килобайт, в зависимости от модели. В этих ячейках могут храниться любые данные, а доступ к ним осуществляется через команды Load и Store.

То есть нельзя взять, например, и прибавить к ячейке в памяти, скажем, единицу. Нам сначала сделать операцию Load из ОЗУ в РОН, потом в регистре прибавить нашу единицу и операцией Store сохранить ее обратно в память. Только так.

EEPROM
Долговременная память. Память которая не пропадает после выключения питания. Если Flash может содержать только код и константы, а писать в нее при выполнении ничего нельзя (Это память Read Only), то в ЕЕПРОМ можно сколько угодно писать и читать. Но в качестве оперативки ее особо не поюзаешь. Дело в том, что цикл записи в EEPROM длится очень долго — миллисекунды. Чтение тоже не ахти какое быстрое. Да и число циклов перезаписи всего 100 000, что не очень много в масштабах работы оперативной памяти. ЕЕПРОМ используется для сохранения всяких настроек, предустановок, собранных данных и прочего барахла, что может потребоваться после включения питания и в основном на чтение. Эта память есть не во всех моделях AVR, но в подавляющем их большинстве.

Периферия
Периферия это внутренний фарш микроконтроллера. То что делает его таким универсальным. ALU, RAM, FLASH и Блок управления это как в компе Мать, Проц, Память, Винт — то без чего комп даже не запустится толком. То периферия это уже как сетевуха, видяха, звуковая карта и прочие прибамбасы. Они могут быть разными, разной степени крутости и навороченности, а также комбинироваться в разном порядке.

Именно по наличию на кристалле той или иной периферии происходит выбор микроконтроллера под задачу.

Периферии всякой придумано великое множество, всего я наверное даже не опишу. Но дам основной набор присутствующий почти во всех AVR, а также в других современных контроллерах.

  • Порты ввода вывода — то без чего невозможно взаимодействие контроллера с внешним миром. Именно порты обеспечивают то самое «ножкодрыгательство» управляющее другими элементами схемы. Захотели получить на выводе единичку, дали приказ соответствующему порту — получите, распишитесь. Захотели узнать какой там сигнал на входе? Спросили у соответствующего порта — получили. Почти все выводы микроконтроллера могут работать в режиме портов ввода-вывода.
  • UART/USART приемопередатчик — последовательный порт. Работает по тому же асинхронному протоколу что и древние диалапные модемы. Старый как мир, надежный и простой как кувалда. Подходит для связи с компьютером и другими контроллерами.
  • Таймеры/счетчики — задача таймеров отсчитывать тики. Сказал ему отсчитать 100 тактов процессора — он приступит и как досчитает подаст сигнал. Им же можно подсчитывать длительность входных сигналов, подсчитывать число входных импульсов. Да много чего умеет таймер, особенно в AVR. Подробное описание функций таймера занимает добрых три десятка страниц в даташите. При том, что таймеров самих существует несколько видов и фарш у них разный.
  • АЦП — аналоговый вход. Есть не у всех микроконтроллеров, но вещь полезная. Позволяет взять и замерить аналоговый сигнал. АЦП это своеобразный вольтметр.
  • I2C(TWI) интерфейс — последовательная шина IIC. Через нее осуществляется связь с другими устройствами. На IIC можно организовать своеобразную локальную сеть из микроконтроллеров в пределах одного устройства.
  • SPI — еще один последовательный протокол, похожа на IIC, но не позволяет организовывать сети. Работает только в режиме Мастер-Ведомый. Зато ОЧЕНЬ быстрая.
  • Аналоговый Компаратор — еще один аналоговый интерфейс. Но, в отличии от АЦП, он не замеряет, а сравнивает два аналоговых сигнала, выдавая результат А>B или A AVRМикроконтроллер

Спасибо. Вы потрясающие! Всего за месяц мы собрали нужную сумму в 500000 на хоккейную коробку для детского дома Аистенок. Из которых 125000+ было от вас, читателей EasyElectronics. Были даже переводы на 25000+ и просто поток платежей на 251 рубль. Это невероятно круто. Сейчас идет заключение договора и подготовка к строительству!

А я встрял на три года, как минимум, ежемесячной пахоты над статьями :)))))))))))) Спасибо вам за такой мощный пинок.

98 thoughts on “AVR. Учебный курс. Архитектура.”

Вопрос возник по этому абзацу:
Блок регистров (РОН), он же регистровый файл.

Если у нас 32 Регистра по 8 бит, то как регистровая пара образует 32 разряда?
Мои представления подсказывают что получается 16 разрядов, но я могу быть не прав.

Программирование микроконтроллеров AVR — первый шаг

Три условия для желающих освоить микроконтроллер
Что такое программа
Что такое алгоритм
Языки программирования

Я, наверное, немного поспешил, назвав статью «Программирование микроконтроллеров AVR — первый шаг». Скорее, эта статья, как и все последующие, — маленький шажок в мир микроконтроллеров. И таких «шажков» у нас будет много, пока не дойдем до того момента, когда сможем сказать: «Микроконтроллер — последний шаг». Но и это, скорее всего, из области фантастики — нельзя объять необъятное, — мир микроконтроллеров постоянно развивается и совершенствуется. Наша задача — сделать первый шаг, логическим итогом которого должна стать первая, самостоятельно разработанная и собранная конструкция на микроконтроллере. А дальше, -дальше каждый поплывет своей дорогой в совершенствовании полученных на сайте знаний. И тогда, завершающую статью можно будет назвать так: «Программирование микроконтроллеров — последний шажок первого шага» (надо же, как загнул!).
И так, приступаем.

Три условия для желающих освоить микроконтроллер

1. Желание и настойчивость в достижении поставленной цели
Этот пункт, на мой взгляд, — самый главный. Не будет желания, а еще хуже — настойчивого желания, то и не будет результата. Главное не пасовать и не останавливаться, проявите настойчивость — и все получится (и не только в деле освоения микроконтроллеров).
2. Знание устройства микроконтроллера.
Немаловажный фактор. Ведь, согласитесь, не зная как устроен микроконтроллер, что он имеет в своем распоряжении, как это все работает, — мы не сможем использовать все возможности микроконтроллера, выжать из него все, на что он способен.
Возможно и не стоит очень глубоко копаться во «внутренностях» микроконтроллера, но основное, так сказать — азы, мы знать должны (этим мы и будем заниматься на страницах сайта — изучать азы работы с микроконтроллером).
3. Знание команд управления микроконтроллерам.
Микроконтроллер, как собака (такое вот интересное сравнение), будет смотреть на нас умными глазами и вилять своим хвостом, пока не подадим ему команду на выполнение каких-то действий.
В отличие от умной собаки, микроконтроллер понимает намного больше команд — более 130 штук.
Так вот, чтобы микроконтроллер не только вилял хвостом, но и выполнял нужную нам работу, — необходимо знать команды управления им.
Сразу хочу сказать, для начала не надо зубрить все 130 команд, достаточно будет знания и половины (и даже меньше). К тому же, многие команды дублируют друг-друга. Но чем больше команд мы будем знать, тем эффективней мы сможем управлять микроконтроллером и тем красивее и элегантнее будут выходить из-под нашего пера программы.

Итого, если у вас есть настойчивое желание освоить микроконтроллер, тогда продолжаем.

Что такое программа

Какие задачи вы возлагаете на микроконтроллер, и как он будет их выполнять, определяется заложенной в него программой – программой которую для микроконтроллера составляете вы сами.

Программа (в переводе это слово означает – “предписание”) – предварительное описание предстоящих событий или действий.

К примеру, мы хотим, чтобы микроконтроллер помигал светодиодом. Довольно простая задача, но тем не менее, для того, чтобы микроконтроллер выполнил ее, мы, предварительно, должны шаг за шагом описать все действия микроконтроллера — написать программу, которую он должен выполнить для получения нужного нам результата – мигающий светодиод.
Что-то вроде такого:
♦ Зажечь светодиод:
— настроить вывод микроконтроллера,к которому подключен светодиод, для работы на вывод информации
— подать на этот вывод логический уровень, который позволит зажечь светодиод
♦ Подождать некоторое время:
— перейти к подпрограмме формирующей паузу (которую тоже нужно “прописать”)
— по выполнению подпрограммы паузы вернуться в основную программу
♦ Погасить светодиод:
— подать на вывод микроконтроллера логический уровень, гасящий светодиод
и так далее.

С термином Программа неразрывно связан другой термин – Алгоритм.

Что такое алгоритм

Алгоритм – набор инструкций, описывающих порядок действия для достижения нужного результата.

Если в программе мы подробнейшим образом прописываем все действия микроконтроллера, то в алгоритме, — мы определяем порядок действий микроконтроллера, на основе которых мы потом создадим программу. По аналогии с вышеприведенном примером:
♦ Зажечь светодиод
♦ Подождать некоторое время
♦ Погасить светодиод
и так далее.
Таким образом, алгоритм – это предшественник программы. И чем тщательно и продумано будет создан алгоритм, тем проще будет создавать программу.

Язык программирования

К сожалению, если любимой собачке мы можем подавать команды на человеческом языке, то общение с микроконтроллером должно происходить на языке, который понятен ему — языке микроконтроллерных команд.

Команды для микроконтроллера имеют вид набора единичек и нулей, типа:
00110101 011000100
так называемые – коды команд, а коды команд – это язык который понимает микроконтроллер. А для того, чтобы перевести наш язык общения на язык микроконтроллера – в эти самые наборы нулей и единичек, существуют специальные программы.
Эти программы позволяют описать порядок работы для микроконтроллера на более-менее понятном для нас языке, а затем перевести этот порядок на язык понятный микроконтроллеру, в результате чего получается так называемый машинный код – последовательность команд и инструкций (те самые нули и единички) которые только и понимает микроконтроллер. Текст программы, написанный программистом, называется исходным кодом. Перевод программы с языка программирования (исходного кода) на язык микроконтроллера (машинный код) производится трансляторами. Транслятор превращает текст программы в машинные коды, которые потом записываются в память микроконтроллера.
В таких программах порядок работы микроконтроллера описывается специальным языком – языком программирования.

Язык программирования – это способ передачи команд, инструкций, чёткого руководства к действию для микроконтроллера.

Из множества языков программирования можно выделить два типа :
языки программирования низкого уровня
языки программирования высокого уровня
Чем они отличаются. А отличаются они своей близостью к микроконтроллеру.

На заре зарождения микропроцессорной техники, программы писали в машинных кодах, то есть весь алгоритм работы последовательно прописывали в виде нулей и единичек. Вот так, примерно, могла выглядеть программа:
01010010
01000110
10010011
Трудно, даже профессионалу, разобраться в такой комбинаций из двух цифр. Для облегчения своей жизни, программисты стали создавать первые языки программирования. Так вот, чем ближе язык программирования к такому набору нулей и единиц тем больше он “низкого уровня”, а чем дальше от них – тем больше “высокого уровня”.

Самые распространенные языки программирования для микроконтроллеров:
— язык низкого уровня – Ассемблер
— язык высокого уровня – С (Си)
Давайте посмотрим на примере их различия (эти примеры абстрактные).
Допустим нам надо сложить два числа: 25 и 35.
В машинных кодах эта команда может выглядеть так:
00000101 1101001
На языке низкого уровня:
ADD Rd, Rr
На языке высокого уровня:
25+35
Различие языков низкого и высокого уровня видны невооруженным глазом.
Но давайте копнемся в этих примерах поглубже. Пример машинного кода разбирать не будем, так как он идентичен примеру на Ассемблере. По своей сути, Ассемблерные команды это те же машинные коды (команды) которым просто, чтобы не заблудиться в нулях и единицах, присвоены буквенные аббревиатуры. Ассемблерной командой ADD Rd, Rr мы ставим микроконтроллеру задачу сложить два числа, которые находятся (а для этого мы должны их туда предварительно записать) – первое в Rd, второе в Rr, а результат сложения поместить в Rd. Как видите мы ставим очень конкретную задачу микроконтроллеру: где взять, что с этим сделать и куда поместить результат. В этом случае мы работаем напрямую с микроконтроллером.
Команда на языке высокого уровня: 25+35, привычная для нас математическая запись, радующая наш глаз. Но в этом случае мы не работаем напрямую с микроконтроллером, мы просто ставим ему задачу сложить два числа. Результат и последовательность действий в данном случае будет тот-же, что и при выполнении ассемблерной команды: сначала эти два числа будут куда-то записаны, затем сложены а результат куда-то помещен.
И вот тут кроется главное отличие языков высокого уровня и низкого уровня. Если в Ассемблере мы контролируем весь процесс (хотим мы того, или нет): мы знаем где записаны эти два числа, и мы знаем где будет находиться результат, то в языке высокого уровня мы процесс не контролируем. Программа сама решает куда предварительно записать числа и куда поместить результат. В большинстве случаев нам это и не надо знать, ведь для нас главное итог – число 60 на выходе. Как результат, программы на языках высокого уровня более читаемы (спорный вопрос), приятны для глаза (спорный вопрос) и меньше по размеру – ведь нам не приходится “лезть во все дыры” и расписывать каждый шаг микроконтроллера, программа это делает потом за нас, когда компилирует ее – переводит в машинные коды. Но тут есть и минус. Два одинаковых алгоритма написанных на Ассемблере и на Си, после преобразования их в машинные коды будут иметь разный размер: программа написанная на Ассемблере будет на 20-40% короче программы написанной на Си – черт его знает, каким путем идет Си для достижения нужного нам результата. И бывают случаи, когда нет доверия к языку высокого уровня и в программе на Си делают вставки кода, написанные на Ассемблере.

Продвинутые программисты, как правило, знают несколько языков программирования, творчески соединяя их возможности и преимущества в одной программе. Ну а нам, любителям, надо знать хотя бы один язык (для начала), и начинать надо (а я в этом твердо уверен)с языка низкого уровня – Ассемблера.

(27 голосов, оценка: 4,81 из 5)

Осваиваем микроконтроллеры на примере Atmega8

Программирование AVR. Первые шаги, или – что нам нужно иметь для того, чтобы
прошить и увидеть микроконтроллер в действии.

В рамках данной статьи мы не станем сильно погружаться в многообразие внутренних процессов и дебри архитектуры микроконтроллера. А основной нашей задачей будет являться – освоение азов практической работы с микроконтроллером и получение навыков для самостоятельной разработки и изготовления какого-либо интересующего нас электронного устройства.

В качестве подопытного предлагаю выбрать популярный и довольно высокопроизводительный 8-разрядный AVR микроконтроллер Atmega8 в удобном для наших целей 28-выводном DIP корпусе.

Итак, что нам нужно для полного счастья?

1. Простая и, в приоритете, бесплатная среда разработки, в которой можно посредством слов и цифр написать программу, а затем скомпилировать её, т. е. перевести на язык, понятный микроконтроллеру.
Одним из удачных примеров такой среды является Atmel Studio. Скачать эту программу не составит никакого труда, в том числе и на официальном сайте разработчика – https://www.microchip.com/.

2. Отладочная плата для микроконтроллера, желательно с DIP28 панелькой для микросхемы.

Удачным вариантом такой платы я бы посчитал изделие под названием «плата разработки ATmega8 – сделай сам», предлагаемое нашими китайскими друзьями за символические 150 отечественных рублей.

В комплект поставки входят:
– собственно, сама плата;
– Панелька DIP28;
– Кварцевый резонатор на 8 МГц;
– Разъём для подключения программатора;
– Разные деталюшки в виде: конденсаторов, резисторов, кнопок, светодиодов, т. е. всего того, что позволит легко запрограммировать и проверить микропроцессор в работе.

Можно, конечно, обойтись и без отладочной платы и произвести прошивку ATmega8 непосредственно в готовом устройстве, тем более что микропроцессор это сделать позволяет. Однако на практике произвести эти манипуляции заранее, а уже потом устанавливать микросхему по месту прописки оказывается значительно удобнее.

3. Программатор AVR USB, для того чтобы запрограммировать микроконтроллер, то есть перенести в него информацию с компьютера.

Такой программатор оценивается на aliexpress примерно в ту же стоимость, что и предыдущее изделие.

Программатор подсоединяется к USB порту компьютера, а другим своим концом к плате микроконтроллера.
Данное соединение осуществляется через ISP разъём кабеля, который также входит в комплект поставки.

Питание берётся от USB разъёма компьютера.
Работать программатор может под разными операционными системами, в том числе – под Windows.

Если тип приобретённого программатора не будет поддерживаться Atmel Studio, то придётся скачать и бесплатную программу прошивки микроконтроллеров, например, AVRDude.

4. Контактная макетная плата для монтажа без пайки.

Такая макетная плата совместно с набором соединительных проводов (джамперов) будет весьма полезна на начальном этапе освоения микроконтроллера.

Она без какого-либо напряга и паяльника позволит соединить любые электронные элементы обвеса микроконтроллера в единую конструкцию, превращая весь процесс создания схемы в увлекательную игру с конструктором LEGO.

Подобный набор, состоящий из беспаечной макетной платы и комплекта проводов, обойдётся не дороже 200 рублей.

5. Для того чтобы в процессе отладки не перепрошивать ATmega8 бесчисленное количество раз, жизненно необходима программа, позволяющая отладить прошивку без участия микроконтроллера.
Для этой цели как нельзя лучше подходит программа для автоматизированного проектирования электронных схем (в том числе и микроконтроллеров) – Proteus. Она значительно упрощает процесс отладки программы без участия микроконтроллера, ведь любой накопитель имеет конечное число перезаписей, хотя это число и достаточно большое.

6. Если написать и отладить программу для микроконтроллера можно и без его непосредственного участия, то, по-любому, рано или поздно встанет конкретный вопрос: «А на фига мы всё это делали?».
Поэтому хочешь, не хочешь, а приобрести ATmega8 нам также всё ж таки придётся. Стоит она на Али, как и всё остальное, довольно-таки гуманных денег – около 100 рублей за единицу продукции, поэтому кошелёк опорожнит не сильно, но уважительного к себе отношения потребует.

А теперь давайте-ка посмотрим: А что это за штука ATMEGA8 попала к нам в руки?

Рис.1 Внешний вид и назначение выводов Atmega8

У данного типа МК есть два типа питания – цифровое VCC (выв.7) и аналоговое AVCC (выв.20). В стандартном включении, когда на входы/выходы контроллера подаются логические 1 и 0, оба вывода питания соединяют (физически соединяются VCC и AVCC, поскольку GND выводы 8 и 22 уже замкнуты внутри ИМС через сопротивление 0,7 Ом). Однако при подключении нагрузки, эти земляные выводы необходимо замкнуть на плате, т. к. внутри они соединены тонким проводником, который при существенном токе не следует рассматривать как «перемычку».
Если используется встроенный АЦП, или входы/выходы задействованы для работы с аналоговыми сигналами, то для уменьшения помех производитель рекомендует использовать последовательный LC-фильтр по AVCC.
Между выводами питания и землёй (в непосредственной близости от выводов питания микросхемы) всегда следует устанавливать керамические конденсаторы ёмкостью 0,1 Мкф, которые обычно называют блокировочными конденсаторами.

Ещё один непомеченный цветом вывод (Рис.1) – 21 вывод (AREF).
AREF означает Analog Reference и является входом для подачи (при необходимости) опорного напряжения от внешнего источника питания.

Все раскрашенные выводы микроконтроллера (Рис.1) – это порты ввода-вывода, через которые микроконтроллер общается с внешним миром. У ATmega8 их три: PB0. PB7, PC0. PC6, PD0. PD7.
PB0. PB7 и PD0. PD7 – это полные, т. е. 8-разрядные порты, PC0. PC6 – неполный 7-разрядный порт, т. к. для полноты ему тупо не хватило лишнего вывода у микросхемы.

Каждый вывод порта может работать либо как вход, либо как выход. Для того чтобы выбрать режим работы ножки микроконтроллера необходимо прописать нужные биты в соответствующие регистры.
Однако есть у части портов ввода-вывода и специфические функции, прописанные в документации на микросхему. Давайте посмотрим, что это за функции:

1. Порты PB0. РВ7. Два вывода (РВ6 и PB7) используются для подключения кварцевого резонатора. Выводы РВ2. РВ5 зарезервированы для программирования МК. Таким образом, для общего применения остаются порты PB0 и PB1.
2. Порты PC0. РС6. Порты PC0. РС5 есть возможность использовать в качестве аналоговых входов. РС6 обычно используется для общего внешнего сброса настроек, т. е. перезагрузки прошивки МК.
3. Порты PD0. РD7. Эти порты можно использовать для общего применения.

Atmega8 выпускается с уже настроенным для использования встроенным RC-генератором с частотой 1МГц, который позволяет запустить МК без внешних элементов. Посредством конфигурационных манипуляций, значения этой частоты могут принимать также значения: 2, 4 и 8 MHz. Однако для решения многих задач стабильности RC-генератора оказывается явно недостаточно, в связи с чем для тактирования микроконтроллера используется внешний кварцевый резонатор.

Следует запомнить, что МК не является устройством, которое управляет большими мощностями, для этого есть транзисторы, тиристоры и прочие силовые элементы. Максимальный ток линии ввода/вывода составляет 40мА, максимальный суммарный ток по цепям питания и GND – 200мА.
И под занавес:

Основные технические параметры ATmega8:

— Память для программ составляет 8 Кб с возможностью перезаписать 10 000 раз;
— 512 байт флеш-памяти для хранения переменных (100 000 циклов перезаписи);
— 1 Кб ОЗУ и 32 регистра общего назначения;
— Два 8-разрядных Таймера/Счетчика с раздельным прескалером, режим сравнения;
— 16-разрядный Таймер/Счетчик с раздельным прескалером, режим сравнения, режим захвата;
— Таймер реального времени с независимым генератором;
— 3 канала ШИМ;
— 6 каналов 10-разрядного АЦП;
— Двухпроводный последовательный интерфейс;
— Программируемый последовательный USART;
— Интерфейс SPI с режимами Master/Slave;
— Программируемый сторожевой таймер с отдельным независимым генератором;
— Встроенный аналоговый компаратор;
— Сброс при включении питания, программируемая защита от провалов питания;
— Встроенный калиброванный RC-генератор;
— Обработка внутренних и внешних прерываний;
— 5 режимов с пониженным энергопотреблением: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down и Standby;
— Напряжение питания 4.5 — 5.5В;
— Тактовая частота 0-16 МГц.

Ну, на этом, пожалуй, и всё.
Для желающих посерьёзней углубиться в знания, могу порекомендовать datasheet производителя и русскоязычное описание ATmega8, с которым можно познакомиться по ссылке — ATMEGA8.

А на следующих страницах будем осваивать язык программирования, а также запускать несложные устройства, выполненные на микроконтроллерах.

Урок 1. Первый проект на AVR

В каждом языке программирования есть такое понятие «Hello World». Это первая программа, дающая общие понятия о структуре программы. Для микроконтроллеров первая программа мигание светодиода. Это самое простое и наглядное.

Сначала нужно написать программу, используя CodeVision (C avr). Далее есть 2 варианта:
1. Прошить виртуальный микроконтроллер (используя программы симуляторы).
2. Прошить реальный микроконтроллер.

1. Схема собирается в симуляторе Proteus. Чтобы прошить виртуальный микроконтроллер, нужно указать где у вас на жестком диске хранится файл прошивки.
Плюсы: бесплатно, быстро, просто, достаточно наглядно, не требующий навыков сборки схемы. Минусы: результат не подкреплен практикой, значит есть шанс что все быстро забудется.

2. Тут множество вариантов, но как минимум нужен:
2.1. программатор AVR микроконтроллеров,
2.2. ATmega8-16PU (PDIP28 в дип корпусе),
2.3. резистор 1к,
2.4. светодиод,
2.5. проводки,
2.6. 5В стабилизированный источник (блок питания на 5В, питание usb компьютера),
2.7. много свободного времени и желания.
По желанию:
2.8. макетная плата (можно попробовать навесным монтажом),
2.9. паяльник (можно извратиться и без него),
2.10. разъем (можно извратиться и без него),
Минус только один — денежные вложения, которые я считаю в дальнейшем отобьются. Остальное все плюсы. Самое дорогое это программатор. Как решать задачу ваше дело, я покажу оба варианта.

Схема нашего устройства.

Ищем, качаем свежий Proteus. В пакете протеуса нас интересует только ISIS 7. Если вы решили собирать все руками, идем на ближайший радиорынок или магазин электроники и покупаем все, что нужно. Купили, скачали, поставили. Как создать проект в CAVR можно узнать тут

1. Запускаем CodeVisionAVR

2. В окне мастера настроек, переходим на вкладку Ports и устанавливаем значение Bit 0 = Out. Создаем, сохраняем проект.

4. Теперь можно писать наш код.

#include позволяет использовать временные задержки, например делать паузы между зажиганием светодиода
delay_ms(100);
delay_us(100);
позволяет сделать задержку в программе 100мс, позволяет сделать задержку в программе 100мкс
PORTB.0=1;
PORTB.0=0;
включает ножку 0 порта В (напряжение +5В), включает ножку 0 порта В (напряжение 0В)

5. Добавляем в наш бесконечный цикл программы мигания светодиодом

6. Компилируем, прошиваем (как прошить можно почитать тут). Фьюзы для данного урока должны быть выставлены так:

Данная конфигурация фьюзов позволяет запустить микроконтроллер от внутреннего генератора на 2МГц. После прошивки светодиод будет мигать.

Запилил видео, чтобы был более понятен сам процесс, удачи в ваших начинаниях.

Update: Добавлен тест, в котором вы можете проверить на сколько хорошо вы усвоили материал урока

112 комментариев: Урок 1. Первый проект на AVR

булат, к сожалению у меня нет usbasp. судя по описанию камень не отвечает, проверяйте физическое подключение.

булат- Вы победили данную ошибку на программаторе?

Уважаемый автор подскажите можно ли используя данный пример (delay_ms) включить и выключить порт МК несколько раз с разными временными задержками без цикла (while (1))

Как правильно реализовать такое условие и как закончить выполнение программы без (while (1))
так :
<
PORTB.0=1; //включаем 0 ножку порта В
delay_ms(100,500); // ждем
PORTB.0=0; //выключаем 0 ножку
delay_ms(100,200); //ждем

>;
или так :
<
PORTB.0=1; //включаем 0 ножку порта В
delay_ms(100); // ждем 100 мс
PORTB.0=0; //выключаем 0 ножку
delay_ms(100); //ждем 100 мс
PORTB.0=1; //включаем 0 ножку порта В
delay_ms(500); // ждем 500 мс
PORTB.0=0; //выключаем 0 ножку
delay_ms(200); //ждем 200 мс

>;
и какое максимальное значение может иметь delay_ms()
П.С.из самоучителей так понял что while () такой-же неотъемлемый атрибут программы как и #include

delay может быть 65535, while это просто цикл, обычно чтобы программа постоянно что то выполняла, нужно чтобы она крутилась по кругу

Спасибо огромное! А после одноразового передергивания ножками дальше можно включить основной цикл программы? Не получается… а понять почему не могу.

выполняете дрыганье до while, а потом делаете внутри что угодно

Ага! Запустить еще один while () внури этого чтоб он крутился бесконечно и не давал закончить (или начать) основной.У меня последний вопрос в этой теме: где можно посмотреть реализацию такого алгоритма?

установил 2 светодиода на PB0 и PB1 тепер как сделать пример 1 светодиод мигал 3 секунда а 2 ой 1 сек каждий порт сдаелал свое работу?

с помощью таймера, смотри 5 урок

Вопрос к автору: а если предположить, что мне необходимо управлять светодиодом не на 0 выводе порта В, а на 3, или на 7? как тогда будет выглядить код? я пытался написать так не не пошло:

PORTB=3×00;
DDRB=3×01;
while (1)
<
PORTB.3=1;
delay_ms(100);
PORTB.3=0;
delay_ms(10);
Как это реализовать? просто мне надо управлять 20-30 группами светодиодов! и тут одних только 0 выводов портов недостаточно! Заранее Спасибо!

Ув. автор, КАКОЙ вы применяли «программатор AVR микроконтроллеров»?
Дайте ссылку на схему программатора!
Как сделать чобы Code vision увидел этот программатор ?

Я использовал практически с самого начала AVRISPII. Схем программаторов полно, беда их в том, что для того чтобы сделать программатор, нужен другой программатор. Codevision видит только AVRISP, STK500, JTAGICE. По факту, берите USBASP и шейте через khazama, запорете пару мк, зато опыт получите

Такая проблема: создал визардом проект, прописал программу, при компиляции ошибка
все строки типа DDRB=(0 3

Микроконтроллеры семейства AVR

В статье про порты ввода-вывода ПК упоминались такие устройства, как микроконтроллеры AVR. Возможно, многим читателям хотелось бы узнать подробнее, что это такое.

Что такое микроконтроллер

Прежде всего, разберемся с самим понятием «микроконтроллер». Микроконтроллер можно определить как миниатюрный компьютер на базе одного-единственного чипа, включающий, помимо процессора ряд вспомогательных элементов, таких, как ОЗУ, ППЗУ, таймер, и.т.д. Микроконтроллер предназначен для выполнения каких-либо заранее определенных заданий.

Проще всего сравнить микроконтроллер с персональным компьютером. Как и ПК, микроконтроллер имеет процессор, оперативную и постоянную память. Однако, в отличие от ПК, все эти элементы расположены на одном-единственном чипе.

Но означает ли это, что микроконтроллер равноценен персональному компьютеру? Разумеется, нет. ПК создан для того, чтобы выполнять задачи общего назначения. Например, вы можете использовать компьютер, для набора текста, хранения и запуска мультимедиа-файлов, серфинга в Интернет, и.т.д. Микроконтроллеры предназначены для выполнения специальных заданий, например, выключения кондиционера, когда температура в комнате опускается ниже определенного значения, или наоборот, его включения, когда температура повышается.

Существует несколько популярных семейств микроконтроллеров, которые используются для различных целей. Наиболее распространенными из них являются семейства микроконтроллеров 8051, PIC и AVR. И о последнем семействе мы и собираемся вам рассказать подробнее.

История семейства

Семейство микроконтроллеров AVR было создано в 1996 г. корпорацией Atmel, а разработчиками архитектуры микроконтроллеров являются Alf-Egil Bogen и Vegard Wollan. Отсюда и происходит название семейства – от первых букв имен разработчиков – A и V, и первой буквы аббревиатуры RISC – типа архитектуры, на которой базируется архитектура микроконтроллера. Также эту аббревиатуру часто расшифровывают как Advanced Virtual RISC (модернизированный эффективный RISC).

Первым микроконтроллером в серии был AT90S8515, однако первым микроконтроллером, выпущенным на рынок, стал AT90S1200. Это случилось в 1997 г.

На сегодняшний день доступны 3 линейки микроконтроллеров:

  • TinyAVR – небольшой объем памяти, небольшие размеры, подходит для самых простых задач.

  • MegaAVR – наиболее распространенная линейка, имеющая большой объем встроенной памяти (до 256 КБ), множество дополнительных устройств и предназначенная для задач средней и высокой сложности.

  • XmegaAVR – используется в сложных коммерческих задачах, требующих большого объема памяти и высокой скорости.

Сравнительные характеристики различных линеек:

Название серии Число контактов Объем флэш-памяти Особенность
TinyAVR 6-32 0,5 – 8 КБ Небольшой размер
MegaAVR 28-100 4-256 КБ Периферийные устройства
XmegaAVR 44-100 16-384 КБ Система прерываний, поддержка DMA

Особенности семейства

Прежде всего, микроконтроллеры этой серии являются быстрыми. Большинство инструкций процессор микроконтроллера выполняет за один цикл. Микроконтроллеры AVR примерно в 4 раза быстрее, чем PIC. Кроме того, они потребляют немного энергии и могут работать в 4 режимах экономии энергии.

Большинство контроллеров AVR являются 8-разрядными, хотя сейчас существует и 32-разрядная разновидность контроллеров AVR32. Кроме того, как уже упоминалось выше, AVR принадлежат к типу RISC-микроконтроллеров. Архитектура RISC (Complex Instruction Set Computers) означает, что набор инструкций, которые может выполнять процессор устройства, является ограниченным, но, в то же время, подобная архитектура дает преимущество в скорости. Противоположностью архитектуры RISC является архитектура CISC (Complex Instruction Set Computers).

8-битность контроллера означает, что он способен передавать и принимать 8-битные данные. Доступные регистры ввода/вывода также являются 8-битными.

Архитектура контроллера основана на регистрах. Это означает, что для хранения исходных данных операции и ее результата в контроллере используются регистры.

Процессор контроллера берет данные из двух входных регистров, выполняет логическую операцию и сохраняет результат в выходном регистре. Все это занимает 1 исполняемый цикл.

Архитектура контроллера

Всего контроллер AVR имеет 32 8-битных регистра общего назначения. В течение цикла процессор берет данные из двух регистров и помещает их в арифметико-логическое устройство (АЛУ), которое производит операцию над данными и помещает их в произвольный регистр. АЛУ может выполнять как арифметические, так и логические действия над операндами. Также АЛУ может выполнять и действия с одним операндом (регистром). При этом контроллер не имеет регистра-аккумулятора, в отличие от контроллеров семейства 8051 – для операций могут использоваться любые регистры, и результат операции также может быть помещен в любой регистр.

Контроллер соответствует Гарвардской вычислительной архитектуре, согласно которой компьютер имеет отдельную память для программ и данных. Поэтому в то время, пока выполняется одна инструкция, происходит предварительное извлечение из памяти следующей инструкции.

Котроллер способен выполнять одну инструкцию за цикл. Отсюда следует, что если тактовая частота контроллера составляет 1 МГц, то его производительность составит 1 млн. оп./c. Чем выше тактовая частота контроллера, тем выше будет его скорость. Однако при выборе тактовой частоты контроллера следует соблюдать разумный компромисс между его скоростью и энергопотреблением.

Помимо флэш-памяти и процессора контроллер имеет такие устройства, как порты ввода-вывода, аналого-цифровой преобразователь, таймеры, коммуникационные интерфейсы – I2C, SPI и последовательный порт UART. Все эти устройства могут контролироваться программно.

Программы для микроконтроллера

Как уже упоминалось выше, микроконтроллер подобен ПК, а это значит, что, как и ПК, AVR также может выполнять какую-либо программу, хотя и всего одну в какой-либо момент времени.

Программа микроконтроллера может храниться во встроенной памяти контроллера и представляет собой серию очень простых команд, которые выбирают данные и осуществляют с ними операции. В большинстве случаев это означает считывание входящих данных, проверка их состояния и вывода соответствующих выходных данных. Иногда может потребоваться изменение данных и совершение с ними некоторых операций, а также передача данных какому-либо внешнему устройству, например, индикатору, или последовательному порту.

Для таких элементарных задач используются наборы двоичных команд, каждая из которых имеет аналог на более доступном человеческому восприятию языке ассемблера. Поэтому наиболее распространенным способом написания программ для контроллера является написание их на языке ассемблера.

Преимуществом ассемблера является очень быстрый, компактный и эффективный код, но создание таких программ одновременно требует и глубоких знаний работы процессора контроллера, ручного управления памятью и контроля структуры программы. Поэтому зачастую для написания программ используются и языки высокого уровня, такие, как С, Basic и Java. В этом случае задачу по контролю структуры программы и управлению памятью берет на себя компилятор. Кроме того, часто используемые функции могут быть при этом помещены в библиотеки и извлекаться из них по мере надобности.

Заключение

Микроконтроллеры семейства AVR на сегодняшний день повсеместно используются в компьютерах, для автоматизации управления электронной аппаратурой, различными приборами и механизмами, применяемыми в промышленных, коммерческих, а также бытовых целях. Невысокая стоимость, широкий ассортимент и богатые возможности микроконтроллеров этой серии способствовали их большой популярности.

Микроконтроллеры Atmel AVR – Часть 1

Общее количество существующих семейств микроконтроллеров оценивается приблизительно в 100 с лишним, причем ежегодно появляются все новые и новые. Каждое из этих семейств может включать десятки разных моделей. Причем львиная доля выпускаемых чипов приходится на специализирован­ные контроллеры: например, для управления USB-интерфейсом, или ЖК-дисплеями. Иногда довольно трудно классифицировать продукт: так, многие представители семейства ARM, которое широко применяется для построения мобильных устройств, с точки зрения развитой встроенной функционально­сти относятся к типичным контроллерам, но в то же время достаточно мощ­ное ядро позволяет отнести их и к классу микропроцессоров.

Из семейств универсальных 8-разрядных микроконтроллеров, так сказать, «на все случаи жизни», наиболее распространены три: контроллеры класси­ческой архитектуры х51 (первый контроллер семейства 8051 был выпущен фирмой Intel еще в середине 1980-х), контроллеры PIC фирмы Microchip (идеально подходят для проектирования несложных устройств, особенно предназначенных для тиражирования), и рассматриваемые нами Atmel AVR.

Заметки на полях

в 1995 г. два студента Норвежского университета науки и технологий в г. Трон­хейме, Альф Боген и Вегард Воллен, выдвинули идею 8-разрядного RISC-ядра, которую предложили руководству Atmel. Имена разработчиков вошли в название архитектуры AVR: Alf + Vegard + RISC. В Atmel идея настолько по­нравилась, что в 1996 г. был основан исследовательский центр в Тронхейме, и уже в конце того же года был начат выпуск первого опытного микрокон­троллера новой серии AVR под названием AT90S1200. Во второй половине 1997 г. корпорация Atmel приступила к серийному производству семейства AVR.

Почему AVR?

у AVR-контроллеров «с рождения» есть несколько особенностей, которые отличают это семейство от остальных МК, упрощают его изучение и исполь­зование. Одним из существенных преимуществ AVR стало использование конвейера. В результате для AVR не существует понятия машинного цикла: большинство команд, как мы говорили, выполняется за один такт (для срав­нения отметим, что пользующиеся большой популярностью МК семейства PIC выполняют команду за 4 такта).

Правда, при этом пришлось немного пожертвовать простотой системы ко­манд, есть некоторые сложности и в области операций с битами. Тем не ме­нее, это не приводит к заметным трудностям при изучении AVR-ассемблера: наоборот, программы получаются короче и больше напоминают программу на языке высокого уровня (отметим, что AVR проектировались специально в расчете на максимальное приближение к структуре языка С).

Другое огромное преимущество AVR-архитектуры — наличие 32 оператив­ных регистров, не во всем равноправных, но позволяющих в простейших случаях обходиться без обращения к оперативной памяти и, что еще важнее, без использования стека — главного источника ошибок у начинающих про­граммистов (мало того, в младщих моделях AVR стек даже недоступен для программиста). Для AVR не существует понятия «аккумулятора», ключевого для ряда других семейств. Это еще больше приближает структуру ассемб­лерных программ для AVR к программам на языке высокого уровня, где опе­раторы работают не с ячейками памяти и регистрами, а с абстрактными пе­ременными и константами.

Но это, конечно, не значит, что AVR — однозначно лучшее в мире семейство МК. У него есть и ряд недостатков (например, несовершенная система защи­ты энергонезависимой памяти данных— EEPROM, некоторые вопросы с помехоустойчивостью, излишние сложности в системе команд и структуре программ и т. п.). Но в принципе любые универсальные современные МК позволяют делать одно и то же, и вопрос выбора платформы — вопрос в зна­чительной степени предпочтений и личного опыта разработчика.

Classic, Mega и Tiny

Линейка универсальных контроллеров AVR общего назначения делится на семейства — Classic, Mega и Tiny (есть и новейшее семейство Xmega, но оно представляет весьма «навороченные» приборы не для наших задач). МК се­мейства Classic (они именовались, как АТ908 ) ныне уже не производятся, однако все еще распространены, так как они задержа­лись на складах торгующих фирм, и, к тому же, для них наработано значи­тельное количество программ. Чтобы пользователям не пришлось переписы­вать все ПО, фирма Atmel позаботилась о преемственности — большинство МК семейства Classic имеет функциональные аналоги в семействе Mega, на­пример, AT90S8515— ATmega8515, AT90S8535— ATmega8535 и т.п. (только AT90S2313 имеет аналог в семействе Tiny — ATtiny2313).

Полная совместимость обеспечивается специальным установочным битом (из набора т. н. Fuse-битов), при программировании которого Mega-процессор начинает функционировать, как Classic (подробнее об этом рассказано в гла­ве 19). Для вновь разрабатываемых устройств обычно нет никакого смысла в использовании их в режиме совместимости, однако такой прием в ряде слу­чаев может оказаться полезным для начинающих, так как МК Classic устрое­ны проще и не заставляют пользователя отвлекаться на некоторые ненужные подробности, не имеющие отношения к делу. Поэтому в книге далее будут приводиться иногда примеры и для «классической» серии.

Семейство Tiny (что в буквальном переводе означает «крохотный») предна; значено для наиболее простых устройств. Часть МК этого семейства не имеет возможности программирования по последовательному интерфейсу, и пото­му мы не буд^м их рассматривать в этой книге, за исключением ATtiny2313 (это не значит, что остальных Tiny следует избегать — среди них есть очень удобные и функциональные микросхемы, нередко вообще не имеющие ана­логов). У этого МК отсутствует бит совместимости с «классическим» анало­гом AT90S2313, одним из самых простых и удобных контроллеров Atmel, но при внимательном рассмотрении оказывается, что они и без такого бита со­вместимы «снизу вверх»: программы для «классического» 2313 полностью подходят и для Tiny2313 (см. следующую главу).

Структура МК AVR

Общая структура внутреннего устройства МК AVR приведена на рис. 18.9. На этой схеме показаны все основные компоненты AVR (за исключением некоторых специализированных); в отдельных моделях некоторые компо­ненты могут отсутствовать или различаться по характеристикам, неизменным остается только общее 8-разрядное процессорное ядро (GPU, General Processing Unit). Кратко рассмотрим наиболее важные компоненты, боль­шинство из которых мы будем рассматривать в дальнейшем подробнее.

Начнем с памяти. В структуре AVR имеются три разновидности памяти: flash-память программ, ОЗУ (SRAM) для временного хранения данных, и энергонезависимая память (EEPROM) для долговременного хранения кон­стант и данных. Рассмотрим их по отдельности.

Встроенная flash-память программ в AVR-контроллерах имеет объем от 1 кбайта у ATtinyl 1 до 256 кбайт у ATmega2560. Первое число в наименова­нии модели содержит величину этой памяти в килобайтах, из ряда: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 и 256 кбайт. Так, ATtiny2313 имеет 2 кбайта памяти, а ATmega8535 — 8 кбайт.

С точки зрения программиста память программ можно считать построенной из отдельных ячеек— слов по два байта каждое. Устройство памяти про­грамм (и только этой памяти!) по двухбайтовым словам— очень важный момент, который нужно твердо усвоить. Такая организация обусловлена тем.

что любая команда в AVR имеет длину ровно 2 байта. Исключение состав­ляют команды jmp, call и некоторые другие (например, ids), которые опери­руют с адресами 16-разрядной и более длины, длина этих команд составляет 4 байта, и они используются лишь в моделях с памятью программ более 8 кбайт, поэтому в этой книге вы их не встретите. Во всех остальных случаях счетчик команд сдвигается при выполнении очередной команды на 2 байта (одно слово), поэтому необходимую емкость памяти легко подсчитать, зная просто число используемых команд.

По умолчанию все контроллеры AVR всегда начинают выполнение програм­мы с адреса $0000^. Если в программе не используются прерывания, то с это­го адреса может начинаться прикладная программа, как мы увидим далее. В противном случае по этому адресу располагается т. н. таблица векторов прерываний, подробнее о которой мы будем говорить в главе 19.

Память данных (ОЗУ, 3RAM)

в отличие от памяти программ, адресное пространство памяти данных адре­суется побайтно (а не пословно). Адресация полностью линейная, без какого-то деления на страницы, сегменты или банки, как это принято в некоторых других системах. Исключая некоторые младшие модели Tiny, объем встро­енной SRAM колеблется от 128 байт (например, у ATtiny2313) до 4—8 кбайт у старших моделей Mega.

Адресное пространство статической памяти данных (SRAM) условно делится на несколько областей, показанных на рис. 18.10. К собственно встроенной SRAM относится лишь затемненная часть, до нее по порядку адресов распо­ложено адресное пространство регистров, где первые 32 байта занимает мас­сив регистров общего назначения (РОН), еще 64 — регистров ввода-вывода (РВВ).

Для некоторых моделей Mega (ATmega8515, ATmegal62, ATmegal28, AT-mega2560 и др.) предусмотрена возможность подключения внешней памяти объемом до 64 кбайт. Отметим, что адресные пространства РОН и РВВ не отнимают пространство у ОЗУ данньпс: так, если в конкретной модели МК имеется 512 байт SRAM, а пространство регистров занимает первые 96 байт (до адреса $60), то адреса SRAM займут адресное пространство от $0060 до $025F (то есть от 96 до 607 ячейки включительно). Конец встроенной памяти данных обозначается константой ramend. Следует учесть, что последние ад­реса SRAM, как минимум, на четыре—шесть ячеек от конца (в зависимости от количества вложенных вызовов процедур, для надежности лучше принять это число равным десяти или даже более) занимать данными не следует, так как они при использовании подпрограмм и прерываний заняты под стек.

Рис. 18.10. Адресное пространство статической памяти данных (SRAM) микроконтроллеров AVR

Операции чтения/записи в память одинаково работают с любыми адресами из доступного пространства, и потому при работе с SRAM нужно быть вни­мательным: вместо записи в память вы легко можете «попасть» в какой-нибудь регистр. Для обращения к РОН, как к ячейкам памяти, можно в каче­стве адреса подставлять номер регистра, а вот при обращении к РВВ таким же способом к номеру последнего нужно прибавлять $20. Следует также помнить, что по умолчанию при включении питания все РВВ устанавливают­ся в нулевое состояние во всех битах (единичные исключения все же имеют­ся, поэтому в критичных случаях надо смотреть документацию), а вот РОН и ячейки SRAM могут принимать произвольные значения.

Энергонезависимая память данных (EEPROM)

Все модели МК AVR (кроме снятого с производства ATtinyl 1) имеют встро­енную EEPROM для хранения констант и данных при отключении питания. В разных моделях объем ее варьируется от 64 байт (ATtinylх) до 4 кбайт (старшие модели Mega). Число циклрв перепрограммирования EEPROM мо­жет достигать 100 тыс.

Напомним, что EEPROM отличается от flash-памяти возможностью выбо­рочного программирования побайтно (в принципе, даже побитно, но эта воз­можность скрыта от пользователя). Чтение из EEPROM осуществляется с такой же скоростью, как и чтение из РОН — в течение одного машинного цикла (правда, на практике оно растягивается на 4 цикла, но программисту следить за этим специально не требуется). А вот запись в EEPROM протекает значительно медленнее, и к тому же с не точно определенной скоростью: цикл записи одного байта может занимать от 2 до 4 и более миллисекунд. Процесс записи регулируется встроенным RC-генератором, частота которого нестабильна (при низком напряжении питания можно ожидать, что время записи будет больше). За такое время при обычных тактовых частотах МК успевает выполнить несколь^со тысяч команд, потому программирование процедуры записи требует аккуратности: например, нужно следить, чтобы в момент записи не «вклинилось» прерывание (подробнее об этом далее).

Главная же сложность при использовании EEPROM — то, что при недоста­точно быстром снижении напряжения питания в момент выключения содер­жимое ее может быть испорчено. Обусловлено это тем, что при снижении напряжения питания ниже некоторого порога (ниже порога стабильной рабо­ты, но недостаточного для полного выключения) и вследствие его дребезга МК начинает выполнять произвольные команды, в том числе может выпол­нить и процедуру записи в EEPROM, если она имеется в программе. Если учесть, что типовая команда МК AVR выполняется за десятые доли микросе­кунды, то ясно, что никакой реальный источник питания не может обеспе­чить снижение напряжения до нуля за нужное время. По опыту автора при питании от обычного стабилизатора типа LM7805 с рекомендованными зна­чениями емкости конденсаторов на входе и на выходе содержимое EEPROM будет испорчено примерно в половине случаев.

Этой проблемы не должно существовать, если запись констант в EEPROM производится при программировании МК, а процедура записи в программе отсутствует. Во всех же остальных случаях (а их, очевидно, абсолютное большинство — EEPROM чаще всего используется для хранения пользова­тельских установок и текущей конфигурации при выключении питания) при­ходится принимать специальные меры. Встроенный детектор падения на­пряжения (Brown-Out Detection, BOD), имеющийся практически во всех моделях Tiny и Mega, обычно с этим не справляется. Наиболее кардинальной из таких мер является установка внешнего монитора питания, удерживающе­го МК при снижении напряжения питания ниже пороговой величины в со­стоянии сброса (см. главу 21).