Описание применяемой микроЭВМ

Техническое задание

Разработать микропроцессорную систему на базе однокристальной микроЭВМ и её программное обеспечение, реализующее заданный набор функций: измеритель длительности и амплитуды прямоугольных импульсов на ATmega8535, число входных каналов — 4, максимальная длительность (мс) –16.

На любом из выбранных каналов необходимо измерить длительность и амплитуду прямоугольного импульса и выдать эти значения на индикацию.

Описание применяемой микроЭВМ

Atmega­­­­­­ – серия микроконтроллеров, производимая американской компанией Atmel Corporation. С программной точки зрения микроконтроллер Atmega представляет собой 8-разрядный RISC-процессор с гарвардской архитектурой. Память данных на основе ЭСППЗУ (EEPROM) объемом 256 байт. Защита от чтения и модификации памяти программ и данных. Имеется возможность программного снижения частоты тактового генератора.

ATmega8535 является КМОП 8-битным микроконтроллером, построенным на расширенной AVR RISC архитектуре. Используя команды исполняемые за один машинный такт, контроллер достигает производительности в 1 MIPS на рабочей частоте 1 МГц, что позволяет разработчику эффективно оптимизировать потребление энергии за счёт выбора оптимальной производительности.

AVR ядро сочетает расширенный набор команд с 32 рабочими регистрами общего назначения. Все 32 регистра соединены с АЛУ, что обеспечивает доступ к двум независимым регистрам на время исполнения команды за один машинный такт. Благодаря выбранной архитектуре достигнута наивысшая скорость кода и соответственно высокая производительность в 10 раз превосходящая скорость соответствующего CISC микроконтроллера. ATmega8535 содержит: 8К байт внутрисистеммно программируемой FLASH памяти программ с возможностью чтения в процессе записи, 512 байтов EEPROM, 512 байтов SRAM, 32 входа-выхода общего назначения, 32 рабочих регистра, три гибких таймера/счётчика с режимом сравнения, внешние и внутренние прерывания, последовательный программируемый USART, байт ориентированный последовательный двухпроводный интерфейс, 8- канальный, 10- битный АЦП с дополнительным программируемым дифференциальным усилителем (для TQFP корпуса), программируемый Watchdog таймер с внутренним генератором, последовательный SPI порт, и шесть, выбираемых программно, режимов сбережения энергии.

В режиме Idle ЦПУ не функционирует в то время как функционируют SRAM, таймеры/счётчики, SPI порт и система прерываний. В ATmega8535 существует специальный режим подавления шума АЦП, при этом в целом в спящем режиме функционирует только АЦП и асинхронный таймер для исключения цифровых шумов в процессе преобразования АЦП. В режиме Выкл. процессор сохраняет содержимое всех регистров, замораживает генератор тактовых сигналов, приостанавливает все другие функции кристалла до прихода внешнего прерывания или поступления внешней команды Reset. В режиме ожидания работает генератор тактовых частот в то время как остальные блоки находятся в спящем режиме. Быстрый переход в нормальный режим работы обеспечивает малое потребление энергии. В расширенном режиме ожидания в рабочем состоянии находятся основной генератор и асинхронный таймер.

Микросхемы выпускаются при использовании Atmel технологии энергонезависимой памяти высокой плотности. Встроенная ISP FLASH позволяет перепрограммировать память программ внутрисистеммно через последовательный SPI интерфейс стандартным программатором энергонезависимой памяти, или встроенной загрузочной программой работающей в ядре ЦПУ. Загрузочная программа может использовать любой интерфейс для экспорта рабочей программы во FLASH память.

Комбинация расширенной 8- и битной RISC архитектуры ЦПУ и твердотельной FLASH памяти обеспечивают ATmega8535 высокую гибкость и экономическую эффективность во встраиваемых системах управления.

Память программ. Память программ предназначена для хранения команд, управляющих работой микроконтроллера. Память программ также часто используется для хранения таблиц констант, не меняющихся во время работы программы. Для адресации памяти программ используется счетчик команд (Program Counter - PC). По адресу $0000 памяти программ находится вектор сброса.

Память данных. Память данных микроконтроллеров семейства Mega разделена на три части: регистровая память, оперативная память (статическое ОЗУ) и энергозависимое ЭСППЗУ (EEPROM). В микроконтроллерах Mega используется линейная организация памяти. В адресном пространстве ОЗУ также расположены все регистры микроконтроллеров, под них отведены младшие 96 адресов. Все регистры общего назначения объединены в регистровый файл быстрого доступа, структура которого показана на Рис. 1.1.

Рис 1.1. Структура регистрового файла

Последние 6 регистров файла (R26..R31) могут также объединяться в три 16 битных регистра, используемых в качестве указателей при косвенной адресации памяти данных. Все регистры ввода/вывода условно можно разделить на две группы: служебные регистры микроконтроллера и регистры, относящиеся к конкретным периферийным устройствам (в том числе регистры портов ввода/вывода).

Система прерывания. Микроконтроллеры Atmega имеют многоуровневую систему приоритетных прерываний. Младшие адреса памяти программ, начиная с адреса $0001, отведены под таблицу векторов прерывания. Каждому прерыванию соответствует адрес в этой таблице, который загружается в счетчик команд при возникновении прерывания. Положение вектора в таблице также определяет и приоритет соответствующего прерывания: чем меньше адрес, тем выше приоритет прерывания.

Характеристика процессора. Основными характеристиками процессора микроконтроллеров Atmega являются:

· арифметико-логическое устройство (АЛУ) подключено непосредственно к регистрам общего назначения;

· большинство команд выполняются за один период тактового сигнала;

· векторная система прерываний, поддержка очереди прерываний;

· наличие аппаратного умножителя.

Характеристики подсистемы ввода/вывода.

Подсистема ввода/вывода микроконтроллеров Atmega имеет следующие особенности:

· программное конфигурирование и выбор портов ввода/вывода;

· выводы могут быть запрограммированы как входные или как выходные независимо друг от друга;

· имеется возможность полного отключения цифрового порта ввода/вывода от физического вывода микросхемы;

· на всех входах имеются индивидуально отключаемые внутренние подтягивающие резисторы сопротивлением 20...50 кОм.

Микроконтроллеры ATmega8535 имеют четыре восьмиразрядных порта ввода/вывода (порты A, B, C, D). Всего контактов ввода/вывода 32. Обращение к портам производится через регистры ввода/вывода. Под каждый порт в адресном пространстве ввода/вывода зарезервировано по 3 адреса, по которым размещены следующие регистры: регистр данных порта PORTx, регистр направления данных DDRx и регистр выводов порта PINx. Действительные названия регистров получаются подстановкой названия порта вместо символа «x», соответственно регистры порта A называются PORTA, DDRA, PINA, порта B — PORTB, DDRB, PINB и т. д. Поскольку с помощью регистров PINx осуществляется доступ к физическим значениям сигналов на выводах порта, они доступны только для чтения, тогда как остальные два регистра доступны и для чтения, и для записи.

Структурная схема одного из каналов порта ввода/вывода Pxn при работе его в качестве цифрового входа/выхода общего назначения приведена на Рис. 1.2

Разряд DD xn регистра DD x определяет направление передачи данных через контакт ввода/вывода. Если этот разряд установлен в «1», то n _й вывод порта является выходом, если же сброшен в «0» — входом.

Разряд PORT xn регистра PORT x выполняет двойную функцию. Если вывод функционирует как выход (DD xn = «1»), этот разряд определяет состояние вывода порта. Если разряд установлен в «1», на выводе устанавливается напряжение ВЫСОКОГО уровня. Если разряд сброшен в «0», на выводе устанавливается напряжение НИЗКОГО уровня.

Если же вывод функционирует как вход (DD xn = «0»), разряд PORT xn определяет состояние внутреннего подтягивающего резистора для данного вывода. При установке разряда PORT xn в «1» подтягивающий резистор подключается между выводом микроконтроллера и проводом питания.

Рис 1.2. Структурная схема контакта ввода/вывода

Дата добавления: 2015-07-16