Внутренняя организация микроконтроллеров AVR

Микроконтроллеры AVR выпускаются фирмой Atmel и предназначены для свободного использования в проектируемой аппаратуре.

Общие характеристики микроконтроллеров AVR следующие:

· Напряжение питания – 3-5 В

· Количество регистров общего назначения – 32

· Наличие внутренних ОЗУ, памяти программ, энергонезависимой памяти

· Поддержка интерфейсов USART(RS 232), SPI(I₂C)

Архитектура микроконтроллера АТ9052313

Микроконтроллеры AVR являются 8-разрядными. Это означает, что все действия по выполнению арифметических операций, работы с портами, таймерами, интерфейсами выполняются побайтно.

32 регистра общего назначения выполняют функцию аккумулятора. Это означает, что в каждый из этих регистров можно записать и считывать информацию а также то, что результат выполнения арифметических команд можно сохранять в любой из этих регистров.

Арифметика логического устройства предназначена для выполнения операции сложения, вычитания, а также логических операций на аппаратном уровне.

128 байт оперативной памяти, предназначены для хранения данных пока на МК подано питание.

128 EEPROM предназначены для хранения информации после выключения питания МК.

1 Кб памяти программ это флэш-память, в которой находится программа, в соответствии с которой работает МК, а также размещаются таблицы данных (если они необходимы). Эта информация записывается в память на этап программирования и в отличии от EEPROM в процессе работы контролера не может быть изменена.

Счетчик программ – это счетчик 16-разрядный, который начинает считать после включения питания МК и содержание этого счетчика используется для выбора следующего для исполнения команды из памяти программ. Выбранная команда считывается из память программ и помещается в регистр инструкции, а декодер инструкции преобразует информацию в действие.

15 линий ввода/вывода физически являются ножками МК, объединенные в 2 порта ввода/вывода – порт В и порт D. Порт В является 8-разрядным, порт D является 7-разрядным.

Обращение к линиям ввода/вывода может быть как индивидуальным, так и порту в целом, т.е. каждая из линий порта ввода/вывода может быть настроена как на ввод информации, так и на вывод, а данные выводятся и считываются из порта как по битам, так и по байтам.

8-битный таймер-счетчик предназначен для подсчета импульсов внутреннего тактового генератора, а также импульсов, поступающих на счетный вход Т₀.

16-разрядный таймер-счетчик предназначен для подсчета тактов, импульсов либо импульсов, поступающих на вход Т₁. 8-разрядный таймер-счетчик считает до 256 с коэффициентом предделения от 1 до 1024.

USART – аппаратно реализуемый интерфейс приема/передачи между двумя устройствами в старт/стоповом режиме.

Алгоритм передачи данных и формат пакета передаваемых данных полностью совпадает с интерфейсом RS-232. однако, контролер выдает лишь логическую 1 или 0, а для сопряжения с двухполярным интерфейсом RS-232 необходимо дополнительно использовать соответствующий преобразователь полярности. С помощью этого интерфейса можно передавать информацию со скоростью от нескольких Кбит до 1 Мбит в двух направлениях одновременно.

SPI-модуль в данном МК он предназначен лишь для программирования и является синхронным интерфейсом, в отличии от USART. В более сложных МК он предназначен для синхронной передачи информации между несколькими МК со скоростью до 4 Мбит/с.

Модуль прерываний – это функциональный блок, который обеспечивает прерывания основной программы и переход к выполнению подпрограммы, которая задействуется после соответствующего аппаратного действия.

Аналоговый компаратор предназначен для сравнения напряжений, поданных на 2 соответствующих входа МК. Если напряжение на положительном входе больше, то происходит соответствующее прерывание.

WATCH DOG таймер – это таймер, отсчитывающий интервал времен, в течении которого МК находится в спящем режиме. По окончании счета МК выходит из спящего режима. Спящий режим часто используется в устройствах, которые работают от аккумуляторов, когда нужно снизить энергопотребление и продлить время работы без подзарядки.

Регистр статуса – это регистр, в котором отображается результат выполнения большинства команд МК. Этот регистр представляет собой совокупность битов флагов, каждый из которых установлен в 1 либо сбрасывается в 0, в результате выполнения соответствующей команды.

Флаги в регистре статуса обновляются автоматически, как только выполняется соответствующая команда, обновляющая эти флаги.

Сравнительный анализ современных микроконтролеров представлен ниже:

Система команд микроконтроллеров серии AVR представлена ниже: