plik


ÿþP O D Z E S P O A Y AVR-owe ArtykuB jest przeznaczony przede wszystkim dla Czytelników  fusy pocztkujcych w dziedzinie mikrokontrolerów. Opisano SygnaB zegarowy  wiadomo[ci podstawowe w nim ró|nice pomidzy SygnaB zegarowy jest dla proce- sora tym, czym dla nas bicie serca. cyklem zegarowym Powoduje, |e procesor w ogóle funk- i cyklem maszynowym cjonuje. Czsto jednak zdarza si, |e sygnaB zegarowy doprowadzany z ze- oraz opcje nastaw zródeB wntrz ma inn czstotliwo[ ni| sy- sygnaBu zegarowego gnaB wewntrzny, sterujcy pobiera- niem i realizacj przez CPU poleceD. (sprawiajc czsto W zwizku z tym wprowadzono dwa pojcia: cykl zegarowy i cykl maszy- kBopoty konfiguracj nowy. Ten pierwszy jest po prostu mo|e tak by, jednak w wikszo[ci bezpieczników odwrotno[ci czstotliwo[ci genera- popularnych mikrokontrolerów, reali- tora zegarowego. Ten drugi uzyskuje zacja pojedynczej instrukcji zajmuje konfigurujcych, tzw. si w wyniku uwzgldnienia ewen- od dwóch do kilku cykli maszyno- tualnych wewntrznych podziaBów wych i od 8 do kilkudziesiciu cykli fuse ów) w procesorach sygnaBu zegarowego. Bardzo dobrym zegarowych. AVR. Przedstawiono przykBadem jest popularny mikrokon- Mikrokontroler AVR wikszo[ troler 8051, który w podstawowym instrukcji wykonuje w czasie po- wady i zalety ró|nych wykonaniu ma cykl maszynowy 12- jedynczego cyklu zegarowego. Jego -krotnie dBu|szy, ni| cykl zegarowy. nowoczesna konstrukcja jest jednym rozwizaD, wskazano Równie|, chocia| nastawa domy[lna z przykBadów, gdy cykl zegarowy tak|e potencjalne jest inna, procesor AVR mo|e mie jest równy cyklowi maszynowemu. cykl maszynowy ró|ny od zegarowe- Jak Batwo wywnioskowa, im szyb- przyczyny problemów go. Bdzie o tym mowa w dalszej szy jest zegar procesora, tym wicej oraz sposoby radzenia cz[ci artykuBu. instrukcji jest on w stanie wykona Pojcia cyklu maszynowego nie w jednostce czasu. Mo|na z tego sobie z nimi. nale|y uto|samia z czasem realizacji twierdzenia korzysta, je[li porównu- instrukcji. W pewnych przypadkach je si procesory o identycznych lub bardzo zbli|onych architekturach. Dla ró|nych architektur wynik porówna- Cykl zegarowy to okres wytwarzanego na bazie nia mo|e by diametralnie ró|ny. rezonatora kwarcowego, elementów RC itp. sygnaBu Wybór zródBa sygnaBu zegarowego zegarowego. Mo|na go obliczy jako odwrotno[ Konstrukcja mikrokontrolerów czstotliwo[ci generatora zegarowego. AVR umo|liwia wybór ró|nych me- tod generowania sygnaBu zegarowego. cykl zegarowy = 1/FGEN Mo|na u|ywa zewntrznego gene- ratora, rezonatora kwarcowego lub Cykl maszynowy to okres wewntrznego sygnaBu ceramicznego, niektóre z ukBadów posiadaj wewntrzny generator, któ- zegarowego. Oblicza si go po uwzgldnieniu we- rego czstotliwo[ mo|e by ustalana wntrznych podziaBów czstotliwo[ci sygnaBu zegaro- za pomoc elementów RC doBcza- wego. W mikrokontrolerze AVR cykl maszynowy = nych z zewntrz lub wbudowanych cyklowi zegarowemu. w struktur mikrokontrolera. Zewntrzny generator zegarowy to cykl maszynowy = wewntrzny podziaB x 1/FGEN nic innego jak doBczane z zewntrz Elektronika Praktyczna 9/2004 85 P O D Z E S P O A Y czenia kondensatorów o [ci[le okre- Dla uproszczenia porównaD ró|nych procesorów [lonych warto[ciach. Jak wspomnia- Bem wcze[niej, ich warto[ wyno- wprowadzono pojcie mocy obliczeniowej, dla si ok. 30 pF i jest porównywalna której zwykBo si u|ywa jednostki zwanej MIPS. z warto[ciami wnoszonych, czsto 1 MIPS to nic innego, jak 1 milion operacji na szkodliwych, pojemno[ci monta|o- sekund. W zwizku z tym, |e w mikrokontrolerze wych. Czasami mo|e si zdarzy, |e po zmontowaniu ukBadu oscylator AVR cykl maszynowy jest równy cyklowi zegaro- kwarcowy nie startuje. Gdy zaczyna- wemu, AVR taktowany sygnaBem o czstotliwo[ci my poszukiwanie usterki i dotykamy 8 MHz ma moc obliczeniow w przybli|eniu równ wyprowadzeD mikrokontrolera np. 8 MIPS. Standardowy 8051, przy takich samych sond logiczn  ten w cudowny sposób  o|ywa . Po oddaleniu sondy parametrach sygnaBu zegarowego, ma moc oblicze- i upBywie bli|ej nieokre[lonego czasu niow okoBo 0,667 MIPS.  ponownie ukBad zamiera. W jaki sposób upewni si, |e przynajmniej zródBo sygnaBu o poziomach takich, ró|nych warto[ci czstotliwo[ci. Na teoretycznie dobrali[my wBa[ciwe po- jakich wymaga mikrokontroler. Mo|e rys. 2 pokazano sposób doBczenia jemno[ci do stosowanego rezonatora? by zbudowany z u|yciem elemen- rezonatora kwarcowego. Mikrokon- Je[li posiadamy kart katalogow tów TTL lub CMOS, mo|e by rów- troler AVR posiada ukBad generatora rezonatora, nale|y odszuka parametr nie| gotowym, zapewniajcym bardzo wbudowany w struktur. Kwarc do- o nazwie Load Capacitance (przykBa- wysok stabilno[ czstotliwo[ci do- Bcza si pomidzy wyprowadzenia dowe parametry rezonatorów produk- prowadzanego sygnaBu (np. z wBasn XTAL1 i XTAL2. cji firmy CQ zestawiono w tab. 1). stabilizacj termiczn oraz stabiliza- Jest to chyba jedna z najpow- Mo|e on by dla przykBadu równy cj napicia zasilajcego) moduBem szechniej stosowanych metod gene- 20 pF. Oznacza to, |e dla poprawnej generatora zegarowego. rowania sygnaBu zegarowego. Stosu- pracy rezonator kwarcowy powinien SygnaB z zewntrznego generato- jc j, nie mo|na jednak zapomina mie doBczon pojemno[ o takiej ra musi by doprowadzony na nó|- o podstawowych wBa[ciwo[ciach fi- warto[ci. Rezonator nie rozró|nia, k oznaczon jako XTAL1 (rys. 1). zycznych i elektrycznych rezonato- czy jest to pojemno[ monta|owa, Nó|k XTAL2 pozostawia si w ta- ra. Bez |adnych problemów mo|na czy doBczona celowo. W zwizku kim przypadku niepodBczon. Ze- kupi rezonator kwarcowy na po|- z tym nasuwa si jeden wniosek: wntrzny sygnaB zegarowy powinien dan czstotliwo[. Nale|y wybiera warto[ pojemno[ci podana przez mie bardzo krótkie czasy zboczy takie, które pracuj z rezonansem producenta rezonatora nie odpowia- (do kilkudziesiciu ns) i w celu równolegBym. Jak wynika z rysunku, da warto[ci pojemno[ci doBczanych zapewnienia stabilnej pracy mikro- do poprawnej pracy wymagaj one kondensatorów. Powinno si równie| kontrolera musi mie czysty ksztaBt dodatkowo dwóch kondensatorów uwzgldni wnoszon pojemno[ prostoktny. o pojemno[ci (wedBug materiaBów monta|ow wynikajc ze sposobu Rezonator kwarcowy doBczany firmy Atmel) 30 pF±10 pF. Ka|dy uBo|enia [cie|ek drukowanych, poBo- z zewntrz to jedna z najcz[ciej jest w stanie kupi kwarc i doBczy |enia punktów lutowniczych, prowa- wykorzystywanych metod taktowania go wraz z dwoma kondensatorami dzenia mas, pojemno[ci wej[ciowej mikrokontrolerów. Jej zalet s wBa- do mikrokontrolera. Nie ma w tym doprowadzeD mikrokontrolera itp. [ciwo[ci samego rezonatora, to jest |adnego problemu. Otó| mo|e si Typowo w ukBadach amatorskich du|a stabilno[ generowanej czsto- okaza, |e pojemno[ci doBczone do warto[ tej dodanej pojemno[ci waha tliwo[ci w funkcji czasu oraz tem- rezonatora s mimo wszystko proble- si pomidzy 6 a 10 pF. Uwzgld- peratury otoczenia przy jednocze[nie mem. niajc powy|szy opis, aby wyznaczy umiarkowanej cenie. Rezonatory do- Rezonator kwarcowy do popraw- wBa[ciw warto[ pojemno[ci kon- stpne s w wielu rozmiarach i dla nej, stabilnej pracy wymaga doB- densatorów doBczanych do kwarcu, Rys. 2. Sposób doBczenia rezonatora kwar- cowego do popularnego mikrokontrolera Rys. 1. DoBczenie zewntrznego generatora zegarowego AT90S2313 Elektronika Praktyczna 9/2004 86 P O D Z E S P O A Y Tab. 1. Parametry rezonatorów nale|y skorzysta z nastpujcej za- kwarcowych produkcji firmy CQ le|no[ci (uwzgldnia ona wzajemne Czstotliwo[ oddziaBywanie na siebie pojemno[ci): CL RS Rezonans rezonansowa [pF] [V] CX = 2 x (CL  CM), [MHz] 1,8432 32 650 gdzie: 2 32 650 CX  warto[ pojemno[ci doBczanej 2,097152 32 550 2,4576 32 350 do kwarcu, 3 32 150 CL  parametr Load Capacitance, 3,2768 32 150 3,57561 18 100 CM  pojemno[ monta|owa ([rednio 3,57954 16 90 3,58205 18 100 8 pF). 3,58269 16 100 Wykonajmy obliczenia dla poda- 3,6 30 100 3,6864 20 100 nych wy|ej parametrów (CL = 20 pF, 3,8392 15 100 Rys. 3. Sposób doBczenia zewntrz- CM = 8 pF): 3,84 32 100 nego rezonatora ceramicznego 3,848 15 100 CX = 2 x (20  8) pF = 3,93216 20 100 = 2 x 12 pF = 24 pF Rezonator ceramiczny 3,98 12 100 3,9936 32 100 Jak wynika z obliczeD, obie war- o 3 wyprowadzeniach 4 20 100 4,032 20 100 to[ci pojemno[ci doBczonych do mi- Ma on identyczne wBa[ciwo[ci, 4,096 16 100 krokontrolera powinny mie warto[ jak opisywany poprzednik 2-wypro- 4,1943 12 100 4,4336 16 80 24 pF. Mo|e si jednak zdarzy, |e wadzeniowy. Ró|nica polega jedynie 4,5 20 8080 dysponujemy rezonatorem, o którym na tym, |e ma wbudowane do we- 4,8 32 80 4,9152 32 70 nie wiemy nic za wyjtkiem wydru- wntrz pojemno[ci tak, |e nie mu- 5 32 60 kowanej na jego obudowie czsto- sz by one doBczane z zewntrz. 5,0688 32 50 5,6448 32 50 tliwo[ci. Niestety w takiej sytuacji Sposób doBczenia tego typu rezona- 6 32 40 6,144 32 40 skazani bdziemy na eksperymento- tora pokazano na rys. 3. Przewa|nie 6,4 32 40 wanie. Osobi[cie u|ywam w takich skrajne wyprowadzenia podBcza si 6,5536 32 40 7,159 20 40 przypadkach kondensatorów o pojem- odpowiednio do XTAL1 i XTAL2, 7,2 20 40 no[ci okoBo 27 pF przy czstotliwo- a [rodkowe do masy. Jedna uwaga: 7,3728 32 40 7,68 32 40 [ci do 8 MHz. Powy|ej tej czstotli- wa|ne jest, aby masa byBa doBczo- 8 32 35 8,192 20 35 wo[ci u|ywam kondensatorów o po- na wBa[ciwie, wyprowadzenia XTAL1 8,4672 20 35 jemno[ci 22 pF. i XTAL2 mog by zamieniane. 8,867238 20 35 9,216 32 30 Powy|sze informacje równie| na- 9,6 32 30 le|y traktowa jako wskazówk przy Wewntrzny generator RC 9,8304 32 30 10 32 30 samodzielnym rozwizywaniu proble- Jest on wbudowany w niektóre 10,24 18 30 mów. Normalnie wikszo[ rezonato- mikrokontrolery AVR z serii AT90 10,245 32 30 10,7 32 30 rów kwarcowych dziaBa od razu po i wszystkie ATmega. Niektóre z AVR 10,752 32 30 11 32 30 zaBczeniu zasilania, przy doBczo- posiadaj pojedynczy oscylator, pod- 11,0592 32 30 nych pojemno[ciach z zakresu od czas gdy inne maj a| cztery ró|- 11,15 30 30 11,503 20 30 22 do 33 pF. ne do wyboru. Zakres generowanych 12 32 30 czstotliwo[ci mo|na ustawi w gra- 12,288 32 30 12,8 16 25 Ceramiczny rezonator nicach od 4 do 9,6 MHz. W tab. 2 13,875 32 30 o 2 wyprowadzeniach 14 32 25 14,1875 22 25 Funkcjonalnie rezonator ceramicz- Tab. 2. Zestawienie mikrokontrolerów 14,318 32 25 14,7456 32 25 ny zbli|ony jest do kwarcowego, AVR wyposa|onych w wewntrzny 15 32 25 z tym |e jest znacznie taDszy. Kon- generator RC 15,36 32 25 16 32 20 sekwencj ceny jest równie| jako[ Czstotliwo[ 16,9344 12 20 Nazwa generowana przez pracy, to jest stabilno[ i dokBadno[ 17,472 32 20 mikrokontrolera oscylator RC [MHz] 17,7344 32 20 generowanej czstotliwo[ci. W zwiz- 18 32 20 ATtiny12 1,2 18,432 32 20 ku z tym nie zawsze bdzie si on 19,6608 32 20 ATtiny15 1,6 nadawaB do taktowania prac interfej- 20 32 20 22,1184 32 25 su asynchronicznego (UART), ale za- ATmega163 1,0 24 32 25 ATmega323 1,0 le|y to od jako[ci oferowanej przez 24,576 32 40 26,601 18 50 danego producenta. Ma on jednak ATmega8 1,0; 2,0; 4,0; 8,0 27 20 50 i swoje zalety. Rezonator ceramiczny 27,095 20 50 ATmega16 1,0; 2,0; 4,0; 8,0 27,125 20 50 nie jest tak delikatny jak kwarcowy ATmega32 1,0; 2,0; 4,0; 8,0 27,145 20 50 27,195 20 50 i w zwizku z tym dobrze nadaje si ATmega64 1,0; 2,0; 4,0; 8,0 28 32 50 do [rodowisk pracy, gdzie wystpuj 28,322 32 50 ATmega128 1,0; 2,0; 4,0; 8,0 29,4912 32 50 du|e wibracje. UkBad pracy rezona- ATmega8515 1,0; 2,0; 4,0; 8,0 32 32 50 tora ceramicznego 2-wyprowadzenio- 33,8688 20 50 ATmega8535 1,0; 2,0; 4,0; 8,0 34,922 32 50 wego jest identyczny, jak rezonatora 35,2412 18 50 ATmega162 8,0 kwarcowego, jednak wymaga doBcze- 36 32 50 ATmega169 8,0 36,864 16 50 nia wikszych pojemno[ci. MateriaBy 40 32 50 ATtiny13 4,8; 9,6 44,560 16 50 firmy Atmel podaj dla rezonatorów 45,470 16 50 ATtiny2313 4,0; 8,0 ceramicznych warto[ 40 pF±10 pF. 48 32 50 ATmega48 8,0 49,86 32 50 Elektronika Praktyczna 9/2004 87 Czstotliwo[ podstawowa 3-harmoniczna P O D Z E S P O A Y umieszczono zestawienie wspóBcze[nie i charakterystyki robocze. Zaintereso- [ci zegarowej. Praktycznie mo|na j produkowanych mikrokontrolerów AVR wanych tematem odsyBam do lektury poleci ju| od ok. 30 MHz wzwy|. wyposa|onych w oscylator RC. AVR053 (http://www.atmel.com/). Bardzo du| dokBadno[ i stabilno[ Oscylator RC mo|e by ró|ny Aby wBczy wewntrzny gene- generowanej czstotliwo[ci zapewnia w ró|nych ukBadach, ale we wszyst- rator RC, nale|y ustawi odpowied- równie| rezonator kwarcowy. Mo|e kich spotkamy si z zale|no[ci ge- ni bezpiecznik konfiguracyjny (fuse). nie a| tak dobr, jak specjalizowa- nerowanej czstotliwo[ci od warto[ci Wiele ze sprzedawanych ukBadów ny generator, ale wystarczajc dla napicia zasilajcego mikrokontroler. ma ten bit ustawiony ju| w momen- wikszo[ci popularnych zastosowaD. Dlatego te| w czasie produkcji wyko- cie produkcji. Czsto mo|na dziki Polecam go do stosowania zwBaszcza nywana jest kalibracja oscylatora tak, temu spotka na grupach dyskusyj- przy korzystaniu z transmisji asyn- aby zapewni wBa[ciw warto[ gene- nych pytania w rodzaju:  DoBczyBem chronicznej (UART, tj. RS232, RS485 rowanej czstotliwo[ci przy zasilaniu zewntrzny kwarc 10 MHz, a ukBad itp.). Mniejsz dokBadno[, ale za napiciem 3,3 lub 5 V. Wewntrzny pracuje o wiele wolniej. Co si dzie- znacznie ni|sz cen zapewnia re- generator mo|na równie| kalibrowa je? . Nale|y upewni si, |e bit opcji zonator ceramiczny. Jego stosowanie samodzielnie, ale mimo wszystko generatora ma wBa[ciw warto[ na- upraszcza ukBad i obni|a koszt, cho stabilno[ generowanej czstotliwo[ci stawy. Bdzie o tym mowa dalej. mo|e nie nadaje si do ukBadów pozostawia nieco do |yczenia. Na Wobec tak licznych mo|liwo[ci elektroniki profesjonalnej. Zdecydo- przykBad producent zapewnia dokBad- taktowania prac mikrokontrolera wanie najtaDsze i najprostsze w u|y- no[ ±10%, a wykonujc kalibracj pojawi si mo|e pytanie: jak do- ciu jest wykorzystanie generatora RC samodzielnie w pracujcym ukBadzie, bra wBa[ciwy rodzaj generatora do wbudowanego w struktur AVR. Nie- w stabilnych warunkach zasilania konstruowanej aplikacji? To nie ta- zbyt stabilny, wymagajcy kalibracji, mo|na osign dokBadno[ rzdu kie trudne, jak mo|e si pocztkowo ale wystarczajcy do zastosowania ±1%. Niestety warto[ czstotliwo- wydawa. Je[li wymagana jest bardzo np. w zabawce, termometrze, czujce [ci bdzie równie| wykazywa pew- du|a dokBadno[ generowanej czsto- alarmowej i innych niezbyt wymaga- ne fluktuacje w funkcji temperatury. tliwo[ci, nale|y u|y zewntrznego, jcych, je[li patrze na nie pod k- Firma Atmel posiada znakomit not specjalizowanego generatora. Opcja tem rygorów czasowych, aplikacjach aplikacyjn mówic o sposobach ta jest równie| bardzo wygodna mikrokontrolera. u|ycia i kalibrowania oscylatora RC. wówczas, gdy mamy do czynienia Jacek Bogusz, EP Podane s w niej wszelkie zale|no[ci z du|ymi warto[ciami czstotliwo- jacek.bogusz@ep.com.pl Elektronika Praktyczna 9/2004 88

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
AVR owe Fusy 2
AVR owe fusy cz 2
AVR owe Fusy
AVR owe fusy cz 1
group avr errno
Using the EEPROM memory in AVR GCC
AVR GCC w Linuksie przykład instalacji ze źródeł
CHRAPEK,podstawy robotyki, elementy sk?owe i struktura robotów
AVR Syntax
Warsztaty AVR Programowanie uC
AVR2dRegs
klawiatrura do avr
zestaw uruchominiowy dla procesorów 89Cx051 i AVR
Alanis Morissette You owe me nothing in return
w4b UpoÂledzenie umys owe
avt 515 Programator mikrokontrolerów AVR i AT89S8252
AVR?d I v10 instr

więcej podobnych podstron