Проектирование дверных кодовых систем на базе avr микроконтроллеров

сохраняет значения регистров, но останавливает тактовый генератор, отключая

все остальные функции  микроконтроллера, вплоть до следующего внешнего прерывания, или до аппаратной инициализации. В режиме экономии энергопотребления  «Save», тактовый генератор таймера  продолжает работать, обеспечивая пользователю функции таймера, в то время, как остальная часть устройства находится в состоянии покоя.[5, с.54]

Устройства производятся с применением технологи энергонезависимой  памяти с высокой плотностью размещения, разработанной в корпорации Atmel.

Встроенная Flash - память с поддержкой внутрисистемного программирования обеспечивает возможность перепрограммирования программного кода в составе системы,   посредством  SPI  последовательного    интерфейса,    или с помощью

 

 

стандартного программатора  энергонезависимой памяти. Благодаря совмещению усовершенствованного восьмиразрядного RISC CPU с Flash - памятью с поддержкой внутрисистемного программирования на одном кристалле получились высокопроизводительные микроконтроллеры AT90S4434/8535, обеспечивающие гибкое и экономически высокоэффективное решение для многих приложений встраиваемых систем управления.

AVR AT90S4434/8535 поддерживаются  полным набором программ и  пакетов для разработки, включая:  компиляторы С, макроассемблеры,  отладчики/ симуляторы программ, внутрисхемные эмуляторы и наборы для макетирования.[6, с.115]

1.5 Основные характеристики  МК семейства AT90S

Основные характеристики микроконтроллеров семейства AT90S:

• производительность, приближающаяся к 1 MIPS/МГц;
• усовершенствованная AVR RISC архитектура;
• раздельные   шины памяти команд и данных, 32   регистра общего назначения;
• flash ПЗУ программ, с возможностью внутрисистемного перепрограммирования и загрузки через SPI последовательный канал, 1000 циклов стирание/запись ;
• EEPROM данных, с возможностью внутрисистемной загрузки   через SPI последовательный канал, 100000 циклов стирание/запись;
• блокировка режима программирования;
• встроенные аналоговый компаратор, сторожевой таймер, порты SPI и UART, таймеры/счетчики;
• полностью статические приборы - работают при тактовой частоте от 0 до 20 МГц ;
• диапазон напряжений питания от 2,7 до 6,0 В;

 

• режимы энергосбережения: пассивный (idle) и стоповый (power down).

1.6 Порты микроконтроллера

Порты ввода / вывода AVR имеют независимые линии «Вход/Выход».

Каждый  разряд порта может быть запрограммирован на ввод или на вывод

информации. Мощные выходные драйверы обеспечивают токовую нагрузочную  способность 20 мА на линию порта  при максимальном значении 40 мА. Общая  токовая нагрузка на все линии  одного порта не должна превышать 80 мА. Интересная архитектурная особенность построения портов ввода/вывода у AVR заключается в том, что для каждого физического вывода существует 3 бита

 контроля/управления, а не 2 бита, как у распространенных восьмиразрядных микроконтроллеров (Intel, Microchip, Motorola и тд.).

1. Порт А – восьмиразрядный двунаправленный порт ввода/вывода с внутренними подтягивающими резисторами. Выходные буферы порта А могут поглощать ток до 20А. Если выводы РА0-РА7 используются как входы и извне устанавливаются в низкое состояние, они являются источниками тока, если включены внутренние подтягивающие резисторы. Кроме того, вход А обслуживает аналоговые входы АЦП.
2. Порт B - всьмиразрядный двунаправленный порт ввода/вывода.

Для обслуживания порта отведено три регистра: регистр данных PORTB, регистр направления данных - DDRB и ножки порта B - PINB. Адрес ножек порта B предназначен только для чтения, в то время как регистр данных и регистр направления данных - для чтения/записи.

Все выводы порта имеют отдельно подключаемые подтягивающие резисторы. Выходы порта B могут поглощать ток до 20 мA и непосредственно управлять светодиодными индикаторами. Если выводы PB0 - PB5 используются как входы и замыкаются на землю, если включены внутренние подтягивающие резисторы, выводы являются источниками тока (Iil).

 

3. Порт C - восьмиразрядный двунаправленный порт ввода/вывода.

Для обслуживания порта  отведено три регистра: регистр данных PORTC, регистр направления данных - DDRC и ножки порта C – PINC. Адрес ножек порта C предназначен только для чтения, в то время как регистр данных и регистр направления данных - для чтения/записи.

Все выводы порта имеют  отдельноподключаемые подтягивающие резис-

торы. Выходы порта C могут  поглощать ток до 20 мA и непосредственно управлять светодиодными индикаторами. Если выводы PC0 - PC5 используются как входы и замыкаются на землю, если включены внутренние подтягивающие

резисторы, выводы являются источниками тока (Iil).

Дополнительные функции  порта C - аналоговые входы АЦП. Если некоторые из выводов порта сконфигурированы как выходы, во время преобразования не рекомендуется производить их переключение.

В экономичном режиме триггеры Шмитта отключаются от цифровых входов. Это позволяет удерживать на входах аналоговое напряжение Vcc/2 без заметного увеличения потребления.

4. Порт D - восьмиразрядный двунаправленный порт ввода/вывода.

Для обслуживания порта  отведено три регистра: регистр данных PORTD, регистр направления данных - DDRD и ножки порта D – PIND. Адрес ножек

порта D предназначен только для чтения, в то время как регистр  данных и регистр направления  данных - для чтения/записи.

Все выводы порта имеют  отдельно подключаемые подтягивающие  резисторы. Выходы порта D могут поглощать ток до 20 mA и непосредственно

управлять светодиодными индикаторами. Если выводы PD0 - PD7 используются как входы и замыкаются на землю, если включены внутренние подтягивающие резисторы, выводы являются источниками тока (Iil).

1.7 Система команд и программирования моделей AVR

Система команд АVR включает команды арифметических и логических

 

операций,       команды      передачи        данных,       команды,        управляющие

 последовательностью выполнения  программы и команды операций  с битами. Имея 16-разрядную ячейку  памяти программ, AVR отличаются богатством своей системы команд по сравнению с другими RISC-микроконтроллерами. Для удобства написания   и анализа программ всем операциям из системы команд

помимо  двоичного кода сопоставлены мнемокоды ассемблера (символические

обозначения операций), которые используются при создании исходного текста программы. Специальные программы-трансляторы  переводят затем символические  обозначения в двоичные коды. 

На рисунке 1.2 изображена программная модель AVR-микроконтроллеров, которая представляет собой диаграмму программно доступных ресурсов AVR. Центральным блоком на этой диаграмме является регистровый файл на 32 оперативных регистра, непосредственно доступных ALU. Старшие регистры объединены парами и образуют три 16-разрядных регистра, предназначенных для косвенной адресации ячеек памяти.

 

 

Рисунок 1.2 - Программная модель AVR-микроконтроллеров.

 

 Все  арифметические и логические операции, операции ветвления, а также  часть операций работы с битами, представленные в таблице 1.1, 1.2 и 1.3,

 

 

выполняются в ALU только над содержимым оперативных регистров. Следует

 обратить внимание, что команды, которые в качестве  второго операнда имеют константу (SUBI, SBCI, ANDI, ORI, SBR, CBR), могут использовать в качестве первого операнда только регистры из второй половины регистрового файла. Команды 16-разрядного сложения с константой ADIW и вычитания константы SBIW в качестве первого операнда используют регистры R24, R26, R28, R30.

 

Таблица 1.1 – Арифметические и логические операции

 

Мнемоника	Описание
ADD	Сложить два регистра
ADC	Сложить с переносом
ADIW	Сложить слово с константой
SUB	Вычесть два регистра
SUBI	Вычесть константу
SBIW	Вычесть слово с константой
AND	Логическое И
ANDI	Логическое И
OR	Логическое ИЛИ
ORI	Логическое ИЛИ
EOR	Исключающее ИЛИ
COM	Дополнение до 1
NEG	Дополнение до 2
SBR	Установить бит(ы) в регистр
CBR	Сбросить бит(ы) в регистр
INC	Увеличить на 1
DEC	Уменьшить на 1
CLR	Очистить регистр
SER	Установить регистр

 

 

Таблица 1.2 – Операции ветвления и их обозначения

 

Мнемоника	Описание
RJMP	Относительный переход
RCALL	Относительный вызов подпрограммы
CPSE	Сравнить, пропуск если  равно
CP	Сравнить
CPC	Сравнить с переносом
CPI	Сравнить с константой
SBRC	Пропуск если битв регистре сброшен
SBRS	Пропуск если битв регистре установлен
BRLO	Переход если меньше
BRMI	Переход если минус
BRPL	Переход если плюс
BRGE	Переход если больше или  равно, со знаком
BRLT	Переход если меньше нуля, со знаком
BRIE	Переход если разрешены  прерывания
BRID	Переход если запрещены  прерывания

 

 

 Таблица 1.3 – Операции работы с битами

 

Мнемоника	Описание
SBI	Установить бит в  регистр ввода/вывода
CBI	Сбросить   бит в  регистр ввода/вывода
LSL	Логический сдвиг влево
LSR	Логический сдвиг вправо
ROL	Сдвиг влево через C
ASR	Арифметический сдвиг  вправо
BSET	Установить флаг

 

 

Продолжение таблицы 1.3

 

Мнемоника	Описание
BCLR	Сбросить флаг
SEC	Установить перенос
WDR	Сброс сторожевого таймера

 

1.8 Жидкокристаллические индикаторы

Для вывода информации на ЖКИ экран  существует масса приемов и способов. Самый простой из них - это использование  индикатора со встроенным контроллером вывода информации, представленный на рисунке 1.3. На основе кристалла HITACHI или POWERTIP предлагает широкий ассортимент индикаторов. Кстати, подобные индикаторы выпускает так же и SANYO. Система команд и принцип подключения достаточно простой. Главное - это усвоить, что есть возможность подключать как по восьмибитной шине, так и по четырехбитной.

 

 

 

 

Практически любое микроконтроллерное устройство имеет те или иные устройства индикации. Появление модулей ЖКИ со встроенными контроллерами

 значительно упростило  схемы  сопряжения. Наиболее универсальными из таких   модулей     являются     матричные     алфавитно - цифровые,    которые

 

позволяют отображать цифры, буквы латинского и русского алфавита и даже псевдографику, используя  возможности загружаемых символов. Однако такие ЖКИ – модули довольно дороги, они не отличаются малым  энергопотреблением, да и в ряде устройств просто избыточны.

Основные характеристики:

• разнообразие моделей от 8 х 1 до 40 х 4 с размером по высоте до

14.5 мм;

• встроенный контроллер HD44780 или эквивалентный ему;
• шрифт: стандартный (латинский);
• технология исполнения: Twisted Nematic (TN) и Supertwist (STN);
• тип дисплея: негативный, позитивный;
• варианты подсветки: светодиодная LED, и электролюминесцентная EL;
• цвет индикатора: жёлто-зелёный и серо-голубой;
• рабочий диапазон температур: нормальный (от 0 до плюс 50 °С), расширенный (от минус 20 до плюс 70°С);
• угол обзора: сверху-вниз (12:00), снизу-вверх (6:00).