Tutvustus

ATmega128 SMT pakendis (täpsemalt TQFP64)

AVR on Atmeli poolt toodetav 8-bitiste RISC mikrokontrollerite seeria. Harvardi arhitektuuri kohaselt on AVR-il eraldi programmi- ja andmemälu. Programmi jaoks on süsteemisiseselt ümberkirjutatav välkmälu (inglise keeles Flash), andmete jaoks staatiline (SRAM) ja EEPROM mälu. Taktsagedus ulatub enamasti kuni 16 MHz ja jõudlus on peaaegu 1 MIPS megahertsise takti kohta.

AVR mikrokontrollerite tootmist alustati 1997. aastal ja praeguseks on see vabakutseliste elektroonikute seas üks levinumaid. Esialgse edu tagasid odavad arendusvahendid, mitmekesine perifeeria ühes korpuses ja madal voolutarve. Nüüdseks võib eeliseks lugeda suure infomaterjali ja õpetuste pagasit, mis aastate jooksul tekkinud on. Paratamatult on AVR tehnoloogia vananev, kuid konkurentsis püsimiseks teeb Atmel ka tänapäevase perifeeria ning 16- ja 32-bitiste siinidega AVR mikrokontrollereid, millest esimesed on 8-bitistega ühilduvast xmegaAVR ja teised täiesti uuest AVR32 seeriast.

Vastavalt rakenduste tüübile on ka AVR mikrokontrollereid olemas erineva konfiguratsiooniga. Suurema osa AVR-e moodustab megaAVR seeria, mis on suure programmimälu mahuga. Vastupidiselt megaAVR seeriale on olemas tinyAVR seeria väiksemate kestade ja kärbitud võimalustega. Lisaks on veel mikrokontrollerite seeriad spetsiaalselt USB, CAN, LCD, ZigBee, automaatika, valgustuse juhtimise ja akutoitega seadmete jaoks.

Järgnevalt on kirjeldatud peamisi megaAVR seeria mikrokontrollerite võimalusi selle seeria ühe levinuima kontrolleri - ATmega128 näitel, mis on kasutusel ka Robootika Kodulabori I põlvkonna komplektis. Osad funktsioonid ja näited on aga ATxmega128 põhised, mis on kasutusel Robootika Kodulabori III põlvkond komplektis. Selliste näidete juures, mis on xmega seeria spetsiifilised on see eraldi ikooniga ära märgitud. Üldiselt on kõigil AVR seeria mikrokontrolleritel registrite nimed, tähendused ja kasutamise kord reglementeeritud nii, et näiteid saab väikeste muudatustega ka teiste kontrollerite puhul kasutada. Peamised erinevused esinevad perifeeria juures. Tutvustuse koodinäited on toodud assembleris ja C-keeles AVR LibC abil.

ATmega32 40 jalaga DIP korpuses

Nagu kõik teisedki kiibid, on AVR pakendatud mingi standardkesta sisse. Traditsiooniline kest on DIP (nimetatakse ka DIL). DIP on nii-öelda jalgadega kest - kõik kiibi viigud on umbes 5-millimeetriste jalgadena näpuotsasuurusest mustast plastist korpusest välja toodud. DIP kest on mõistlik valik hobirakendustes ja prototüüpide puhul, sest selle jaoks on saada odavad pesad, kust saab mikrokontrolleri läbipõlemise korral lihtsalt kätte ja uuega asendada. Samas on jalad ka DIP kesta miinuseks, sest nende jaoks on vaja trükiplaadile auke puurida.

Palju kompaktsemad on pindliides ehk SMT (nimetatakse ka SMD) kestad, sest neil on jalad mõeldud mitte plaadi läbistamiseks, vaid otse rajale kinnijootmiseks. SMT kestas on kiibid õhukesed, umbes mündi suurused neljakandilised mustad korpused, mille jalad on umbes millimeetri pikkused. SMT kestas kiipide jootmisel on vaja täpsemat kätt ja paremaid töövahendeid.

AVR-e on saada nii DIP kui SMT kestades. Viikusid on püütud loogiliselt ning elektriliselt ühtlaselt paigutada. Näiteks on maa ja toiteviigud suurematel kiipidel toodud mitmesse kiibi külge, välise kvartsi viigud on maa viigu lähedal, siinide viigud on numbrilises järjekorras, andmesideliideste viigud on kõrvuti jne. AVR digitaalsed viigud ühilduvad TTL/CMOS standardsete pingenivoodega. 5 V toitepinge juures tähistab pinge 0 kuni 1 V loogilist nulli, mida nimetatakse ja kirjutatakse elektroonikute kõnepruugis ka kui: null, 0, madal, maa, mätas, ground või GND. Sama toitepinge juures tähistab pinge 3 kuni 5,5 V loogilist üht, mille nimetused on: üks, 1, kõrge, high. Selline suur loogiliste väärtuse pingeskaala kehtib sisendite kohta - väljundpinge on ilma koormuseta AVR viikudel vastavalt olekule ikkagi 0 V või toitepinge lähedane. Tehnoloogiast tingituna on ka analoogpinge (ADC kanalid) väärtused lubatud sarnases 0 kuni 5,5 V vahemikus.

Et järgnevatest näidetest ATmega128 kohta paremini aru saada, on välja toodud ATmega128 SMT kesta viikude skeem. Viikude juures on selle number, primaarne funktsioon ja sulgudes alternatiivne funktsioon. Toiteotsad on GND ja VCC. AVCC ja AREF on vastavalt analoog-digitaalmuunduri toite ja võrdluspinge viigud. XTAL1 ja XTAL2 on välise kvartsostsillaatori, resonaatori või taktigeneraatori jaoks. Viigud PB0 kuni PG4 tähistavad sisend-väljundsiinide bitte. Viikude alternatiivfunktsioonidest tuleb juttu vastavates peatükkides.

ATmega128 viigud