ВВЕДЕНИЕ
Сердцем (ядром) каждойэлектронно-вычислительной машины (ЭВМ) является микропроцессор либомикроконтроллер. Ряд ведущих мировых фирм, таких как Intel, Motorola, Siemens, Atmel порядка 10 лет разрабатывают и активно продвигают нарынке электронных компонентов серии специализированных однокристальныхмикропроцессоров и микроконтроллеров, специально предназначенные длявстраивания в оборудование.
Микроконтроллеры AVR фирмыAtmel открывают одно из новых направлений в области разработки и архитектурымикроконтроллеров. Структура процессора AVR представляется как «высокопроизводительнаяRISC-архитектура с пониженным энергопотреблением» Гарвардского типа. Однимиз основных достоинств этого контроллера является быстрое выполнение команд –он выполняет команду за один такт. AVR имеет, вероятно, наиболее разностороннийпо своим возможностям процессор из всех микроконтроллеров. Это означает, чтопри разработке приложений нужно потратить немного больше времени напланирование размещения данных в памяти и регистрах, чем для другихмикроконтроллеров. Но благодаря своей разносторонности AVR очень прост впрограммировании как для разработчиков прикладных программ на языке ассемблератак и для тех, кто пишет компиляторы языков высокого уровня.
Для того чтобы понять принципработы микроконтроллера необходимо практически поработать с ним. Но ввиду того,что существует множество разновидностей микроконтроллеров, иметь экземпляркаждого практически невозможно. Поэтому необходимы наглядные пособия, которыеясно и доходчиво показывали и демонстрировали бы процесс работымикроконтроллера.
Целью данной работы является разработкаинформационно-обучающей программы «Таймеры/счетчики и АЦП микроконтроллеровсемейства AVR».
Программа будет позволять вести самостоятельноеизучение материала, как в локальной компьютерной сети ХНУРЭ, так и в сетиИнтернет. С помощью сети программа будет работать под управлением операционныхсистем: FreeBSD, Linux, Microsoft Windows 2000 и выше, которая оснащена какой либо изпрограм-браузеров MS Internet Explorer,Netscape Navigator,Opera, Konqueror.
1 АНАЛИЗ ИСХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ И ТРЕБОВАНИЙТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ
1.1 Формулировка цели ипостановка задачи
Необходимо разработать программу,которое давало бы представление о работе таймеров/счетчиков и аналого-цифровогопреобразователя микроконтроллеров семейства AVR фирмы Atmel с подробным рассмотрением вопросов:
— таймеры/счетчики общегоназначения;
— таймер/счетчик типа А;
— таймер/счетчик типа В;
— таймер/счетчик типа С;
— таймер/счетчик типа D;
— таймер/счетчик типа E;
— сторожевойтаймер;
— аналого-цифровойпреобразователь.
В связи с даннымитребованиями технического задания (ТЗ) и предлагаемых программных средств можноопределить цель работы: создание обучающего компьютерного пособия «Таймеры-счетчикии АЦП микроконтроллеров семейства AVR» с учетомприменения: широко используемого программного обеспечения; простоты доступа кинформации; вложенности объема информации (использование гиперссылок); контролякачества изучения материала пособия.
Для реализации данной целинеобходимо решить следующие задачи:
— изимеющихся систем и программных средств выбрать необходимые для реализациикомпьютерного электронного пособия;
— определитьперечень рассматриваемых элементов пособия, которые отображали б реализациюпредлагаемого теоретического материала;
— выполнитьпроверку работоспособности пособия по вложенности (использования гиперссылок) теоретической части, а такжепроверить правильность работы элемента пособия, определяющего контроль знаний ввиде теста;
— минимизироватьобъем, занимаемый программой, дляосуществления возможности оперативной пересылки по сети Internet.
1.2 Обзор аналогичныхпрограммных средств
После анализа задания,формулировки цели и задач работы необходимо ознакомится с имеющимися насегодняшний день аналогичными программными средствами. Это позволит применить вразрабатываемом пособии лучшие из имеющихся средств реализации программ.
В результате исследования,проведенного при помощи глобальной сети Internet, было установлено, что насегодняшний день количество аналогичных обучающих программных средств очень мало,и даже эти программы не решают все вопросы связанные с наглядностью идоступностью необходимой информации.
Материал, связанный с исследованием архитектурнойорганизацией таймеров/счетчиков микроконтроллера и аналого-цифровогопреобразователя сложный для восприятия и в связи с этим возникла необходимостьв применении анимации, которую можно выполнить с использованием пакета Macromedia Flash.
Использование WWW-технологииявляется необходимым при разработке демонстрационно-обучающих программ, в еёсостав входят три взаимосвязанные технологии: HTTP –протокол передачи данных; HTML – язык, предназначенныйдля написания Web-страниц; Web-браузер– программа клиент для получения данных и отображения результатов. Файл наязыке HTML приобретает облик WWW-документа только тогда, когда онинтерпретируется программой просмотра. Программа, написанная на этом языке,может работать как на отдельном компьютере, так и в сети Интернет, не говоряуже о локальной сети.
Главными задачами программного продукта являются:быстрый и легкий переход от главы к главе; возможность работать на большомколичестве компьютеров, под управлением различными ОС; использованиевозможностей мультимедиа. Для решения некоторых из них целесообразным являетсяприменение языка программирования HTML 4.0. Применяяскрипты, написанные на других языках программирования, возможности HTML значительно расширяются. Для таких задач как контрользнаний обучаемого компьютером уже оказывается недостаточным использованиетолько лишь языка HTML с включениями скриптов на JavaScript или VBScript. Этотнедостаток проявляется в том, что данные скрипты выполняются на компьютерепользователя и пользователь может просмотреть открывшуюся страничкунепосредственно в виде программы на языке HTML. Это значит, что пользователь,имеющий начальные знания в языке HTML, может, проанализировав текст скрипта,определить, как нужно отвечать на вопросы. С точки зрения методики обучения этонежелательно, так как пользователь контролирует свои знания не в областиобучаемого материала, а в области программирования на JavaScript. Поэтому притестировании обучающего целесообразно отсылать ответы на сервер, а пользовательпри этом должен получить только результат проверки.
Существует несколько видов технологии котораяпомогает решить эту проблему: PHP; ASP; Perl, для работы данной технологии насервере нужно установить интерпретатор выбранного языка.
Из перечисленных выше видовтехнологии был выбран язык программирования PHP. По сравнению с остальными,данная технология обладает таким преимуществом, как простота реализации, имеетподдержку для пакета базы данных называемого mSQL. Это позволяет помещатьинформацию в базу данных или обращаться за этой информацией через простые SQLзапросы, имеет возможность принимать файл, загружаемый из любого, отвечающеготребованиям, web-браузера (позволяет передавать как текстовые так и двоичныефайлы), с управлением доступом PHP и его логическими функциями, появляетсявозможность полного контроля над тем, кому позволено передавать файлы и что сэтим файлом должно быть сделано, если он передан.
Выполнение PHP в виде модуля Apache – это наиболееэффективный способ использования пакета. В случае если пакет выполняется в видемодуля, то это означает, что функциональные возможности PHР объединены сфункциональными возможностями сервера Apache в одной программе.
Что касается программной оболочки(программы-браузера) для получения данных и отображения результатов, написанныхна HTML, можно пользоваться MS Internet Explorer,Netscape Navigator,Opera, Konqueror.
Аппаратные средства для работы с информационно –обучающей программой должны удовлетворять следующим требованиям: ЭВМсовместимая с IBM PC/AT, процессор Pentium II и выше, объём занимаемого ОЗУ неболее 16Mb.
Программа должна работать под управлениемоперационных систем: FreeBSD, Linux, Microsoft Windows 2000и выше.
Принимая во внимание вышесказанное, целью даннойработы является разработка информационно-обучающей программы.
2. Пограммная модель и принципы работы таймеров/счетчиков микроконтроллеровсемейства AVR2.1 Структура таймера/счетчика
16-разрядный таймер/счетчик может получать тактовый сигнал (CK), CK послепредварительного делителя и от внешнего вывода. Кроме того его можноостановить. В регистрах управления TCCR1A и TCCR1B находятся различные флаги,указывающие на переполнение, совпадение при сравнении и случаи захвата событий.В регистре масок прерываний TIMSK (Timer/Counter Interrupt Mask Register)устанавливаются разрешения/запрещения прерываний таймера/счетчика1. При внешнемтактировании таймера/счетчика1 внешний сигнал синхронизируется частотойтактового генератора CPU. Для правильной работы таймера/счетчика по внешнемутактовому сигналу минимальное время между двумя переключениями внешнеготактового сигнала должно быть не менее одного периода тактового сигнала CPU.Синхронизация внешнего тактового сигнала ведется нарастающим фронтомвнутреннего тактового сигнала CPU.
Блок-схема таймера/счетчика приведена на рисунке 2.1.
/>Рисунок2.1– Блок-схема таймера/счетчика
Наилучшие точность и разрешение 16-разрядный таймер/счетчик обеспечиваетпри наименьшем коэффициенте предварительного деления. С другой стороны, высокийкоэффициент предварительного деления удобен при реализации таймером/счетчиком 1низкоскоростных функций или точной синхронизации редко происходящих действий.Таймер/счетчик поддерживает две функции сравнения выхода, используя регистр1сравнения выходов A и B –OCR1A и OCR1B в качестве источников данных,сравниваемых с содержимым таймера/счетчика. Функции сравнения выхода включаюточистку счетчика по совпадению сравнения A и воздействие на выводы сравнениявыхода при обоих совпадениях сравнения.
Таймер/счетчик 1 может быть использован в качестве 8, 9 или 10-разрядногоширотно-импульсного модулятора. В этом режиме счетчик и регистры OCR1A/OCR1Bработают как сдвоенный самостоятельный ШИМ со сцентрированными импульсами, безформирования ложных импульсов. Функция захвата входа таймера/счетчикаобеспечивает захват содержимого таймера/счетчика 1 в регистр захвата входа,запускаемый внешним событием на выводе входа захвата PD4/(IC1). Реальныеустановки захвата события определяются регистром управления таймером/счетчиком1TCCR1B (Timer/Counter1 Control Register). Кроме того, для переключения входазахвата может быть использован аналоговый компаратор. Если разрешена функцияподавления шума, действительные условия переключения события захвата тестируютсячетырьмя выборками, прежде чем захват будет активирован. Тестирование сигналана входном выводе производится с частотой XTAL [1].
2.2Таймеры/счетчики общего назначения
Таймер/счетчикТ/СХ (X = 0, 1, 2 – цифра в имени таймера/счетчика) любого типасодержит базовый счетчик TCNTX, имеющий восемь или шестнадцать разрядов, ивосьмиразрядный регистр управления TCCRX. Кроме того, в состав таймера/счетчика входят один илинесколько разрядов регистра запросов, прерывания TIFR и столько же разрядов регистра маскирования прерываний TIMSK. РегистрыTIFRи TIMSK являются общими для всех таймеров/счетчиковмикроконтроллера.
Разрядрегистра TIFR устанавливается в единичное состояние при формировании втаймере/счетчике определенного запроса прерывания. Запрос прерывания проходит вблок прерываний при единичном состоянии соответствующего разряда регистра TIMSК. Разрядрегистра ТIFR сбрасывается в нулевое состояние аппаратно при переходемикроконтроллера к выполнению соответствующей прерывающей программы или программнопри выполнении команды установки бита в единичное состояние.
В составтаймера/счетчика, выполняющего функцию сравнения/PWM, входит регистрсравнения OCRX, а в состав таймера/счетчика, выполняющего функциюзахвата, – регистр захвата ICRX. Разрядность регистров OCRX и ICRX равнаразрядности базового счетчика TCNTX.
Длязаписи кода в шестнадцатиразрядный счетчик или регистр сначала выполняетсякоманда записи (OUT) байта в старшую половину разрядов (Н), при этомпоступавший из регистра общего назначения старший байт запоминается в регистревременного хранения. Затем выполняется команда записи (OUT) младшего байта вмладшую половину разрядов (L), при этом оба байта одновременно записываются в счетчикили регистр.
Длячтения кода из шестнадцатиразрядного счетчика или регистра сначала выполняетсякоманда чтения (IN) байта из младшей половины разрядов (L), при этомсчитанный младший байт поступает в регистр общего назначения, а старший байтзапоминается в регистре временного хранения. Затем выполняется команда чтениябайта из старшей половины разрядов (Н), при этом старший байт из регистравременного хранения поступает в указанный в команде регистр общего назначения[2].
2.3Таймер/счетчик типа А
Таймер/счетчиктипа А есть у микроконтроллеров всех типов кроме микроконтроллера типа m103. Онимеет имя Т/С0 (X = 0). Таймер/счетчик типа А формирует запрос прерывания Т/С0OVF при переполнении восьмиразрядного базового счетчика TCNT0. Структурнаясхема таймера/счетчика типа А изображена на рисунке 2.2.
/>
Рисунок 2.3– Структурная схема таймера/счетчика типа А
Тактовыйсигнал микроконтроллера СК поступает в пересчетную схему (prescaler) ПС,представляющую собой десятиразрядный счетчик, где выполняется деление частотытактового сигнала на 8, 64, 256 и 1024. Сигналы с четырех выходов пересчетнойсхемы поступают в схему управления СУ (мультиплексор). При наличии вмикроконтроллере таймера/счетчика Т/С1 эти же сигналы поступают в Т/С1.
В схемууправления поступают также тактовый сигнал СК и сигнал из внешнего источника,принимаемый на вход Т0. В качестве входа Т0 у микроконтроллеров типа 1200, 2313и 4433 используется вывод порта PD4, у микроконтроллеров типа 2323, 2343 исерии ATtny – вывод порта РВ2, а у микроконтроллеров типа 8515, 8535 и m163 –вывод порта РВ0.
Схемауправления в зависимости от комбинации состоянии разрядов CS00, CS01 и CS02регистра управления TCCR0 передаст один из поступающих сигналов на счетный входбазового счетчика TCNT0, ведущего счет на сложение. Сигналы, используемые длясчета в счетчике TCNT0 при разных комбинациях значений в разрядах регистраTCCR0, указаны в таблице 2.1.
Таблица 2.1– Сигналы, используемые для счета в счетчике TCNT0CS02 CS01 CS00 сигнал
0 0 0 0
1 1 1 1
0 0
1 1
0 0
1
1
1
1
1
1
нет
СК
СК/8
СК/64
СК/256
СК/1024
Отрицательный фронт на ТО Положительный фронт на ТО
Припереполнении счетчика TCNT0 устанавливается в единичное состояние разряд TOV0регистра TIFR и при единичном состоянии разряда ТОIЕ0 регистра TMSK в блокпрерываний поступает запрос прерывания Т/С0 OVF.
Вмикроконтроллере типа t15 в работе таймера/счетчика типа А участвуют разрядPSR0 регистра SFIOR. При установке этого разряда в единичное состояниесбрасывается в исходное (нулевое) состояние пересчетная схема ПС. Разряд PSR0возвращается в нулевое состояние аппаратно. В микроконтроллере тина m163аналогичная операция выполняется при установке в единичное состояние разрядаPSR10 регистра SFIOR [2].
2.4Таймер/счетчик типа В
Таймер/счетчиктипа В входит в состав периферийных устройств микроконтроллеров типа t15 (T/C1)и m103 (T/C2). Он формирует запрос прерывания Т/СХ OVF при переполнениивосьмиразрядного базового счетчика TCNTX и выполняет функцию сравнения/PWM сформированием запроса прерывания Т/СХ СОМР. Структурная схема таймера/счетчикатипа В изображена на рисунке 2.3.
/>
Рисунок 2.3– Структурная схема таймера/счетчика типа В
Тактовыйсигнал микроконтроллера СК поступает в пересчетную схему ПС, где частотасигнала делится на 8, 64, 256 и 1024. Сигналы с четырех выходов пересчетнойсхемы поступают в схему управления СУ1 и в таймер/счетчик Т/С1 типа Е. В схемууправления СУ1 поступают также тактовый сигнал СК и сигнал из внешнегоисточника, принимаемый на вход Т2 (вывод порта PD7). При выполнении функциисравнения/PWM вывод порта РВ7 используется в качестве выхода OC2/PWM2 длявыдачи сигнала, формируемого при совпадении сравниваемых кодов или сигналаPWM2.
Схемауправления СУ1 в зависимости от комбинации состояний разрядов CS20, CS21 и CS22регистра управления TCCR2 передает на счетный вход базового счетчика TCNT2 одиниз поступающих сигналов в соответствии с таблицей 2.1 при (Х = 2).
Припереполнении базового счетчика устанавливается в единичное состояние разрядTOV2 регистра TIFR и при единичном состоянии разряда TOIE2 регистра TIMSK вблок прерываний поступает запрос прерывания Т/С2 OVF.
Режимработы таймера/счетчика определяется комбинацией состояний разрядов PWM2, СОМ21и СОМ20 регистра TCCR2. При нулевом состоянии трех названных разрядовформируется только запрос прерывания Т/С2 OVF. При PWM2 = 0 и другихкомбинациях состоянии разрядов СОМ21 и СОМ20 выполняется функция сравнения.Код, формируемый в базовом счетчике TCNT2, с помощью компаратора К сравниваетсяс кодом, записанным в регистре OCR2. При совпадении кодов устанавливаетсяопределенное значение сигнала на выходе ОС2 (вывод порта РВ7), переводится вединичное состояние разряд OCF2 регистра TFR и при единичном состоянии разрядаOCIE2 регистра TIMSK в блок прерываний поступает запрос прерывания Т/С2 СОМР.Значение сигнала, устанавливаемого на выходе ОС2 при совпадении кодов,определяется комбинацией состояний разрядов СОМ20 и СОМ21 регистра TCCR2 всоответствии с таблицей 2.2.
Таблица 2.2– Комбинации состояний разрядов СОМ20 и СОМ21 регистра TCCR2С0М21 СОМ20 Значение сигнала
1
1
1 0
1
изменяетcя
1
Работабазового счетчика при выполнении функции сравнения зависит от состояния разрядаСТС2 регистра TCCR2. При СТС2 = 0 базовый счетчик после совпадения кодовпродолжает счет до переполнения и далее выполняет счет, начиная с 0. При СТС2 =1 базовый счетчик при совпадении кодов сбрасывается в нулевое состояние ипродолжает счет, начиная с 0. При PWM2 = 1 и СОМ21 = 1 выполняется функция PWM.Базовый счетчик ведет счет на сложение до получения кода максимального числа(255), переводится в режим счета на вычитание и в этом режиме ведет счет дополучения кода минимального числа (0) и далее вновь переходит в режим счета насложении. Акт переполнения (переход от кода числа 255 к коду числа 0) в данномслучае отсутствует.
Запроспрерывания Т/С2 OVF формируется при переходе от числа 0 к числу 1.
Состояниеразряда СОМ20 определяет вид изменения выходного сигнала при совпадении кодов всчетчике и регистре сравнения. На рисунке 1.4 изображены графики изменениячисла в счетчике TCNT2 и временные диаграммы сигнала PWM на выходе ОС2 призаданном коде числа в регистре сравнения (OCR2) при разных состояниях разрядаСОМ20.
/>
Рисунок 2.4– Графики изменения числа в счетчике TCNT2 и временные диаграммы сигнала PWM навыходе ОС2
Периодсигнала PWM (T) в 510 раз больше периода сигнала, поступающего на счетный входбазового счетчика.
Призаписи байта в регистр OCR2 (по команде с мнемокодом операции OUT) байтпринимается в регистр временного хранения, из регистра которого переписываетсяв регистр OCR2 при появлении в базовом счетчике кода числа 255. При этомисключается появление в сигнале PWM импульса со случайной длительностью.
Таймер/счетчиктипа В микроконтроллере типа t15 имеет имя Т/С1 (X = 1). Исходный сигнал дляработы таймера/счетчика (РСК) имеет частоту 25,6 МГц при частоте тактовогосигнала микроконтроллера 1,6 МГц (1/16 РСК). В регистре управления имеетсядополнительный разряд CS13. Выбор сигнала для передачи на счетный вход базовогосчетчика определяется комбинацией состояний разрядов CS13, CS12, CS11 и CS10 всоответствии с таблицей 2.3. Вход для приема сигнала из внешнего источникаотсутствует.
Таблица 2.3– комбинации состояний разрядов CS13, CS12, CS11 и CS10CS13 CS12 CS11 CS10 Сигнал
0 0 0 0 0 0 0 0
1 1 1 1 1 1 1 1
0 0 0 0
1 1 1 1
0 0 0 0
1
1 1 1
0 0
1 1
0 0
1 1
0 0
1
1
0 0
1 1
1
1
1
1
1
1
1
1
нет
РСК(16СК)
РСК/2 (8 СК)
РСК/4 (4 СК)
РСК/8 (2 СК) РСК/16(СК)
СК/2
СК/4
С К/8
СК/16
СК/32
СК/64
СК/128
СК/256
СК/512
СК/1024
В составтаймера/счетчика входят два регистра сравнения – OCR10 и OCR11. Регистр OCR10используются при выполнении функции сравнения. Регистр OCR11 используетсясовместно с регистром OCR10 при выполнении функции PWM. Базовый счетчикработает в режиме счета на сложение и ведет счет от 0 до числа, код которогозаписан в регистре OCR11. Графики изменения числа в базовом счетчике ивременные диаграммы сигнала PWM изображены на рисунке 2.5. Сигнал OC1/PWMвыдается на вывод порта РВ1.
/>
Рисунок 2.5– Графики изменения числа в базовом счетчике и временные диаграммы сигнала PWM
Вмикроконтроллере типа t15 в работе таймера/счетчика Т/С1 участвуют разрядыFOC1A и PSR1 регистра SFOR.
В режимесравнения при установке в единичное состояние разряда FOC1A на выходе ОС1устанавливается требуемое значение сигнала немедленно, не дожидаясь совпадениякодов в базовом счетчике и регистре сравнения. При этом запрос прерывания Т/С1СОМР не формируется и базовый счетчик не сбрасывается в пулевое состояние приСТС1 = 1. Разряд FOC1А сбрасывается в нулевое состояние аппаратно. В режиме PWMон не используется.
Приустановке в единичное состояние разряда PSR1 сбрасывается в исходное (нулевое)состояние пересчетная схема ПС. Разряд сбрасывается в нулевое состояниеаппаратно [2].
2.5Таймер/счетчик типа С
Таймер/счетчиктипа С входит в состав периферийных устройств микроконтроллеров типа 8535 иm163 (Т/С2) и типа m103 (Т/СО). Он формирует запрос прерывания Т/СХ OVF припереполнении восьмиразрядного базового счетчика TCNTX, может выполнять функциюсравнения/PWM и работать в режиме счета реального времени. В структурутаймера/счетчика типа С входят все элементы таймера/счетчика типа В и, крометого, регистр ASSR, мультиплексор М и внутренний генератор G. Дополнительныеэлементы изображены на рисунке 2.6.
/>
Рисунок 2.6– Структурная схема таймера счетчика типа C
Вкачестве исходного сигнала для работы базового счетчика TCNT 0 можетиспользоваться тактовый сигнал микроконтроллера СК или сигнал TOSC1 издополнительного внутреннего генератора G, к которому через выводы TOSC1 и TOSC2подключен кварцевый резонатор КР2.
Причастоте резонатора 32768 Гц («часовой» кварц) параметры процессов втаймере/счетчике с высокой точностью привязаны к единице измерения реальноговремени – секунде.
Принулевом состоянии разряда AS0 регистра ASSR используется тактовый сигнал СК,при единичном состоянии – сигнал генератора G (режим реального времени).Выбранный сигнал РСК0 с выхода мультиплексора М поступает в пересчетную схемуПС, в котором выполняется деление частоты на 8, 32, 64, 128, 256 и 1024.
Сигналыс шести выходов пересчетной схемы и сигнал с выхода мультиплексора поступают всхему управления СУ1. Выбор сигнала для передачи на счетный вход базовогосчетчика определяется комбинацией состояний разрядов CS00, CS01 и CS02 регистрауправления TCCR0 в соответствии с таблицей 2.4
Таблица 2.4– Комбинации состояний разрядов CS00, CS01 и CS02 регистра управления TCCR0CS02 CS01 CS00 Сигнал
0 0 0 0
1 1 1 1
1
1
1
1
1
1
1
1
нет
РСК0
РСК0/8
РСК0/32 РСК0/64 РСК0/128 РСК0/256 РСК0/1024
Приработе в режиме реального времени (AS0 = 1) процесс счета и базовом счетчикепривязан к сигналу TOSC1, а запись в регистры TCCR0 и OCR0 и в счетчик TCNT0 –к сигналу СК. Для исключения конфликтных ситуаций в счетчике TCNT0 в режимереального времени используются регистры временного хранения. При записи кода(по команде OUT) байт принимается в соответствующий регистр временного хранения,при этом устанавливается в единичное состояние соответствующий разряд регистраASSR – TCN0UB при записи в счетчик TCNT0, OCR0UB при записи в регистр OCR0,TCR0UB при записи в регистр TCCR0. Перепись байта из регистра временногохранения в основной регистр или счетчик привязана к сигналу TOSC1, при этомсоответствующий разряд регистра ASSR сбрасывается в нулевое состояние.Очередная запись в регистр или счетчик по команде OUT может производиться принулевом состоянии соответствующего разряда регистра ASSR.
Умикроконтроллеров типа 8535 и m163 для подключения кварцевого резонатора КР2используются выводы порта РС6 и РС7, а у микро контроллеров типа m10З –специальные выводы корпуса.
Втаймере/счетчике типа С в микроконтроллере типа m163 (X = 2) в регистре TCCR2имеется дополнительный разряд FOC2 и в регистре SFIOR – дополнительныйразряд PSD2.
В режимесравнения при установке в единичное состояние разряда FOC2 сигнал на выходе ОС2принимает требуемое значение немедленно, не дожидаясь совпадения сравниваемыхкодов. При этом запрос прерывания Т/С2 СОМР не формируется и базовый счетчик несбрасывается. Сброс разряда FOC2 в нулевое состояние выполняется аппаратно. Врежиме PWM разряд FOC2 не используется.
Приустановке в единичное состояние разряда PSR2 сбрасывается в исходное (нулевое)состояние пересчетная схема ПС.
Сбросразряда PSR2 в нулевое состояние выполняется аппаратно [2].
2.6Таймер/счетчик типа D
Таймер/счетчиктипа D входит в состав периферийных устройств микроконтроллеров типа 2313 и4433, и имеет имя Т/С1. Он содержит шестнадцатиразрядный базовый счетчик ивыполняет функции захвата и сравнения/PWM, Структурная схема таймера/счетчикаизображена на рисунке 2.7.
/>
Рисунок 2.7– Структурная схема таймера счетчика типа D
Насчетный вход шестнадцатиразрядного базового счетчика TCNT1H, L с выхода схемыуправления СУ1 может поступать тактовый сигнал микроконтроллера СК, или один изчетырех сигналов из пересчетной схемы, которая является общей длятаймеров/счетчиков Т/СО и Т/С1 рисунок, или сигнал из внешнего источника,принимаемый на вход Т1. В качестве входа Т1 используется вывод порта PD5. Выборсигнала определяется комбинацией состояний разрядов CS10, CS11 и CS12 регистрауправления TCCR1B в соответствии с таблицей 2.1 (X = 1, Т0 = Т1). Припереполнении базового счетчика устанавливается в единичное состояние разрядTOV1 регистра TIFR и при единичном состоянии разряд TOIE1 регистра TIMSK вблок прерываний поступает запрос прерывания T/C1 OVF.
Схемауправления СУ2 управляет выполнением функции захвата, которая заключается впередаче кода, сформированного в базовом счетчике, через ключевую схему КС вшестнадцатиразрядный регистр захвата ICR1H, L. При этом устанавливается вединичное состояние разряд ICF1 регистра TIFR и при единичном состоянии разрядаTICIE1 регистра TMSK в блок прерываний поступает запрос прерывания Т/С1 СAPT.
Захватвыполняется при изменении значения внешнего сигнала, поступающего на вход ICP,или внутреннего сигнала АСО, поступающего из аналогового компаратора. Выборсигнала определяется состоянием разряда ACIC регистра ACSR, который входит всостав аналогового компаратора. При ACIC = 0 используется внешний сигнал, приACIC = 1 – внутренний. Вид изменения сигнала, при котором выполняется захват,определяется состоянием разряда ICES1 регистра TCCR1B. При ICES1 = 0 захватвыполняется при появлении отрицательного фронта сигнала, а при ICES1 = 1 –положительного фронта.
Вкачестве входа ICP у микроконтроллера типа 2313 используется вывод порта PD6, ау микроконтроллера типа 4433 – вывод порта РВО.
РазрядICNC1 регистра TCCR1B управляет работой схемы подавления помех. При ICNC1 = 0захват выполняется при каждом появлении фронта заданной полярности.
ПриICNC1 = 1 захват происходит, если перед появлением фронта в течение четырехтактов сигнал сохраняет постоянное значение.
Схемауправления СУ3 управляет выполнением функции сравнения/PWM. Функция сравнениязаключается в выдаче определенного значения сигнала на выходе ОС1 присовпадении кодов в базовом счетчике и шестнадцатиразрядном регистре сравненияOCR1H, L, которое выявляется с помощью компаратора К. При этом такжеустанавливается в единичное состояние разряд OCF1A регистра TIFR и приединичном состоянии разряда OCIE1A регистра TIMSK в блок прерываний поступаетзапрос прерывания Т/С1 СОМР.
ФункцияPWM заключается в выдаче на выход ОС1 импульсного сигнала с заданным периодомповторения и заданной длительностью импульса. При этом также периодическиформируется запрос прерывания Т/С1 СОМР.
Работасхемы СУЗ определяется комбинацией состояний разрядов PWM10, PWM11, СОМ1А0 иСОМ1А1 регистра управления TCCR1A. При нулевом состоянии всех четырех разрядовфункция сравнения/PWM не выполняется и выход ОС1 отключен от вывода порта.
ПриPWM10 = 0, PWM11 = 0 и других комбинациях состояний разрядов СОМ1А0 и СОМ1А1выполняется функция сравнения. Значение сигнала, устанавливаемое на выходе ОС1при совпадении кодов, указано в таблице 2.5.
Таблица 2.5– Значение сигнала, устанавливаемое на выходе ОС1С0М1А1 СОМ1А0 Значение сигнала
0
1
1
1 0
1
Изменяется
1
Привыполнении функции сравнения режим работы базового счетчика зависит отсостояния разряда СТС1 регистра управления TCCR1B. При СТС1 = 1 базовый счетчикпри совпадении кодов сбрасывается в нулевое состояние и продолжает счет,начиная с нуля. При СТС1 = 0 он продолжает счет до переполнения и далее ведетсчет, начиная с нуля.
Приединичном состоянии хотя бы одного из разрядов PWM10 и PWM11 и единичномсостоянии разряда СОМ1А1 выполняется функция PWM. В этом случае базовый счетчикведет счет на сложение до получения числа 255 или 511 или 1023, переходит врежим счета на вычитание, ведет счет на вычитание до получения числа 0 и вновьвозвращается в режим счета па сложение. Выбор максимального числа (Nmах), докоторого ведется счет на сложение, определяется комбинацией состояний разрядовPWM11 и PWM10 регистра управления TCCR1A в соответствии с таблицей 2.6.
Таблица 2.6– Комбинации состояний разрядов PWM11 и PWM10 регистра управления TCCR1APWM11 PWM10 Nmax
1 1
1
1
255
511
1023
СигналPWM формируется путем изменения значения сигнала на выходе ОС1 при совпадениикодов в базовом счетчике и регистре OCR1 в процессе счета на сложение и навычитание. Вид изменения сигнала зависит от состояния разряда СОМ1А0. Нарисунке 2.8 изображены графики изменения числа в базовом счетчике (TCNT1) ивременные диаграммы сигнала PWM при разных состояниях разряда СОМ1А0.
/>
Рисунок 2.8– Графики изменения числа в базовом счетчике (TCNT1) и временные диаграммысигнала PWM
Периодсигнала PWM (T) зависит от максимального числа, до которого выполняется счет насложение. При Nmax = 255 период в 510 раз больше периода следования импульсовна счетном входе базового счетчика. При Nmax = 511 и 1023 это отношение равно1022 и 2046 соответственно.
Разряд СТС1регистра TCCR1B в режиме PWM не используется. Запрос прерывания T/C1 OVFформируется при переходе базового счетчика от числа 0 к числу 1. При записикода в регистр OCR1 код запоминается в регистре временного хранения. Переписькода в регистр OCR1 выполняется при появлении в базовом счетчике максимальногочисла, что предотвращает появление в сигнале PWM импульса со случайнойдлительностью.
Вкачестве выхода ОС1 у микроконтроллера типа 2313 используется вывод порта РВЗ,а у микроконтроллера типа 4433 – вывод порта PB1 [2].
2.7Таймер/счетчик типа Е
Таймер/счетчиктипа Е входит в состав периферийных устройств микроконтроллеров типа 8515,8535, m163 и m10З и имеет имя Т/С1. Он содержит шестнадцатиразрядный базовыйсчетчик и выполняет функцию сравнения/PWM в двух каналах (А и В) и функциюзахвата.
Вструктуру таймера/счетчика типа Е входят все элементы структурытаймера/счетчика типа D. Элементы на схеме рисунке 2.7, используемые привыполнении функции сравнения/PWM, образуют канал А. Дополнительные элементы,образующие канал В, изображены на схеме рисунке 2.9.
/>
Рисунок 2.9– Структурная схема таймера счетчика типа Е
Дополнительнымиэлементами являются компаратор канала В (KB), регистр сравнения OCR1BH, L, двадополнительных разряда СОМ1В0 и СОМ1В1 в регистре TCCR1A, дополнительный разрядOCF1B в регистре TIFR и дополнительный разряд OCE1B в регистре TIMSK. В каналеВ формируется запрос прерывания Т/С1 СОМРВ.
Сигнал,изменяемый при выполнении функции сравнения, и сигнал PWM поступают на выходОС1В.
Выводымикроконтроллера, используемые в качестве входов Т1 и CP и выходов ОС1А и ОС1Ву микроконтроллеров разных типов, указаны в таблице 2.7.
Таблица 2.7– Выводы микроконтроллера, используемые в качестве входов Т1 и CP и выходовОС1А и ОС1ВВыводы Т/С1 Тип МК 8515 8535 m163 m103 Т1 РВ1 РВ1 РВ1 PD6 ICР О.B. PD6 PD6 PD4 ОС1А PD5 PD5 PD5 РВ5 ОС1В О.B. PD4 PD4 РВ6 О.В. – отдельный вывод корпуса.
Вмикроконтроллере типа m163 в регистре TCCR1A имеются два дополнительных разряда– FOC1А и FOC1В. При установке разряда в единичное состояние при выполнениифункции сравнения сигнал на выходе ОС1А/В принимает требуемое значениенемедленно, не дожидаясь совпадения сравниваемых кодов. Запрос прерывания приэтом не формируется и базовый счетчик в нулевое состояние не сбрасывается.Разряд сбрасывается в нулевое состояние аппаратно. В режиме PWM эти разряды неиспользуются.
Врегистре SFIOR имеется дополнительный разряд PSR10. При установке этого разрядав единичное состояние пересчетная схема сбрасывается в исходное (нулевое)состояние. Разряд PSR10 сбрасывается в нулевое состояние аппаратно [2].
2.8Сторожевой таймер
В составсторожевого таймера входят автономный генератор, пересчетная схема, региструправления WDTCR и схема управления. Структурная схема сторожевого таймераизображена на рисунке 2.10.
/>
Рисунок 2.10– Структурная схема сторожевого таймера
ГенераторGWDT формирует импульсную последовательность. Частота следования импульсовзависит от напряжения питания микроконтроллера (1 МГц при Vcc = 5 В, 350 кГцпри Vcc = 3 В). В пересчетной схеме ПС, содержащей многоразрядный счетчик,выполняется деление частоты сигнала генератора. На восьми выходах пересчетнойсхемы формируются сигналы, частота которых в N раз меньше частоты входногосигнала. Выбор выхода пересчетной схемы с требуемым коэффициентом деления Nопределяется комбинацией состояния разрядов WDP0, WDP1 и WDP2 регистра WDTCR всоответствии с таблицей 2.8.
Таблица 2.8– Комбинации состояний разрядов WDP0, WDP1 и WDP2 регистра WDTCRWDP2 WDP1 WDP0 N TOUT, Vqc = 5 В TOUT, Vqc = 3 В
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
16К
32 К
64 К
128 К
256 К
512 К
1024 К
2048 К
15 мс
30 мс
60 мс
120 мс
240 мс
490 мс
970 мс
1,9 с
47 мс
94 мс
190 мс
380 мс
750 мс
1,5 с
3,0 с
6,0 с
Приединичном состоянии разряда WDE регистра WDTCR на выходе схемы управления СУ счастотой выбранного сигнала формируется запрос прерывания WDT Reset, припоявлении которого происходит перезапуск микроконтроллера WDT Reset.
Покоманде с мнемокодом WDR выполняется сброс пересчетной схемы в исходное(нулевое) состояние.
Длязапуска сторожевого таймера необходимо в ходе программы выполнить команду WDR изатем установить в единичное состояние разряд WDE регистра WDTCR.
Дляостановки сторожевого таймера необходимо установить в единичное состояниеразряд WDTOE регистра WDTCR и одновременно повторно установить в единичноесостояние разряд WDE, затем не позднее, чем через четыре такта после этогосбросить в нулевое со стояние разряд WDE. Разряд WDTOE сбрасывает в нулевоесостояние аппаратно через четыре такта после установки его в единичное состояние.У микроконтроллера типа 1200 разряд WDTOE отсутствует.
Перезапусксторожевого таймера происходит при выполнении команды WDR в ходе программы приединичном состоянии разряда WDE.
Программа,в которой предусмотрено использование сторожевого таймера, должна периодическис интервалом меньшим, чем период формирования запроса прерывания WDT Reset, сиспользованием команды WDR перезапускать сторожевой таймер. Если при появлениисбоя команда WDR своевременно не выполняется, происходит перезапускмикроконтроллера. Интервал времени TOUT, через который следует выполнятькоманду WDR в ходе программы, при разных значениях коэффициента деления N инапряжения питания Vcc указан в таблице 2.8 [3].
3 Программная модель и принципы работы АЦП микроконтроллеровсемейства AVR
3.1Структура АЦП
Основныехарактеристики:
— разрешение10 разрядов;
— точность ±1/2 LSB;
— время преобразования 70...280 мс;
— 8 мультиплексируемых каналов входа;
— режимы циклического и однократного преобразования;
— прерывание по завершению ADC преобразования;
— устройство подавления шумов Sleep режима [4].
Микроконтроллерытипа t15, 4433, 8535, m163 и m103 оснащены 10-разрядным ADC последовательногоприближения. ADC подсоединен к 8-канальному аналоговому мультиплексору,позволяющему использовать любой вывод порта F в качестве входа ADC. ADCсодержит усилитель выборки/хранения, удерживающий напряжение входа ADC во времяпреобразования на неизменном уровне. Блок-схема ADC представлена на рисунке 3.1.Для питания ADC используются два отдельных вывода: AVCC и AGND. Вывод AGNDдолжен быть подсоединен к GND и напряжение AVCC не должно отличаться отнапряжения VCC более чем на 0,4В.
/>
Рисунок 3.1– Блок-схема аналого-цифрового преобразователя
Внешнеенапряжение сравнения подается на вывод AREF и должно быть в диапазоне от 2,7 Вдо AVCC.
3.2 Работааналого-цифрового преобразователя
Аналого-цифровойпреобразователь может работать в двух режимах: режиме однократногопреобразования и режиме циклического преобразования. В режиме однократногопреобразования каждое преобразование инициируется пользователем. В режимециклического преобразования ADC осуществляет выборку и обновление содержимогорегистра данных ADC непрерывно. Выбор режима производится битом ADFR регистраADCSR.
РаботаADC разрешается установкой в состояние 1 бита ADEN в регистре ADCSR. Первомупреобразованию, начинающемуся после разрешения ADC, предшествует пустоеинициализирующее преобразование. На пользователе это отражается лишь тем, чтопервое преобразование будет занимать 27 тактовых циклов, вместо обычных 14.
Преобразованиеначинается с установки в состояние 1 бита начала преобразования ADSC. Этот битнаходится в состоянии 1 в течение всего цикла преобразования и сбрасывается, позавершении преобразования, аппаратно. Если в процессе выполнения преобразованиявыполняется смена канала данных, то ADC вначале закончит текущее преобразованиеи лишь потом выполнит переход к другому каналу.
ПосколькуADC формирует 10-разрядный результат, то по завершении преобразованиярезультирующие данные размещаются в двух регистрах данных ADCH и ADCL. Дляобеспечения соответствия результирующих данных считываемому уровню используетсяспециальная логика защиты. Этот механизм работает следующим образом: присчитывании данных первым должен быть считан регистр ADCL. Как только ADCLсчитан обращение ADC к регистрам данных блокируется. Таким образом, если послесчитывания состояния ADCL, но до считывания ADCH, будет завершено следующеепреобразование, ни один из регистров не будет обновлен и записанный ранеерезультат не будет искажен. Обращение ADC к регистрам ADCH и ADCL разрешаетсяпо завершении считывания содержимого регистра ADCH.
ADCимеет свое собственное прерывание, которое может быть активировано позавершению преобразования. Когда обращение ADC к регистрам запрещено, впроцессе считывания регистров ADCL и ADCH, прерывание будет активироваться,даже если результат будет потерян.
3.2.1 Предварительноеделение
ADCработает с тактовой частотой в диапазоне от 50 до 200 кГц. В режимециклического преобразования для преобразования необходимо 14 тактовых циклов,т.е. преобразование выполняется за время от 70 до 280 мс. В режиме однократногопреобразования преобразование выполняется за 15 тактовых циклов. Если тактоваячастота выйдет за указанные пределы, то правильность результата негарантируется. Биты ADPS0 – ADPS2 используются для обеспечения необходимогодиапазона тактовой частоты ADC при частоте XTAL свыше 100 кГц.
3.2.2 Сканированиеаналоговых каналов
Посколькусмена аналоговых каналов происходит после завершения цикла преобразования вциклическом режиме смена каналов (сканирование каналов) может происходить безпрерывания преобразователя. Обычно для выполнения смены канала выполняетсяпрерывание по завершению преобразования. Однако пользователю необходимо принятьк сведению следующее соображение: прерывание активируется сразу по готовностирезультата к считыванию. В циклическом режиме следующее преобразованиеначинается через один тактовый цикл ADC после активации прерывания. Еслисодержимое ADMUX будет изменено в течение этого одного тактового цикла, тоновые установки будут задействованы при начале нового преобразования. Если жеизменение состояния ADMUX произойдет позднее этого тактового цикла, то приактивированном преобразовании будут использоваться предшествовавшие установки.
3.2.3 Технологияподавления шума ADC
Цифровыесхемы самого микроконтроллера и внешние цифровые схемы генерируютэлектромагнитное излучение, которое может влиять на точность измеренияаналоговых сигналов. Если точность преобразования является определяющей, томожно использовать следующие приемы:
Аналоговаячасть и все аналоговые компоненты устройства должны иметь на печатной платеотдельную аналоговую землю. Эта аналоговая земля должна иметь соединение сцифровой землей в одной точке печатной платы.
Проводникианалоговых сигналов необходимо делать как можно короче, стремиться проводить ихповерх аналоговой земли и, по возможности, как можно дальше от дорожеквысокоскоростных цифровых сигналов.
ВыводAVCC микроконтроллеров должен подключаться к напряжению питания VCC через RC цепочку,как показано на рисунке 3.2.
Дляподавления шума CPU можно использовать функцию подавления шума ADC.
Есликакие-то выводы PORTF используются в качестве цифровых входов, то важно, чтобыв процессе преобразования на этих выводах не происходили переключения [5].
/>
Рисунок 3.2– Подключение напряжения питания ADC
Аналого-цифровойпреобразователь входит в состав периферийных устройств микроконтроллеров типаt15, 4433, 8535, m163 и m103. Аналого-цифровой преобразователь содержит базовыйпреобразователь, выполняющий преобразование аналогового сигнала вдесятиразрядный двоичный код методом последовательных приближений, аналоговыймультиплексор для подключения одного из входов микроконтроллера к входубазового преобразователя, регистр управления ADMUX, региструправления-состояния ADCSR и шестнадцатиразрядный регистр результата ADCH, L.
Нарисунке 3.3 изображена структурная схема аналого-цифрового преобразователя.
/>
Рисунок3.3 – Структурная схема аналого-цифрового преобразователя
Дляподачи напряжения питания и опорного напряжения используются отдельные выводымикроконтроллера AVCC, AGND и AREF.
ВыводAGND соединяется с выводом GND микроконтроллера. Напряжение на выводе AVCC недолжно отличаться от напряжения на выводе VCC микроконтроллера более, чем на±0,3В. Напряжение на выводе AREF должно находиться в пределах от уровня навыводе AGND до уровня на выводе AVCC.
Аналоговыесигналы принимаются на выводы микроконтроллера ADC0, ADC1… ADC7. Величинанапряжения аналогового сигнала может находиться в пределах от уровня на шинеAGND до уровня на шине AVCC. Аналоговый мультиплексор AM подключает один извходов микроконтроллера к входу базового преобразователя CONV. Двоичный кодномера подключаемого входа задается комбинацией состояний раз рядов MUX2, MUX1,MUX0 регистра ADMUX.
Преобразованиеаналогового сигнала в цифровой код в преобразователе CONV выполняется подуправлением тактового сигнала, частота которого должна находиться в пределах от50 кГц до 200 кГц.
Тактовыйсигнал формируется в пересчетной схеме ПС путем деления частоты тактовогосигнала микроконтроллера СК. Пересчетная схема работает при единичном состоянииразряда ADEN регистра ADCSR. Коэффициент деления частоты (К) определяетсякомбинацией состоянии разрядов ADPS2, ADPS1, ADPS0 регистра ADCSR всоответствии с таблицей 3.1.
Таблица 3.1– Комбинации состоянии разрядов ADPS2, ADPS1, ADPS0 регистра ADCSRADPS2 ADPS1 ADPSO К
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
4
8
16
32
64
128
Преобразованиеначинается при установке в единичное состояние разряда ADSC регистра ADCSR.Разряд ADSC сохраняет единичное состояние до завершения преобразования и затемаппаратно переводится в нулевое состояние. Сформированный десятиразрядный кодпереписывается в регистр результата ADCH, L, при этом устанавливается вединичное состояние разряд ADIF регистра ADCSR и при единичном состоянииразряда ADIE регистра ADCSR в блок прерываний поступает запрос прерывания ADCCC (ADC Conversion Complete).
РазрядADIF регистра ADCSR сбрасывается в нулевое состояние аппаратно при переходемикроконтроллера к выполнению прерывающей программы или при выполнении командыустановки бита в единичное состояние.
Чтениерезультата из шестнадцатиразрядного регистра ADCH, L должно начинаться с чтениямладшего байта. При этом блокируется занесение нового результата из базовогопреобразователя в регистр результата и считанный затем старший байт принадлежиттому же результату, что и считанный ранее младший байт.
Преобразовательможет работать в одиночном режиме и в циклическом режиме. Выбор режимаопределяется состоянием разряда ADFR регистра ADCSR. При ADFR = 0преобразователь работает в одиночном режиме.
Преобразованиеначинается при установке в единичное состояние разряда ADSC и выполняется за 14тактов. Для выполнения следующего преобразования необходимо вновь установить вединичное состояние разряд ADSC.
При ADFR= 1 преобразователь работает в циклическом режиме работа начинается приустановке в единичное состояние разряда ADSC. Преобразование выполняется за 13тактов, после чего сразу начинается следующее преобразование. Работа вциклическом режиме прекращается после сброса в нулевое состояние результатаADFR.
В обоихрежимах на выполнение первого преобразования после пуска пересчетной схемызатрачивается на 12 тактов больше, чем на выполнение последующихпреобразований. Эти такты обеспечивают инициализацию преобразователя.
Дляуменьшения помех, вызываемых работой процессора, предусмотрена возможностьвыполнения преобразования с переводом контроллера в режим холостого хода.Преобразователь должен находиться в одиночном режиме (ADFR = 0), пересчетнаясхема работает (ADEN = 1), прерывания разрешено (ADIE = 1), запускпреобразования отсутствует (ADSC = 0). Контроллер переводится в режим холостогохода, при этом аппаратно запускается преобразователь. При завершениипреобразования поступает запрос прерывания ADC CC, контроллер выходит из режимахолостого хода, выполняет прерывающую программу и возвращается к выполнению программыс точки перехода в режим холостого хода.
Аналого-цифровыепреобразователи микроконтроллеров других типов имеют некоторые отличия отрассмотренного преобразователя. В микроконтроллере типа 4433 имеетсявозможность подключения к входу базового преобразователя внутреннего источникаэталонного напряжения 1,22±0,05 В. Подключение выполняется при установке вединичное состояние дополнительного разряда ADCBG в регистре ADMUX.
Вмикроконтроллере типа t15 в качестве опорного напряжения кроме напряжения отвнешнего источника, подаваемого на вывод AREF, может использоваться напряжениена выводе VCC или напряжение от внутреннего источника. Выбор источникаосуществляется путем установки определенной комбинации состояний дополнительныхразрядов REFS1, REFS0 регистра ADMUX. В качестве входного сигнала можетиспользоваться разность напряжений на входах ADC2 и ADC3. В этом случаенапряжение на этих входах должно изменяться в пределах от 0 до 2,56 В, аразностный сигнал перед преобразованием может усиливаться в 20 раз. Разностныйсигнал без усиления используется при комбинации состояний 110 в разрядах MUX2,MUX1, MUX0, а разностный сигнал усилением – при комбинации 111.
Врегистре ADMUX, кроме того, имеется дополнительный разряд ADLAR. При ADLAR=0код результата размещается в младших десяти разрядах пары регистров ADCH, L, апри ADLAR = 1 – в старших десяти разрядах этой пары регистров. Вмикроконтроллере типа m103 аналого-цифровой преобразователь не работает вциклическом режиме и в регистре ADCSR отсутствует разряд ADFR. Комбинация 000разрядов ADPS2, ADPS1, ADPS0 регистра ADCSR не используется.
Вмикроконтроллере типа m163 в качестве опорного напряжения может использоватьсянапряжение 2,56 В от внутреннего источника пли напряжения на выводе VCC. Выборопорного напряжения определяется комбинацией состояний дополнительных разрядовREFS1 и REFS0 регистра ADMUX. Кроме того, в регистре ADMUX имеетсядополнительный разряд ADLAR. При ADLAR = 1 десятиразрядный код результатапомещается в старшие десять разрядов регистра ADCH, L. При чтении старшегобайта получают восьмиразрядный код результата.
Микроконтроллерытипа t15 и m163 могут переводиться в энергосберегающий режим работы сподавлением помех в работе аналогового преобразователя [6].
4. Обоснование выбора средств при разработке программы
Приразработке программы можно использовать следующие средства:
— пакетыдля создания WEB-сайтов:Macromedia Dreamweaver MX, Macromedia HomeSite;
— пакеты для создания Flash-анимации: Macromedia Flash МХ, CorelRAVE,ImageReady;
— язык разметки гипертекстов HTML.
Послепроведенного анализа в качестве пакета для создания WEB-сайтов был выбранMacromedia Dreamweaver MX, так как он позволяет создавать электронные издания всоответствии с замыслом их авторов. В Dreamweaver MX предусмотрены функции дляподготовки и отладки текстов на языке Dynamic HTML и каскадных таблиц стилейCascading Style Sheets (CSS).
ФактическиDreamweaver MX – это достаточно сложный HTML-редактор, обеспечивающий режимполного соответствия WYSIWYG и доступ в реальном времени к внутреннемуHTML-редактору или подобной программе, встроенной в пакет Dreamweaver MX.
DreamweaverMX обеспечивает поддержку многочисленных и довольно разнородных расширений,которые принято объединять термином «динамический HTML». Объектысоздаются с абсолютным позиционированием при помощи так называемых layers(слоев). Более того, программный пакет способен преобразовать сверстанную наоснове таблиц страницу так, что каждая ячейка таблицы превратится в «слой».Удобная и наглядная панель, напоминающая об интерфейсе программ Director илиFlash, позволяет организовать анимационные эффекты с перемещением слоев исменой изображений. Генерируемый при этом JavaScript-код ориентирован наразличные версии браузеров, а все случаи возможной несовместимости оговариваютсякак в сообщениях пакета, так и в комментариях к генерируемому коду.
DreamweaverMX автоматизирует работу над Web-страницей реально и не добавляет «от себя»в HTML-файл ни одного лишнего байта, так что код, созданный этим пакетом,обладает минимальной емкостью и его практически невозможно отличить от ручнойразработки.
У этогоредактора очень удобный и привычный интерфейс, в стилеPageMaker/Illustrator/Photoshop. Этим он выгодно отличается от другогоизвестного HTML-редактора HomeSite с его Delphi-подобным интерфейсом,ориентированным на профессионалов-программистов.
Кфункциональным возможностям программного пакета Dreamweaver MX относятся:
— Dreamweaver MX представляет собой профессиональный редактор для созданияWeb-сайтов (серверов) и управления ими. С помощью Dreamweaver MX можносоздавать Web-сайты, независимые от серверной платформы и браузера конечногопользователя;
— функция оптимизации под определенный />браузер позволяетизбежать существующих проблем при работе Web-сервера с различными платформами ибраузерами;
— создание карты сайта, позволяющей автору наглядно представлять его структуру;
— форматирование и редактирование текстового материала Web-публикации; шрифтовоеи стилевое оформление Web-документов. Эта функциональная возможностьподдерживается таблицами стилей (CSS) с учетом особенностей отдельныхбраузеров;
— возможностьпрямого доступа к HTML-коду (в отдельном окне) и параллельного ручногоредактирования;
— поддержкарусского языка (включая КОИ-8 и т. п.);
— возможностьвзаимной конвертации таблиц и слоев;
— встраиваниеизображений. Контроль над соответствием атрибутов height и width реальнымразмерам изображения;
— поддержка внешних объектов ActiveX, />Java, Flash, Shockwave,QuickTime, RealSystem G2;
— выделение«потерянных» и неуместных тегов;
— встраиваниеанимационных Flash-роликов;
— средстваконтроля за интерактивными анимационными роликами;
— проверкаи корректировка локальных и глобальных ссылок;
— возможность применять единый шаблон для всего сайта или его части;
— применениенескольких шаблонов к одной Web-странице;
— проверка кода на совместимость со спецификациями HTML 2.0/3.2/4.0, WebTV и сверсиями браузеров Netscape, Explorer, Opera;
— интеграцияс другими приложениями.
Необходимотакже отметить справочную систему, созданную в виде интерактивного сайта(сервера). В ее состав включены специальные ролики, демонстрирующие основныевозможности программного пакета и принципы работы с ним.
Длясоздания пользовательского интерфейса и художественного наполнения был использованпакет Macromedia Flash MX. Пакет Macromedia Flash MX позволяет создаватькрасочные Web-сайты.
Спомощью Macromedia Flash MX можно создавать разнообразные Web-апплеты,используя скриптинг, формы и интегрированность с серверами, и в то же время сочетатьграфику с легким и удобным пользовательским интерфейсом. Flash MX такжеиспользует преимущества и гибкость векторной графики с растровымиизображениями, звуком, анимацией и новой интерактивностью, позволяющиесоздавать сайты совершенно иного уровня, недоступного ранее с другими пакетами.Важной особенностью Flash является то, что он дает возможность собрать вместевсе объекты, которые требуют больших ресурсов, и превратить их в медиа-файл,предназначенный для передачи по сети в составе Web-страницы.
Окончательнаянастройка, корректировка и объединение всех элементов программы в единуюсистему, а также редактирование теоретической части пособия в виде WEB-страницыпроизводились с помощью языка HTML (Hyper Text Markup Language – язык разметкигипертекстов). Применение этого языка позволило уменьшить размеры системы,путём «вырезания» из программы тегов которые не несут полезнойинформации, вставляемых автоматически при создании WEB-страниц другимиредакторами.
ВЫВОДЫ
Согласно техническому заданию в процессе разработкибыли реализованы дополнительные требования к программе: она имеет удобныйпользовательский интерфейс; приспособлена к работе на большинстве компьютеровпод управлением разных операционных систем; гиперссылки позволяют быстроперейти от одной главе к другой; анимация помогает легче воспринимать материал.
Выполнено наполнение программной оболочкитеоретическим материалом по разделу «Таймеры/счетчики и АЦПмикроконтроллеров семейства AVR». Программапозволяет вести самостоятельное изучение материала, как в локальнойкомпьютерной сети кафедры ПЭЭА, так и в сети Интернет. С помощью сети программаработает под управлением операционных системам: FreeBSD,Linux, Microsoft Windows 95 и выше, которая оснащенакакой либо из програм-браузеров MS Internet Explorer,Netscape Navigator,Opera, Konqueror. Кроме этого вэлектронном учебном пособии существует подсистема для самоконтроля, котораяпоможет пользователю данной системы оценить уровень своих знаний. Данный разделвключен в лабораторный практикум, предусматривающий компьютерный допуск ивыдачу заданий, тем самым предоставляется возможность его выполнения с любогорабочего места, имеющего выход в локальную или глобальную сеть.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. Бобрыкин А.В., Липовецкий Г.П., Литвинский Г.П. и др. Однокристальныемикро ЭВМ. – М.: МИКАП, 1994.
2. Голубцов М.С., Кириченкова А.В. Микроконтроллеры AVR:от простого к сложному. Изд. 2-е, испр. и доп.– М.: СОЛОН-Прес, 2004,- 304с.
3. Корольов К.П. Сучасні пристрої та мікроконтролери. – К.: Наукова думка,2000, — 107с.
4. http://www.atmel.ru – Официальный сайтфирмы Atmel
5. Башков Е.А. Аппаратное и программное обеспечение зарубежных микроЭВМ:Учебное пособие. – К.: Вища шк. 1990. – 207 с.
6. Фурман И.А. и др. Программируемые контроллеры / Учебное пособие. –К.,1999.
7. Державний стандартУкраїни. ДСТУ 3008-95. Документація. Звіти у сфері науки і техніки. Структура іправила оформлення. Чинний від 01.01.96. – К.: Держстантдарт, 1995. – 60 с.