Mikroprocesorová technika

Práce s mikrokontroléry řady ATMEL AVR ATXmega A4 - ATXmega16

autor Brtník Bohumil, Matoušek David

rozsah / vazba 152 stran A4 / brožovaná V2

vydání 1. české

Popis

Tato kniha je určena všem zájemcům o programování mikrokontrolérů řady Atmel AVR XMEGA A4. Důraz je kladen na typ ATxmega16A4. V textu jsou interpretovány a formou příkladů předvedeny nejpodstatnější periferie. Knihu pak lze použít pro seznámení s mikrokontroléry XMEGA a budování složitějších aplikací. Předpokládá se, že čtenář má znalosti programovacího jazyka C a orientujete se v základních pojmech mikroprocesorové techniky.

První kapitola popisuje základní vlastnosti mikrokontrolérů XMEGA A4, rozmístění vývodů na pouzdře, AVR jádro a paměti.

Ve druhé kapitole se seznámíme se vstupně/výstupními porty a jejich konfigurací.

Třetí kapitola vysvětluje přerušovací systém, úroveň a prioritu přerušení a víceúrovňový řadič přerušení PMIC.

Ve čtvrté kapitole se probírá jednotka TC - 16bitový čítač/časovač, která podporuje funkci záchytného registru, výstupního komparátoru a PWM.

Pátá kapitola předvádí základní příklady použití jednotky TC, komplikovanější příklady jsou zařazeny do kapitoly 9.

Šestá kapitola probírá rozšiřující jednotky AWeX a Hi-Res, které doplňují jednotku TC zejména o možnosti řízení motorů.

Sedmá kapitola popisuje zabudovaný dvoukanálový 12bitový D/A převodník.

Osmá kapitola vysvětluje systém distribuce hodinového signálu a možnosti nastavení hodin. Pro taktování lze používat rozličné zabudované generátory hodin nebo vnější krystalové oscilátory. Násobení kmitočtu je možné pomocí PLL (fázového závěsu).

Devátá kapitola probírá událostní systém. Událostní systém je důležitý pro komplexní techniku časování periferií. Součástí je kvadraturní dekodér, který umožňuje snadno realizovat inkrementální čítač.

Desátá kapitola je věnována DMAC - řadiči přímého přístupu do paměti. DMAC dovoluje provádění přesunů dat mezi periferiemi a pamětí bez spoluúčasti jádra procesoru a tak lze dosahovat mnohem vyšších rychlostí operací.

Jedenáctá kapitola popisuje 12kanálový 12bitový A/D převodník.

Dvanáctá kapitola představuje stručný přehled dalších periferií.

V příloze naleznete schéma jednotlivých přípravků: XMEGABOARD (levný vývojový kit pro XMEGA A4), M8LED (osmice LED), MSVORKY (svorky pro připojení k jednotlivým bitům portu), MDAC8 (vnější 8bitový D/A převodník), MADTEST (testovací modulu pro A/D převodník).

Příklady

Programové blikání LED.

Blikání LED přes přerušení.

Řízení jasu LED přes PWM.

Obdélníkový generátor pomocí výstupního komparátoru.

Sinusový generátor realizovaný zabudovaným D/A převodníkem.

Použití vnitřního oscilátoru 32 MHz.

Použití vnitřního oscilátoru 32 MHz a PLL.

Použití vnějšího krystalu a PLL.

Měření kmitočtu s použitím režimu capture a událostního systému.

Kvadraturní dekodér (inkrementální čidlo pro regulaci napětí).

Generování průběhu pomocí DMA, 1. pokus.

Generování průběhu pomocí DMA, 2. pokus.

Programové spouštění A/D převodu.

Režim volného běhu A/D převodníku s použitím DMA.

Stručný obsah

Úvod do mikrokontrolérů XMEGA A4

Vstupně-výstupní porty

Přerušení a PMIC

TC - 16bitový čítač/časovač

Základní příklady použití jednotky TC

Rozšíření AWeX a Hi-Res

DAC - D/A převodník

Systémové hodiny a nastavení hodin

Událostní systém

DMAC - řadič přímého přístupu do paměti

ADC - A/D převodník

Stručný přehled dalších periferií

Příloha - klišé desek plošných spojů

            Obsah

1 Úvod do mikrokontrolérů XMEGA A4

1.1 AVR jádro..........................................................................................................1-5

1.2 Paměti ...............................................................................................................1-6

2 Vstupně/výstupní porty

2.1 Používání vstupně/výstupního vývodu ..............................................................2-1

2.2 Konfigurace vstupně/výstupního vývodu ...........................................................2-2

2.3 Čtení stavu vstupu.............................................................................................2-4

2.4 Registry DIR, OUT, IN, PINnCTRL....................................................................2-4

2.5 PROG_01 – První příklad..................................................................................2-7

2.6 Další možnosti používání portů .........................................................................2-9

3 Přerušení a PMIC

3.1 Úvod..................................................................................................................3-1

3.2 Operace.............................................................................................................3-1

3.3 Přerušení...........................................................................................................3-2

3.4 Úroveň přerušení...............................................................................................3-3

3.5 Priorita přerušení...............................................................................................3-3

3.6 Popis registrů ....................................................................................................3-4

4 TC – 16bitový čítač/časovač

4.1 Úvod..................................................................................................................4-1

4.2 Výběr hodin a událostí.......................................................................................4-3

4.3 Dvojité bufferování ............................................................................................4-4

4.4 Základní operace...............................................................................................4-5

4.5 Popis řídicích registrů........................................................................................4-6

4.6 Vektory přerušení ............................................................................................4-13

4.7 Záchytný kanál ................................................................................................4-13

4.8 Komparační kanál ...........................................................................................4-15

5 Základní příklady použití jednotky TC

5.1 Překrytí vývodů portu generátorem průběhů .....................................................5-1

5.2 PROG_02 – Blikání LED přes přerušení ...........................................................5-1

5.3 PROG_03 – Řízení jasu LED přes PWM ..........................................................5-3

5.4 PROG_04 – Obdélníkový generátor..................................................................5-5

6 Rozšíření AWeX a Hi-Res

6.1 AWeX – Advanced Waveform Extension ..........................................................6-1

6.2 Hi-Res – High Resolution Extension .................................................................6-6

7 DAC – D/A převodník

7.1 Řídicí registry ....................................................................................................7-2

7.2 Přiřazení signálů................................................................................................7-6

7.3 PROG_05 – Sinusový generátor .......................................................................7-6

8 Systémové hodiny a nastavení hodin

8.1 Zdroje hodin ......................................................................................................8-2

8.2 Výběr systémových hodin a předděliček ...........................................................8-4

8.3 PLL s násobícím koeficientem 1 až 31..............................................................8-4

8.4 DFLL 2 MHz a DFLL 32 MHz ............................................................................8-5

8.5 Monitor selhání vnějšího hodinového zdroje .....................................................8-5

8.6 CLK – Registry pro řízení hodin ........................................................................8-6

8.7 OSC – Registry pro řízení oscilátoru .................................................................8-8

8.8 Registry pro řízení DFLL32M a DFLL2M.........................................................8-11

8.9 Zápis do chráněných registrů ..........................................................................8-12

8.10 Příklady ...........................................................................................................8-12

MIKROPROCESOROVÁ TECHNIKA

ii

9 Událostní systém

9.1 Události ............................................................................................................. 9-1

9.2 Síť ERN............................................................................................................. 9-3

9.3 Časování událostí ............................................................................................. 9-4

9.4 Filtrace .............................................................................................................. 9-4

9.5 Kvadraturní dekodér.......................................................................................... 9-4

9.6 EVSYS – registry událostního systému............................................................. 9-5

9.7 PROG_09 – Měření kmitočtu ............................................................................ 9-8

9.8 PROG_10 – kvadraturní dekodér.................................................................... 9-10

10 DMAC – Řadič přímého přístupu do paměti

10.1 Úvod................................................................................................................ 10-1

10.2 DMA – registry DMA řadiče............................................................................. 10-4

10.3 DMA.CHn – registry DMA kanálu n................................................................. 10-5

10.4 Vektory přerušení.......................................................................................... 10-10

10.5 PROG_11 – Generování průběhu pomocí DMA, 1. pokus............................ 10-10

10.6 PROG_12 – Generování průběhu pomocí DMA, 2. pokus............................ 10-13

11 ADC – A/D převodník

11.1 Vstupy ............................................................................................................. 11-2

11.2 A/D kanály....................................................................................................... 11-4

11.3 Start převodu, hodiny A/D převodníku časování převodu ............................... 11-5

11.4 Model A/D vstupu............................................................................................ 11-7

11.5 Další vlastnosti ................................................................................................ 11-7

11.6 ADC – Řídicí registry A/D převodníku............................................................. 11-8

11.7 ADC.CHn – Řídicí registry A/D kanálu n ....................................................... 11-12

11.8 Vývody a vektory přerušení A/D převodníku ................................................. 11-15

11.9 Příklady použití A/D převodníku.................................................................... 11-16

12 Stručný přehled dalších periferií

A Příloha – desky plošných spojů

A.1 XMEGABOARD ................................................................................................A-1

A.2 M8LED..............................................................................................................A-3

A.3 MSVORKY........................................................................................................A-4

A.4 MDAC8 .............................................................................................................A-5

A.5 MADTEST.........................................................................................................A-7

MIKROPROCESOROVÁ TECHNIKA

Předmluva

Tato je určena všem zájemcům o programování mikrokontrolérů řady Atmel AVR

XMEGA A4. Důraz je kladen na typ ATxmega16A4. V textu jsou interpretovány a

formou příkladů předvedeny nejpodstatnější periferie. Knihu pak lze použít pro

seznámení s mikrokontroléry XMEGA a budování složitějších aplikací.

Předpokládá se, že čtenář má znalosti programovacího jazyka C a orientujete se

v základních pojmech mikroprocesorové techniky.

První kapitola popisuje základní vlastnosti mikrokontrolérů XMEGA A4,

rozmístění vývodů na pouzdře, AVR jádro a paměti.

Ve druhé kapitole se seznámíme se vstupně/výstupními porty a jejich

konfigurací.

Třetí kapitola vysvětluje přerušovací systém, úroveň a prioritu přerušení a

víceúrovňový řadič přerušení PMIC.

Ve čtvrté kapitole se probírá jednotka TC – 16bitový čítač/časovač, která

podporuje funkci záchytného registru, výstupního komparátoru a PWM.

Pátá kapitola předvádí základní příklady použití jednotky TC, komplikovanější

příklady jsou zařazeny do kapitoly 9.

Šestá kapitola probírá rozšiřující jednotky AWeX a Hi-Res, které doplňují

jednotku TC zejména o možnosti řízení motorů.

Sedmá kapitola popisuje zabudovaný dvoukanálový 12bitový D/A převodník.

Osmá kapitola vysvětluje systém distribuce hodinového signálu a možnosti

nastavení hodin. Pro taktování lze používat rozličné zabudované generátory hodin nebo

vnější krystalové oscilátory. Násobení kmitočtu je možné pomocí PLL (fázového

závěsu).

Devátá kapitola probírá událostní systém. Událostní systém je důležitý pro

komplexní techniku časování periferií. Součástí je kvadraturní dekodér, který umožňuje

snadno realizovat inkrementální čítač.

Desátá kapitola je věnována DMAC – řadiči přímého přístupu do paměti. DMAC

dovoluje provádění přesunů dat mezi periferiemi a pamětí bez spoluúčasti jádra

procesoru a tak lze dosahovat mnohem vyšších rychlostí operací.

Jedenáctá kapitola popisuje 12kanálový 12bitový A/D převodník.

Dvanáctá kapitola představuje stručný přehled dalších periferií.

V příloze nalezneme schéma jednotlivých přípravků: XMEGABOARD (levný

vývojový kit pro XMEGA A4), M8LED (osmice LED), MSVORKY (svorky pro připojení

k jednotlivým bitům portu), MDAC8 (vnější 8bitový D/A převodník), MADTEST

(testovací modulu pro A/D převodník).

Přehled uváděných příkladů:

PROG_01 – programové blikání LED.

PROG_02 – blikání LED přes přerušení.

PROG_03 – řízení jasu LED přes PWM.

PROG_04 – obdélníkový generátor pomocí výstupního komparátoru.

PROG_05 – sinusový generátor realizovaný zabudovaným D/A převodníkem.

PROG_06 – použití vnitřního oscilátoru 32 MHz.

PROG_07 – použití vnitřního oscilátoru 32 MHz a PLL.

PROG_08 – použití vnějšího krystalu a PLL.

PROG_09 – měření kmitočtu s použitím režimu capture a událostního systému.

PROG_10 – kvadraturní dekodér (inkrementální čidlo pro regulaci napětí).

PROG_11 – generování průběhu pomocí DMA, 1. pokus.

PROG_12 – generování průběhu pomocí DMA, 2. pokus.

PROG_13 – programové spouštění A/D převodu.

PROG_14 – režim volného běhu A/D převodníku s použitím DMA.