POLITECHNIKA POZNAŃSKA WBMiZ Zakład Urządzeń Mechatronicznych STEROWNIKI URZĄDZEŃ MECHATRONICZNYCH GRZEGORZ.PITTNER@PUT.POZNAN.PL www.zum.put.poznan.pl

Literatura Wydawnictwo BTC: „Mikrokontrolery AVR ATmega w praktyce” „Mikrokontrolery AVR w praktyce” „Mikrokontrolery AVR - niezbędnik programisty” „Mikrokontrolery dla początkujących” „Sztuka programowania mikrokontrolerów AVR – podstawy” „Sztuka programowania mikrokontrolerów AVR – przykłady”

Sterowniki urządzeń Mechanika (praca mechaniczna) Człony wykonawcze Człony pomiarowe Elektronika (sterowanie pracą) Elementy zasilająca Elementy pomiarowe Elementy przetwarzające sygnały Mikroporcesory / mikrokontrolery / bramki logiczne / liczniki / przerzutniki / i inne układy scalone…

Czym jest mikrokontroler?

Mikrokontroler Mikrokontroler to autonomiczny system mikroprocesorowy. Mikrokontroler nie wymaga użycia dodatkowych elementów, których wymagałby do pracy tradycyjny mikroprocesor. Mikroprocesor + peryferia = mikrokontroler.

Mikroprocesor Czym jest mikroprocesor? 1 ? 1 ?

Mikroprocesor Jest to układ cyfrowy wykonany jako pojedynczy układ scalony zdolny do wykonywania operacji cyfrowych według dostarczonego ciągu instrukcji. Mikroprocesor jest zdolny jedynie do cyfrowych operacji logicznych, nie jest on zdolny do sterowania maszynami mechanicznymi ani analogowymi elektronicznymi. Aby mikroprocesor mógł czymś sterować należy doposażyć go w tzw. peryferia (pamięci, zegary, układy we/wy). Jeżeli wszystkie peryferia niezbędne do realizacji podstawowych zadań sterowania zostaną zintegrowane w jeden układ to element taki nazywany jest mikrokontrolerem.

Uproszczony schemat mikrokontrolera (MCU) Zewnętrzne układy i elementy sterowane Pamięci CPU ALU Układy we/wy magistrala Inne peryferia (zegary, liczniki itd…) podsystemy sterowania (JC)

Podstawowe elementy mikrokontrolera CPU (jednostka centralna) Działanie jednostki centralnej polega na cyklicznym wykonywaniu operacji zawartych w kodzie programu ALU (jednostka arytmetyczno logiczna) Działanie ALU polega na wykonywaniu operacji matematycznych na wskazanych obszarach pamięci. Pamięć ROM RAM cache Flash Eeprom Zegar systemowy Wewnętrzny Zewnętrzny Magistrala

Podstawowe peryferia GPIO EXTI (INT) TIM/CNT PWM ADC DAC Watchdog Interface’y komunikacyjne I2C USART USB SPI CAN RTC

CPU Właściwości jednostki centralnej: Należy do grupy układów synchronicznych i sekwencyjnych. Synchroniczność polega na tym, że zmiana stanów wewnętrznych i sygnałów pojawiających się na wyjściach zachodzi tylko w chwilach określonych przez sygnał synchronizujący (tzw. zegar główny). Posiada własną pamięć (tzw. rejestry). ilość bitów każdego rejestru odpowiada ilości bitów głównej magistrali. Działanie jednostki centralnej polega na cyklicznym wykonywaniu operacji zawartych w kodzie programu Synchroniczność polega na tym, że zmiana stanów wewnętrznych i sygnałów pojawiających się na wyjściach mikrokontrolera zachodzi tylko w chwilach określonych przez sygnał synchronizujący

CPU Rozkaz – (tzw. instrukcja maszynowa) jest to najprostsza operacja, którą możne wykonać procesor. Pisanie programów przy pomocy rozkazów jest nazywane programowaniem niskiego poziomu (np. asembler). Wygodniej jest posługiwać się językami programowania wysokiego poziomu. Instrukcje języków wysokiego poziomu tłumaczone są na rozkazy maszynowe przez programy zwane kompilatorami. Listą rozkazów nazywamy zestaw wszystkich rozkazów jakie wykonuje dany procesor. Wyróżnia się następujące grupy rozkazów: rozkazy przesłań (służą do przenoszenia argumentów, wyników), rozkazy arytmetyczne i logiczne (operacje mat. logiczne), rozkazy sterujące (skoki, pętle, wywołania podprogramów), rozkazy inne (sterowanie pracą peryferiów, rozkazy testujące, operacje w trybie chronionym, konfiguracje sprzętowe).

Po każdym takcie zegara wartość PC jest inkrementowana o +1. CPU Adres rozkazu przeznaczonego do wykonania przechowywany jest w rejestrze licznika instrukcji PC (Program Counter). Za każdym taktem zegara wykonywany jest pojedynczy rozkaz z adresu przechowywanego w PC Po każdym takcie zegara wartość PC jest inkrementowana o +1. Podczas resetowania CPU wartość PC ustawiana jest na 0.

ALU Jednostką arytmetyczno-logiczną (ALU, Algebraic-Logic Unit) nazywamy uniwersalny układ cyfrowy przeznaczony do wykonywania operacji arytmetycznych i logicznych

Rejestrów w ALU jest wiele. Rozróżniamy: Jednostka arytmetyczno-logiczna nie ma własnych układów pamiętających i dlatego współpracuje z zestawem rejestrów. Rejestrów w ALU jest wiele. Rozróżniamy: rejestry stanu, rejestry zawierające jeden z argumentów operacji, rejestr do którego ładowany jest wynik operacji (nazywany akumulatorem). Rejestr zawierający informację o przeniesieniu czy przekroczeniu zakresu działań w kodzie U2 nazywa się rejestrem flagowym.

Podsystemy sterowania W skład podsystemu sterowania (JC) wchodzi: rejestr rozkazów IR (ang. Instruction Register) Przechowuje aktualnie wykonywany rozkaz dekoder rozkazów wskaźnik instrukcji IP (ang. Instruction Pointer) albo licznik rozkazów PC (Program Counter) Przechowuje adres z którego zostanie pobrany z pamięci kolejny rozkaz rejestry specjalne (SFR ang. Special Function Registers ) Steruje pracą mikrokontrolera oraz jego stanami pracy Odpowiedzialne również za komunikację z peryferiami Stos + wskaźnik stosu SP (ang. Stack Pointer) Bufor przechowujący dane wg. ustalonego porządku (LIFO/FIFO) kontrolery magistral (głównej i pomocniczych) układy transmisyjne kontroler przerwań

Podrodzina MCU: ATmega Model MCU: ATmega128 Środowisko IDE: MCU na zajęciach 8 bit Producent MCU: ATMEL Rodzina MCU: AVR Podrodzina MCU: ATmega Model MCU: ATmega128 Środowisko IDE: AVR studio (freeware) WinAVR : AVR-GCC for Windows (freeware) Nota katalogowa google:„ATmega128.pdf” pobrać:„doc2467.pdf” (ENG, 386str.)

programowanie PC Program *.c biblioteki *.h kompilacja Kod maszynowy *.hex USB PCB MCU Programator JTAG lub ISP(SPI) Pamięć FLASH Interface JTAG lub ISP

Programator równoległy

Programatory ISP (In System Programing) JTAG SWIM RLINK Itd….

Taśma IDC

SPI

JTAG debuger

Pytania? 16.09 nieobecny www.zum.put.poznan.pl

Dziękuję (lista)