Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Ciekawostki o 8-bitowych mikrokontrolerach AVR

RomanWorkshop 16 Mar 2019 14:03 6825 43
  • Ciekawostki o 8-bitowych mikrokontrolerach AVR

    Od kilku lat programuję 8-bitowe mikrokontrolery AVR i przez ten czas zdobyłem trochę wiedzy na ich temat. Poniżej znajduje się kilka ciekawostek o tych układach. Jeśli znacie jakieś inne interesujące informacje, to piszcie. Najnowsza wersja artykułu jest również dostępna na mojej stronie: Link.


    1. Rozpoznawanie wersji (rewizji)

    Wersja (rewizja) mikrokontrolera jest oznaczana jedną literą (zgodnie z porządkiem liter w alfabecie: "Rev. A" - oznacza pierwszą, "Rev. B" - drugą/nowszą wersję mikrokontrolera, itd.). Poznanie wersji posiadanego mikrokontrolera jest czasem potrzebne, bo w niektórych występują błędy (zwykle drobne), które są usuwane w nowszych wersjach układu. Błędy te są opisane w rozdziale "Errata" noty katalogowej danego modelu mikrokontrolera.
    Wersja mikrokontrolera zwykle jest podana w postaci napisu na spodzie jego obudowy DIP. Nowe układy mają oznaczenie w formacie 354XXZ lub 355XXZ, a starsze 196XXZ, gdzie: XX - numer układu (może zawierać literę), Z - wersja układu (litera). W przypadku mikrokontrolerów w obudowach DIP8 nie ma na nich zbyt dużo miejsca, dlatego wersję układu oznacza się jedną literą (pierwszą w drugiej linii).
    Na innych rodzajach obudów, wersja mikrokontrolera może nie być podana wprost i aby ją ustalić, należy kontaktować się z pomocą techniczną firmy Atmel/Microchip. Można też próbować określić wersję na podstawie 4-cyfrowego kodu, oznaczającego datę produkcji układu (YYWW, gdzie: YY - dwie ostatnie cyfry roku; WW - numer tygodnia), ale nie jest to pewny sposób.

    Na poniższych zdjęciach są wyróżnione na czerwono litery, które oznaczają wersję danego modelu mikrokontrolera.



    Ciekawostki o 8-bitowych mikrokontrolerach AVR
    ATtiny85 (20PU)
    Ciekawostki o 8-bitowych mikrokontrolerach AVR
    ATmega48 (20PU)
    Ciekawostki o 8-bitowych mikrokontrolerach AVR
    ATmega32A (PU)


    2. Stany przejściowe wejść/wyjść

    Po włączeniu/resecie mikrokontrolera wszystkie jego piny są ustawione jako wejścia (IN) w stanie nieustalonym, czyli wysokiej impedancji (Z). Aby zmniejszyć pobór prądu i wyeliminować zakłócenia, które trafiają przez takie piny do mikrokontrolera, należy wymusić na nich ustalony stan logiczny (niski/wysoki). Najprościej można to zrobić programowo, włączając na tych pinach wewnętrzne rezystory podciągające Rpu (pull-up) lub ustawiając je, jako wyjścia (OUT) z niskim/wysokim stanem logicznym (L/H). Jednak te sposoby nie działają podczas i po włączeniu/resecie mikrokontrolera. Rozwiązaniem, które zawsze działa jest dodanie na tych pinach zewnętrznych rezystorów, podłączonych na stałe do plusa Vcc (pull-up) lub masy GND (pull-down) zasilania. Nie jest zalecane podłączanie nieużywanych pinów bezpośrednio do plusa lub masy zasilania, gdyż może to spowodować przepływ znacznego prądu, jeśli dany pin zostanie przypadkowo ustawiony jako wyjście.
    Do programowej konfiguracji pinów w danym porcie PX, służą bity DDXn w rejestrze DDRX (Data Direction Register port X), bity PORTXn w rejestrze PORTX (PORT X data register) oraz bit PUD w rejestrze MCUCR (MicroController Unit Control Register), gdzie: X - litera oznaczająca dany port (np. A, B, C, D), n - numer konkretnego pinu w porcie X (0-7). Zapisanie "1" do bitu PUD w rejestrze MCUCR, spowoduje całkowite wyłączenie rezystorów podciągających (pull-up) na wszystkich pinach każdego portu mikrokontrolera.
    Poniższa tabela przedstawia konfigurację danego pinu PXn w zależności od wartości, odpowiadających mu bitów DDXn/PORTXn w rejestrach DDRX/PORTX oraz bitu PUD w rejestrze MCUCR.

    Ciekawostki o 8-bitowych mikrokontrolerach AVR
    IN / OUT - pin skonfigurowany jako wejście/wyjście, (pu) - włączony rezystor podciągający,
    L / H / X - niski/wysoki/dowolny stan logiczny, Z - stan nieustalony/wysokiej impedancji (Hi-Z).


    Ponieważ o konfiguracji danego pinu PXn decydują 2 bity w rejestrach DDRX/PORTX, a jedną instrukcją w ciągu jednego cyklu zegarowego można zmienić wartość tylko jednego z tych bitów, to w tym czasie na konfigurowanym pinie PXn może pojawić się przejściowy stan logiczny. Poniższa tabela przedstawia, jakie stany przejściowe występują na pinie PXn w zależności, od kolejności zmian wartości bitów DDXn/PORTXn.

    Ciekawostki o 8-bitowych mikrokontrolerach AVR
    IN / OUT - pin skonfigurowany jako wejście/wyjście, (pu) - włączony rezystor podciągający,
    L / H / X - niski/wysoki/dowolny stan logiczny, Z - stan nieustalony/wysokiej impedancji (Hi-Z).



    3. Wyłączanie zbędnych modułów

    Wyłączenie nie potrzebnych peryferiów mikrokontrolera nie tylko zmniejsza pobór prądu, ale redukuje też poziom generowanych przez nie szumów, co ma duże znaczenie np. przy wykonywaniu pomiarów wewnętrznym przetwornikiem analogowo-cyfrowym ADC.
    Nowsze mikrokontrolery mają rejestr PRR (Power Reduction Register), który służy do zatrzymywania taktowania nieużywanych modułów mikrokontrolera (przetwornika ADC, timerów/liczników, czy interfejsów komunikacyjnych TWI/SPI/USART). W tym celu, należy zapisać "1" do bitu w rejestrze PRR, który odpowiada zatrzymywanemu modułowi. Niektóre modele z większą liczbą peryferiów mają dwa takie rejestry PRR0 i PRR1 (np. ATmega1284). Po zatrzymaniu taktowania aktualny stan modułu nie zmienia się, a jego rejestry przestają być dostępne do odczytu/zapisu. Wszystkie zasoby, których używał zatrzymany moduł pozostają zajęte. Dlatego przed zatrzymaniem taktowania danego modułu, powinno się go najpierw wyłączyć.

    Poniższy rysunek przedstawia poszczególne moduły mikrokontrolera - te oznaczone ikoną "Power" można wyłączyć/zatrzymać według zamieszczonych opisów.

    Ciekawostki o 8-bitowych mikrokontrolerach AVR
    Aby wyłączyć timer WDT (Watch-Dog Timer), należy ustawić wartość fuse bitu WDTON na "1" oraz zapisać "0" do bitów: WDRF w rejestrze MCUSR (MicroController Unit Status Register), WDE i WDIE w rejestrze WDTCR (WatchDog Timer Control Register) - według procedury opisanej w nocie katalogowej. Domyślnie timer WDT jest wyłączony po włączeniu/resecie fabrycznie nowego mikrokontrolera.

    Aby wyłączyć moduł monitorowania napięcia zasilania BOD (Brown-Out Detector), należy ustawić wartość fuse bitów BODLEVEL2-0 na "1". Domyślnie moduł ten jest wyłączony w fabrycznie nowym mikrokontrolerze.

    Aby wyłączyć moduł debugowania dW (debugWire), należy ustawić wartość fuse bitu DWEN na "1". Domyślnie moduł ten jest wyłączony w fabrycznie nowym mikrokontrolerze.

    Aby wyłączyć przetwornik analogowo-cyfrowy ADC (Analog to Digital Converter), należy zapisać "0" do bitu ADEN w rejestrze ADCSRA (ADC control and Status Register A) - spowoduje to całkowite odłączenie jego napięcia zasilania. Dopiero później można zapisać "1" do bitu PRADC w rejestrze PRR (jeśli mikrokontroler go posiada) - spowoduje to całkowite odłączenie jego zegara taktującego. W niektórych modelach zatrzymanie zegara przetwornika ADC, powoduje jednoczesne zatrzymanie pewnych obwodów komparatora analogowego, który nie może być używany w takiej sytuacji (np. ATtiny25/45/85, ATtiny261/461/861). Domyślnie przetwornik ADC jest wyłączony po włączeniu/resecie mikrokontrolera, ale jest taktowany zegarem.

    Aby wyłączyć komparator analogowy AC (Analog Comparator), należy zapisać "1" do bitu ACD w rejestrze ACSR (Analog Comparator control and Status Register) - spowoduje to całkowite odłączenie jego napięcia zasilania. Domyślnie komparator analogowy jest włączony po włączeniu/resecie mikrokontrolera.

    Aby wyłączyć cyfrowy bufor wejściowy DIB (Digital Input Buffer) na pinie ADCx przetwornika analogowo-cyfrowego lub ANx komparatora analogowego, należy zapisać "1" do odpowiadającego mu bitu ADCxD lub ANxD w rejestrze DIDR0/1 (Digital Input Disable Register 0/1). W przypadku modeli, w których drugą funkcją pinu AREF jest tylko funkcja cyfrowa, rejestr DIDR0 zawiera dodatkowo bit AREFD (np. ATtiny261/461/861).
    Jeśli na wejściowy pin analogowy jest podawany sygnał o napięciu zbliżonym do wartości Vcc/2, to wtedy włączony na tym pinie cyfrowy bufor wejściowy pobiera znaczny prąd. Dlatego, aby zmniejszyć pobór prądu cyfrowe bufory wejściowe, powinny być zawsze wyłączone na wejściach analogowych. Domyślnie cyfrowe bufory wejściowe są włączone po włączeniu/resecie mikrokontrolera.

    Aby wyłączyć wewnętrzne źródło napięcia odniesienia IBRV (Internal Bandgap Reference Voltage), należy wyłączyć moduł BOD (fuse bity BODLEVEL2-0=1) i przetwornik ADC (bit ADEN=0 w rejestrze ADCSRA) oraz odłączyć to źródło od komparatora analogowego (bit ACBG=0 w rejestrze ACSR). Domyślnie wewnętrzne źródło napięcia odniesienia jest wyłączone po włączeniu/resecie fabrycznie nowego mikrokontrolera.

    Aby wyłączyć timer/licznik TCx (Timer/Counter x), należy zapisać "0" we wszystkich bitach CSx w rejestrze TCCRx (Timer/Counter Control Register x) - spowoduje to zatrzymanie działania licznika. Dopiero później można zapisać "1" do bitu PRTIMx w rejestrze PRR (jeśli mikrokontroler go posiada) - spowoduje to całkowite odłączenie jego zegara taktującego. Domyślnie timer/licznik TCx jest wyłączony po włączeniu/resecie mikrokontrolera, ale jest taktowany zegarem.

    Aby wyłączyć moduł SPI (Serial Peripheral Interface), należy zapisać "0" do bitu SPE w rejestrze SPCR (SPi Control Register) - spowoduje to zatrzymanie działania interfejsu SPI. Dopiero później można zapisać "1" do bitu PRSPI w rejestrze PRR (jeśli mikrokontroler go posiada) - spowoduje to całkowite odłączenie jego zegara taktującego. Niektóre modele zamiast modułu SPI mają moduł USI, który może pracować w trybie SPI (np. ATtiny25/45/85, ATtiny261/461/861). Domyślnie moduł ten jest wyłączony po włączeniu/resecie mikrokontrolera, ale jest taktowany zegarem.

    Aby wyłączyć moduł TWI (Two-Wire serial Interface), należy zapisać "0" do bitu TWEN w rejestrze TWCR (TWi Control Register) - spowoduje to zatrzymanie działania interfejsu TWI. Dopiero później można zapisać "1" do bitu PRTWI w rejestrze PRR (jeśli mikrokontroler go posiada) - spowoduje to całkowite odłączenie jego zegara taktującego. Niektóre modele zamiast modułu TWI mają moduł USI, który może pracować w trybie TWI (np. ATtiny25/45/85, ATtiny261/461/861). Domyślnie moduł ten jest wyłączony po włączeniu/resecie mikrokontrolera, ale jest taktowany zegarem.

    Aby wyłączyć moduł USI (Universal Serial Interface), należy zapisać "0" do wszystkich bitów w rejestrze USICR (USI Control Register) - spowoduje to zatrzymanie działania interfejsu USI. Dopiero później można zapisać "1" do bitu PRUSI w rejestrze PRR (jeśli mikrokontroler go posiada) - spowoduje to całkowite odłączenie jego zegara taktującego. Moduł USI może pracować w trybie SPI/TWI i mają go tylko niektóre modele (np. ATtiny25/45/85, ATtiny261/461/861). Domyślnie moduł ten jest wyłączony po włączeniu/resecie mikrokontrolera, ale jest taktowany zegarem.

    Aby wyłączyć moduł USARTx (Universal Synchronous/Asynchronous serial Receiver and Transmitter), należy zapisać "0" do bitów RXENx i TXENx w rejestrze UCSRxB (Usart Control and Status Register x B) - spowoduje to zatrzymanie działania interfejsu USARTx. Dopiero później można zapisać "1" do bitu PRUSARTx w rejestrze PRR (jeśli mikrokontroler go posiada) - spowoduje to całkowite odłączenie jego zegara taktującego. Niektóre modele nie mają modułu USART (np. ATtiny25/45/85, ATtiny261/461/861). Domyślnie moduł ten jest wyłączony po włączeniu/resecie mikrokontrolera, ale jest taktowany zegarem.


    4. Pomiar rezystancji wewnętrznych rezystorów podciągających

    Według not katalogowych rezystor podciągający Rpu (pull-up) na pinie I/O może mieć wartość 20-50k (na pinie RESET 30-60k). Jego dokładną rezystancję można zmierzyć przy użyciu multimetru. W tym celu dowolny pin mikrokontrolera, należy ustawić jako wejście z wysokim stanem (pull-up), wymuszonym włączeniem rezystora podciągającego (DDXn:0, PORTXn:1, PUD:0). Później mierzymy i zapamiętujemy dokładną wartośc napięcia zasilania Vcc mikrokontrolera. Następnie ustawiamy multimetr na najniższy zakres pomiaru prądu (np. do 2mA), mierzymy i zapamiętujemy dokładną wartość prądu Ix, płynącego między podciągniętym pinem mikrokontrolera, a masą zasilania. Wartość rezystora podciągającego można obliczyć ze wzoru: Rpu [Ohm] = Vcc [V] / Ix [A]. Zasada pomiaru jest przedstawiona na poniższym rysunku.

    Ciekawostki o 8-bitowych mikrokontrolerach AVR
    Przykładowo w moim ATtiny85 zasilanym napięciem Vcc=5.0V, prąd płynący między podciągniętym pinem PB0, a masą zasilania wynosił 0.138mA. Stąd, po obliczeniach: Rpu = 5V / 0.000138A = 36231.88 omów.

    Wartości wewnętrznych rezystorów mogą być inne w różnych egzemplarzach tego samego modelu mikrokontrolera, ale są bardzo zbliżone do siebie na różnych pinach jednego układu. Rezystory te są prawdopodobnie wykonane na krzemie, jako tranzystory FET z długim cienkim kanałem. Zajmują mniej miejsca, są łatwiejsze i tańsze w produkcji niż tradycyjne rezystory, ale mają gorszą liniowość i stabilność temperaturową.




    5. Pomiar częstotliwości wewnętrznego zegara taktującego

    Można zmierzyć częstotliwość z jaką pracuje mikrokontroler przy użyciu miernika częstotliwości. W tym celu, należy ustawić wartość fuse bitu CKOUT na "0" (w fabrycznie nowym mikrokontrolerze CKOUT=1). Nie każdy model mikrokontrolera posiada ten fuse bit.
    Po tej operacji na pinie CLKO, pojawi się częstotliwość pracy mikrokontrolera (inne funkcje tego pinu zostaną wyłączone). Jeśli mikrokontroler używa wewnętrznego dzielnika (prescaler), to na pinie CLKO pojawi się częstotliwość po podziale. Teraz wystarczy podłączyć do tego pinu miernik częstotliwości, aby sprawdzić z jaką rzeczywistą częstotliwością pracuje mikrokontroler.
    To rozwiązanie jest dedykowane do taktowania zewnętrznych układów, współpracujących synchronicznie z mikrokontrolerem. Może również posłużyć do dokładnej, programowej kalibracji częstotliwości wewnętrznego oscylatora RC (za pomocą rejestru OSCCAL).
    W niektórych modelach sygnał na pinie CLKO jest dostępny również podczas włączania/resetu mikrokontrolera (np. ATtiny48/88, ATmega48/88/168/328, ATmega164/324/644/1284). W przypadku modeli, w których drugą funkcją pinu CLKO jest XTAL2, nie można wtedy używać rezonatorów kwarcowych/ceramicznych (np. ATtiny25/45/85, ATtiny261/461/861).


    6. Pomiar napięcia wewnętrznego źródła odniesienia

    Można zmierzyć wartość wewnętrznego napięcia odniesienia przy użyciu woltomierza. W tym celu, należy włączyć przetwornik analogowo-cyfrowy ADC (bit ADEN=1 w rejestrze ADCSRA) oraz tak ustawić bity REFSx w rejestrze ADMUX (ADc MUltipleXer selection register), aby wybrać wewnętrzne źródło napięcia odniesienia z zewnętrznym kondensatorem na pinie AREF ("Internal x.xV Voltage Reference with external capacitor at AREF pin"). Nie każdy model mikrokontrolera pozwala na taką konfigurację.
    Po tej operacji na pinie AREF, pojawi się napięcie referencyjne Vref z wewnętrznego źródła odniesienia. Teraz wystarczy podłączyć do tego pinu woltomierz o dużej rezystancji wejściowej (np. 10M), aby sprawdzić jaką rzeczywistą wartość ma to napięcie.
    Źródło wewnętrznego napięcia odniesienia ma bardzo dużą rezystancję wyjściową, a więc zapewnia bardzo małą wydajność prądową. Dlatego do pinu AREF powinno podłączać się tylko obciążenia pojemnościowe (np. kondensator filtrujący 100nF). Wszystkie obciążenia rezystancyjne (rezystory pull-up/pull-down) powinny zostać odłączone od tego pinu.


    7. Maksymalny prąd wewnętrznych diod zabezpieczających

    Każdy pin mikrokontrolera posiada dwie diody zabezpieczające (clamping diodes) o spadku napięcia 0.5V, które chronią układ przed za wysokim/niskim napięciem wejściowym Vin w stosunku do jego napięcia zasilania Vcc. Utrzymują one wszystkie sygnały trafiające do mikrokontrolera w zakresie jego maksymalnych napięć wejściowych (od GND-0.5V do Vcc+0.5V), wymienionym w nocie katalogowej. Wewnętrzna budowa pinu mikrokontrolera jest przedstawiona na poniższym rysunku.

    Ciekawostki o 8-bitowych mikrokontrolerach AVR
    Podanie napięcia Vin o wartości wyższej niż Vcc+0.5V, spowoduje przepływ prądu przez górną diodę zabezpieczającą Dup do plusa zasilania, a w rezultacie zmniejszenie napięcia Vin do wartości Vcc+0.5V. Z kolei podanie napięcia Vin o wartości niższej niż GND-0.5V, spowoduje przepływ prądu przez dolną diodę zabezpieczającą Ddn do masy zasilania, a w rezultacie zmniejszenie napięcia Vin do wartości GND-0.5V.
    Jedynym ograniczeniem jest zalecany maksymalny prąd płynący przez wewnętrzne diody zabezpieczające, który nie powinien przekroczyć wartości 1mA. Większy prąd może spowodować uszkodzenie diody zabezpieczającej, a następnie pinu/portu mikrokontrolera.

    Wynika z tego, że stosując odpowiednio dużą wartość rezystancji wejściowej Rin, na pin mikrokontrolera można podać napięcie wejściowe Vin, o wartości znacznie przekraczającej jego maksymalny zakres podany w nocie katalogowej (od GND-0.5V do Vcc+0.5V).
    Przy rezystorze Rin=1M na pin mikrokontrolera można podać napięcie ujemne/dodatnie Vin=1000V, bez obawy o jego uszkodzenie. Jest to dokładnie opisane w nocie aplikacyjnej "AVR182: Zero Cross Detector" firmy Atmel/Microchip.


    8. Wewnętrzny oscylator PLL

    Mikrokontrolery ATtiny25/26/45/85/261/461/861 zawierają wewnętrzny oscylator PLL (Phase Locked Loop). Na jego wyjściu uzyskuje się sygnał o częstotliwości 64 MHz (8x częstotliwość wewnętrznego oscylatora RC 8MHz) lub 32MHz (8x 4MHz). Sygnał ten może służyć do asynchronicznego taktowania timera/licznika 1 (32/64MHz) lub do taktowania samego mikrokontrolera po podziale przez 4 (8/16 MHz).


    9. Programowa instrukcja XCHG (eXCHanGe two registers)

    Lista instrukcji 8-bitowych mikrokontrolerów AVR nie zawiera żadnej instrukcji, która służy do wymiany zawartości dwóch rejestrów, np. Raa i Rbb (Raa, Rbb = R0-R31). Najprostszym rozwiązaniem problemu jest wykorzystanie trzeciego rejestru tymczasowego Rxx:

    mov Rxx,Raa
    mov Raa,Rbb
    mov Rbb,Rxx

    Jednak nie zawsze jest do dyspozycji taki wolny rejestr tymczasowy. Jak się okazuje zadanie to można wykonać również bez niego (oba rozwiązania mają jednakową liczbę, rozmiar i czas wykonywania instrukcji):

    eor Raa,Rbb
    eor Rbb,Raa
    eor Raa,Rbb


    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
  • #2 16 Mar 2019 22:37
    krzbor
    Poziom 16  

    Ładny artykuł. Chciałbym podkreślić, że w rozwiązaniach bateryjnych z wybudzaniem timerem/przerwaniem niezwykle ważne jest oprócz wyłączenia zbędnych układów odpowiednie spolaryzowanie niewykorzystywanych wejść opisany w pkt. 2. Pozostawienie wejść "w powietrzu" zwiększa zużycie nawet 10 razy i układ na baterii zamiast 2 lata pracuje 2 miesiące. Co ciekawe, niepodłączone i niepodciągnięte wejścia mogą generować losowe wyniki poboru prądu, tzn. mierząc kilka razy otrzymamy różne wyniki poboru prądu.

  • #3 17 Mar 2019 06:06
    Steryd3
    Poziom 32  

    Mimo, że zdecydowana większość zawartych w artykule "ciekawostek" jest mi (i pewnie wielu innym)znana to bardzo dobry artykuł. Bardzo fajnie usystematyzowany temat konfiguracji pod niski pobór mocy.
    Gratulacje dla autora za pomysł i wykonanie...byle więcej takich artykułów!

  • #4 17 Mar 2019 13:03
    elektronikq
    Poziom 24  

    Jak piny są niepodłączone i są w stanie HiZ to pobierają więcej prądu niż jak są podciągnięte rezystorem? Jak przez niepodłączone wejścia/wyjścia ma płynąc prąd?

  • #5 17 Mar 2019 13:31
    LChucki
    Poziom 29  

    elektronikq napisał:
    Jak przez niepodłączone wejścia/wyjścia ma płynąc prąd?

    Działają jak antena.

  • #6 17 Mar 2019 16:01
    krzysiek_krm
    Poziom 36  

    elektronikq napisał:
    Jak piny są niepodłączone i są w stanie HiZ to pobierają więcej prądu niż jak są podciągnięte rezystorem?

    Piny nie ale obwód wejściowy bramki CMOS - tak.
    elektronikq napisał:
    Jak przez niepodłączone wejścia/wyjścia ma płynąc prąd?

    Przez wejście nie płynie prąd ale to wejście ma ogromną impedancję i "zupełnie przypadkowo" może się na nim ustalić stan, w którym przewodzą oba komplementarne tranzystory wejściowe i "zwierają" zasilanie do masy. Zwarcie nie jest zbyt krytyczne bo rezystancje kanałów załączonych tranzystorów nie są aż takie małe ale jednak płynie niezerowy prąd.
    Kiedy zastosuje się rezystor pull-up lub pull-down jeden z tranzystorów jest zatkany a drugi otwarty ale przez obwód jego bramki płynie mikroskopijny prąd upływu.

  • #7 17 Mar 2019 16:37
    LChucki
    Poziom 29  

    krzysiek_krm napisał:
    może się na nim ustalić stan, w którym przewodzą oba komplementarne tranzystory wejściowe i "zwierają" zasilanie do masy.

    Mało prawdopodobne jeśli nawet to tylko przez jakiś czas. Bardziej prawdopodobne, że takie wejście "w powietrzu" będzie łapać zakłócenia, radiowe czy sieci 50Hz, inych układów czy innych ścieżek w samym uC i w konsekwencji przełączać się, co jak wiadomo powoduje zwiększony pobór prądu.

  • #8 18 Mar 2019 13:33
    Jarkon2
    Poziom 25  

    RomanWorkshop napisał:
    W przypadku modeli, w których drugą funkcją pinu CLKO jest XTAL2, nie można wtedy używać rezonatorów kwarcowych/ceramicznych (np. ATtiny25/45/85, ATtiny261/461/861).

    A do taktowania ATmega8A można używać kwarcu przy jednoczesnym wykorzystaniu wyjścia XTAL2 do taktowania innych układów, np. drugiego ATmega8A ?
    Takie projekty już realizowałem i pracują bezbłędnie.

    Ogólnie ATmega8A taktowany kwarcem np. 16MHz pracuje stabilniej (większa odporność na zakłócenia) gdy jest aktywny CKOPT.
    Dodam, że urządzenia nie są zasilane z baterii i minimalny pobór prądu nie jest najważniejszy.

  • #10 18 Mar 2019 17:32
    RomanWorkshop
    Poziom 10  

    Cytat:
    A do taktowania ATmega8A można używać kwarcu przy jednoczesnym wykorzystaniu wyjścia XTAL2 do taktowania innych układów, np. drugiego ATmega8A ?

    Nie ma przeciwwskazań, ale najlepiej robić to przez dodatkowy bufor.

    Cytat:
    Ogólnie ATmega8A taktowany kwarcem np. 16MHz pracuje stabilniej (większa odporność na zakłócenia) gdy jest aktywny CKOPT.

    Bo wtedy na wyjściu oscylatora uzyskuje się najwyższy poziom sygnału (rail-to-rail). Ten tryb jest właśnie zalecany, gdy mikrokontroler pracuje w środowisku z zakłóceniami lub gdy wyjście XTAL2 taktuje drugi układ (bufor). Jest to wszystko opisane w nocie katalogowej mikrokontrolera ATmega8.

  • #11 18 Mar 2019 18:10
    yogi009
    Poziom 42  

    RomanWorkshop napisał:
    Jest to wszystko opisane w nocie katalogowej mikrokontrolera ATmega8.


    I bardzo dobrze, że znalazło się i tutaj. Jak pokazuje życie, nie wszyscy czytają te dość obszerne noty katalogowe.

  • #12 18 Mar 2019 18:48
    LChucki
    Poziom 29  

    yogi009 napisał:
    RomanWorkshop napisał:
    Jest to wszystko opisane w nocie katalogowej mikrokontrolera ATmega8.

    I bardzo dobrze, że znalazło się i tutaj. Jak pokazuje życie, nie wszyscy czytają te dość obszerne noty katalogowe.

    Nie sposób czytać zawsze całą notę. W AVR mega USART jest w każdym prawie taki sam. To prawie robi różnicę. Jak pamiętam, Mega162 (i kilka innych) ma jeden rejestr UBRH dla USART0 i 1. Aby było "łatwiej", w niektórych AVR (zdaje się tez M162), wzorem 16C450, dostęp pomiędzy UBR a UDR wybiera się bitem rejestru statusu.

  • #13 18 Mar 2019 18:53
    Jarkon2
    Poziom 25  

    Dziękuję za upewnienie mnie, że dobrze zrozumiałem notę katalogową ATmega8.
    Natomiast przyznaję, że nie czytałem w całości not katalogowych mikrokontrolerów ATtiny25/45/85, ATtiny261/461/861, w których wg kolegi RomanWorkshop "nie można używać rezonatorów kwarcowych/ceramicznych w przypadku wykorzystania pinu XTAL2 jako CLKO"
    Rozumiem, że pod tym względem są różnice między ATmega8 i ATtiny25... ?

    Tylko proszę mnie nie odsyłać do noty kat. ATtiny... w końcu cały ten temat można zastąpić uwagą, aby przeczytać wszystkie noty katalogowe AVRów.
    A że opis autora jest obszerny, przystępny i ciekawy, więc chyba nie zaszkodzi dopytać o takie szczegóły i wyraźnie je wyjaśnić w tym temacie.

  • #14 18 Mar 2019 20:20
    RomanWorkshop
    Poziom 10  

    Cytat:
    Rozumiem, że pod tym względem są różnice między ATmega8 i ATtiny25... ?

    Podstawowa sprawa w przypadku mikrokontrolera ATmega8 jest taka, że on w ogóle nie ma fuse bitu CKOUT, ani wyjścia częstotliwości - pinu CLKO. Jeśli chodzi o modele ATtiny25/45/85 i ATtiny261/461/861, to po zaprogramowaniu fuse bitu CKOUT nie można używać rezonatorów kwarcowych/ceramicznych, jak podaje nota katalogowa:

    Cytat:
    The device can output the system clock on the CLKO pin (when not used as XTAL2 pin). To enable the output, the
    CKOUT Fuse has to be programmed. This mode is suitable when the chip clock is used to drive other circuits on
    the system. Note that the clock will not be output during reset and that the normal operation of the I/O pin will be
    overridden when the fuse is programmed. Internal RC Oscillator, WDT Oscillator, PLL, and external clock (CLKI)
    can be selected when the clock is output on CLKO. Crystal oscillators (XTAL1, XTAL2) can not be used for clock
    output on CLKO. If the System Clock Prescaler is used, it is the divided system clock that is output.

  • #16 19 Mar 2019 06:38
    Drako1988
    Poziom 20  

    Jeszcze z ciekawostek, to w niektórych wersjach AVR (np atmega128)przy niestabilnym zasilaniu (miękkie z tendencją do sporych spadków) i pracy z pamięcią EEPROM, możliwe jest, że właśnie w tej pamięci nadpisane przypadkowymi danymi zostaną pierwsze 2, 3 bajty. Zazwyczaj pomaga ustawienie bitu brownout (choć nie zawsze). Ja z praktycznego punktu widzenia zawsze w pamięci EEPROM robię sobie offset o pierwsze 4 bajty i tam dopiero zaczynam wpisywać dane.

  • #17 19 Mar 2019 09:29
    LChucki
    Poziom 29  

    Drako1988 napisał:
    niestabilnym zasilaniu (miękkie z tendencją do sporych spadków) i pracy z pamięcią EEPROM, możliwe jest, że właśnie w tej pamięci nadpisane przypadkowymi danymi zostaną pierwsze 2, 3 bajty.

    Kiedyś był problem pierwszego bajtu (zerowanie licznika adresu) ale to odległe czasy. O problemie 2..3 bajtów nigdy nie słyszałem.
    O jak stare uC chodzi?

  • #18 19 Mar 2019 21:46
    dondu
    Moderator Mikrokontrolery Projektowanie

    Jarkon2 napisał:
    Ogólnie ATmega8A taktowany kwarcem np. 16MHz pracuje stabilniej (większa odporność na zakłócenia) gdy jest aktywny CKOPT.

    Kolega powinien się cieszyć, że w ogóle atmega mu pracuje bez włączonego CKOPT przy tej częstotliwości, bo jest to niezgodne z dokumentacją mikrokontrolera:.

    Dokładne wyjaśnienia tutaj:

    cz. I: http://mikrokontrolery.blogspot.com/2011/03/A...AVR-Oscylatory-kwarcowe-kwarc-ceramiczne.html

    cz. II: http://mikrokontrolery.blogspot.com/2011/03/AVR-Crystal-Oscillator-przyklad-ATmega8.html


    Drako1988 napisał:
    Jeszcze z ciekawostek, to w niektórych wersjach AVR (np atmega128)przy niestabilnym zasilaniu (miękkie z tendencją do sporych spadków) i pracy z pamięcią EEPROM, możliwe jest, że właśnie w tej pamięci nadpisane przypadkowymi danymi zostaną pierwsze 2, 3 bajty.

    Może kolega przedstawić jakieś dowody lub erratę?

  • #19 20 Mar 2019 10:14
    tmf
    Moderator Mikrokontrolery Projektowanie

    Drako1988 napisał:
    Jeszcze z ciekawostek, to w niektórych wersjach AVR (np atmega128)przy niestabilnym zasilaniu (miękkie z tendencją do sporych spadków) i pracy z pamięcią EEPROM, możliwe jest, że właśnie w tej pamięci nadpisane przypadkowymi danymi zostaną pierwsze 2, 3 bajty. Zazwyczaj pomaga ustawienie bitu brownout (choć nie zawsze). Ja z praktycznego punktu widzenia zawsze w pamięci EEPROM robię sobie offset o pierwsze 4 bajty i tam dopiero zaczynam wpisywać dane.


    Mitologia. Dotyczy to niektórych procesorów, ale nie 2-3 bajtów, tylko bajtu wskazywanego przez rejestr adresowy EEPROM. Ponieważ domyślnie zawiera on 0, więc chodzi o bajt o adresie 0. Ale jeśli w programie przestawisz rejestr adresowy, to problem zacznie dotyczyć bajtu na który aktualnie on wskazuje. Problem całkowicie eliminuje włączenie brown out detector, co zawsze powinno mieć miejsce, w sytuacji, w której dopuszczamy niestabilne zasilanie.

  • #20 20 Mar 2019 10:25
    LChucki
    Poziom 29  

    tmf napisał:
    Drako1988 napisał:
    Jeszcze z ciekawostek, to w niektórych wersjach AVR (np atmega128)przy niestabilnym zasilaniu (miękkie z tendencją do sporych spadków) i pracy z pamięcią EEPROM, możliwe jest, że właśnie w tej pamięci nadpisane przypadkowymi danymi zostaną pierwsze 2, 3 bajty. Zazwyczaj pomaga ustawienie bitu brownout (choć nie zawsze). Ja z praktycznego punktu widzenia zawsze w pamięci EEPROM robię sobie offset o pierwsze 4 bajty i tam dopiero zaczynam wpisywać dane.

    Mitologia. Dotyczy to niektórych procesorów

    Jak pamiętam to pierwszych serii AVR, które miały oznaczenie AT90xxxx, gdzie w notach katalogowych nie zalecano używać EEPROM o adresie 0. W Mega ten problem zdaje się nigdy nie występował.

  • #21 20 Mar 2019 22:03
    elektronikq
    Poziom 24  

    krzysiek_krm napisał:
    elektronikq napisał:
    Jak piny są niepodłączone i są w stanie HiZ to pobierają więcej prądu niż jak są podciągnięte rezystorem?

    Piny nie ale obwód wejściowy bramki CMOS - tak.
    elektronikq napisał:
    Jak przez niepodłączone wejścia/wyjścia ma płynąc prąd?

    Przez wejście nie płynie prąd ale to wejście ma ogromną impedancję i "zupełnie przypadkowo" może się na nim ustalić stan, w którym przewodzą oba komplementarne tranzystory wejściowe i "zwierają" zasilanie do masy. Zwarcie nie jest zbyt krytyczne bo rezystancje kanałów załączonych tranzystorów nie są aż takie małe ale jednak płynie niezerowy prąd.
    Kiedy zastosuje się rezystor pull-up lub pull-down jeden z tranzystorów jest zatkany a drugi otwarty ale przez obwód jego bramki płynie mikroskopijny prąd upływu.

    a jak zrobię to programowo?

  • #22 20 Mar 2019 22:12
    tmf
    Moderator Mikrokontrolery Projektowanie

    elektronikq napisał:
    a jak zrobię to programowo?

    To też będzie ok. Czyli ustawiasz jako wejście z pullupem, lub jako wyjście.

  • #23 20 Mar 2019 22:12
    krzysiek_krm
    Poziom 36  

    elektronikq napisał:
    a jak zrobię to programowo?

    Masz na myśli ustawienie portu jako wyjście ?
    Tak też można i tak też zalecają producenci.

  • #24 21 Mar 2019 11:13
    szeryf3
    Poziom 17  

    Fajny artykuł.
    Przeczytałem go w całości z dużym zainteresowaniem. Czy mi ta wiedza się przyda raczej nie, ale jestem mądrzejszy niż byłem, a co mam w głowie to mi nikt tego nie zabierze.

  • #25 21 Mar 2019 19:32
    bobeer
    Poziom 28  

    Przydatne informacje o avrkach. Skoro autor zaczął już wnikać w listy rozkazów, to warto wspomnieć że AVRki dzielą się na subarchitektury rdzenia (AVR, AVRxm, AVRxt, AVRrc) , gdzie poza zróżnicowaniem w rozkazach występują też różnice w czasach ich wykonywania. Takie właśnie było moje zdziwienie gdy Tiny10 miał inne timingi od Tiny13, po czym odkopałem pdf z opisem zagadnienia (standardowy pdf zawierał błędne informacje o ilości cykli dla niektórych rozkazów).
    Dodam przy okazji kolejną ciekawostkę. Procesory z odświeżonym przez microchipa rdzeniem jak np. tiny817 uniemożliwiają użycie timera RTC dla pracy przy niskich częstotliwościach taktowania. Jeżeli ktoś chciałby napędzać procesor zegarem 32kHz, do odmierzania czasu misi używać niededykowanego synchronicznego timera. Timer RTC jest asynchroniczny i wymaga taktowania rdzenia częstotliwością co najmniej 3x większą od niego samego (zmiana preskalera timera nie rozwiązuje tego problemu).
    atmel-0856...manual.pdf Download (2.41 MB)

  • #26 21 Mar 2019 19:37
    elektronikq
    Poziom 24  

    krzysiek_krm napisał:
    elektronikq napisał:
    a jak zrobię to programowo?

    Masz na myśli ustawienie portu jako wyjście ?
    Tak też można i tak też zalecają producenci.


    Jak ustawię porty jako wyjścia to wejście jest aktywne albo nie. To chyba korzystniej będzie jak wyjścia będą nieaktywne. Natomiast jak porty ustawię jako wejścia to wtedy powinienem nadać im stały potencjał czyli włączam wewnętrzny rezystor w uC i stosuje tak zwane podciągnięcie do VCC i mam na wejściu stan 1.
    A jak ustawię wszystkie niepotrzebne porty jako wyjścia i będą one nieaktywne?

    Dlaczego najczęściej się piny podciąga do VCC a nie do GND?

  • #27 21 Mar 2019 19:40
    bobeer
    Poziom 28  

    Cytat:
    Dlaczego najczęściej się piny podciąga do VCC a nie do GND?

    Skąd taki pomysł ?

  • #28 21 Mar 2019 19:45
    tmf
    Moderator Mikrokontrolery Projektowanie

    elektronikq napisał:
    Jak ustawię porty jako wyjścia to nie muszę ustawiać tego wyjścia jako 1 lub 0. Natomiast jak porty ustawię jako wejścia to wtedy powinienem nadać im stały potencjał czyli włączam wewnętrzny rezystor w uC i stosuje tak zwane podciągnięcie do VCC i mam na wejściu stan 1.

    Jeśli ustawisz pin jako wyjście, to on zawsze musi mieć 0 albo 1, bo przecież do PORTx nie da się wpisać nic innego :)
    elektronikq napisał:
    Dlaczego najczęściej się piny podciąga do VCC a nie do GND?

    Zaszłości historyczne. Obecnie nie ma znaczenia czy to jest Vcc, czy GND. No może poza jednym - przez piny podciągane do Vcc procesor może być zasilany pasożytniczo, co niekoniecznie jest mile widziane, jeśli planujesz go odciąć od zasilania.

  • #29 21 Mar 2019 20:04
    LChucki
    Poziom 29  

    elektronikq napisał:
    Dlaczego najczęściej się piny podciąga do VCC a nie do GND?

    Bo w AVR, bez zewnętrznych elementów, inaczej się nie da.

    Dodano po 51 [sekundy]:

    tmf napisał:
    Zaszłości historyczne.

    To jeszcze z czasów układów TTL i podobnych.

  • #30 22 Mar 2019 22:50
    RomanWorkshop
    Poziom 10  

    Ciekawostką byłyby na pewno dane na temat liczby tranzystorów/bramek, użytych do budowy poszczególnych modeli mikrokontrolerów AVR. Czy ktoś posiada takie informacje? Mi udało się znaleźć tylko ten wątek: Link.

    Wynika z niego, że rdzeń AVR to 12000, a megaAVR to 20000 bramek (każda bramka to 4 tranzystory). Nie obejmuje to bloków pamięci SRAM (4-6 tranzystorów na bit), FLASH (1 tranzystor na bit) i EEPROM (2 tranzystory na bit) oraz prawdopodobnie peryferiów mikrokontrolera.