CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN THỒNG MINH CHO RÔ BỐT SHRIMP
3.3 Sơ lược về vi điều khiển AVR
3.3.1. Giới thiệu tổng quan họ vi điều khiển AVR.
AVR là họ VĐK mới khá mạnh, tích hợp tính năng cao, hơn hẳn họ 89xx của hãng Atmel theo công nghệ RISC(Reduced Instruction Set Computer )
Những đặc điểm nổi trội của AVR đó là về tốc độ sử lý nhanh hơn, nhiều tính năng hơn , giao tiếp đơn giản , khả năng chống nhiễu tốt hơn .
Có thể xem AVR ngang hàng với những họ vi điều khiển mới như: Pic,psoc cùng thời. tuy mổi họ có những tính năng riêng tuỳ thuộc vào ứng dụng thực tế của chúng ta , sử dụng cho phù hợp yêu cầu.
Những tính năng mạnh hơn như:
Kiến trúc (RISC) với hầu hết các lệnh có chiều dài cố định, truy cập bộ nhớ nạp-lưu dữ liệu , và 32 thanh ghi đa năng.
Kiến trúc đường ống lệnh kiểu 2 tầng làm tăng tốc độ thực thi lệnh.
Có chứa nhiều bộ phận ngoại vi: giao diện SPI đồng bộ,các đường dẫn vào/ra (I/O) lập trình được, giao tiếp I2C , bộ biến đổi ADC 10 bit, các kênh băm xung PWM , chế độ sleep, standby , 1 bộ định thời Watchdog , 3 bộ timer/counter 8 bit, 1 bộ timer/counter 16 bit , 1 bộ só sánh tương tự (analog) , có bộ nhớ EEPROM , giao tiếp UART…..
Hầu hết các lệnh đều thực hiện trong 1 chu kỳ xung nhịp.
Hoạt động với tốc độ đồng hồ đến 12 MHZ , vi điều khiển AVR có khả năng
Bộ nhớ chương trình và dữ liệu tích hợp ngay trên chip .AVR có 3 công nghệ bộ nhớ khác nhau : EPROM( luôn lập trinh mới được) xoá được kiểu flash , EEPROM xoá được bằng tín hiệu xung điện nhưng nội dung bộ nhơ vẫn dữ nguyên khi mất điện áp nguồn , RAM dung cho các biến thông thường.
Khả năng lập được trình trong hệ thống ,do cách thiết kế và công nghệ bộ nhớ có thể lập trình ngay trong khi đang được cấp nguồn trên mạch , ko cần phải nhấc chip ra như các vi điều khiển khác.
Hỗ trợ lập trình bằng ngôn ngữ C.
Điện áp làm việc thay đổi trong khoảng rộng từ 2.7->6V.
3.3.2 Kiến trúc AVR
Chương này sẽ mô tả một cách chi tiết về họ vi điều khiển AVR, cụ thể là về kiến trúc và các bộ phận ngoại vi được tích hợp ngay trên chip, bên cạnh đơn vị xử lý trung tâm CPU.
Vi điều khiển AVR là bộ xử lý RISC với kiến trúc Harvard. Thuật ngữ kiến trúc Harvard dùng để chỉ một đặc điểm là đơn vị xử lý trung tâm (CPU) có bộ nhớ chương trình và một bộ nhớ dữ liệu tách biệt.
Họ vi điều khiển AVR có những đặc điểm sau:
Bộ nhớ flash được tích hợp ngay trên chip và có khả năng lập trình ngay trên hệ thống được sử dụng làm bộ nhớ chương trình. Tất cả các bộ xử lý đều có bộ nhớ chương trình loại này. Điều đó có nghĩa là ta không càn phải dùng đến các bộ nhớ EPROM hoặc ROM bên ngoài để chứa mã chương trình.
Hơn nữa, bộ nhớ chương trình có thể nạp chương trình trong khi bộ xử lý vẫn ở nguyên vị trí trên bảng mạch, không cần phải nhấc ra ngoài để đặt vào bộ nạp chương trình. Đặc tính này cho phép cập nhật phần mềm hệ thống nhanh chóng và dễ dàng hơn. Đôi khi hình thức này còn được gọi là lập trình
Các thanh ghi làm việc đa năng 32 –X – 8 (theo truyền thống của các bộ xử lý RISC thực sự). Một tập hợp bao gồm rất nhiều thanh ghi có nghĩa là các biến có thể lưu trữ bên trong CPU chứ không phải lưu trữ các biến trong bộ nhớ, vì việc truy nhập lên bộ nhớ thường tốn nhiều thời gian hơn. Như vậy chương trình sẽ chạy nhanh hơn.
Bộ nhớ dữ liệu ngay trên chip loại EEPROM và RAM có trong hầu hết các thành viên của họ AVR. Đơn vị CPU có kiến trúc Harvard, còn các bộ nhớ EPROM và RAM được nhìn nhận như là bộ nhớ dữ liệu và được dùng để cất giữ các hằng và biến.
Hoạt động với xung giữ nhịp có tần số từ 0 đến 10MHz. Hầu hết các lệnh được thực hiện trong 1 chu kỳ đồng hồ và điều này dẫn đến sự cải thiện tính năng với tốc độ xử lý khoảng 10 lần lớn hơn các bộ xử lý thông thường (chẳng hạn, họ 8051) hoạt động ở cùng tần số của đồng hồ giữ nhịp.
Có mạch đặt lại trạng thái mỗi khi cấp lại điện nguồn cho hệ thống (Power On Reset).
Có bộ định thời ngay trên chip và lập trình được với mạch chia tần số (prescalr) tách biệt. Bộ định thời này được sử dụng cho các ứng dụng cần có sự phân định thời gian (timing) của các sự kiện.
Có các nguồn ngắt bên trong và bên ngoài.
Có bộ định thời watchdog ngay trên chip và lập trình được với bộ dao động độc lập. Bộ phận này được sử dụng để khôi phục lại trạng thái hoạt động của hệ thống trong trường hợp xảy ra lỗi (treo) khi chạy phần mềm, nhưng cũng có thể được sử dụng cho các ứng dụng đáng quan tâm khác, như sẽ được bàn luận đến trong một ứng dụng sẽ được trình bày về sau.
Có chế độ hoạt động: SLEEP (ngủ) và POWER DOWN (nghỉ hay giảm
lượng khi bộ xử lý không có công việc cần xử lý, đặc biệt có ý nghĩa đối với các thiết bị cầm tay dùng pin.
Nhiều chip có mạch dao động đồng hồ RC ngay trên chip. Khi sử dụng bộ giao động RC trên chip, số lượng các linh kiện phụ trợ sẽ giảm đi.
Có một phạm vi rộng các đặc tính của bộ xử lý (từ các bộ xử lý cỡ nhỏ với 8 chân ra đến bộ xử lý 68 chân), nhờ vậy ta có thể lựa chọn một bộ xử lý cho thích hợp với yêu cầu đã đặt ra, cả về chi phí và tính năng kỹ thuật cũng như về các công cụ phát triển.