Микроконтроллер ATtiny15L (лабораторная работа №3)

Цель работы. Целью лабораторной работы является отладка прикладных программ для микроконтроллера AVR семейства Tiny с помощью персонального компьютера и программных средств отладки.

ATtiny15L является 8-разрядным микроконтроллером с низким уровнем энергопотребления, основанным на AVR RISC архитектуре. Благодаря выполнению высокопроизводительных инструкций за один период тактового сигнала, ATtiny15L достигает производительности, приближающейся к уровню 1 MIPS на МГц, обеспечивая разработчику возможность оптимизировать уровень энергопотребления в соответствии с необходимым быстродействием. Ядро AVR содержит мощный набор инструкций (90 команд). Все 32 регистра общего назначения напрямую подключены к арифметико-логическому устройству (АЛУ), что обеспечивает доступ к двум независимым регистрам при выполнении одной инструкции за один такт. Данная архитектура позволяет повысить быстродействие вплоть до 10 раз по сравнению со стандартными микроконтроллерами CISC (рис. 4.1).

Рис. 4.1 – Структурная схема АТtiny15L

ATtiny15L имеет: 1 Кбайт Flash-памяти программ (512 16-разрядных ячеек), 64 байта энергонезависимой памяти данных EEPROM, 6 линий I/O общего назначения, 32 регистра общего назначения, два 8-разрядных универсальных таймера/счетчика, один с высокоскоростным выходом с ШИМ, встроенные генераторы, внутренние и внешние прерывания, программируемый сторожевой таймер, аналоговый компаратор, 4-канальный 10-раз-рядный АЦП, а также три программно выбираемых режима экономии энергопотребления. Режим ожидания «Idle Mode» останавливает CPU, но позволяет функционировать АЦП, аналоговому компаратору, таймеру/счетчикам и системе прерываний. Режим подавления шумов АЦП обеспечивает высокопрецизионные АЦП-измерения путем остановки CPU и сохранения работоспособности АЦП. Режим экономии энергопотребления «Power Down» сохраняет содержимое регистров, но останавливает тактовые генераторы, отключая все остальные функции микроконтроллера, вплоть до следующего внешнего прерывания, или до аппаратной инициализации. Функция активации, или прерывания при смене логического уровня на линии порта, позволяет ATtiny15L быть высокочувствительным к внешним событиям, при сохранении минимального уровня энергопотребления при нахождении в режимах экономии энергопотребления.

Устройство производится с применением технологии энергонезависимой памяти с высокой плотностью размещения, разработанной в корпорации Atmel. Благодаря совмещению усовершенствованного 8-разрядного RISC CPU с Flash-памятью с поддержкой внутрисистемного программирования на одном кристалле получился высокопроизводительный микроконтроллер ATtiny15L, обеспечивающий гибкое и экономически высокоэффективное решение для многих приложений встраиваемых систем управления, особенно в случае применения в зарядных устройствах, системах балластного освещения, и во всех типах приложений, использующих интеллектуальные датчики.

Напряжение питания от 2,7 В до 5,5 В. Внутренняя тактовая частота 1,6 МГц. Коммерческий и индустриальный диапазоны эксплуатационных температур. Корпус имеет 8 выводов (рис. 4.2). Альтернативные функции линий порта В указаны в табл. 4.1.

Таблица 4.1 – Дополнительные функции линий порта В

Линия РВ	Альтернативная функция
PB0	MOSI (Вход данных при программировании) AREF (Вход опорного напряжения для АЦП) AIN0 (Неинвертирующий вход аналогового компаратора)
PB1	MISO (Выход данных при программировании) OC1A (Выход таймера/счетчика Т1 в режиме ШИМ) AIN1 (Инвертирующий вход аналогового компаратора)
PB2	SCK (Вход тактового сигнала при программировании) INT0 (Вход внешнего прерывания) ADC1 (Вход АЦП) T0 (Вход внешнего тактового сигнала таймера/счетчика Т0)
PB3	ADC2 (Вход АЦП)
PB4	ADC3 (Вход АЦП)
PB5	RESET (Вход сброса) ADC0 (Вход АЦП)

Обращение к порту В производится с помощью регистров PORTB (регистр данных порта В), DDRB (регистр направления порта В), PINB (регистр выводов порта В). Формат этих регистров приведен в табл. 4.2.

Таблица 4.2 – Формат регистров порта В

–	–	–	PORTB4	PORTB3	PORTB2	PORTB1	PORTB0
–	–	DDB5	DDB4	DDB3	DDB2	DDB1	DDB0
–	–	PINB5	PINB4	PINB3	PINB2	PINB1	PINB0

Максимальная нагрузочная способность выводов РВ4…РВ0 составляет 20 мА, а вывода РВ5 – 12 мА. Вывод РВ5 может функционировать либо как вход, либо как выход с открытым стоком (на выводе может присутствовать только сигнал логического 0).

При установке разряда DDBn в 1 соответствующий n-вывод порта является выходом, при сбросе в 0 – входом. Для линий, сконфигурированных как входные, имеется возможность подключения внутренних подтягивающих резисторов сопротивлением 35…120 кОм между входом и шиной питания Vcc. Если разряд PUD (6-ой бит регистра MCUCR) установлен в 1, подтягивающие резисторы отключаются от всех линий порта. Для подключения подтягивающего резистора необходимо сбросить разряд PUD и записать 1 в соответствующий разряд регистра PORTB (вывод РВ5 не имеет внутреннего подтягивающего резистора).

Полный перечень регистров ввода/вывода микроконтроллера АТtiny15L приведен в табл. 4.3. Младшие адреса памяти программ отведены под таблицу векторов прерываний (табл. 4. 4).

Таблица 4.3 – Регистры ввода/вывода (адрес, название и функция)

$3F SREG Status Register

$3B GIMSK General Interrupt Mask Register

$3A GIFR General Interrupt Flag Register

$39 TIMSK Timer/Counter Interrupt Mask Register

$38 TIFR Timer/Counter Interrupt Flag Register

$35 MCUCR MCU Control Register

$34 MCUSR MCU Status Register

$33 TCCR0 Timer/Counter0 Control Register

$32 TCNT0 Timer/Counter0 (8-bit)

$31 OSCCAL Oscillator Calibration Register

$30 TCCR1 Timer/Counter1 Control Register

$2F TCNT1 Timer/Counter1 (8-bit)

$2E OCR1A Timer/Counter1 Output Compare Register A

$2D OCR1B Timer/Counter1 Output Compare Register B

$2C SFIOR Special Function I/O Register

$21 WDTCR Watchdog Timer Control Register

$1E EEAR EEPROM Address Register

$1D EEDR EEPROM Data Register

$1C EECR EEPROM Control Register

$18 PORTB Data Register, Port B

$17 DDRB Data Direction Register, Port B

$16 PINB Input Pins, Port B

$08 ACSR Analog Comparator Control and Status Register

Окончание табл. 4.3

$07 ADMUX ADC Multiplexer Select Register

$06 ADCSR ADC Control and Status Register

$05 ADCH ADC Data Register High

$04 ADCL ADC Data Register Low

Таблица 4.4 – Векторы прерываний (адрес, источник и описание)

$000 RESET External Reset, Power-on Reset,

Brown-out Reset, and Watchdog Reset

$001 INT0 External Interrupt Request 0

$002 I/O Pins Pin Change Interrupt

$003 TIMER1, COMPA Timer/Counter1 Compare Match A

$004 TIMER1, OVF Timer/Counter1 Overflow

$005 TIMER0, OVF Timer/Counter0 Overflow

$006 EE_RDY EEPROM Ready

$007 ANA_COMP Analog Comparator

$008 ADC ADC Conversion Complete