Микроконтроллеры для систем автоматики - часть 12

такого  генератора  влияет  напряжение  питания  и  температура.  Для  повышения
стабильности  к  схеме  внутреннего  тактового  генератора  подсоединяются  внешние
высокостабильные времязадающие компоненты: кварцевые или керамические резонаторы.
В  ряде  случаев  микроконтроллеры  используются  с  внешними  схемами  тактовых
генераторов.  Это  также  обеспечивает  высокую  точность  отсчета  времени  и,  при
необходимости,  позволяет  синхронизировать  работу  сразу  нескольких  устройств.
Некоторые  схемы,  могут  работать  с  различными  генераторами.  Так,  например,
микроконтроллер  ATmega163  может  использоваться  с  различными  внутренними  и
внешними генераторами.

Внутренний RC-генератор обеспечивает работу процессорного ядра AVR с

частотой 1 МГц. Какие либо навесные компоненты в этом режиме к микросхеме не
подсоединяются.

Внешний RC-генератор является простым решением, позволяющим изменять

тактовую частоту. Но частота такого RC-генератора, как и генератора внутреннего, зависит
от напряжения питания и температуры. Кроме того, частота может быть различной у
различных изделий. Внешняя времязадающая RC-цепь генератора подключается к
выводам микроконтроллера по схеме рис. 5.1 (а).

а)

б)

в)

Рис. 5.1. Подключение RC-цепей, резонаторов и внешних генераторов к контроллеру

ATmega163

Сопротивление резистора R допускается варьировать в диапазоне от 3 до 100 кОм,

а емкость С не должна быть менее 20 пФ. Типовые значения параметров приведены в
таблице 5.1.

Таблица 5.1.

Типовые параметры внешнего RC-генератора

R [кОм] C

[пФ] F

[кГц]

100

31.5

1000

6.5

4000

Кварцевый или керамический резонатор подключается к микроконтроллеру по

схеме рис. 5.1 (б). Частота колебаний в этом случае определяется резонансной частотой
кристалла. Емкость конденсаторов C1, C2 подбирается в диапазоне 13…40 пФ.

Внешний генератор просто подключается к выводу XTAL1 микроконтроллера (рис

5.1 в). В качестве внешнего генератора можно использовать любую схему генератора с
ТТЛ-выходом. Внешние генераторы, как правило, обладают высокой стабильностью и
предсказуемостью параметров.

Выбор той или иной схемы тактового генератора программируется на стадии

занесения  программы  в Flash-память  контроллера.  В  контроллере  ATmega163  для
хранения  этой  информации  во  флэш-памяти  предназначены  специальные  биты-
предохранители (fuse bits) CKSEL[3..0]. В процессе работы микроконтроллера эти биты не
могут  быть  изменены.  Программирование fuse-битов  осуществляется  в  соответствии  с
таблицей 5.2.

Таблица 5.2.

Программирование тактового генератора

Вид генератора CKSEL

[3…0]

Внешний кварцевый или керамический резонатор

1111 - 1010

Внешний низкочастотный кристалл

1001 – 1000

Внешний RC-генератор

0111 – 0101

Внутренний RC-генератор

0100 – 0010

Внешний генератор 0001 - 0000

Fuse-биты CKSEL [3…0] используются также для задания некоторых временных

параметров при сбросе микроконтроллера, поэтому в таблице 5.2. для описания каждого
генератора предусмотрено много различных комбинаций этих битов.

6. СИСТЕМА СБРОСА

Сбросом считается перевод микроконтроллера в исходное состояние. При этом все

регистры микропроцессорного ядра устанавливаются во вполне определенные начальные
состояния, и микроконтроллер переходит к выполнению программы с фиксированного
начального адреса. Таким адресом обычно является адрес $0.

6.1. Источники сброса

Причинами (источниками) сброса могут являться различные воздействия:

включение питания и кратковременные его изменения, сигналы формируемые аппаратно
вне и внутри микроконтроллера, а также инструкции программы. В частности, инструкция
безусловного перехода на адрес $0 всегда приводит к сбросу устройства.

Источники сброса микроконтроллера ATmega 163:

Сброс при включении питания (

Power-on Reset.)

. Сброс происходит, если

напряжение питания ядра ниже определенного порога (V

POT

Внешний сброс (

External Reset)

. Сброс происходит при поступлении

сигнала низкого уровня длительностью более 500 ns на внешний контакт

RESET

микросхемы.

Сброс сторожевым таймером (

Watchdog Reset)

. Сброс происходит по

команде сторожевого таймера.

Сброс при кратковременном провале напряжения питания (

Brown-out

Reset). ••••• ••••••••••, •••• •••••••••• •••••••
••••••••••• • •••••••• •••••• •••••••••• •••• •••••••••••••

••••••

BOT

По любой из этих причин микроконтроллер переходит к выполнению программы с

адреса $0. В этой ячейке обычно размещают инструкцию jmp с адресом программы
инициализации системы.

Структурная схема блока управления сбросом приведена на рис. 6.1.

Рис. 6.1 Функциональная схема управления сбросом

Все сигналы сброса детектируются на кристалле специальными схемами.

Схема сброса при включении питания (Power-On Reset Circuit) контролирует
напряжение питания Vcc и запускается при Vcc > V

POT

. При номинальном

напряжении питания Vcc=5B, типовое значение порогового напряжения V

POT

= 1,4 В.

Схема сброса при кратковременном провале напряжения питания (Brown-
Out Reset Circuit) сравнивает напряжение питания Vcc с уровнем V

BOT

Уровень сигнала V

BOT

программируется c помощью специального бита

программирования уровня BODLEVEL. Этот бит относится к группе fuse-
битов

микроконтроллера,

позволяющих

задавать

их

некоторые

конфигурационные особенности. Fuse-биты программируются при занесении
программы в память и в процессе работы микроконтроллера не могут быть
изменены. Схемой контроля питания (Brown-Out Reset Circuit) управляют
fuse-биты BODEN и BODLEVEL. При BODLEVEL = 1 уровень V

BOT

равен

2,7В, а при BODLEVEL = 0 – 4B.

Схема внешнего сброса (External Reset Circuit) управляется внешним
сигналом низкого уровня #RESET.

Сигналы с этих схем и сигнал со сторожевого таймера (Watchdog Timer)

фиксируются  в  регистре  состояния  процессорного  ядра MCUSR (MCU Status Register)  и
объединенные  по  схеме  ИЛИ,  устанавливают RS-триггер.  Длительность  импульса
внутреннего сброса (Internal Reset) на выходе триггера задается счетчиком задержки (Delay
Counter).  Фактически  сброс  микроконтроллера  происходит  по  окончании  импульса
внутреннего сброса. Время задержки от момента поступления одного из сигналов сброса до
окончания  импульса  сброса  зависит  от  периода  тактового  генератора  СК  (Clock),  от
состояния fuse-бита BODLEVEL и может регулироваться fuse-битами CKSEL[3…0]

. Время

задержки при различных комбинациях битов CKSEL приведено в таблице 6.1.

Таблица 6.1.

Программирование временной задержки при сбросе

CKSEL [3…0] BODLEVEL=0

BODLEVEL=1 Рекомендуемое использование

0000 4,2

мс + 6 CK 5,8 мс + 6 CK Внешний генератор, быстрое

включение

0001

с + 6 СК

Внешний генератор, BOD включен

0010 67

мс + 6 СК 92

мс + 6 СК

Внутренний RC генератор,

медленное включение

0011 4,2

мс + 6 СК 5,8

мс + 6 СК

Внутренний RC генератор, быстрое

включение

0100

с + 6 СК

Внутренний RC генератор, BOD

включен

0101 67

мс + 6 СК 92

мс + 6 СК

Внешний RC генератор, медленное

включение

0110 4,2

мс + 6 СК 5,8

мс + 6 СК

Внешний RC генератор, быстрое

включение

0111

с + 6 СК

Внешний RC генератор,BOD включен

1000 67

мс+ 32К СК 92мс + 32К СК Внешний низкочастотный кристалл

Окончание табл. 6.1.

CKSEL [3…0] BODLEVEL=0

BODLEVEL=1 Рекомендуемое использование

1001 67

мс + 1К СК 92

мс + 1К СК Внешний низкочастотный кристалл

1010 67

мс + 16К СК 92 мс + 16К СК Кварцевый резонатор, медленное

включение

1011 4,2

мс + 16К СК 5,8 мс + 16К СК Кварцевый резонатор, быстрое

включение

1100

с +16К СК 10

с +16К СК Кварцевый резонатор, BOD включен

1101 67

мс + 1К СК 92

мс + 1К СК Керамический резонатор, медленное

включение

1110 4,2

мс + 1К СК 5,8

мс + 1К СК Керамический резонатор, быстрое

включение

1111

с +1К СК

Керамический резонатор, BOD

включен

Регистр состояния процессорного ядра MCUSR (MCU Status Register) позволяет

определить источник сброса. Он доступен программно в пространстве регистров
ввода/вывода по адресу $34($54) (рис. 6.2).

Биты 7 6 5 4 3 2 1 0

MCUSR

$34 ($54)

WDRF BORF EXTRF PORF

Рис.6.2. Регистр MCUSR

содержание .. 10 11 12 13 ..