Занимательная электроника - Юрий Ревич

Главная же сложность при использовании EEPROM — то, что при недостаточно быстром снижении напряжения питания в момент выключения содержимое ее может быть испорчено. Обусловлено это тем, что при снижении напряжения питания ниже некоторого порога (ниже порога стабильной работы, но недостаточного для полного выключения) и вследствие его дребезга МК начинает выполнять произвольные команды, в том числе может выполнить и процедуру записи в EEPROM, если она имеется в программе. Если учесть, что типовая команда МК AVR выполняется за десятые доли микросекунды, то ясно, что никакой реальный источник питания не может обеспечить снижение напряжения до нуля за нужное время. По опыту автора при питании от обычного стабилизатора типа LM7805 с рекомендованными значениями емкости конденсаторов на входе и на выходе содержимое EEPROM будет испорчено примерно в половине случаев.

Этой проблемы не должно существовать, если запись констант в EEPROM производится при программировании МК, а процедура записи в программе отсутствует. Во всех же остальных случаях (а их, очевидно, абсолютное большинство — EEPROM чаще всего используется для хранения пользовательских установок и текущей конфигурации при выключении питания) приходится принимать специальные меры. Встроенный детектор падения напряжения (Brown-Out Detection, BOD), имеющийся практически во всех моделях Tiny и Mega, обычно с этим не справляется. Наиболее кардинальной из таких мер является установка внешнего монитора питания, удерживающего МК при снижении напряжения питания ниже пороговой величины в состоянии сброса (подробности см. [21]).

Способы тактирования

Каноническим способом тактирования МК является подключение кварцевого резонатора к соответствующим выводам (рис. 18.11, а). Емкость конденсаторов С1 и С2 в типовом случае должна составлять 22–36 пФ (о включении кварцев см. главу 15).

В большинстве моделей Tiny и Mega имеется специальный конфигурационный бит CKPOT, который позволяет регулировать потребление. Если он установлен в единицу (незапрограммирован), — размах колебаний уменьшается, однако при этом сужается возможный диапазон частот и общая помехоустойчивость, поэтому использовать этот режим не рекомендуется (см. далее). Может быть также использован низкочастотный кварцевый резонатор (например, «часовой» 32 768 Гц), при этом конденсаторы С1 и С2 можно не устанавливать, т. к. при установке CKPOT в значение 0 подключаются имеющиеся в составе МК внутренние конденсаторы 36 пФ.

Вместо кварцевого можно применить керамический резонатор. Автору этих строк удавалось запускать МК на нестандартных частотах, используя вместо кварца в том же подключении миниатюрную индуктивность (при ее значении в 4,7 мкГ и емкостях конденсаторов 91 пФ частота получается около 10 МГц).

Рис. 18.11. Способы тактирования МК AVR с использованием:

а — кварцевого резонатора; б — внешнего генератора; в — RC-цепочки

Естественно, тактировать МК можно и от внешнего генератора (рис. 18.11, б). Особенно это удобно, когда требуется либо синхронизировать МК с внешними компонентами, либо иметь очень точную частоту тактирования при использовании соответствующих генераторов (например, серии SG-8002 фирмы Epson).

Наоборот, когда точность не требуется, можно задействовать внешнюю RC-цепочку (рис. 18.11, в). В этой схеме емкость С1 должна быть не менее 22 пФ, а резистор R1 выбирается из диапазона 3,3-100 кОм. Частота при этом определяется по формуле F = 2/3 RC. С1 можно не устанавливать вообще, если записать логический ноль в конфигурационную ячейку CKPOT, подключив тем самым внутренний конденсатор 36 пФ.

Наконец, можно обойтись вообще без каких-либо внешних компонентов — использовать встроенный RС-генератор, который может работать на четырех частотах, приблизительно равных 1, 2, 4 и 8 МГц. К этой возможности наиболее целесообразно обратиться в младших моделях Tiny, выпускающихся в 8-контактном корпусе, — тогда выводы, предназначенные для подключения резонатора или внешнего генератора, можно задействовать для других целей, как обычные порты ввода/вывода. Семейство Classic встроенного RС-генератора не имело.

По умолчанию МК семейств Tiny и Mega установлены в состояние для работы со встроенным генератором на частоте 1 МГц (CKSEL = 0001), поэтому для работы в других режимах нужно соответствующим образом установить конфигурационные ячейки CKSEL (табл. 18.1). Как это осуществить на практике, будет рассказано в главе 19. Рекомендуемое значение этих ячеек для обычных резонаторов от 1 МГц и более: все единицы в ячейках CKSEL, и ноль в CKPOT.

* * *

Подробности

При установке ячеек следует учитывать, что состояние CKSEL = 0000 (зеркальное по отношению к наиболее часто употребляемому значению для кварцевого резонатора 1111) переводит МК в режим тактирования от внешнего генератора, и в этом состоянии его нельзя даже запрограммировать без подачи внешней частоты. Также, если вы попытаетесь установить режим с низкочастотным резонатором, то от высокочастотного МК уже не запустится, а далеко не все программаторы могут работать при таких низких частотах тактирования. Поэтому при манипуляциях с ячейками, и не только CKSEL, нужно быть крайне осторожным и хорошо представлять, что именно вы устанавливаете. Подробнее об этом говорится в главе 19.

Параллельные порты ввода/вывода

Портов ввода/вывода (повторим, что их не следует путать ни с регистрами ввода/вывода, ни с последовательными портами МК для обмена информацией с внешними устройствами) в разных моделях может быть от 1 до 7. Номинально порты 8-разрядные, в некоторых случаях разрядность ограничена числом выводов корпуса и может быть меньше восьми. Порты обозначаются буквами А, В, С, D и т. д., причем необязательно по порядку, — в младших моделях могут наличествовать, например, только порты В и D (как в ATtiny2313) или вообще только один порт В (как в ATtinylx).

Для сокращения числа контактов корпуса в подавляющем большинстве случаев внешние выводы, соответствующие портам, кроме своей основной функции (двунаправленного ввода/вывода) несут также и дополнительную. Отметим, что кроме как для вывода Reset, если он может работать в альтернативном режиме, никакого специального переключения выводов портов не требуется. Если вы, к примеру, в своей программе инициализируете последовательный порт UART, то соответствующие выводы порта (например, в ATmega8335 это выводы порта PD0 и PD1) будут работать именно в альтернативной функции — как ввод и вывод UART. При этом в промежутках между таким специальным использованием выводов их можно задействовать в качестве обычных двунаправленных выводов. На практике приходится применять схемотехнические меры для изоляции функций друг от друга, поэтому злоупотреблять этой возможностью не рекомендуется.

Типичным примером многообразия функций портов может служить базовый для Arduino ATmega168/328. В нем три порта (В, С и D), но все восемь линий доступны лишь для порта D, порты В и С — лишь частично, так что программисту доступны максимум 20 цифровых линий. Шесть из них могут быть так же использованы, как аналоговые входы встроенного АЦП (на платах Arduino помечены буквой А), а некоторая часть остальных также задействована под различные альтернативные функции (последовательные порты, прерывания), применяемые по мере надобности.

Выводы портов в достаточной степени автономны, и их режим может устанавливаться независимо друг от друга. По умолчанию при включении питания все дополнительные устройства отключены, а порты работают на вход, причем находятся в третьем состоянии с высоким импедансом (т. е. с высоким входным сопротивлением). Работа на выход требует специального указания, для чего в программе нужно установить соответствующий нужному выводу бит в регистре направления данных (этот регистр обозначается DDRx, где х — буква, обозначающая конкретный порт, например для порта А это будет DDRa). Если бит сброшен (т. е. равен логическому нулю), то вывод работает на вход (как по умолчанию), если установлен (т. е. равен логической единице) — то на выход.

Для установки выхода в состояние единицы нужно отдельно установить соответствующий бит в регистре данных порта (обозначается PORTx), а для установки в 0 — сбросить этот бит. Направление работы вывода (вход-выход, регистр DDRx) и его состояние (0–1, PORTx) путать не следует.