Юрий Ревич - Занимательная микроэлектроника

Таймеры-счетчики

В МК 8515 два таймера-счетчика: один 8-разрядный (Timer 0), второй — 16-разрядный (Timer 1). Оба счетчика представляют собой счетчики с предзагрузкой (вроде 561ИЕ11/14) и могут работать от тактовой частоты процессора непосредственно, или поделенной на 8, 64, 256 или 1024, представляя в таком режиме собой именно таймеры, т. е. устройства для отсчета времени.

Могут они работать и как обычные счетчики внешних импульсов с выводов Т0 (вывод 1 ) для Timer 0 и Т1 (вывод 2 ) для Timer 1 (по спаду или по фронту). Частота подсчитываемых импульсов не должна превышать половины частоты тактового генератора МК (причем при несимметричном меандре инструкция рекомендует и еще меньшее значение предельной частоты — 0,4 от тактовой), иначе счетчик вам посчитает «погоду на Марсе» — это сильное ограничение, поэтому, например, использовать МК для создания универсального частотомера неудобно. Поэтому все быстродействующие логические схемы конструируют не на микроконтроллерах, а на комбинационной логике — на ПЛИС.

При наступлении переполнения счетчика возникает событие, которое может вызывать соответствующее прерывание. Счетчик Timer 0 фактически этим и ограничивается. 16-разрядный счетчик Timer 1 — более «продвинутая» штука, и может вызывать прерывания по совпадению с определенным заранее заданным числом (точнее, даже два отдельных прерывания с двумя разными числами А и В ), при этом счетчик может обнуляться или продолжать счет, и на специальных выводах OSC1A (вывод 15 ) или OSC1B (вывод 29 ) при этом могут генерироваться импульсы (аппаратно, без участия программы). Этот режим нам понадобится, чтобы задавать определенную частоту прерываний — например, в часах для отсчета секунд (см. главу 14 ).

Также возможно прерывание по внешнему событию на специальном выводе ICP (вывод 31 ), при этом содержимое счетчика помещается в некий регистр ICR1, а счетчик может обнуляться и начинать счет заново или просто продолжать счет (режим измерения периода внешнего сигнала). Источником таких событий может быть встроенный аналоговый компаратор— это удобно для того, чтобы построить на основе МК частотомер, но, как мы видели ранее— только низкочастотный, не более 5–7 МГц. Некоторые подробности о прерываниях и таймерах вы узнаете также из главы 17 , когда мы будем разбирать режимы энергосбережения.

В AT90S8535 и во всех Mega (кроме Mega8515) есть как минимум еще один, третий таймер, который также будучи, как и Timer0, 8-разрядным, может выполнять более интересные вещи (например, работать автономно от остальной системы, когда весь процессор находится в режиме экономии, что позволяет этот таймер использовать в качестве часов реального времени, RTC). Но и это не все: описанные таймеры могут работать в т. н. PWM-режиме, специально предназначенном для их работы в качестве широтно-импульсных модуляторов (ШИМ). Этот режим мы кратко рассмотрим в главе 19 в связи с голосовой сигнализацией.

Кроме таймеров-счетчиков в любом AVR-контроллере есть сторожевой (Wathcdog) таймер. Он предназначен в основном для вывода МК из режима энергосбережения через определенный интервал времени, но может выполнять и простой перезапуск МК при включении питания, например, если работа программы зависит от прихода внешних сигналов, то при их потере (например, из-за сбоев на линии) МК может просто «повиснуть», а Wathcdog-таймер выведет его из этого состояния.

Остальные узлы МК семейства AVR мы рассмотрим по ходу изложения конкретных схем — так будет нагляднее. А тому, как состыковать последовательный интерфейс UART с компьютером, будет посвящена даже отдельная глава 18 . Здесь же мы закончим краткое знакомство с микроконтроллером и перейдем к вопросу о том, как его программировать.

Слово «программирование» в отношении МК имеет двоякий смысл. Во-первых, это собственно процесс написания программы, как и для любых других устройств, содержащих процессор, от холодильников до персональных компьютеров или узлов управления космическими аппаратами. Во-вторых, этим словом также называют процесс загрузки программы в память программ. Чтобы не путаться, мы будем подразумевать под «программированием» МК именно запись программ в память (ее еще называют «прошивкой»), а подготовительный этап будем называть «созданием программы».

Заметки на полях

Отмечу, что каждый, кто хочет всерьез научиться программировать (неважно для чего, хоть для Веба, хоть для микроконтроллеров), должен начинать с изучения фундаментального труда Д. Кнута [10]. К сожалению, Кнут не практикующий программист, а профессор Стэндфордского университета, и как все профессоры, начинает с анализа, доказательств теорем и тому подобной «чепухи», зачем-то очень нужной математикам. Читатель, конечно, понимает, что в этих высказываниях есть значительная доля шутки, но правда заключается в том, что математик потребует доказательства там, где инженеру достаточно заверения авторитета, что такая-то формула справедлива, а доказательства и обоснования со ссылками на древнегреческих авторов его только отвлекают от главного. И все же я очень советую изучить по крайней мере те главы первого тома, которые посвящены машинным языкам, и алгоритмы арифметических действий из второго тома (всего тома три, но я ссылаюсь только на два, так как третий посвящен исключительно алгоритмам сортировки, которые лежат за пределами любительской программистской практики).

Конечно, продираться через многочисленные математические изыски Кнута необязательна, если вы согласны ограничиться готовыми программными модулями, которые с течением времени научитесь править и подстраивать под свои нужды. Материал в этой книге не рассчитан на «крутых» профессионалов, и для его освоения и повторения приведенных здесь конструкций не надо обладать особыми знаниями. Но после ознакомления с работой Д. Кнута во многих вещах вам будет значительно проще разобраться.

В МК AVR встроенная память программ энергонезависимая, и называется «flash-памятью программ», так ее можно отличить от также энергонезависимой памяти для хранения пользовательских данных, которая именуется EEPROM. Если строго следовать терминологии, то flash — это, как вы знаете, разновидность EEPROM, но во всяком случае, встроенная память программ для AVR-контроллеров делается именно по flash-технологии, что позволяет значительно ускорить процесс программирования. Первоначально такое разделение на EEPROM и flash для, по сути дела, одинаковых по функционированию разделов памяти (и то и другое призвано хранить данные при отсутствии питания) приводило еще и к тому, что память программ допускала лишь около 1000 циклов перезаписи, в то время как EEPROM намного больше (порядка 100 000). Так было в семействе Classic и первоначальных выпусках семейств Tuny и Mega. И хотя на практике и того, и другого более чем достаточно, современные МК AVR допускают уже 10 000 циклов перезаписи для памяти программ.