Avr микроконтроллер как подключить

:: ПОДКЛЮЧЕНИЕ ATMEL AVR ::
СТАБИЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА


Избитая шутка в исполнении Бибота и Бобота.

Питание микроконтроллеров AVR и тактовая частота

Для создания экспериментальных роботов подойдут микроконтроллеры любой группы. К тому же, если вы, например, захотите поставить ATmega8 в схему с питанием 3 вольта и запустить его на невысокой тактовой частоте, то ничего страшного не произойдет: в таком режиме он будет успешно работать. Единственное, что нельзя будет гарантировать, так это устойчивый запуск микроконтроллера при крайних значениях температур, да и ток потребления будет выше, чем у ATmega8L.

Таким образом, мы можем говорить, что если требуется максимальное быстродействие, то надо ставить ATtiny26 или ATmega8 и повышать тактовую частоту до 8. 16 МГц при питании 5 В. Если важнее всего экономичность вашего робота, то лучше применить ATtiny26L или ATmega8L и понизить частоту и питание. Хорошим вариантом во втором случае может быть питание от трех пальчиковых аккумуляторов по 1,2 В, что в сумме дает 3,8 В или от трех алкалиновых батарей по 1,5 В, что в сумме даст 4,5 В.

Хотя в datasheets [2] указывается максимальное рекомендуемое напряжение в 5,5 В, тем не менее на практике очень часто используют напряжение питания 6 В: микроконтроллер AVR можно запитать от четырех батарей по 1,5 В. Это удобно также в тех случаях, когда не используется раздельное с моторами питание. При этом стоит учитывать, что чем выше частота, тем выше потребление энергии, а соответственно, и нагрев микросхемы. Т. е. в данном случае лучше не запускать микроконтроллер на крайнем значении тактовой частоты. Стоит также учитывать, что максимальный ток через выводы GND, VCC не должен превышать 200 мА.

Чтобы сгладить возможные броски напряжения, особенно в схемах с общим питанием для микросхем и моторов, параллельно питающим линиям включают электролитический конденсатор 100-1000 мкф (C1), который обычно дополняют керамическим конденсатором около 0,1 мкф (C2) для фильтрации высокочастотных и среднечастотных помех (точный номинал этого конденсатора можно расчитать только тогда, когда точно известна паразитная частота).


Кроме того, чтобы развязать питание моторов и микросхем, в положительную линию питания микроконтроллера включают диод, например, 1N4001 или 1N4004.

В экспериментальной и hobby-робототехнике часто применяют сборки батарей с напряжением 9 В и даже 12-вольтовые аккумуляторы. В этих случаях ставят пятивольтовый стабилизатор положительного напряжения КР142ЕН5А или его зарубежный аналог 7805.

Подключение питания к микроконтроллеру AVR

Среди микроконтроллеров AVR существуют микросхемы, имеющие двойное питание: «цифровое» (выводы VCC и GND) и «аналоговое» (AVCC и AGND, который часто обозначают просто GND). К таким микросхемам относятся, например, ATmega8 и ATtiny26. В стандартном включении выводы VCC и AVCC закорачивают между собой. Выводы GND уже замкнуты внутри микроконтроллера через сопротивление 0,7 Ом, и их обычно просто соединяют с «землей».

Керамические конденсаторы С1 и С2 емкостью 0,1 мкф располагают максимально близко от «своих» по схеме выводов. Если у микроконтроллера AVR нет вывода AVCC, то, вместо двух, ставят один конденсатор. На практике так часто поступают и для микросхем с двойным питанием.

Если используется встроенный аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), то вывод AVCC подключают к напряжению питания VCC через резистор около 100 Ом. Кроме того, для уменьшения помех применяют последовательный LC-фильтр для питания.

Снижение риска непреднамеренного сброса

Как уже говорилось выше, линия RESET имеет внутренний резистор привязки к шине питания для увеличения помехозащищенности, который калибруется на фабрике при изготовлении микроконтроллера. Кроме того, микроконтроллеры AVR второго поколения имеют улучшенную защиту от кратковременных (brown-out) и полных (black-out) просадок питания. Исходя из этого в простых схемах на AVR иногда обходятся без дополнительных мер по отношению к выводу RESET и даже оставляют его висящим в «воздухе» [3].

Такой подход может быть применим для экспериментального макетирования и любительских самоделок, но в промышленной автоматике может приводить к сбоям при помехах по питанию. В условиях сильных внешних помех сопротивление этого резистора (100-500 кОм) оказывается слишком большим, и при отсутствии на линии RESET сигнала высокого уровня может происходить случайный сброс микроконтроллера.

Для дополнительной защиты линии RESET от внешних помех рекомендуется также шунтировать ее на землю с помощью внешнего конденсатора емкостью около 0,1 мкф. Но при этом необходимо помнить, что вход внешнего сброса RESET может использоваться однопроводным интерфейсом debugWIRE при отладке программного обеспечения микроконтроллера. Наличие конденсатора, подключенного параллельно входу RESET, будет приводить к сбоям в работе этого интерфейса. Поэтому, если планируется отлаживать микроконтроллер на целевой плате с помощью debugWIRE, необходимо предусмотреть перемычку, чтобы отключать этот конденсатор на время отладки прикладного программного обеспечения.


Для поддержки режима высоковольтного программирования микроконтроллеры AVR не имеют стандартного внутреннего диода для защиты от избыточного напряжения на входе RESET. Поэтому, если высоковольтное программирование не используется, для защиты от помех рекомендуется подключать внешний диод, например 1N4148 между линией RESET и шиной питания микроконтроллера. Таким образом, типовая схема внешней «обвязки» для линии RESET будет выглядеть следующим образом.

Если же линия сброса не используется и внутрисхемное программирование не требуется, то в законченном устройстве вывод RESET может быть присоединен непосредственно к шине питания микроконтроллера.

При отладке сложных программ может понадобиться осуществление принудительного сброса микроконтроллера. В этом случае удобно добавить в схему кнопку сброса, замыкание контактов которой будет подавать сигнал низкого уровня на вход RESET. Кнопку сброса обычно подключают вместе со стандартной RC-цепочкой.

Контакты кнопки при внутрисхемном программировании должны обязательно находиться в разомкнутом состоянии.

Микроконтроллер в схеме с электромоторами


Для того чтобы снизить помехи от «искрящих» цепей электродвигателей, параллельно двигателям включают керамические конденсаторы 0,01. 0,1 мкф. Конденсаторы располагают непосредственно на самих контактах двигателей.

Дополнительной мерой может служить шунтирование каждого контакта электродвигателя на его корпус или на «землю».

Емкость керамических конденсаторов С2 и С3 в этом случае также может лежать в диапазоне 0,01. 0,1 мкф


При установке микроконтроллера в непосредственной близости от двигателей следует позаботиться о снижении риска возможных наводок на внешние цепи AVR. Так, цепь внешнего тактирования может служить транзитным путем для наводок. Чтобы устранить возможные сбои, рекомендуется конденсаторы С1 и С2 устанавливать как можно ближе к выводам XT1 и XT2, а их «земляные» обкладки подключать непосредственно к выводу GND микроконтроллера короткими проводниками. Кроме того, рекомендуется корпус кварцевого резонатора Q1 припаивать коротким проводом к цепи GND. Еще большую безопасность может обеспечить экранирующий контур на печатной плате вокруг кварцевого резонатора и конденсаторов.

Это оригинальная статья myROBOT.ru
Постоянный адрес статьи: http://myrobot.ru/articles/mc_stab.php

1.
Ко второму поколению микроконтроллеров AVR можно отнести почти все микроконтроллеры семейств ATmega и ATtiny.
вернуться

С.М. Рюмик Микроконтроллеры AVR. «Радiоаматор», №№ 1-7, 2005г.

Источник

Как подключать микроконтроллер

Если вас интересует подключение микроконтроллера (здесь и далее МК), а также подключения к нему кнопки, питания, или светодиода. Или вы хотите знать что делать с выводами AREF или AGND, что представляет собой AVCC. И собственно понять как все таки подключить микроконтроллер то данная статья сможет вам слегка приоткрыть занавес в изучении мира микроконтроллеров.

Все нижеописанное относится к AVR контроллерам, но в случае с PIC все процедуры схожи, из-за единства принципов.

Питание микроконтроллера

В своей работе МК использует электроэнергию. Поэтому для того, чтобы правильно выполнить подключение микроконтроллера, требуется напряжения от 1.8 до 5 В. Любой МК AVR работает с напряжением от 5 Вольт. Поэтому примем это напряжение как эталон от него и будем отталкиваться. Оно имеет обозначение VCC.

Нулевой вывод — это GND. Если рассматривать блок питания ПК, то провод черного цвета является здесь GND (к тому же, провод Земли как правило черный), провод красного цвета — это +5, станет VCC.

Если вы в качестве питания для микроконтроллера планируете использовать батарейки, то минус батареек обозначим как GND, а их плюс, как VCC.

При этом важно, чтобы напряжение от батарей сохранялось в нужных лимитах для конкретной модели МК. Эти данные указаны в datasheet (документации) на микроконтроллер.

Такой вопрос как подключение микроконтроллера должен учитывать то, что существуют низковольтные модели (как 2313V), их нижний уровень напряжения будет значительно занижена. Также важны частоты. Здесь показано то, как наибольшая частота может зависеть от напряжения. Очевидно, что при низком уровне, предельные частоты будут ниже. При том низковольтные модели вдвое медленней высоковольтных. Но их можно разогнать, как и любой процессор.

Все, что требуется AVR контроллерам для функционирования, это питание. На входы VCC необходимо подавать 5 В. (или же другое значение в зависимости от модели), а входы GND необходимо заземлить.

МК может иметь и ни один вход VCC, а несколько, это же относится и к GND входам (в особенности если они помещены в квадратный корпус TQFP, где питалово на виду). Важно, чтобы питание кристалла было равномерным со всех сторон, для избежания перегрева внутренних питательных цепей.

Иначе может возникнуть ситуация типа следующей: допустим, вы осуществили подключение питалова лишь с одной из сторон чипа. С другой стороны решили установить на каждую портовую линию светодиод, и затем все их сразу и зажгли.

Реакция устройства будет такова: внутренняя шина питания, не поняв заданного параметра электричества, исчезла, а процессор, казалось бы не имея на то никаких причин, вдруг сгорел.

Поэтому очень важно производить правильное подключение всех выводов GND и VCC. Необходимо соединить их требуемым образом и подать нужное питание.

AVCC и AGND — это питание аналогоцифрового преобразователя и аналоговая земля. АЦП измеряет напряжение, подавать на него питание лучше при помощи фильтров, чтобы избежать пагубного влияния помех в электроцепи.

Поэтому в схемах земля бывает аналоговой и цифровой (соединение их должно присутствовать только в 1 точке). Напряжение на AVCC нужно подавать при помощи дроссельного фильтра.

Если не требуется применение АЦП и отсутствует необходимость в точных расчетах измерений, то на AVCC просто подайте 5 вт, равно как и на AGND и VCC, посадите на землю, как и все остальное. Но подключать их нужно!

Простое подключение микроконтроллера AVR

Все это нужно, чтобы контроллер мог заработать. VСС провод до программатора указан пунктирной линией, ибо является опциональным. При наличии внешнего источника питания, в нем необходимости нет. Но все-таки лучше сначала питать общею систему (МК и программатор) от единого источника, так как это даст возможность с успехом опробовать прошивку.

Следует использовать внешние навесные элементы.

Как видишь, добавился дроссель в цепь питания AVCC, а также конденсаторы. Хорошим тоном является ставить керамический конденсатор на сотню нФ между VCC и GND у каждой микросхемы (а если у микрухи много входов питания и земель, то между каждым питанием и каждой землей) как можно ближе к выводам питания — он сгладит краткие импульсные помехи в шине питания вызванные работой цифровых схем. Конденсатор на 47 мкФ в цепи питания сгладит более глубокие броски напряжения. Конденсатор между AVCC и GND дополнительно успокоит питание на АЦП.

Вход AREF это вход опорного напряжения АЦП. Туда вообще можно подать напряжение относительно которого будет считать АЦП, но обычно используется либо внутренний источник опорного напряжения на 2.56 вольта, либо напряжение на AVCC, поэтому на AREF рекомендуется вешать конденсатор, что немного улучшит качество опорного напряжения АЦП(а от качества опоры зависит адекватность показаний на выходе АЦП).

Схема сброса

Резистор на RESET. AVR имеет собственную схему сброса, сигнал RESET оснащен резистором на 100 кОм к VCC. Но это не надежно! Лучше подтянуть RST до питания при помощи резистора 10 кОм.
Еще одна схема сброса

Ее преимущество в том, что когда схема включается, конденсатор находится в разряженном состоянии и напряжение на RST почти нулевое, микроконтроллер не начинает свою работу, ибо ему выдается непрерывный сброс. Но вскоре конденсатор получит заряд через резистор и напряжение на RST составит лог1, и МК будет запущен.

Задержка равняется T=R*C ( в примере: 1 сек.). Она требуется, чтобы МК не начал работать раньше остальных устройств.

Тактовый сигнал и его источник

Тактовый генератор является центром МК. По всем импульсам происходят различные операции в контроллере — данные ходят по шинам и регистрам, выводы портов переключаются, и т.д. При большей скорости тактовой частоты, МК будет быстрее выполнять свою работу и использовать большее количество энергии.

Задают импульсы при помощи встроенного в МК тактового генератора, или внешнего. Быстрота внутреннего генератора может зависеть от настроек МК и обвязки.

Плюсы различных схем

При наличии внутренней цепи RC мы может получить экономию места на плате, не потребуются дополнительные элементы, но не будет максимальной частоты, плюс она будет зависеть от температуры.

Внешний кварц является точным, нужны дополнительные элементы. Возможен максимальный уровень производительности МК.

Методы тактования МК можно посмотреть в даташите в System Clock and Clock Options, при этом важна конфигурация фьюз битов. Фьюз биты лучше не трогать, если пока вы не являетесь спецом в настройках.

Как подключить кнопку или светодиод к микроконтроллеру

Если говорить о взаимодействии с внешней средой, то в качестве самостоятельного устройства микроконтроллер не представляет особого интереса — просто что-то там внутри сам с собой тикает. А если вы решите отобразить его действия, то уже станет интереснее.

Светодиод или кнопку можно подключить используя ряд нехитрых операций:

Для кнопки необходимо выбрать ножку I/O, и произвести ее подключение при помощи кнопки на землю. Конфигурация самого вывода будет представлять собой DDRxy=0 PORTxy=1 (вход с подтяжкой).

При этом, если кнопка не находится в нажатом положении, при помощи подтягивающего резистора, вход будет иметь большое напряжение, а из бит PINху при чтении мы получим 1. При нажатой кнопке, вход будет на земле, а напряжение на этом входе упадет до нулевого, из PINxy будет прочитываться 0. По нулевым позициям в битах PINх регистра нам становится известно о нажатом состоянии кнопки.

Пунктиром выделен еще один подтягивающий резистор. Хотя внутри AVR возможно подключение к порту подтяжки, она будет ненадежной: 100 кОм. Поэтому она может быть просто придавлена к земле при помощи наводки или помехи, что даст ложное срабатывание. Для хорошей схемы необходима внешняя подтяжка на 10 кОм.

Способы подключения светодиода к порту

Всего существуют 2 схемы:

В первом случае диод зажигается при выдаче в порт логический ноль: уровень низкий (близок к нулю). При втором способе, чтобы диод зажегся, следует выдать в порт логическую единицу: уровень высокий, приравненный к значению VCC.

Для AVR подходит любой их этих способов, но старые модели МК тянули вниз лучше, поэтому Порт-Питание более популярен. Настройка вывода порта на выход для светодиода (DDRxy=1), при этом, зависимо от параметра в PORTxy ножка будет иметь либо низкое либо высокое напряжение.

Производить подключение светодиода следует через резистор. Так как уровень прямого сопротивления светодиода небольшой. И при отсутствии лимитов проходящего сквозь него тока, он может сгореть, а также прожечь вывод МК. Для нормальной работы светодиода достаточно примерно 3…15 мА.

Источник

READ  Как подключить роуминг на мегафоне в краснодарском крае
Поделиться с друзьями
Как подключить и установить...
Adblock
detector