Гирокомпас "Гюйс"

Таблица 2.2.

Сравнительные характеристики микроконтроллеров  ATMEL.

Анализируя данные таблиц 2.1 и 2.2, приходим к выводу, что из микроконтроллеров MICROCHIP наиболее подходящим является PIC16C63 и PIC16F873, а из микроконтроллеров ATMEL больше всего подходит ATmega8 (в таблицах они выделены серым цветом). ATmega8 имеет по сравнению с PIC немного меньшую максимальную тактовую частоту (16МГц против 20МГц), но так как микроконтроллеры ATMEL AVR имеют примерно в 4 раза большую производительность и к тому же дешевле, чем PIC16F873 также имеющий FLASH память программ, то очевидным становится выбор именно в пользу ATmega8, который и будет использован для реализации устройства.

2.2. Краткое описание выбранного  микроконтроллера.

2.2.1. Отличительные особенности  МК ATmega8.

• 8-разрядный высокопроизводительный AVR микроконтроллер с малым потреблением
• Прогрессивная RISC архитектура
• 130 высокопроизводительных команд, большинство команд выполняется за один тактовый цикл
• 32 8-разрядных рабочих регистра общего назначения Полностью статическая работа
• Приближающаяся к 16 MIPS (при тактовой частоте 16 МГц) производительность
• Встроенный 2-цикловый перемножитель
• Энергонезависимая память программ и данных
• 8 Кбайт внутрисистемно программируемой Flash памяти (In-System Self-Programmable Flash)
• Обеспечивает 1000 циклов стирания/записи
• Дополнительный сектор загрузочных кодов с независимыми битами блокировки
• Обеспечен режим одновременного чтения/записи (Read-While-Write)
• 512 байт EEPROM
• Обеспечивает 100000 циклов стирания/записи
• 1 Кбайт встроенной SRAM
• Программируемая блокировка, обеспечивающая защиту программных средств пользователя
• Встроенная периферия
• Два 8-разрядных таймера/счетчика с отдельным предварительным делителем, один с режимом сравнения
• Один 16-разрядный таймер/счетчик с отдельным предварительным делителем и режимами захвата и сравнения
• Счетчик реального времени с отдельным генератором
• Три канала PWM
• 8-канальный аналого-цифровой преобразователь (в корпусах TQFP и MLF)
• 6 каналов с 10-разрядной точностью
• 2 канала с 8-разрядной точностью
• 6-канальный аналого-цифровой преобразователь (в корпусе PDIP)
• 4 канала с 10-разрядной точностью
• 2 канала с 8-разрядной точностью
• Байт-ориентированный 2-проводный последовательный интерфейс
• Программируемый последовательный USART
• Последовательный интерфейс SPI (ведущий/ведомый)
• Программируемый сторожевой таймер с отдельным встроенным генератором
• Встроенный аналоговый компаратор
• Специальные микроконтроллерные функции
• Сброс по подаче питания и программируемый детектор кратковременного снижения напряжения питания
• Встроенный калиброванный RC-генератор
• Внутренние и внешние источники прерываний
• Пять режимов пониженного потребления: Idle, Power-save, Power-down, Standby и снижения шумов ADC
• Выводы I/O и корпуса
• 23 программируемые линии ввода/вывода
• 28-выводной корпус PDIP, 32-выводной корпус TQFP и 32-выводной корпус MLF
• Рабочее напряжение 4,5 - 5,5 В
• Рабочая частота 0 - 16 МГц

2.2.2. Программная модель микроконтроллеров AVR.

Так же, как и у других встраиваемых микроконтроллеров, система команд АVR включает команды арифметических и логических операций, команды передачи данных, команды, управляющие последовательностью выполнения программы и команды операций с битами [13].

Имея 16-разрядную ячейку памяти программ, AVR отличаются богатством своей системы команд по сравнению с другими RISC-микроконтроллерами. Система команд AVR микроконтроллеров, содержит 121 инструкцию.

На рисунке 2.1 изображена программная  модель AVR-микроконтроллеров, которая представляет собой диаграмму программно доступных ресурсов AVR. Центральным блоком на этой диаграмме является регистровый файл на 32 оперативных регистра (R0-R31), непосредственно доступных ALU. Старшие регистры (рис. 2.2) объединены парами и образуют три 16-разрядных регистра, предназначенных для косвенной адресации ячеек памяти (AVR без SRAM имеют только один 16-битный регистр Z).

Все арифметические и логические операции, а также часть операций работы с битами выполняются в ALU только над содержимым оперативных регистров. Следует обратить внимание, что команды, которые в качестве второго операнда имеют константу (SUBI, SBCI, ANDI, ORI, SBR, CBR), могут использовать в качестве первого операнда только регистры из второй половины регистрового файла (R16-R31). Команды 16-разрядного сложения с константой ADIW и вычитания константы SBIW в качестве первого операнда используют только регистры R24, R26, R28, R30.

Во время выполнения арифметических и логических операций или операций работы с битами ALU формирует те или иные признаки результата операции, то есть устанавливает или сбрасывает биты в регистре состояния SREG (Status Register) (рис.2.3).

Бит С (carry) устанавливается, если во время выполнения операции был перенос из старшего разряда результата;

Бит Z (zero) устанавливается, если результат операции равен 0;

Бит N устанавливается, если MSB (Most Significant Bit - старший бит) результата равен 1 (правильно показывает знак результата, если не было переполнения разрядной сетки знакового числа);

Бит V устанавливается, если во время  выполнения операции было переполнение разрядной сетки знакового результата;

Бит S = N + V (правильно показывает знак результата и при переполнении разрядной сетки знакового числа);

Бит H устанавливается, если во время выполнения операции был перенос из 3-го разряда результата.

Признаки результата операции могут  быть затем использованы в программе для выполнения дальнейших арифметико-логических операций или команд условных переходов.

Выполнять арифметико-логические операции и операции сдвига непосредственно над содержимым ячеек памяти нельзя. Нельзя также записать константу или очистить содержимое ячейки памяти. Система команд AVR позволяет лишь выполнять операции обмена данными между ячейками SRAM и оперативными регистрами. Достоинством системы команд можно считать разнообразные режимы адресации ячеек памяти. Для передачи данных кроме прямой адресации имеются следующие режимы: косвенная, косвенная с пост-инкрементом, косвенная с пред-декрементом и косвенная со смещением.

В ячейках оперативной памяти организуется системный стек, который используется автоматически для хранения адресов  возврата при выполнении подпрограмм, а также может использоваться программистом для временного хранения содержимого оперативных регистров (команды PUSH и POP). (Микроконтроллеры, не имеющие SRAM, содержат трехуровневый аппаратный стек).

Размер стека, организуемого в  оперативной памяти, ог