Struktura

Obvody pro distribuci časování hodinového oscilátoru mikrořadiče AVR Atmega32

Obvody pro distribuci časování hodinového oscilátoru mikrořadiče Atmega32

Mikrořadiče AVR Atmega nabízejí několik možností zdroje hodinového signálu. Musíme si připomenout, že od hodinového  oscilátoru jsou odvozené nejrůznější časovací impulzy pro řízení všech vnitřních obvodů uvnitř mikrořadiče. Jakákoliv kolize vzniklá z důvodu časování může mít za následek fatální selhání korektní činnosti mikrořadiče. Od hodnoty kmitočtu též závisí početní výkon mikrořadiče. Zpravdla jsou kladeny dva nejdůležitější požadavky zdroj hodinových impulsů mikrořadiče:

  • Kmitočtová přesnost, pokud jsou mikrořadičem od kmitočtu hodinových impulzů odvozovány časové smyčky a je-li inicializován časovač;
  • Dlouhodobá časová stabilita kmitočtu hodinového oscilátoru, abychom nemuseli provádět kalibraci časových smyček v programu mikrořadiče;
  • Tepelná stabilita kmitočtu hodinového oscilátoru, změny teploty okolí by neměli ovlivňovat časovací obvody a programově řešené smyčky mikrořadiče.

Systému konfigurace zdroje hodinového kmitočtu nejlépe porozumíme z níže uvedeného funkčního blokového schématu mikrořadiče AVR Atmega. Multiplexer pro výběr zdroje hodinového kmitočtu (Clock Multiplexer) připojuje k řídící hodinové jednotce (AVR Clock Control Unit) jeden z možných zdrojů hodinového kmitočtu:

  • Externí integrační RC článek, který určuje kmitočet vntřního hodinového oscilátoru. Tato varianta se používá pro nenáročné aplikace, kde nejsou požadavky na stabilitu a přesnost hodinového kmitočtu. Vzhledem k ceně krystalu tato možnost se v praxi téměř nepoužívá.;
  • Externí zdroj hodinových impulzů, nachází uplatnění při multiprocesorové komunikaci, kdy je potřebné zabezpečit společný zdroj hodinových impulzů pro více mikroprocesorových obvodů. Další řešení pro volbu externího zdroje nabízí připojení etalonového oscilátorů pro dosažení velmi přesného časování mikrořadiče.;
  • Oscilátor s vnějším krystalem, nejčastěji volený zdroj hodinového kmitočtu. Kmitočet hodinového oscilátoru odvozený od jmenovité hodnoty krystalu je ve většině aplikací  časově i tepelně stabilní. Navíc krystaly jsou dnes dodávány s poměrně přesnými jmenovitými hodnotami kmitočtu, takže odpadají nastavovací práce vedoucí k seřízení kmitočtu hodinového oscilátoru.
  • Oscilátor pro připojení nizkofrekvenčního krystalu 32,768 kHz,  takzvaná hodinková frekvence. Tato konfigurace připojení najde nejčastěji uplatnění v alikacích pro konstrukci časoměrného zařízení.;
  • Kalibrovaný RC oscilátor nepotřebuje pro svoji činnost žádné externí elektronické součástky připojované k pouzdru mikrořadiče. Celý oscilátor je integrován do pouzdra mikrořadiče. Tento oscilátor pro svoji jednoduchost a nepříliš dobré fyzikální vlastnosti najde uplatnění v jednoduchých a nenáročných aplikacích, kde se neklade velký důraz na čas. U tohoto oscilátoru je možné kalibrovat kmitočet pomocí přepisování hodnoty speciálního funkčního registru OSCCAL  paměti SRAM mikrořadiče. Výrobce tento registr přednastavuje při výrobě. Konfigurace tohoto zdroje hodinových impulzů nabízí výběr z kmitočtů 1 MHz, 2 MHz, 4 MHz a 8 MHz u mikrořadičů AVR řady Atmega.

Výše uvedené možnosti připojení zdroje hodinového kmitočtu se nastavují nastavováním takzvaných propojek (fuse bitů) pomocí programátoru. Tady je vhodné se  před vlastním přeprogramováním propojek mikrořadiče vždy seznámit s originální technickou dokumentací k danému typu mikrořadiče (tzv. datasheet), abychom si nechtěně neodpojili zdroj hodinového kmitočtu a potom nemohli provést sériové programování mikrořadiče.

 

Obr. 1: Schéma blokového zapojení obvodů distribuce hodinového signálu mikrořadiče AVR Atmega

Déle si o něco podrobněji popíšeme výše uvedené možnosti konfigurace zdroje hodinového signálu

Jako zdroj hodinového signálu může být vybrán:

Interní oscilátor s externím RC článkem

 

Obr. 2:  Schéma připojení RC článku ke generátoru hodinového kmitočtu

 

Externí zdroj hodinových impulzů

Obr. 3: Schéma připojení externího zdroje hodinového kmitočtu

 

Interní oscilátor s vnějším krystalem

Obr. 4: Schéma pro připojení krystalu ke generátoru hodinového kmitočtu

 

Hodinový kmitočet mikrořadiče

  • Interní oscilátor nízké frekvence řízený krystalem
  • Vnitřní kalibrovaný oscilátor RC

 

Tab. 1: Nastavení konfiguračních propojek výběru zdroje hodinového kmitočtu mikrořadiče

 

 

Popis hodinových  impulzů  jádra mikrořadiče:

  • clkCPU hodinové impulsy pro synchronizaci jádra mikrořadiče;
  • clkI/O  hodinové impulzy pro synchronizaci vstupně-výstupních jednotek;
  • clkADC hodinové impulzy pro činnost analogově-digitálního převodníku.

Zdroje

  • HRBÁČEK, Jiří. Komunikace mikrokontroléru s okolím. 1. vyd. Praha: BEN - technická literatura, 1999, 159 s. ISBN 80-86056-42-21.
  • MATOUŠEK, David. Práce s mikrokontroléry ATMEL AVR ATmega16. 1. vyd. Praha: BEN - technická literatura, 2006, 319 s. μC. ISBN 80-730-0174-8.
  • VÁŇA, Vladimír. Mikrokontroléry ATMEL AVR: programování v jazyce C : popis a práce ve vývojovém prostředí CodeVisionAVR C. 1. vyd. Praha: BEN - technická literatura, 2003, 215 s. ISBN 80-730-0102-0.
  • Tovární katalogový list (datasheet Atmega32) společnosti ATMEL Corporation [online]. [cit. 2015-01-28]. Dostupné z: www.atmel.com/products/microcontrollers/avr/default.aspx
  • [online]. [cit. 2015-01-30]. Dostupné z: http://www.atmel.com/images/doc2503.pdf

Obrázky a tabulky

  • Obr. 1, 2, 3, 4: [online]. [cit. 2015-01-30]. Dostupné z: http://www.atmel.com/images/doc2503.pdf
  • Tab. 1: [online]. [cit. 2015-01-30]. Dostupné z: http://www.atmel.com/images/doc2503.pdf

Zapamatuj si

  • Nejčastější způsob nastavení hodinového kmitočtu mikrořadiče je  volba připojení krystalu, když budeme mít zaručený kmitočet jádra mikrořadiče s jmenovitou hodnotou kmitočtu krystalu a takto současně  budeme mít  dostačující teplotní a časovou stabilitu kmitočtu.
  • Výběr časování hodinového oscilátoru se provádí konfigurací propojek CKSEL 0 až 3.
Logolink