ریزکنترل‌گر ای‌وی‌آر

Atmel AVR ATmega8 PDIP
ای‌وی‌آر ، خانواده‌ای از ریزکنترل‌گرهای جدید است که شرکت اتمل، آن را روانه بازار الکترونیک کرده است. این ریزکنترل‌گرهای هشت بیتی به خاطر دارا بودن قابلیت برنامه‌نویسی توسط کامپایلر زبان‌های برنامه‌نویسی سطح بالا، مورد توجه قرار می‌گیرند. این ریزکنترل‌گرها از معماری ریسک برخوردارند. همچنین شرکت اتمل کوشیده‌است تا با استفاده از معماری پیشرفته و دستورهای بهینه، حجم کد تولید شده را پایین آورده و سرعت اجرای برنامه را بالا ببرد. یکی از مشخصات این نوع ریزکنترل‌گرها دارا بودن ۳۲ ثبات همه منظوره است. همچنین در این ریزکنترل‌گرها، از حافظه‌های کم مصرف و غیر فرار فلش و ای‌ای‌پی‌رام استفاده می‌شود.
کامپایلرهایی به زبان بیسیک و C که زبان‌هایی پرکاربردی در دنیا محسوب می‌شوند: برای این نوع ریزکنترل‌گرها طراحی شده‌است. البته در حال حاضر استفاده از کامپایلر بسکام BAScom که نسبت به زبان c بسیار راحت‌تر و سریع‌تر عمل می‌کند جایگزین زبان c شده است. همچنین زبان اسمبلی را نیز می‌توان برای برنامه‌نویسی به کار برد.
برای نمونه کامپایلر بسکام با زبان بیسیک برای برنامه‌نویسی این نوع از ریزکنترل‌گرها می‌تواند به کار رود. همچنین نرم‌افزار CodeVision، برای برنامه‌نویسی به زبان C (سازگار با این ریزکنترل‌گرها) بسیار رایج است (البته این برنامه بیشتر میان کاربران ایرانی رواج دارد، در میان کاربرهای خارجی کمتر دیده شده و بیشتر از برنامه رسمی شرکت Atmel استفاده می‌شود).
پیشینه
میکروکنترلر ای‌وی‌آر در سال ۱۹۹۶ توسط شرکت اتمل ساخته‌شد. معماری ریزکنترل‌گر توسط Alf-Egil Bogen و Vegard Wollan دانشجویان دانشگاه صنعتی نروژ طراحی شد.
واحد میکروکنترل‌گر اصلی ای‌وی‌آر در خانه ASIC محلی تروندهایم نروژ که Nordic VLSI نامیده می‌شد (اکنون Nordic Semiconductor) جایی که Vegard و Bogan به عنوان دانشجو فعالیت می‌کردند طراحی گردید.
شرکت اتمل می‌گوید نام ای‌وی‌آر یک مخفف نیست به نام خاصی اشاره نمی‌کند. سازندگان ای‌وی‌آر پاسخ مشخصی به این پرسش ندادند. اما به هر صورت به نظر می‌رسد که این نام مخفف است.
انواع ریزکنترل‌گرهای AVR
میکروکنترلرهای خانواده AVR بر اساس معماری ماشین تعدیل شده هاروارد (Modified Harvard) می‌باشد، جایی که برنامه اصلی میکروکنترلر و اطلاعات ذخیره می‌گردد در فضایی جداگانه و با آدرس‌های جدا از همدیگر می‌باشند اما میکروکنترلرهای آی وی آر قابلیت خواندن اطلاعات را از حافظه برنامه با استفاده از دستوارت مخصوصی دارا می‌باشد.
خانواده‌های اصلی AVR
TinyAVR - سری
۰٫۵–۱۶ کیلوبایت حافظه برنامه
بسته‌بندی ۶–۳۲ پایه
لوازم جانبی محدودتر
megaAVR - سری ATmega
۴–۵۱۲ کیلوبایت حافظه برنامه
بسته‌بندی ۲۸–۱۰۰ پایه
راهنماهای بیشتر
لوازم بیشتر
classic AVR (از نظر امکانات بین دو گروه بالا) مثل AT90S8535
Xmega - سری ATxmega
۱۶–۳۸۶ کیلوبایت حافظه برنامه
بسته‌بندی ۴۴-۶۴-۱۰۰ پایه
بهبود کارکرد
لوازم جانبی زیاد به دلیل وجود ADCها
AVR کاربرد خاص
مانند سری MegaAVR اما با ویژگی‌های افزوده مانند کنترلر کنترلر ال سی دی، کنترلر USB و …
FPSLIC (ای وی آر همراه با مدار مجتمع دیجیتال برنامه‌پذیر)
مدار مجتمع دیجیتال برنامه‌پذیر ۵هزار تا ۴۰هزار گیت
حافظه SRAM برای کد برنامه‌ای وی آر
هسته‌ای وی آر تا ۵۰ مگاهرتس
AVR 32 بیت
در سال ۲۰۰۶ شرکت اتمل میکرو کنترلرهایی را ارائه نمود که اساس معماری آنها ۳۲ بیتی (AVR32) بود، که این سری از میکروکنترلرها شامل یک دستور چند داده(SIMD) و پردازشگر سیگنال دیجیتال(DSP) بود که به تنهایی قادر به پردازش صدا و تصویر می‌باشند. این میکروکنترلرهای ۳۲ بیتی به منظور رقابت با ریزپردازنده‌های بر اساس معماری ARM تولید شد، دستورالعمل‌های این میکرو بر اساس معماری هسته‌های RISC می‌باشد، در حالی که به هیچ وجه دستوارت میکروکنترلرها AVR32 و هیچ‌کدام از میکروهای ARM یکی نمی‌باشد.
ساختار و بخش‌های میکروکنترلرهای AVR
در تمامی میکرو کنترهای AVR بخشهای Flash و SRAM و EEPROM همگی در یک چیپ آی سی قرار دارند و برای انتخاب و اتصال حافظه‌های خارجی نیازمند برنامه‌نویسی می‌باشد. بعضی از شماره‌های میکروکنترلرها دارای یک تعداد پایه خروجی به عنوان BUS برای اتصال موازی حافظه خارجی به میکرو کنترلر می‌باشند. همچنین اکثر میکروهای AVR (به غیر از بعضی شماره‌های ATtiny) دارای رابط سریال می‌باشند که از آنها می‌توان برای اتصال میکرو به EEPROM یا حافظه خارجی سریال با ظرفیت بیشتر استفاده نمود.
حافظه برنامه پذیر(FLASH)
حافظه اطلاعات داخلی (SRAM)
ریجیسترهای داخلی جهت برنامه‌ریزی
پورت‌های ورودی و خروجی GPIO
درگاهها ورودی / خروجی (I/O )به سیگنال‌های دیجیتال بیرونی امکان می‌دهند که با میکرو کنترلر ارتباط پیدا کند. درگاههای I/O معمولا به صورت گروههای 8 بیتی دسته بندی می‌شوند و به هر گروه نیز نام خاصی اطلاق می‌شود. به عنوان مثال ، میکروکنترلر mega32 دارای 32 درگاه ورودی / خروجی می‌باشد که PB, PA, PD, PC نامیده می‌شوند. در تعدادی از میکرو کنترلرها ، جهت خطوط درگاه I/O قابل برنامه‌ریزی می‌باشد. لذا بیت‌های مختلف یک درگاه را می‌توان به صورت ورودی یا خروجی برنامه‌ریزی نمود. در برخی دیگر از میکروکنترلرها (از جمله میکروکنترلرهای AVR) درگاههای I/O به صورت دو طرفه می‌باشند. هر خط از درگاه I/O این گونه میکرو کنترلرها را می‌توان به صورت ورودی یا خروجی مورد استفاده قرار داد . معمولا ، این گونه خطوط خروجی ، به همراه مقاومتهای بالا کش بیرونی به کار برده می‌شوند.
یک پورت از ۸ عدد پین تشکیل شده است که هر کدام از این پین‌ها دارای یک مقدار مشخص شده می‌باشد.مثلا Portb میکرو کنترلر avr از ۸ عدد پین که هر کدام دارای مقدار مشخص می‌باشد .مثلا پورت B در میکرو از ۸ پایه تشکیل شده است که برای هر پایه نامی مشخص شده است.
به پایه شماره ۱ از پورت PB0 گفته می‌شود.
به پایه شماره ۲ از پورت PB1 گفته می‌شود.
به پایه شماره ۳ از پورت PB2 گفته می‌شود.
به پایه شماره ۴ از پورت PB3 گفته می‌شود.
به پایه شماره ۵ از پورت PB4 گفته می‌شود.
به پایه شماره ۶ از پورت PB5 گفته می‌شود.
به پایه شماره ۷ از پورت PB6 گفته می‌شود.
به پایه شماره ۸ از پورت PB7 گفته می‌شود.
این پایه‌ها به ترتیب بر اساس سیستم دودوهی اولویت بندی و مقدار دهی شده‌اند.
مثلا:اگر شما به همه ۸ تا پین‌های پورت ، صفر منطقی (صفر ولت ) وصل نمایید مقدار خوانده شده میکرو از این پورت ۰ است.به این صورت که میکرو ابتدا مقدار پایه PB0 را خوانده و در عددی که برای ان مشخص شده ضرب میکند که طبق جدول بالا این عدد مقدارش ۱ می‌باشد در نتیجه مقدار خوانده شده از ورودی که صفر است ( به دلیل وصل کردن این پایه به صفر ولت ) را در ۱ ضرب می‌کند و جواب صفر می‌شود. برای بقیه پایه نیز این عمل را انجام می‌هد و سپس در مرحله اخر تمامی جواب‌ها را با هم جمع می‌کند.
حافظه EEPROM
سرعت پردازنده میکروکنترلر MUC SPEED
سرعت پردازنده میکروکنترلرها بصورت معمول بین ۰تا۱۶ مگاهرتز می‌باشد همچنین در بعضی قابلیت افزایش تا ۲۰ مگاهرتز و در بعضی خانواده‌ها تا ۳۲ مگاهرتز را دارا می‌باشد.
رابط‌های برنامه‌ریزی
راه‌های زیادی برای برنامه‌ریزی (پروگرم) کردن میکروکنترلرهای AVR وجود دارد و هر خانواده روش خاص خود را دارد:
ISP
6- and 10-pin ISP header diagrams
روش برنامه‌ریزی درون مجموعه توسط پروتکل گذرگاه ارتباط جانبی سریال به علاوه کمی وررفتن با پین RESET کار می‌کند و پر استفاده‌ترین روش است. تا هنگامی که پین‌های SPI میکروکنترلر به چیزی که اختلال وارد کند وصل نشده، ریزپردازنده AVR می‌تواند سرجای خود روی PCB باقی بماند. تنها چیزی که نیاز داریم یک کانکتور ۶-پایه و مبدل برنامه‌ریزی است.
مبدل Atmel AVR ISP mkII به درگاه USB متصل به گذرگاه سری یا مستقیم به گذرگاه سری رایانه وصل شده و توسط نرم‌افزار ATMEL Studio از پروتکل ISP قطعه را پروگرم می‌کند.
همچنین نرم‌افزارAVRDUDE (مخفف AVR D ownloader/ U ploa DE r) که روی سیستم عامل‌های لینوکس، فری بی‌اس دی، ویندوز و Mac OS X اجرا می‌شود، برای مبدل‌های گوناگون رسمی و غیررسمی (DIY) کار می‌کند.
PDI
سیستم برنامه‌ریزی و دیباگ کردن میکرو کنترلرها که یکی از خصوصیات میکروهای AVR برای برنامه‌ریزی به وسیله ابزارهای خارجی و دیباگ و عیب یابی بر روی برد می‌باشد
ولتاژ بالای سریال HIGH VOLTAGE SERIAL
ولتاژ بالای موازی HIGH VOLTAGE PARALLEL
بوت لودر BOOT LOADER
ROM