ریزکنترل‌گر ای‌وی‌آر

اِی‌وی‌آر ،یا میکروکنترلر AVR خانواده‌ای از ریزکنترل‌گرها است که از سال 1996 توسط شرکت اتمل توسعه داده شده و در سال 2016 توسط شرکت Microchip خریداری شده. این ریزکنترل‌گرهای 8 بیتی از پردازنده RISC مبتنی بر معماری هاروارد استفاده میکنند. AVR یکی از اولین خانواده های ریزکنترلگر بود که از حافظه غیر فرّار FLASH برای ذخیره سازی برنامه اجرایی استفاده کرد ، در حالی که اغلب ریزکنترلگر های آن زمان از حافظه غیر فرار EPROM, EEPROM, ROM استفاده میکردند . یکی از مشخصات این نوع ریزکنترل‌گرها دارا بودن ۳۲ ثبات همه منظوره است. همچنین در این ریزکنترل‌گرها، از حافظه‌های کم مصرف و غیر فرار ای‌ای‌پی‌رام برای ذخیره سازی اطلاعات جانبی استفاده می‌شود.

کامپایلرهایی به زبان بیسیک و C که زبان‌هایی پرکاربردی در دنیا محسوب می‌شوند، برای این نوع ریزکنترل‌گرها طراحی شده‌است. همچنین زبان اسمبلی را نیز می‌توان برای برنامه‌نویسی این ریزکنترلگر به کار برد.
برای نمونه کامپایلر بسکام با زبان بیسیک برای برنامه‌نویسی این نوع از ریزکنترل‌گرها می‌تواند به کار رود. همچنین برای برنامه نویسی این ریزکنترلگر با زبان C نرم‌افزار CodeVision در ایران و هند و Atmel Studio در کشور های غربی رایج است.

 تاریخچه 
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.Archived at Ghostarchive and the Wayback Machine: 

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 

 خانواده‌های اصلی AVR 
 TinyAVR - سری ATtiny
 ۰٫۵–۱۶ کیلوبایت حافظه برنامه
 بسته‌بندی ۶–۳۲ پایه
 پریفرال ها و امکانات محدودتر

 megaAVR - سری ATmega
 ۴–۲۵۶ کیلوبایت حافظه برنامه
 بسته‌بندی ۲۸–۱۰۰ پایه
 پریفرال ها و امکانات بیشتر نسبت به سری Tiny
 نمونه : ATMEGA8, ATMEGA328 

 classic AVR - سری AT90
 اولین سری از میکروکنترلر های AVR
 از نظر ویژگی ها بین سری Tiny و Mega قرار میگیرد
 نمونه ها  : AT90S8535, AT90S2313

 Xmega - سری ATxmega
 ۸–۳۸۴ کیلوبایت حافظه برنامه
 بسته‌بندی ۳۲-۴۴-۶۴-۱۰۰ پایه
 بهبود کارایی و قدرت پردازشی نسبت به سری Tiny و Mega
 پریفرال ها و امکانات متنوع مانند DAC
 نمونه : ATXMEGA128

 AVR کاربرد خاص
 مانند سری MegaAVR اما با ویژگی‌های افزوده مانند کنترلر کنترلر ال سی دی، کنترلر USB و ...
برای کاربرد های خاص.

 FPSLIC (اِی وی آر همراه با مدار مجتمع دیجیتال برنامه‌پذیر)
 مدار مجتمع دیجیتال برنامه‌پذیر ۵هزار تا ۴۰هزار گِیت
 حافظه SRAM برای کد برنامه اِی وی آر
 هسته اِی 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.
این سری برای کاربرد هایی با نیاز به توان پردازشی بالاتر نسبت به سری Mega و Tiny مناسب است.

 ساختار و بخش‌های میکروکنترلرهای AVR 
میکروکنترلرهای خانواده AVR بر اساس معماری ماشین تعدیل شدهٔ 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.
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) 

 حافظهٔ 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 معمولاً به صورت گروه‌های هشت بیتی دسته‌بندی می‌شوند و به هر گروه نیز نام خاصی داده 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 . معمولاً، این گونه خطوط خروجی، به همراه مقاومتهای بالا کش بیرونی به کار برده می‌شوند.

یک پورت از ۸ عدد پین تشکیل شده‌است که هر کدام از این پین‌ها دارای یک مقدار مشخص شده می‌باشد . مثلاً Portb میکرو کنترلر avr از ۸ عدد پین که هر کدام دارای مقدار مشخص می‌باشد  . مثلاً پورت B در میکرو از ۸ پایه تشکیل شده‌است که برای هر پایه نامی مشخص شده‌است.

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.

مثلاً: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 می دهد و سپس در مرحله اخر تمامی جواب‌ها را با هم جمع می‌کند.

 حافظه EEPROM 

 سرعت پردازنده میکروکنترلر MUC SPEED 
سرعت پردازنده میکروکنترلرها به صورت 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 و اشکال زدایی یا عیب یابی کردن میکروکنترلرهای AVR وجود دارد و هر خانواده روش خاص خود را دارد:

 ISP 
بندانگشتی|هدر های 6 پایه و 10 پایه پایانه ISP
روش برنامه‌ریزی درون مجموعه   توسط پروتکل گذرگاه ارتباط جانبی سریال به علاوه ارسال سیگنال با لبه بالا رونده یا پایین رونده به پایه RESET کار می‌کند و پر استفاده‌ترین روش برنامه ریزی است. تا هنگامی که پایه های SPI ریزکنترل‌گر به چیزی که اختلال وارد کند وصل نشده، ریزکنترل‌گر AVR می‌تواند سرجای خود روی برد مدار چاپی باقی بماند. تنها چیزی که نیاز داریم یک پایانه ۶ پایه و مبدل برنامه‌ریزی است.

 انواع پروگرامر با رابط ISP 

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 طریق رابط ISP قطعه را برنامه ریزی می‌کند.

همچنین نرم‌افزارAVRDUDE (مخفف AVR Downloader/UploaDEr) که روی سیستم عامل‌های لینوکس، فری بی اس دی، ویندوز و Mac OS X اجرا می‌شود، برای مبدل‌های گوناگون رسمی و غیررسمی (DIY) کار می‌کند http://www.cnn.com.

 PDI 
جایگزین=رابط اشکال زدایی و برنامه ریزی.|بندانگشتی|رابط اشکال زدایی و برنامه ریزی (PDI).
رابط برنامه‌ریزی و اشکال زدایی میکرو کنترلرها   که یکی از خصوصیات میکروهای AVR برای برنامه‌ریزی به وسیله ابزارهای خارجی و اشکال زدایی و عیب یابی بر روی برد می‌باشد این واحد با بخش JTAG متفاوت می باشد و برای دستگاه های خانواده XMEGA می باشد.

 برنامه ریزی ولتاژ بالای سریال High Voltage Serial Programmer 
جایگزین=برنامه ریزی ولتاژ بالای سریال|بندانگشتی|برنامه ریزی ولتاژ بالای سریال (HVSP)
برنامه ریزی ولتاژ بالا سریال   بیشتر حالت پشتیبان گیری در AVR های کوچکتر است. یک تراشه 8 پین بسیاری از ترکیبات منحصر به فرد سیگنال را برای قرار دادن AVR در حالت برنامه نویسی باقی نمی گذارد. با این حال، AVR فقط در زمان برنامه نویسی و هرگز در زمان کار عادی نباید در ولتاژ ۱۲ مشاهده شود. حالت ولتاژ بالا همچنین در برخی از دستگاه هایی که پایه تنظیم مجدد توسط فیوز غیرفعال شده است، قابل استفاده است.

 برنامه ریزی ولتاژ بالای موازی High Voltage Parallel Programmer 

در این روش اطلاعات به صورت ۸ بیت مجزا توسط یک پورت انتقال داده میشوند. طبق دستور العمل شرکت سازنده میبایست ولتاژ ۱۲ ولت به پایه RESET اعمال شود. از این روش در مواقع محدود شدن دسترسی تراشه از spi و jtag کاربر مجبور به استفاده از این روش برای برنامه ریزی ریز پردازشگر می شود.بر خلاف سند spi که برای برنامه ریزی در کل به ۶ رشته کابل نیاز است ؛ در این روش تقریبا تمام پایه های تراشه مورد نظر به کار گرفته میشود.
از مزیت های این روش فقط می توان به سرعت بالا و دسترسی کامل به تراشه اشاره نمود.
تنها برنامه‌ریز هایی مانند STK500HV از این روش پشتیبانی میکنند.

 بوت لودر BOOT LOADER 

 ROM 

 aWire 

 محیط های توسعه یکپارچه 
محیط های توسعه یکپارچه (IDE) متفاوتی برای این خانواده از میکروکنترلرها منتشر شده است. این نرم افزارها برای کامپایل و اشکال‌زدایی نیازمند نصب زنجیره ابزار (Toolchain) جداگانه هستند.

 اتمل استودیو Atmel Studio 

جایگزین=اتمل استودیو نسخه 4 - اتمل در این نسخه از برنامه خود حتما به به عنوان ابزار کمکی نیاز دارد.|بندانگشتی|اتمل استودیو نسخه 4 - اتمل در این نسخه از برنامه خود حتما به کامپایلر WinAVR به عنوان ابزار کمکی نیاز دارد.
اتمل استودیو  (با نام کنونی میکروچیپ استودیو) یک پلتفرم توسعه یکپارچه(IDP) می باشد که با استفاده از آن می توانید برنامه میکروکنترلرهای AVR و ARM را عیب یابی یا اشکال زدایی کرده و توسعه دهید. این نرم افزار با استفاده از پوسته ویژوال استودیو ساخته شده است. به صورت رایگان از سایت میکروچیپ میکرو چیپ https://www.microchip.com/mplab/avr-support/atmel-studio-7  قابل دانلود می باشد. علاوه بر میکروکنترلرهای AVR این کامپایلر توانایی برنامه ریزی میکروکنترلرهای ARM را نیز داراست شرکت میکروچیپ https://www.microchip.com/. این نرم افزار از کامپایلر و زنجیره ابزار AVR-GCC استفاده می کند.

 IAR Embedded Workbench AVR 
"IAR"  است که به معنای شرکت مهندسی اندرس روندگرن است.
IAR Systems یک شرکت نرم افزاری کامپیوتر سوئدی است که ابزارهای توسعه سیستم های تعبیه شده را ارائه می دهد. از کامپایلرهای قدرتمند در برنامه نویسی میکروکنترلرها نرم افزار قدرتمند IAR است. این کامپایلر از بیشتر میکروکنترلرهای موجود در بازار پشتیبانی می کند. سازندگان میکروکنترلرها معمولاً مثال هایی که در کد منبع هایشان دارند به این زبان است. معمولاً منابع زیادی در اینترنت برای این محیط برنامه نویسی موجود نیست و شاید به همین دلیل است که سراغ آن نمی روند. قیمت این نرم افزار مثلاً برای AVR به صورت متغیر بین ۹۰۰ تا ۳۰۰۰ دلار است https://www.iar.com.  این نرم افزار از کامپایلر و زنجیره ابزار IAR C/C++ Compiler™ for AVR MCUs استفاده می کند.

 کدویژن CodeVisionAVR C Compiler 
این كامپایلر محصولی از شرکت Hp InfoTech می باشد. زبانی که این كامپایلر پشتیبانی می كند زبان C می باشد. شركت Hp InfoTech انواع مختلفی از این كامپایلر را روانه بازار کرده است. نسخه رایگان این كامپایلر می تواند تا ۲ كیلو بایت را كامپایل كند. نسخه های دیگر نوع پیشرفته  و حرفه ای را شامل می شود. سایت سازنده تفاوت بین این نسخه ها را به طور کامل توضیح داده است http://www.hpinfotech.ro/http://www.micromadar.ir/. این نرم افزار از کامپایلر و زنجیره ابزار AVR-GCC استفاده می کند.

 WinAVR 
یكی از قدرتمندترین محیط های توسعه برای میکروکنترلرهای AVR می باشد و طرفداران بسیاری را در دنیا دارد وكاملا رایگان است. این نرم افزار از کامپایلر و زنجیره ابزار AVR-GCC استفاده می کند.
در حالت كلی می توان گفت كه بیشتر برنامه نویسان حرفه ایی میکروکنترلرهای AVR از این كامپایلر استفاده می كنند. این كامپایلر به دلیل اینكه كد HEX كمتری تولید می كند در آخر برنامه بهینه و سریع تری را نتیجه می دهد http://winavr.sourceforge.net/.

 آردوینو Arduino IDE 

نرم افزار منبع باز آردوینو، کدنویسی و بارگذاری کد بر روی مدار را آسان می سازد. این نرم افزار برای سیستم عامل های ویندوز، Mac OS X و لینوکس قابل اجرا می باشد. همچنین نرم افزار آردوینو با تمامی بردهای آردوینو سازگاری داشته و می توان از این نرم افزار آردوینو بر روی تمامی بردهای آردوینو استفاده کرد. این محیط برنامه نویسی با استفاده از زبان جاوا و بر پایه پراسسینگ، avr-gcc و سایر نرم افزارهای منبع باز تولید شده است http://arduino.ir/Software/. اصول برنامه نویسی در نرم افزار آردوینو، تا حد زیادی مشابه برنامه نویسی به زبان C و ++C است؛ اگرچه در برخی از دستورها، فرمان ها، تابع ها، کتابخانه ها و غیره تغییراتی مختص آردوینو ایجاد شده است. روند کلی کار با نرم افزار آردوینو به این صورت است که ابتدا دستورها در پنجره ویرایش متن نوشته می شوند. سپس کامپایل شده و بر روی میکرو کنترلر بورد آردوینو بارگذاری می شوند. قبل از شروع بارگذاری، لازم است بورد آردوینو از طریق درگاه USB یا درگاه سریال، به رایانه متصل شده باشد..

 MPLAB XC8 IDE 
این محیط توسعه محصول شرکت Microchip است

 بسکام BASCOM 
این كامپایلر محصولی از شرکت MCS Electronics در هلند است كه زبان QBASIC را پشتیبانی می كند . نسخه "آزمایشی" این كامپایلر را می توان از سایت رسمی این شركت دانلود كرد. با این نسخه حداكثر می توان ۴ كیلو بایت را كامپایل كرد كه برای چیپ هایی مثل Atmega48 و سری TinyAVR بسیار مناسب می باشد. نسخه تجاری این كامپایلر قابلیت این را دارا می باشد كه تا ۱۲۸ كیلو بایت را كامپایل كند. در ایران به دلیل نبود قانون کپی رایت این نرم افزار به صورت گسترده مورد استفاده قرار گرفته است و کتابهایی نیز با استفاده از این زبان برای AVR نوشته شده است https://www.mcselec.com.

 پیوند به بیرون 
 آموزش میکروکنترلر AVR
 آموزش AVR (فارسی)
 پروگرمر AVR
 مطالب آموزشی درباره میکروکنترلرهای AVR
 DATASHEET

 پانویس 

 منابع 


رده:اختراع‌های نروژی
رده:دانشگاه فنی نروژ
رده:ریزکنترل‌گرها
رده:معماری‌های مجموعه دستورالعمل
رده:مهندسی الکترونیک