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===Einige Pinbelegungen der populärsten AVR-Controller ===
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Version vom 6. Januar 2006, 21:23 Uhr

Beispiel eines AVR Controllers

AVR ist eine 8-Bit Microcontroller-Familie mit RISC-Architektur. Im Gegensatz zu vielen anderen Microcontroller-Architekturen hat die AVR-Architektur keine Vorgänger. Sie ist ein komplettes Neudesign, das Anfang der 90-Jahre an der Universität von Trondheim/Norwegen entwickelt und vom (bis heute einzigen) Hersteller Atmel aufgekauft wurde.

Es gibt eine ganze Serie von AVR-Controllern. Sie alle werden ähnlich programmiert, haben vergleichbaren Befehlssatz und physikalische Eigenschaften, bieten jedoch zahlreiche Features.

Es gibt inzwischen Entwicklungssysteme in den Sprachen Basic, C/C++, Pascal und Assembler für diese Controller. "AVR" steht angeblich für Advanced Virtual RISC (in einem Paper der Entwickler des AVR-Kerns Alf Egin Bogen und Vegard Wollan).

AVR-Controller besitzen eine zweistufige Pipeline (fetch and execute), die es ermöglicht, die meisten Befehle innerhalb eines einzigen Prozessortaktes auszuführen. Dadurch ist ein AVR wesentlich schneller als etwa 8051-Controller, bei denen der Prozessortakt intern noch durch 12 geteilt wird.

  • 8 Bit Architektur ist für Hochsprachen (C) optimiert
  • Harvard-Architektur (getrennter Befehls- und Datenspeicher)
  • 32 Register, kein Akkumulator, 3 Pointerregister
  • In-System progammierbar. Das bedeutet, der Controller kann sehr einfach über ein Programmierkabel (oft ISP-Kabel genannt), das mit dem PC verbunden wird, programmiert werden – auch dann, wenn sich dieser in einer Schaltung befindet.
  • umfangreiche Peripherie
    • Timer/Counter mit PWM, Capture/Compare, externe Betaktung, asynchrone Operation
    • externe Interrupts
    • Kommunikation: USART, SPI, I2C (TWI)
    • Watchdog, Bootloader-Support, verschiedene Stromspar-Modi, Brownout-Erkennung, Interner Oszillator
    • Analog-Comparator, Analog-Digital-Wandler
  • JTAG (Debugerinterface)
  • AVR Typen (AT90 "Classic AVR", ATtiny, ATmega)
  • erhältlich in unterschiedlichen Gehäusen, idR Durchsteck und als SMD
  • Viele Entwicklungsboards erhältlich, z.B. das Roboternetzboard RN-Control


Einige Pinbelegungen der populärsten AVR-Controller

(in etwa nach Leistungsfähigkeit sortiert)



Die AVR-Pin-Bezeichnungen und deren Funktion

Die meisten Ports sind doppelt belegt und besitzen neben der normalen Port-Funktion noch eine Sonderfunktion. Die verschiedenen Pinbezeichnungen und Sonderfunktionen werden hier beschrieben:


PA 0 – 7 Port A - Ein 8 Bit breiter, bi-direktionaler I/O Port. Jeder Pin des Ports kann individuell als Eingang oder Ausgang konfiguriert werden.
PB 0 – 7 Port B - Ein 8 Bit breiter, bi-direktionaler I/O Port. Jeder Pin des Ports kann individuell als Eingang oder Ausgang konfiguriert werden.
PC 0 – 7 Port C - Ein 8 Bit breiter, bi-direktionaler I/O Port. Jeder Pin des Ports kann individuell als Eingang oder Ausgang konfiguriert werden.
PD 0 – 7 Port D - Ein 8 Bit breiter, bi-direktionaler I/O Port. Jeder Pin des Ports kann individuell als Eingang oder Ausgang konfiguriert werden.
XCK Externe Takt für UART. Wird nur in Sonderfällen für Baudrate benötigt.

UART ("Universal Asynchronous Receiver and Transmitter"). Das ist die serielle Schnittstelle, die zur Datenübertragung zwischen Mikrocontroller und PC genutzt wird. Zur Übertragung werden zwei Pins am Controller benötigt: TXD und RXD. Über TXD ("Transmit Data") werden Daten gesendet, RXD ("Receive Data") dient zum Empfang.

T0 Timer Eingang. Timer kann gestartet, gestoppt oder getaktet werden
T1 Timer Eingang. Timer kann gestartet, gestoppt oder getaktet werden
AIN0 Erster Eingang des Analog Komperators.

Mit AIN0 und AIN1 kann man zwei Spannungen miteinander vergleichen. Wenn die Spannung an AIN0 höher als bei AIN1 ist, liefert der Komparator "High", wenn umgekehrt ein "Low".

AIN1 Zweiter Teil des Analog Komperators

Mit AIN0 und AIN1 kann man zwei Spannungen miteinander vergleichen. Wenn die Spannung an AIN0 höher als bei AIN1 ist, liefert der Komparator "High", wenn umgekehrt ein "Low".

OC0 PWM bzw. Output Compare Ausgang des Timers 0
SS SPI-Interface – wird beneötigt um den richtigen Slave am Bus zu wählen
MOSI SPI-Interface – Datenausgang (bei Slave Eingang)
MISO SPI-Interface – Dateneingang (bei Slave Ausgang)
SCK SPI-Interface – Bustakt vom Controller
RESET Rücksetz Eingang. Ein log. 0 – Pegel an diesem Pin für die Dauer von mindestens zwei Zyklen des Systemtaktes bei aktivem Oszillator setzt den Controller zurück
VCC Betriebsspannung 5 V

(2,7 Volt bis 6 V bei 8 Mhz, die nächsten AVRs sollen ab 1,8 Volt funktionieren )

GND Masse
XTAL1 Eingang des internen Oszillators zur Erzeugung des Systemtaktes bzw. Eingang für ein externes Taktsignal, wenn der interne Oszillator nicht verwendet werden soll
XTAL2 Ausgang des integrierten Oszillators zur Erzeugung des Systemtaktes
RXD Serielle Schnittstelle Eingang TTL-Pegel
TXD Serielle Schnittstelle Ausgang TTL-Pegel
INT0 Externe Interrupt
INT1 Externe Interrupt
INT2 Externer Interrupt 2
OC1A Ausgang für die Compare-Funktion des integrierten Zeitgeber- / Zählerbausteines

Der erste PWM Ausgang des Timers1. Er wird oft zum Regeln der Bot-Motogeschwindigkeit benutzt.

OC1B Ausgang für die Compare-Funktion des integrierten Zeitgeber- / Zählerbausteines

Der zweite PWM Ausgang des Timers1. Er wird oft zum Regeln der Bot-Motogeschwindigkeit benutzt.

ICP1 Eingang für die Capture-Funktion des integrierten Zeitgebers / Zählerbausteines
ADC0 bis ADC7 Eingänge des Analag nach Digital (AD) Wandlers. Spannungen können hier gemessen werden.
AREF Referenzspannung für Analog-Digitalwandler (wird meist auf 5 V gesetzt)
GND Masse
AVCC Analog Digital Wandler (siehe Beschaltungsskizze)

Die Betriebsspannung für den AD Wandler. Die Pins AVCC, AGND und AREF sollten immer beschaltet werden, da es sonst es passieren kann, dass Port A nicht richtig funktioniert, selbst wenn man den AD Wandler nicht benutzt

TOSC1 TOSC1 und 2 sind Eingänge für den Asyncronen Modus von Timer2. Sie sind vorgesehen für den Anschluss eines externen Uhrenquarzes ( 32.768 kHz ). Damit lässen sich zum Beispiel sehr genaue 1 Sekunden Impulse für eine Uhr generien...
TOSC2 TOSC1 und 2 sind Eingänge für den Asyncronen Modus von Timer2. Sie sind vorgesehen für den Anschluss eines externen Uhrenquarzes ( 32.768 kHz ). Damit lässen sich zum Beispiel sehr genaue 1 Sekunden Impulse für eine Uhr generien...
TDI JTAG-Debug Interface - Über dieses Interface kann man den AVR programmieren und debuggen. Die Schnittstelle ist ähnlich wie die SPI Schnittstelle und hat getrennte Dateneingangs- und Datenausgangsleitungen sowie eine Taktleitung. TDI ist die Dateneingangsleitung
TDO JTAG-Debug Interface - TDO ist die Datenausgangsleitung des JTAG Interface
TMS JTAG-Debug Interface
TCK JTAG-Debug Interface
SDA I2C-Schnittstelle (Bus aus 2 Leitungen) Datenleitung
SCL I2C-Schnittstelle (Bus aus 2 Leitungen) Clockleitung
OC2 Pwm bzw. Output Compare Ausgang des Timers2
PEN Programming Enable - Diesen Pin gibt es nur beim Mega128/64 u.ä. Wird dieser Pin beim Power-On Reset nach Masse gezogen geht der Controller in den ISP Programmiermodus. Man kann ihn also alternativ zu Reset verwenden. In der Regel verwendet man aber die Reset Leitung und PEN sollte man direkt mit VCC verbinden.

Timer der AVRs

Die Mikrocontroller der AVR-Familie besitzen je nach Typ eine unterschiedliche Anzahl an programmierbaren Timern. Bei den aktuellen ATmegas sind das mindestens ein 8-Bit Timer und bei größeren Ausführungen der Serie auch 16-Bit Timer. Die Timer werden immer Timerx benannt, wobei x für die Timernummer steht (also 0, 1, 2, usw.). Die Konfigurationsmöglichkeiten sind von Timer zu Timer unterschiedlich.

Hinweis: Die folgenden Code-Beispiele sind in C programmiert und wurden für einen ATmega32 entwickelt. Sie lassen sich also ohne große Änderungen auch auf anderen Mikrocontrollern der AVR-Familie einsetzen.

Allgemeine Funktionsweise

Timer funktionieren nach dem allgemeinen Prinzip, dass sie eine Ganzzahl (im weiteren als Zähler bezeichnet) je nach Betriebsmodus auf- oder abwärtszählen, d.h. inkrementieren bzw. dekrementieren.

Angenommen, der Timer arbeitet im einfachsten Betriebsmodus, dem normalen Modus (siehe Normaler Modus (Normal Mode)). Die Zählrichtung des Timers ist aufsteigend gerichtet. Je nach Auflösung, also 8-Bit oder 16-Bit, erreicht der Zähler irgendwann einen bestimmten Zustand. Möglich wäre, dass er überläuft, wenn z.B. bei einem 8-Bit Timer der Wert 255 inkrementiert wird (siehe Grafik).

AbstrakterZaehlvorgang.png

Der Prescaler

Der Prescaler (eng. = Vorteiler) kann dazu genutzt werden, den Takt, der den Timern zugeführt wird, zu verkleinern. U.a. kann man damit die Timer so konfigurieren, damit diese in den unterschiedlichsten Frequenzen takten. Hier eine Grafik die den Prescaler veranschaulicht:

Prescaler.png

Das obere Diagramm zeigt den Betrieb ohne Prescaler, das untere mit Prescaler. Die gestrichelte Linie zeigt, wann ein Interrupt eintritt.

Im Teil Die Betriebsmodi wird weiter auf die praktische Verwendung des Prescalers eingegangen.

Die Betriebsmodi

Die AVR-Timer können in unterschiedlichen Betriebsmodi betrieben werden. Diese sind:

  • Normaler Modus
  • CTC Modus
  • PWM

Normaler Modus (Normal Mode)

Der einfachste Betriebsmodus ist der normale Modus. Er funktioniert wie im Abschnitt "Allgemeine Funktionsweise" beschrieben. Die Zählrichtung des Timers ist immer aufsteigend, und irgendwann kommt es zu dem Interrupt Timer-Overflow (welcher in einer passend ISR aufgefangen werden kann). Im einfachsten Fall kann man diesen Modus in folgendem Diagramm darstellen:

NormalerModus 1.png

Der Zähler des Timers (im Diagramm oben, die aufsteigende und dann wieder zurückgesetzte Linie) ist in dem Register TCNTx gespeichert, wobei x für eine Zahl steht. Soll z.B. auf den Timer0 (siehe Datenblatt des jeweiligen Controllers) des Controllers zugegriffen werden, so ist an TCNT eine 0 anzuhängen, also TCNT0. Wie lange es braucht, bis der Zähler einen Overflow auslöst, ist von der Taktfrequenz des Controllers, dem eingestellten Prescaler-Wert und von der Timerauflösung abhängig. Nun wäre es ja sehr unpraktisch, wenn wir den Zähler nicht anpassen könnten. Denn sonst müssten wir unsere Software die den Timer benutzt evtl. anpassen und viel rechnen um z.B. für 1000 ms zu schlafen. Deswegen kann auf den Zähler zugreifen und ihn vorladen bevor dieser wieder vom eigentlichen Timer hochgezählt wird. Dies veranschaulicht folgendes Diagramm:

NormalerModus 1 Vorladen.png

Dadurch kann man den Timer beeinflussen, und beeinflussen wie lange es dauert, bis ein Overflow auftritt. Um zu berechnen, welchen Wert wir vorladen müssen, kann man auch ein Java-Applet nutzen, siehe unter Weblinks Java Applet.

Natürlich kann man das auch "von Hand" rechnen. Die Berechnung des Preloader- sowie Prescalerwerts bei Verwendung der Overflow-Interrupts, eines Prescalers von 64 (nicht alle Prescaler können verwendet werden) und eines Quarzes mit der Frequenz von 8 MHz sieht folgendermaßen aus (gesuchte Frequenz beträgt 1000 Hz unter der Verwendung des Timer0 eines ATmega32):

  1. [math]Prescale = Frequenz * 1000000 [Hz] = 8000000[/math]
  2. Wir definieren den maximalen Zählerwert. Dieser ist bei einem 8-Bit Timer 256, bei einem 16-Bit Timer 65536. In unserem Fall ist der maximale Zählerwert 256, weil Timer0 verwendet wird.
  3. Nun wird die Variable Prescale (s.o.) durch den verwendeten Prescaler (64) geteilt ([math]8000000 Hz / 64 = 125000[/math]).
  4. Als nächstes wird der im dritten Punkt errechnete Wert durch die gesuchte Frequenz geteilt [math]=125000 / 1000Hz = 125[/math].
  5. Nun wird mathematisch überprüft, ob der errechnete Wert aus dem vierten Punkt kleiner als der maximale Zählerwert ist. Trifft dies zu, so subtrahiert man den errechneten Wert vom maximalen Zählerwert ([math]= 256 - 125 = 131[/math]).

Damit haben wir den Wert errechnet, der bei jedem Interrupt, den der Timer0 auslöst, in TCNTx (in diesem Fall TCNT0) nachgeladen werden muss, damit die Interrupts in dem gewünschten Zeitabstand von einer Millisekunde ausgelöst werden.

Allerdings bleibt zu bemerken, dass bei der Verwendung einer "ungeraden" Quarzfrequenz (z.B. 7,3728 MHz) der Timer mit einer bestimmten Ungenauigkeit arbeitet. Würden wir z.B. den Quarz oben mit einem Quarz mit 7,3728 MHz austauschen, so wäre die Fehlerrate 0,17%. Diese Ungeauigkeit varriert von verwendetem Prescaler zu Prescaler. D.h. wenn wir einen Prescaler von 1024 (und einer Quarzfrequenz von 8 MHz) verwendet hätten, so hätten wir eine inakzeptable Ungeauigkeit von 11,61%. Deswegen sollte sie eines der genannten Programme unter Avr#Weblinks verwenden, denn diese zeigen nur die bestmögliche Konfiguration an.

Die Fehlerrate kann natürlich auch ausgerechnet werden. Hier die Rechenschritte (sie sind erweiternd zu der oberen Berechnung):

  1. Als erstes wird mathematisch überprüft, ob der Preloaderwert (siehe fünften Schritt oben) größer als 1 ist.
  2. Trifft dies zu, so wird als nächstes die resultierende Frequenz errechnet. Die geschieht folgendermaßen: Der errechnete Preloaderwert aus der Rechnung oben wird vom maximalen Zählerwert subtrahiert, anschließend mit dem Prescaler multipliziert und dann das Ganze durch die Variable Prescale geteilt

[math](256 - 131) \cdot 64 / 8\,000\,000 \mathrm{Hz} \cdot 1\,000\,000 = 1000[/math].

  1. Nun wird die gesuchte Frequenz vom errechneten Wert aus dem dritten Punkt subtrahiert und dann wiederum durch diese geteilt [math](1000-1000) / 1000 = 0[/math]. Damit läuft dieser Timer genau mit einer Fehlerrate von 0 %.

Betreibt man den Timer im Overflow-Modus, so muss man, wie bereits erwähnt, nach/bei jedem Overflow-Interrupt den Timer nachladen. Der Interrupt heißt in diesem Fall SIG_OVERFLOWx (x steht für die Nummer des Timers). Dieser muss in einer ISR abgefangen werden.

Zusammenfassend ein Beispielprogramm:

/* Es wird der Timer2 (8-Bit) eines ATmega32 verwendet, der mit einem Quarz mit 7,3728 MHz
betrieben wird. Im Abstand von 0,001 ms erzeugt der Timer einen Interrupt, also eine
Frequenz von 1000000 Hz (oder 100 kHz). Der Timer wird auf einen Prescaler von 1 und
einem Preloader von  183 konfiguriert.*/

volatile uint8_t countTimer2;	// Speichert den aktuellen Zählerwert

// ISR zum auffangen der Interrupts:
SIGNAL(SIG_SIG_OVERFLOW2)
{
	countTimer2++;
	TCNT2 = 183;		// Nachladen
}

// Initialisierung:
TCCR2 = (1<<CS22);		// Prescaler von 1
TCNT2  = 183;			// Vorladen
TIMSK |= (1<<TOIE2);		// Interrupts aktivieren und damit Timer starten
sei();

// Funktionen zum benutzen der Timer:
/** Diese Funktion nicht aufrufen. Wird von sleep_millisec aufgerufen.
Bei t=100 schläft die Funktion 1 ms. */
inline void sleep (uint8_t t)
{
	// countTimer2 wird in der ISR oben inkrementiert
	countTimer2 = 0;
	while (countTimer2 < t);
}

/** Schläft x-Millisekunden. */
inline void sleep_millisec(uint16_t msec)
{
	uint16_t i;
	for(i=0; i<msec; i++) {
		sleep(100);
	}
}

Allerdings wird auf diese leicht veraltete Technik nun nicht weiter eingegangen. Der Artikel wendet sich nun dem neueren "Compare Output"-Betriebsmodus zu.

Beim "Compare Output"-Betriebsmodus wird genauso ein Zähler hochgezählt. Allerdings wird der Zählerwert nach jeder Inkrementierung mit einem vom Benutzer festgelegten Wert verglichen. Entspricht der Zählerwert dem gespeicherten Wert, so kommt es zu einem Interrupt. Dieser Wert wird in das Register OCRx (x steht wieder für die Timernummer) gespeichert. Je nach Auflösung des Timers ist dieses Register 8-Bit oder 16-Bit breit.

Hinweis: Siehe CTC Modus unten. Dieser wird benötigt um den Timer entsprechend im "Compare Output"-Betriebsmodus vernünftig zu betreiben.

Hier ein typisches Diagramm dieses Betriebsmodus (Hinweis: Das Diagramm wurde unter Verwendung des CTC Modus erstellt. Für Begriffserklärung siehe CTC Modus):

NormalerModus CompareMatch.png

Das Ausrechnen des Werts, der in OCRx geschrieben werden muss, damit Frequenz x entsteht, ist nicht sonderlich schwer. Man geht wie bei der Berechnung des Werts für den Overflow-Modus vor (s.o.) nur daß man das resultierende Ergebnis vom maximalen Zählerwert (bei 8-Bit Auflösung ist dieser 256, bei 16-Bit Auflösung 65536) subtrahiert. Das Ergebnis wird dann einmalig in das Register OCRx geschrieben. Mann muss also nicht wie beim Overflow-Modus den Timer nach jedem Interrupt nachladen. Der enstehende Interrupt heißt in diesem Fall SIG_OUTPUT_COMPAREx (x steht für die Nummer des Timers). Dieser muss in einer ISR abgefangen werden.

Wiederum zusammenfassend ein Beispielprogramm:

/* Es wird der Timer2 (8-Bit) eines ATmega32 verwendet, der mit einem Quarz mit 7,3728 MHz
betrieben wird. Im Abstand von 0,001 ms erzeugt der Timer einen Interrupt, also eine Frequenz
von 1000000 Hz (oder 100 kHz). Der Timer wird auf einen Prescaler von 1 und einem OCR2-Wert
von 73 konfiguriert.*/

volatile uint8_t countTimer2;	// Speichert den aktuellen Zählerwert

// ISR zum auffangen der Interrupts:
SIGNAL(SIG_OUTPUT_COMPARE2)
{
  countTimer2++;
}

// Initialisierung:
TCCR2 = (1<<CS22) | (1<<WGM21);	// Prescaler von 1 | CTC-Modus (siehe unten für Beschreibung)
OCR2  = 73;			// Vergleichswert
TIMSK |= (1<<OCIE2);		// Interrupts aktivieren und damit Timer starten
sei();

// Funktionen zum benutzen der Timer:
/** Diese Funktion nicht aufrufen. Wird von sleep_millisec aufgerufen.
Bei t=100 schläft die Funktion 1 ms. */
inline void sleep(uint8_t t)
{
	// countTimer2 wird in der ISR oben inkrementiert
	countTimer2 = 0;
	while (countTimer2 < t);
}

/** Schläft x-Millisekunden. */
inline void sleep_millisec(uint16_t msec)
{
	uint16_t i;
	for(i=0; i<msec; i++) {
		sleep(100);
	}
}

CTC Modus (Clear Timer on Compare Match mode)

Der CTC Modus ist eine Erweiterung des "Compare Output"-Betriebsmodus. Der CTC Modus wird z.B. für das obere Beispielprogramm benötigt. Wird der Timer nämlich im normalen Betriebsmodus betrieben, so ist seine Zählergrenze je nach Auflösung 255 oder entsprechend für die 16-Bit Timer. Erst wenn diese Grenze erreicht wurde, wird der Timer zurückgesetzt (also auf 0). Durch den CTC Modus wird der Timer augenblicklich automatisch nachdem ein "Compare Output"-Interrupt auftrat zurückgesetzt. Man kann also die maximalen Zählergrenze selber definieren. Dieses Diagramm veranschaulicht den CTC Modus. Nach dem Interrupt wird der Timer sofort wieder zurückgesetzt.

NormalerModus CompareMatch.png

PWM

Für PWM siehe Pwm.

Registerübersicht

Hinweis: Diese Registertabelle wurde für den aktuellen Atmel Controller Mega16 und Mega32 erstellt. Wenn Sie ein anderes Modell verwenden, kann es sein, dass ein oder mehrere Register nicht existieren, oder sie eine andere Bezeichnung haben.

TIMSK
Mit diesem Register, der von allen Timern verwendet wird, lässt sich die Interruptausführung und Art des jeweiligen Timers bestimmen.

Bit: 7 6 5 4 3 2 1 0
Name: OCIE2 TOIE2 TICIE1 OCIE1A OCIE1B TOIE1 OCIE0 TOIE0
  • OCIE2 (Timer/Counter2 Output Compare Match Interrupt Enable
    Wenn dieses Bit gesetzt wird, wird der Timer/Counter2 Compare Match Interrupt aktiviert (vorrausgesetzt die Interrupts sind global aktiviert).
  • TOIE2 (Timer/Counter2 Overflow Interrupt Enable)
    Wenn dieses Bit gesetzt wird, wird der Timer/Counter2 Overflow Interrupt aktiviert (vorrausgesetzt die Interrupts sind global aktiviert).
  • TICIE1 (Timer/Counter1, Input Capture Interrupt Enable)
    Wenn dieses Bit gesetzt wird, wird der Timer/Counter1 Input Capture Interrupt aktiviert (vorrausgesetzt die Interrupts sind global aktiviert).
  • OCIE1A (Timer/Counter1 Output Compare A Match Interrupt Enable)
    Wenn dieses Bit gesetzt wird, wird der Timer/Counter1 Output Compare A Match Interrupt aktiviert (vorrausgesetzt die Interrupts sind global aktiviert).
  • OCIE1B (Timer/Counter1 Output Compare B Match Interrupt Enable)
    Wenn dieses Bit gesetzt wird, wird der Timer/Counter1 Output Compare B Match Interrupt aktiviert (vorrausgesetzt die Interrupts sind global aktiviert).
  • TOIE1 (Timer/Counter1 Overflow Interrupt Enable)
    Wenn dieses Bit gesetzt wird, wird der Timer/Counter1 Overflow Interrupt aktiviert (vorrausgesetzt die Interrupts sind global aktiviert).
  • OCIE0 (Timer/Counter0 Output Compare Match Interrupt Enable)
    Wenn dieses Bit gesetzt wird, so wird der Timer/Counter0 Compare Match Interrupt aktiviert (vorrausgesetzt die Interrupts sind global aktiviert).
  • TOIE0 (Timer/Counter0 Overflow Interrupt Enable)
    Wenn dieses Bit gesetzt wird, so wird der Timer/Counter0 Overflow Interrupt aktiviert (vorrausgesetzt die Interrupts sind global aktiviert).

Die Fusebits

Fusebits nennt man bestimmte Bits zur Konfigurierung eines AVR-Controllers. Bei der Auslieferung neuer AVR Controller sind die Fusebits bereits vorkonfiguriert. In vielen Fällen kann man die Konfiguration unverändert belassen, je nach Controllertyp. Bei den Typen Mega xxx bestimmen einige Fusebits beispielsweise, dass der interne Taktgeber aktiviert ist. Möchte man dagegen einen externen Quarz anschließen oder die Taktfrequenz ändern, so müssen auch die Fusebits geändert werden. Auch das Deaktivieren des "On Chip Debugging" Modus ist oft notwendig, wenn man alle Ports ausnutzen möchte.

Die Fusebits werden in der Regel über die Software eingestellt, welche auch für das Übertragen des Programmcodes zuständig ist. Besonders einfach geht dies beispielsweise mit der Entwicklungsumgebung Bascom. Aber auch andere Programme wie PonyProg können für die Umstellung der Fusebits genutzt werden. Einmal eingestellte Fusebits bleiben bis zur erneuten Fusebit-Änderung erhalten. Der normale Programmiermodus verändert die Fusebits nicht.

Je nach AVR Controllertyp sind unterschiedliche Fusebits (Einstellungen) vorhanden. Die genaue Beschreibung findet man im jeweiligen Datenblatt. Da aber falsch gesetzte Fusebit-Einstellungen zu den häufigsten Problemen gehören, liste ich hier die Funktion der üblichen Fusebits nochmals genauer auf:

CKSEL0, CKSEL1, CKSEL2, CKSEL3 Die Kombination dieser 4 Fusebits bestimmt die Taktquelle des Controllers. Das kann eine interner Taktgenerator, ein Quarz, Quarzoszillator, RC-Glied und ähnliches sein.
JTAGEN Hiermit wird die "On Chip Debugging" Schnittstelle aktiviert bzw. deaktiviert. Das sind die Bits mit den Bezeichnungen TDI, TDO, TMS und TCK. Möchte man diese Pins als normalen Port nutzen, so muss diese Schnittstelle immer deaktiviert werden.
SUT0, SUT1 Die sogenannte StartUp-Zeit (PowerOn delay). Diese Einstellung muss abhängig von der Art des Taktgenerators eingestellt werden, genaueres im jeweiligen Datenblatt.
SPIEN Hiermit kann die serielle ISP-Programmierung, welche die meisten Programmierkabel nutzen, deaktiviert werden. Dies sollte man lieber vermeiden, denn wenn dieser Programmiermodus deaktiviert wurde, kann nur noch der Parallel-Programmiermodus genutzt werden. Der Parallel-Programmiermodus benötigt jedoch ein spezielles Programmiergerät, das die wenigsten Bastler besitzen. Also Vorsicht!
BODEN Über dieses Bit wird der Brown-out Detector aktiviert bzw. deaktiviert. Dies ist eine Überwachung der Betriebsspannung. Diese Überwachung soll dafür sorgen, dass bei Spannungseinbrüchen ein ordentlicher RESET durchgeführt wird. Dadurch wird verhindert, dass ein Controller in einen undefinierten Zustand gerät (hängen bleibt).
BOOTLEVEL Über dieses Bit kann die Spannung festgelegt werden, ab welcher der Brown-out Detector den Controller neu startet (also RESET ausführt).
BOOTRST Gewöhnlich startet ein Programm im Controller nach einem RESET ab Adresse 0. Durch dieses Fusebit kann der Controller jedoch veranlasst werden, nach einem Reset einen sogenannten Bootloader-Bereich auszuführen. Ein Bootloader kann genutzt werden, um Controller über andere Schnittstellen (z.B. RS232) zu programmieren.
BOOTSZ0, BOOTSZ1 Der zuvor genannte Bootloaderbereich kann bei AVR-Controllern verschieden groß sein. Über diese beiden Bits können vier verschiedene Größen eingestellt werden. Siehe unter Bootloader.
EESAVE Dieses Bit legt fest, ob beim Programmieren des Controllers (man nennt es auch brennen) immer das EEPROM gelöscht werden soll.
CKOPT Abhängig von den Einstellungen von CKSEL kann hier dir Oszillator-Verstärkung eingestellt werden. Genaueres im Datenblatt des jeweiligen Controllers.
WDTON Schaltet den WatchDog-Timer beim Booten ein/aus. Dies ist auch per Software möglich
RSTDISBL Durch dieses Bit kann man den RESET-Pin deaktivieren und dann als normalen I/O-Port nutzen. Aber Vorsicht! Da die RESET-Leitung beim Programmieren (Brennen) des Chips genutzt wird, kann man nach dessen Deaktivierung den Controller mit den üblichen ISP-Adaptern nicht mehr programmieren. In diesem Fall könnte man zwar den Controlle noch mit speziellen Programmiergeräten im Parallelmodus programmieren, aber in der Praxis verfügen nur wenige Bastler über ein Programmiergerät, das dies leistet.
LB1, LB2 Das sind die sogenannten Lockbits, mit denen sich das Auslesen des Flash- als auch EEPROM-Speichers verhindern läßt. Zwar können andere Anwender immer noch Daten lesen, allerdings handelt es sich dabei nicht mehr um den wirklichen Inhalt sondern lediglich um wirre Datenbytefolgen. Programmierer, die den erarbeiteten Code vor Raubkopierern schützen wollen, nutzen diese Lockbits. Das Programmieren ist auch bei gesetzen Lockbits noch möglich. Der Bootloader-Bereich wird nicht durch die Lockbits geschützt.
BLB01, BLB02 Durch diese Bits kann der Code sogar vor dem Zugriff durch den Bootloader geschützt werden
BLB11, BLB12 Diese Bits schützen den Bootloaderbereich selbst

Wie man die Fusebits mit Bascom einstellt, wird im Beitrag Bascom - Erstes Programm in den AVR Controller übertragen erläutert.

Autoren des Artikels: Frank, Luma


Siehe auch

Weblinks