ATmega169 Chip: Pin-Layout Die logische Schnittstelle der Funktionseinheit MCU (Microcontroller Unit) entspricht der physikalischen Schnittstelle der Baueinheit (Chip). Für die Maschinenbefehle sind nur die Ports mit ihren drei speziellen Registern adressierbar, um aus der umgebenden Schaltung Signale einzugeben und zur umgebenden Schaltung Signale auszugeben. Für die Anwendung werden an den Ports spezielle Anwendungsfunktionen unterstützt.
Das Butterfly-Modul als Anwendungsszenario Der Aufbau eines Evaluation-Kit als Entwurfsbeispiel für die schaltungstechnische Anwendung eines Mikrocontrollers
Stromversorgung, Reset und Quarz für Real Time Clock
CPU Clock und Real Time Clock Im Sleep-Mode sind die abgeleiteten Systemtakte abgeschaltet. Es gibt Anwendungen, bei denen die Taktung unabhängig vom Sleep-Mode wirksam bleiben muss. An den betroffenen Einheiten (LCD-C und allein T/C2) ist die RToder die Systemtaktung einstellbar. Der Systemtakt wird mit einem RC-Oszillator gebildet, der im Prescaler durch n = 2^i, i= 0,1..,8 geteilt werden kann.
Dataflash Das Dataflash ist über das PortB erreichbar, an dem es mehrere alternative Funktionen gibt.
Alternative Funktionen an PortB (1) Außer der Interface-Funktion für das Dataflash: Interface-Funktion für zwei spezielle Sockel.
Alternative Funktionen an PortB (2) Außerdem Interface-Funktion für den Joystick
Alternative Funktionen an PortB (3) Für eine Anwendung des Butterfly-Moduls braucht man ein Port mit frei verfügbaren Bits für die Ausgabe von Steuersignalen bzw. für die Eingabe von Statussignalen. Ist Port B geeignet? Dazu muss alle alternativen Funktionen von PortB feststellen und untersuchen, ob sie bei der Anwendung bis auf die gewünschte ausgeschlossen werden können. Um das Modul für die Anwendung vorzubereiten, muss man Programme in den nicht-flüchtigen Speicher der MCU laden. Das ist mit dem ISP-Interface möglich.
Alternative Funktionen an PortB (4) Beim Programmieren der nichtflüchtigen Speicher in der MCU ist die Programmiereinheit der Master und die MCU der Slave.
Alternative Funktionen an PortB (5) Wenn die Speicher der MCU programmiert mit ISP programmiert werden, ist die MCU im Slave Mode. Wenn die MCU das Dataflash programmiert, ist sie im Master-Mode, das Dataflash ist Slave. Die Signalrichtungen bei den beiden Modi sind zueinander invers.
Alternative Funktionen an PortB (6) Für das PortB können außer der normalen Funktion als binäre Ein/Ausgabe-Pins zwei alternative Funktionen ausgewählt werden: Neben der Verwendung als sog. SPI-Interface (Serial Programming Interface) ist die Ausgabe der Output-Compare-Signale der Timer/Counter0/1/2 vorgesehen. Als zusätzliche Alternative gibt es die Möglichkeit, die Pins zur Eingabe externer Interrupt-Requests zu verwenden.
Alternative Funktionen an PortB (7) Es interessiert, wie intern zwischen den Verwendungen umgeschaltet wird. Wenn nicht die normale binäre Ein/Ausgabe-Funktion an den Pins wirksam werden soll, sondern die alternative(n), dann müssen die Betriebsbedingungen der Pins entsprechend einstellbar sein. Im normalen Betrieb sind die Multiplexer auf die Eingänge 0 gestellt, im alternativen Betrieb auf die Eingänge 1. Im alternativen Betrieb ist jeder möglichen Betriebsalternative eine eindeutige Kombination von Steuerwerten zugeordnet.
Alternative Funktionen an PortB (8) Welche Kombination der Steuerwerte an den Pins von PortB wirksam wird, hängt von den Enable-Signalen ab. Wenn keines der Enable- Signale 1 ist, ergibt sich die normale Funktion. Die charakteristischen Enable-Signale erzeugen jeweils die alternative Funktion der Pins: Auszug, sonst siehe Datenblatt OCnxENABLE=1 schaltet die OCnx-Signale auf; PCINT1=1 bedeutet Empfang der Request- Signale bzw. Lesen über das SPI-Interface; SPE=1 bedeutet die Programmierung über das SPI-Interface;
Alternative Funktionen an PortB (9) Die ENABLE-Signale ergeben sich durch Einstellung der Control-Register. 1. Die OCnx ENABLE Signale sind (im Datenblatt nicht erklärte) interne Signale. Sinnvollerweise sollten sie spätestens dann 1 werden, wenn der Zähler zu zählen beginnt, sobald man z.b. am Multiplexer des Prescalers einen Takt durchschaltet. 2. Das 1-Setzen des PCIE1-Bits im External Interrupt Mask Register bedeutet die Auswahl der Funktion: Interrupt Requests PCINT8-15 über PortB (PCIE0 = lnterrupt Requests PINT0-7 über PortE) 3. Das 1-Setzen des SPE-Bits im Serial Programming Control Register bedeutet die Auswahl der Funktion: Serial Programming (SPIE = Serial Programming Interrupt Enable)
Alternative Funktionen an PortB (10) Es genüge, dass die Pins von PortB nach dem Programmieren der nichtflüchtigen Speicher für die Anwendung frei verwendbar sind. Die Pins B.0 bis B.3 sind also frei. Der Joystick belegt die Pins B.4 bis B.7 außer dem Pin B.5. Der Joystick ist eine nützliche Eingabeeinheit. Es bleibt noch Pin B.5. Der Joystick macht die Nutzung der Timer/Counter- Compare-Ausgänge unmöglich, bis auf den Ausgang OC1A, der auf Pin B.5 liegt. Damit hat man einen Ausgang, der als PWM-Signal nutzbar ist. Das wird für eine nützliche Ausgabeeinheit auf dem Modul genutzt: ein Piezo-Element für akustische Ausgaben.
Alternative Funktionen an PortE (1) Für die Datenkommunikation mit einem PC braucht man den Anschluss über die Standard- Schnittstelle RS232. Baudrate: 19200 Datenbits: 8 Parität: keine Stop bits: 1
Alternative Funktionen an PortE (2) Für die Signalanpassung ist folgende Schaltung vorgesehen.
Alternative Funktionen an PortE Außer dem Interface für eine (beschränkt schnelle 19KBaud) asynchrone bitserielle Übertragung ist noch ein Anschluss für eine (schnellere) synchrone bitserielle Übertragung vorgesehen (Universal Serial Interface USI). USI (siehe Datenblatt) ist eine spezielle Anwendung, so dass bei Ausschluss von USI die Pins E.4 bis E.6 frei sind.
Alternative Funktionen an PortA, C, D und G PortA, C, D und G sind vollständig mit LCD- Funktionen belegt, sowie G.1 und G.4 (G.5 Reset).
Alternative Funktionen an PortG (G.3, G.4) An den Pins G.3 und G.4 sind die Eingänge für die externen Clocks der Timer als alternative Funktion vorgesehen. Im Kontext der Butterfly-Anwendungen kann man leicht auf diese Funktion zugunsten der LCD-Funktion verzichten.
Alternative Funktionen an PortF, Pins F.4 bis F.7 (1) Über den JTAG-Anschluss ist das on-line Debugging mit einem In-Circuit-Emulator möglich.
Alternative Funktionen an PortF (2) Verzichtet man auf die Anwendung der Testfunktionen, so bleibt auf allen Pins von PortF die Anwendung für analoge Größen oder für binäre Größen. Die freie Wahl, die Pins von PortF entweder mit einer analogen oder einer binären Größe zu belegen, bleibt nur für die Pins F.4 bis F.7. Die Pins F.0 bis F.3 sind mit analogen Größen von Einheiten auf dem Modul belegt.
Alternative Funktionen an PortF (3) Grundsätzlich trennt man die Versorgungsspannung und das Bezugspotential für analoge Größen von denen für binäre Größen. Deshalb sind an der MCU die Eingänge AVCC und AGND vorgesehen. Auf dem Butterfly-Modul sind die Bezugspotentiale verbunden. Die analoge Versorgungsspannung wird aus der Batterie-Spannung gewonnen, wobei eine LC-Kombination die Spannung stabilisieren soll.
Temperaturmessung an Pin F.0 Elektrische Widerstände ändern mit der Temperatur ihren Widerstandswert: im allgemeinen wird er mit steigender Temperatur größer. Es gibt aber besonders temperaturempfindliche, bei denen es umgekehrt ist. Wenn man diese in einen Spannungsteiler schaltet, wird der temperaturabhängige Widerstand in einen analogen Spannungswert gewandelt.
Spannungsmessung an Pin F.1 Über einen Spannungsteiler wird eine zu messende Spannung <10V so gewandelt, dass sie ohne Zerstörung des Analogeingangs gemessen werden kann.
Lichtmessung an Pin F.2 Es gibt Widerstände, deren Widerstandswert sich mit einfallender Lichtstärke ändert. Mit Hilfe eines Spannungsteilers lässt sich die Widerstandsänderung in eine analoge Spannungsänderung wandeln, die man durch Messung der Spannung am Widerstand erfassen kann.