Günstige 8-Bit AVR-Mikrocontroller
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Trotz der beeindruckenden Möglichkeiten, die 32-Bit-Mikrocontroller mit ARM-Kernen bieten, erfreuen sich 8-Bit-Chips nach wie vor großer Beliebtheit. Ein breites Angebot solcher Chips bietet Microchip. Nach der Übernahme von Atmel im Jahr 2016 erweiterte Microchip sein Sortiment um die AVR-Familie, die der Hersteller kontinuierlich weiterentwickelt. Die AVR-Chips zeichnen sich durch ihren RISC-basierten Kern, ihre Benutzerfreundlichkeit bei der Programmierung und Inbetriebnahme sowie ihre Verfügbarkeit in großen DIP-Gehäusen aus, was den Aufbau eines Mikroprozessorsystems ohne die Notwendigkeit einer komplexen Leiterplatte ermöglicht. Die kleinste Serie von AVR-Mikrocontrollern ist TinyAVR, auch bekannt als ATTiny. Mikrocontroller dieser Serie zeichnen sich durch einen kleinen Programmspeicher im Bereich von 0,5 bis 16 KB, Gehäuse mit wenigen Pins (6-32), begrenzte integrierte Peripherie und niedrigen Stromverbrauch aus. Diese Chips eignen sich hervorragend für professionelle und Hobbyanwendungen, bei denen kleine Größe und einfache Programmierung gefordert sind, wie z.B. Überwachung von Gerätebetrieb, Spannungs- und Strommessungen, Schnittstellen für Tasten und Schalter, Batteriemessungen und -ladung sowie Steuerung kleiner Motoren und LEDs. Dank des eingebauten USART-Ports können die Mikrocontroller mit drahtgebundenen oder drahtlosen seriellen Schnittstellen verbunden werden. Dies ermöglicht die Entwicklung effizienter, kompakter und energieeffizienter IoT-Lösungen. Die Ausstattung von TinyAVR-Mikrocontrollern kann umfassen:
Eine der grundlegendsten Serien von TinyAVR-Mikrocontrollern ist die ATtiny102/104, die kurz vor der Fusion von Atmel und Microchip vorgestellt wurde. Diese Chips verfügen über einen 1 KB Flash-Speicher und einen 32 B SRAM. Sie sind mit USART-Ports, einem 16-Bit-Zähler und einem RC-Oszillator mit einer Genauigkeit von ±2% ausgestattet. Sie können mit Versorgungsspannungen von 1,8 bis 5,5 V betrieben werden und haben eine Taktfrequenz von bis zu 12 MHz. Die ATtiny102-Chips sind im SOP-8-Gehäuse erhältlich und bieten 5 Kanäle eines 10-Bit-A/D-Wandlers. Die ATtiny104-Controller sind im SOP-14-Gehäuse erhältlich und verfügen über 8 A/D-Wandler-Kanäle. Serien, die mit dem Buchstaben "F" gekennzeichnet sind, bieten zusätzlich eine Fast-Startup-Funktion. Rys. 1. Schemat blokowy połączeń wewnątrz układów ATtiny102/104 Die Mikrocontroller der ATtiny20x/40x-Serie verfügen über mehr Flash-Speicher (bis zu 4 KB) und SRAM (bis zu 256 B). Sie enthalten auch eingebetteten EEPROM-Speicher mit einer Kapazität von bis zu 128 B. Der Analog-Digital-Wandler bietet bis zu 12 Kanäle mit einer Auflösung von 10 Bit sowie einen eingebauten Referenzspannungsgenerator. Die maximale Taktfrequenz des Chips beträgt 20 MHz. Diese Chips enthalten auch CCL-Module (Configurable Custom Logic) und einen Hardware-Multiplizierer. Eine interessante Funktion, die in dieser Mikrocontroller-Serie verfügbar ist, ist das Event System, das die Zusammenarbeit von Peripheriegeräten ermöglicht, ohne dabei die Ressourcen des Kerns zu beanspruchen. Diese Funktion wird in Anwendungen eingesetzt, wo es entscheidend ist, dass der Mikrocontroller innerhalb einer bestimmten Zeit reagiert. Darüber hinaus kann die Verwendung des Event Systems in batteriebetriebenen Anwendungen den Stromverbrauch signifikant reduzieren.
Abb. 2. Blockschaltbild des Event-Systems
Die Mikrocontroller nutzen auch den Mechanismus des SleepWalking. Dieser ist in Anwendungen nützlich, bei denen der Mikrocontroller den Sleep-Modus verwendet. Die Funktionsweise dieses Mechanismus besteht darin, dass Bedingungen für die Peripheriegeräte definiert werden, bei deren Erfüllung die CPU des Mikrocontrollers aus dem Sleep-Modus aufgeweckt wird. Ein Beispiel für eine solche Bedingung könnte das Überschreiten eines bestimmten Spannungswerts am Eingang des Analog-Digital-Wandlers sein. Dies ist eine sehr effiziente Methode zur Einsparung von Energieverbrauch.. Mikrocontroller der Serie ATtiny21x/41x verfügen über Flash-Speicher mit einer Kapazität von bis zu 4 KB sowie SRAM mit einer Kapazität von bis zu 256 B. Sie enthalten auch einen integrierten EEPROM-Speicher mit einer Kapazität von bis zu 128 B. Neben einem ADC verfügen die Chips auch über einen DAC mit einer Auflösung von 8 Bit. Die maximale Taktfrequenz des Systems beträgt 20 MHz. In Tabelle 1 sind die Zusammenfassung der Parameter der ATtiny-Chips dargestellt, die im Artikel präsentiert wurden. Tabelle 1. Tabelle der Parameter von TinyAVR Mikrocontrollern Die Mikrocontroller der Serie mit der Kennzeichnung NR können in einem Temperaturbereich von -40 bis +105°C arbeiten, während diejenigen der Serie FR in einem Bereich von -40 bis +125°C funktionieren können. Die Betriebsspannung der Schaltungen liegt zwischen 1,8 V und 5,5 V.Niewielkie mikrokontrolery z rodziny MegaAVR Die TinyAVR-Chips sind sehr praktisch, aber es gibt viele Anwendungen mit höheren Anforderungen, die einen Mikrocontroller mit größeren Speicherressourcen und umfangreicherer Ausstattung erfordern. In solchen Fällen bieten sich die beliebten 8-Bit-Mikrocontroller der MegaAVR-Serie als interessante Lösung an. Sie verwenden denselben AVR-Kern wie die TinyAVR-Familie, sind jedoch besser ausgestattet.
Abb. 3. Blockdiagramm der megaAVR-Mikrocontroller
Die ATmega320x-Serie verfügt über 32 KB Flash-Speicher, 4 KB SRAM und zusätzlich 256 B EEPROM. Sie können mit Betriebsspannungen von 1,8 V bis 5,5 V betrieben werden und haben eine maximale Taktfrequenz von 20 MHz. Die ATmega3208 Mikrocontroller sind in TQFP32 und VQFN32 Gehäusen erhältlich. Sie verfügen über 12 Kanäle des ADC mit einer Auflösung von 10 Bit und einer maximalen Abtastrate von 500 kSPS. Darüber hinaus enthalten sie 3 USART-Ports, SPI- und I2C-Schnittstellen sowie vier 16-Bit-Zähler. Die ATmega3209 Controller sind in TQFP48 und UQFN48 Gehäusen erhältlich. Sie verfügen über 16 Kanäle des ADC mit einer Auflösung von 10 Bit und einer maximalen Abtastrate von 500 kSPS. Darüber hinaus enthalten sie 4 USART-Ports, SPI- und I2C-Schnittstellen sowie fünf 16-Bit-Zähler. Microcontrollers der ATmega480x-Serie verfügen über einen Flash-Speicher mit einer Kapazität von 48 KB, einen SRAM-Speicher mit einer Kapazität von 6 KB sowie einen EEPROM-Speicher mit einer Kapazität von 256 B. Abgesehen von der größeren Speicherkapazität sind die Konfigurationen der ATmega4808 und ATmega4809 ähnlich zu denen der ATmega3208 und ATmega3209. Der ATmega4808 ist in TQFP32- und VQFN32-Gehäusen erhältlich, verfügt über 12 ADC-Kanäle, 3 USART-Ports und vier 16-Bit-Zähler. Der ATmega4809 ist in TQFP48- und UQFN48-Gehäusen erhältlich, verfügt über 16 ADC-Kanäle, 4 USART-Ports und fünf 16-Bit-Zähler. Interessanterweise wurde der Mikrocontroller ATmega4809 als Herzstück der neuesten Version des Arduino Uno WiFi Boards eingesetzt. Alle AVR-Mikrocontroller können mit der Atmel Studio Software programmiert werden. Microchip unterstützt diese Geräte auch in der MPLAB X-Umgebung ab Version 5.0 und es können derzeit Projekte für alle oben genannten Serien in beiden Umgebungen erstellt werden. Zusätzlich gibt es für die MPLAB X-Umgebung das MCC-Plugin (MPLAB Code Configurator), das die grafische Konfiguration der Mikrocontroller-Peripherie ermöglicht. Microchip bietet auch eine breite Auswahl an Programmiergeräten für AVR-Chips sowie Entwicklungskits für jede Mikrocontroller-Familie an. Eines davon ist das ATmega4809 Xplained Pro Kit, ausgestattet mit dem ATmega4809-Chip. Das Kit ist im Sortiment von Micros erhältlich.
Abb. 4. Entwicklungsboard ATMEGA4809-XPRO Zusammenfassung Die Mikrocontroller der TinyAVR- und MegaAVR-Familien sind sehr praktische Bausteine für den Einsatz in einfachen IoT-Geräten, Überwachungs- und Steuerungsanwendungen sowie vielen anderen Anwendungen, bei denen kleinere Abmessungen, Kosten und eine einfache Controller-Konstruktion wichtiger sind als große Rechenleistung. Trotz gewisser Einschränkungen verschwinden 8-Bit-Mikrocontroller nicht vom Markt, und es gibt noch viele Anwendungen, in denen sie sich ideal bewähren. Die ATTiny und ATMega Chips können bei Micros erworben werden, einem Unternehmen, das Mikrocontroller und Entwicklungssets von Herstellern wie ST Microelectronics, Microchip, Texas Instruments, NXP, Silicon Labs und anderen anbietet. Quelle: Portal mikrokontroler.pl: https://mikrokontroler.pl/2019/06/14/niedrogie-8-bitowe-mikrokontrolery-avr// (z dnia 14.06.2019).
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