بخش سوم آموزش AVR : نحوه کار با نرم افزارهای Proteus و CodeVision

ادمین الکترو ولت · 1393-12-10

EVS21:AVR1

مقدمه

در بخش گذشته با معماری و ساختار میکروکنترلر Atmega32 آشنا شدیم. گفتیم مهمترین بخش میکروکنترلر Atmega32 که با آن سر و کار داریم رجیسترها هستند. رجیسترها کنترل و تنظیمات تمام بخش های میکروکنترلر را بر عهده دارند و باید به خوبی با نحوه عملکرد آنها آشنا شد. گفتیم که در Atmega32 به تعداد ۶۴ رجیستر برای کنترل مجموعه سیستم میکروکنترلر وجود دارد که در قسمت SRAM حافظه قرار دارد. با تنظیم و مقدار دهی به این رجیسترها در برنامه میتوان برنامه های مختلف را راه اندازی و اجرا نمود . هر چه بیشتر با این رجیسترها کار کرده و مسلط به برنامه ریزی آنها باشید بهتر میتوانید برنامه نویسی کرده و از امکانات میکروکنترلر حداکثر استفاده را ببرید. بعد از رجیسترها ، فیوز بیت ها نیز بخش مهمی از میکروکنترلر می باشد که همانند رجیسترها کنترل و تنظیمات بخش های دیگری از میکروکنترلر نظیر فرکانس کلاک میکرو و … را بر عهده دارد. در این فصل ابتدا با نرم افزارهای Proteus و CodeVision آشنا خواهید شد و مثال عملی گفته شده در فصل قبل را شبیه سازی و پیاده سازی خواهیم کرد و سپس با فیوز بیت ها و تنظیمات آن آشنا خواهید شد.

معرفی کلی نرم افزار Proteus

پروتئوس ( Proteus ) نرم‌افزاری برای شبیه سازی مدارات الکترونیک ، بخصوص مدارات مبتنی بر میکروکنترلر می باشد . اصلی ترین کار این نرم افزار شبیه سازی است اما قابل استفاده برای کشیدن بردهای PCB هم بوده و برای این کار هم محیطی مجزا در نظر گرفته شده . کتابخانه های بسیاری از قطعات الکترونیک جهت طراحی و شبیه سازی مدارات الکترونیکی در این نرم افزار موجود است . این نرم افزار محصول شرکت Lab center Electronics می باشد.

کاربردهای این نرم افزار عبارتند از :

شبیه سازی مدارات آنالوگ و دیجیتال
تست و آنالیز مدارات با استفاده از ابزار اندازه گیری مجازی مانند اسیلوسکوپ ، مولتی متر ، فانکشن ژنراتور و….
شبیه سازی تقریبا اکثر مدارات با میکرو کنترلرهای PIC ، AVR و برخی از میکروکنترلرهای ARM
امکان ایجاد و ویرایش قطعات الکترونیکی
طراحی بردهای PCB یک تا ۱۶ لایه

راهنمای نصب :

با توجه به فیلم آموزش نصب موجود ، اقدام به نصب و فعالسازی نرم افزار کنید.

دانلود پروتئوس ۸٫۱ به همراه کتابخانه ها و آموزش نصب با حجم ۲۴۰ مگابایت

معرفی کلی نرم افزار CodeVision

کدویژن ( CodeVision AVR ) یک نرم افزار کامپایلر زبان C است که برای برنامه نویسی ، برنامه ریزی ( پروگرام ) و عیب یابی ( debug ) کلیه میکروکنترلرهای AVR می باشد . این نرم افزار که دارای محیط برنامه نویسی توسعه یافته نیز می باشد ، بیشتر به علت تولید کدهای اتوماتیک توسط ساختار CodeWizard ( جادوگر کد ) مشهور شده است . این قابلیت دسترسی راحت به تنظیمات رجیسترهای میکروکنترلرهای AVR را فراهم می کند.

امکاناتی که این نرم افزار فراهم می کند به شرح زیر است :

کامپایلر استاندارد زبان C
پشتیبانی از تمام میکروکنترلرهای AVR
دارای قابلیت تولید خودکار برنامه ( CodeWizard )
پشتیبانی از اکثر پروگرامرهای AVR
پشتیبانی از ارتباط JTAG برای عیب یابی
و …

راهنمای نصب :

با استفاده از راهنمایی های درون فایل Read Me.txt اقدام به نصب نرم افزار کنید.

لینک دانلود با حجم ۱۴ مگابایت

مراحل کلی انجام یک پروژه میکروکنترلری

به طور کلی وقتی که قرار است یک پروژه با میکروکنترلرهای AVR انجام دهید ، بعد از مشخص شدن هدف پروژه و صرفه اقتصادی آن مراحل زیر به وجود می آید :

1- طراحی سخت افزار : در این مرحله می بایست بر اساس هدف پروژه و شرایط مکانی به کارگیری پروژه، نوع و مقدار تک تک المان های سخت افزار مورد نیاز طراحی و روی کاغذ آورده شود .

2- طراحی نرم افزار : در این مرحله ابتدا الگوریتم یا فلوچارت مورد نیاز رسم و سپس برنامه نویسی مورد نظر بر اساس آن نوشته می شود .

3- شبیه سازی : قبل از پیاده سازی عملی ، تست صحت عملکرد مدار در این مرحله توسط نرم افزارهای مناسب ( در اینجا Proteus و CodeVision ) صورت می گیرد .

4- پیاده سازی : پروگرام کردن میکروکنترلر و بستن مدار مورد نظر روی بردبرد در این مرحله صورت می گیرد .

5- تست و عیب یابی : با وصل منبع تغذیه به مدار ، تست و عیب یابی مدار در این مرحله صورت می گیرد

6- تولید ، ارتقا و بهبود : در نهایت بعد از بررسی مدار و اطمینان صحت عملکرد آن ، در این مرحله برای مدار مورد نظر فیبر مدار چاپی ( pcb ) تولید می شود. پشتیبانی پروژه که ارتقا و بهبود عملکرد مدار می باشد ، بعد از تولید پروژه و بازخورد مشتریان بوجود می آید .

تذکر : مراحل فوق بسیار مهم هستند و در پروژه های بزرگ میبایست به ترتیب و با دقت انجام گیرد .

مثال عملی شماره ۱

برنامه ای بنویسید که LED موجود روی PA.0 را ۴ بار در ثانیه به صورت چشمک زن روشن و خاموش کند . سپس آن را در نرم افزار Proteus شبیه سازی کرده و پس از اطمینان از عملکرد صحیح برنامه توسط نرم افزار CodeVision روی میکروکنترلر Atmega32 پیاده سازی نمایید .

حل :

مرحله اول : طراحی سخت افزار خواسته شده

مرحله دوم : طراحی نرم افزار خواسته شده

#include &lt;mega32.h&gt;
#include &lt;delay.h&gt;

void main(void)
{

DDRA.0=1;

while(1)
{

PORTA.0=1;
delay_ms(250);
PORTA.0=0;
delay_ms(250);

}
}

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

#include <mega32.h>

#include <delay.h>

void main(void)

{

DDRA.0=1;

while(1)

{

PORTA.0=1;

delay_ms(250);

PORTA.0=0;

delay_ms(250);

}

مرحله سوم : شبیه سازی توسط نرم افزارهای Proteus و CodeVision

در این مرحله همیشه ابتدا به نرم افزار پروتئوس مراجعه کرده و سخت افزار طراحی شده را رسم می نماییم . سپس به نرم افزار کدویژن مراجعه کرده و نرم افزار مربوطه را کامپایل و می سازیم ( Build ) . سپس برنامه ساخته شده توسط کدویژن را در نرم افزار پروتئوس اضافه ( add ) می کنیم و مدار را شبیه سازی ( Run ) می کنیم . در صورت جواب گرفتن در این مرحله به مرحله پیاده سازی خواهیم رفت .

شروع به کار با نرم افزار پروتئوس

پس از نصب نرم افزار بر روی آیکون آن در صفحه دسکتاپ کلیک کرده تا نرم افزار باز شود . زمانی که نرم افزار باز شد با پنجره شکل زیر مواجه می شوید . در این مرحله بر روی آیکون آبی رنگ ISIS موجود در نوار ابزار بالایی که در شکل زیر نیز مشخص شده است ، کلیک کنید تا Schematic capture برای رسم مدار باز شود .

برای انتخاب المان های مداری باید روی آیکون P کلیک کنید تا صفحه جدیدی بنام Pick Devices باز شود .

در این صفحه هر المانی نیاز داشته باشید را تایپ کرده و سپس روی نام قطعه دابل کلیک می کنید تا قابل استفاده گردد . برای این مثال یک Atmega32 و یک led نیاز داریم . آنها را تایپ کرده و روی نام آنها دابل کلیک کرده و در نهایت پنجره Pick Devices را با کلیک بر روی Ok می بندیم . مراحل اجرای کار را در زیر مشاهده می کنید .

مشاهده می کنید زیر آیکون P قطعاتی که انتخاب کرده بودیم آورده شده است . با کلیک بر روی آنها میکرو و LED را درون کادر آبی رنگ صفحه اصلی در محل مناسب خود قرار داده و مدار را تکمیل می کنیم . به یک زمین ( Ground ) نیز احتیاج داریم که آن را با کلیک بر روی آیکون Terminals Mode موجود در نوار ابزار سمت چپ و سپس کلیک بر روی GROUND انتخاب کرده و در جای مناسب خود قرار می دهیم .

در نهایت نوبت به سیم کشی مدار می رسد . زمانی که نشانگر ماوس را در محل سیم کشی روی پایه(پین) های LED یا میکروکنترلر می برید ، مداد سبز رنگی ظاهر می شود ، در همین حال کلیک کنید و سیم کشی مدار را به صورت شکل زیر تکمیل نمایید .

بعد از تکمیل مدار آن را از منوی File و گزینه Save با نام مناسب در یک پوشه جدید ذخیره نمایید. برای اینکه برنامه را بتوان بر روی آی سی ریخته و سپس اجرا کرد میبایست ابتدا باید فایلی که از نرم افزار CodeVision تولید می شود را داشته باشیم . بنابراین در این مرحله به سراغ نرم افزار کد ویژن رفته و پس از نوشتن برنامه برای شبیه سازی عملکرد مدار باز خواهیم گشت .

شروع به کار با نرم افزار CodeVision AVR

پس از نصب و اجرای این نرم افزار برای شروع پروژه ی جدید باید مراحل زیر با دقت و به ترتیب طی شود :

1- ابتدا ممکن است آخرین پروژه ای که کار کرده اید باز باشد آن را از مسیر File و سپس Close All ببندید .

2- از منوی File گزینه New را انتخاب کرده و سپس در پنجره باز شده ، Source را انتخاب و Ok کنید.

3- فایل untitled.c باز می شود . در این مرحله می بایست از منوی File و سپس Save as آن را با نام مناسب در همان پوشه ای که فایل پروتئوس قرار دارد ، ذخیره کنید.

4- از منوی File گزینه New را دوباره انتخاب کرده اما این بار در پنجره باز شده ، Project را انتخاب و Ok کنید.

5- پنجره ای مبنی بر اینکه آیا می خواهید از CodeWizard استفاده کنید یا خیر ؟ باز می شود آن را No کنید.

6- پنجره Project Configure باز می شود که در این مرحله می بایست فایل ذخیره شده با پسوند .C در مرحله ۳ را با زدن دکمه Add به پروژه اضافه نمود .

7- در این مرحله به سربرگ C Compiler رفته و در قسمت Chip نوع چیپ را روی Atmega32 قرار می دهیم و در قسمت Clock فرکانس کلاک را روی فرکانس کاری میکرو تنظیم می کنیم ( برای atmega32 کلاک در حالت default روی ۱MHZ باید قرار گیرد ) . در نهایت پنجره Project Configure را Ok کرده و کار پروژه جدید پایان می یابد .

* پروژه جدید ساخته شده است حالا باید برنامه دلخواه به زبان C را در این مرحله نوشت . پس در اینجا برنامه نوشته شده مثال شماره ۱ را تایپ می کنیم . بعد از نوشتن برنامه در محیط کدویژن می بایست از منوی Project گزینه Build را انتخاب کنید تا برنامه کامپایل و ساخته شود . در صورت بروز error باید ابتدا آنها را برطرف کرده تا برنامه ساخته شود . ساخت برنامه بدین معنی است که فایلی با پسوند Hex ساخته میشود که این فایل به زبان میکرو است و میتوان آن را روی میکرو پروگرام کرد یا برای شبیه سازی در proteus به کار برد .

حال نوبت به شبیه سازی پروژه در پروتئوس می رسد.

برای شبیه سازی دوباره به نرم افزار پروتئوس باز می گردیم . در نرم افزار Proteus ، روی میکروکنترلر دابل کلیک کرده تا پنجره Edit Component باز شود. در این پنجره در قسمت Program File روی آیکون پوشه ( Browse ) کلیک کنید تا پنجره انتخاب فایل باز شود . حالا میبایست به مسیر برنامه ای که در کدویژن نوشتید بروید و در آنجا داخل پوشه Exe شده و فایل با پسوند Hex را انتخاب کنید .

بعد از انتخاب فایل hex با دیگر تنظیمات کاری نداشته و پنجره Edit Component را و Ok میکنیم . با این کار برنامه نوشته شده به زبان C در نرم افزار کدویژن به داخل آی سی میکروکنترلر در نرم افزار پروتئوس ریخته می شود . حال برای شبیه سازی مدار روی دکمه Play پایین صفحه کلیک کرده تا شبیه سازی آغاز و مدار Run شود . مشاهده می کنید که led هر ثانیه چهار بار روشن و خاموش می شود .

مرحله چهارم : پیاده سازی مدار

در این مرحله ابتدا میکروکنترلر را توسط پروگرامر و نرم افزار کدویژن ، برنامه ریزی ( Program ) کرده و سپس مدار را بر روی برد برد می بندیم .

پروگرام کردن میکرو توسط نرم افزار CodeVision

بعد از وصل کردن و روشن کردن پروگرامر خود به پورت مربوطه روی PC یا لپ تاپ و نصب فایل درایور مربوطه (برخی از پروگرامرها برای راه اندازی نیاز به Driver مخصوص دارند) مراحل زیر برای پروگرام کردن را در نرم افزار CodeVision اجرا کنید :

1- ابتدا از منوی Setting ، گزینه Programmer را انتخاب می کنیم .

2- از لیست موجود می بایست نوع پروگرامر را همان مدل پروگرامری که خریداری کرده اید ، انتخاب کنید . ( برای من Stk500 )

3- در قسمت Communication Port می بایست آن پورتی که پروگرامر به آن وصل است را تنظیم کرد . اگر پورتی که پروگرامر به آن وصل است را نمی دانید کافیست به قسمت Device Manager در Control Panel مراجعه کرده و سپس در قسمت Port&LPT نام پروگرامر و پورت Com آن مشخص است .

4- میکروکنترلر را روی پروگرامر در جای مناسب و در جهت صحیح قرار می دهیم .

5- از منوی Tools ، گزینه Chip Programmer را انتخاب می کنیم .

6- با زدن دکمه Program All ، پروگرام آغاز می شود .

7- در پیغامی که هنگام پروگرام ظاهر می شود از ما میخواهد تا فایلی برای ریختن دیتا درون EEPROM معرفی کنید ، چون ما فایلی نداریم پس گزینه Cancel را انتخاب می کنیم .

نکته مهم : دقت کنید که حتما تیک گزینه Program Fuse Bit زده نشده باشد تا فیوزبیت های میکروکنترلر در حالت default بدون تغییر بماند .

* بعد از پروگرام کردن میکروکنترلر کافی است آن را وسط بردبرد قرار داده و led را بین پایه ۴۰ و زمین ( در جهت صحیح ) متصل نماییم و بقیه مدار را به صورت مدار حداقلی که در فصل قبل به آن اشاره کردیم ببندیم . بنابراین مداری مشابه شکل زیر را خواهیم داشت .

مرحله پنجم : تست و عیب یابی

در صورت رعایت دقیق همه مراحل گفته شده با وصل منبع تغذیه مناسب مدار بدون هیچ مشکلی کار خواهد کرد .

مرحله ششم : تولید ، ارتقا و بهبود

در این مثال ساده ، هدف یادگیری بود و برنامه نیازی به تولید ، ارتقا و بهبود ندارد .

واحد کنترل کلاک سیستم در میکروکنترلر Atmega32

همانطور که قبلا نیز گفتیم این واحد وظیفه تامین کلاک ورودی و پخش آن به تمامی واحد های میکروکنترلر را بر عهده دارد . شکل زیر بلوک دیاگرام این واحد را برای میکروکنترلر Atmega32 نشان می دهد. این واحد به کلی توسط فیوز بیت ها ( Fuse Bits ) تنظیم و کنترل می شود و در معماری AVR برای تنظیم و کنترل این واحد رجیستر خاصی در نظر گرفته نشده است .

همانطور که در شکل مشاهده می کنید منابع کلاک توسط یک مالتی پلکسر ، پالس لازم را به واحد کنترل کننده کلاک ارسال می کند. در واقع کلاک لازم جهت راه اندازی سیستم می تواند تنها یکی از منابع زیر باشد و امکان استفاده همزمان از آنها وجود ندارد.

اسیلاتور RC ( خازن – مقاومت ) خارجی
کلاک خارجی
کریستال اسیلاتور خارجی
کریستال اسیلاتور فرکانس پایین خارجی
اسیلاتور RC داخلی

بعد از وارد شدن پالس کلاک به واحد کنترل کلاک ، تقسیمی از کلاک وارد شده به کلیه واحدهای میکرو کنترلر می رود . همانطور که در شکل نیز مشاهده می کنید ، پالس CLKCPU به هسته مرکزی ( CPU ) و SRAM اعمال می شود. پالس CLKADC ، کلاک لازم را جهت واحد مبدل آنالوگ به دیجیتال فراهم می کند . پالس CLKFLASH کلاک لازم را بر ای حافظه Flash و eeprom داخلی فراهم می سازد. پالس CLK/IO برای تولید پالس ماژول های ورودی و خروجی نظیر USART، SPI ، شمارنده ها و وقفه ها بکار برده می شود.پالس CLKASY برای راه اندازی آسنکرون تایمر یا کانتر دو برای استفاده از فرکانس ۳۲.۷۶۸KHz اسیلاتور RTC است . در این شکل همچنین نحوه اتصال واحد تایمر Watchdog نیز نشان داده شده است . تایمر سگ نگهبان از یک اسیلاتور مجزای داخلی استفاده می کند که پالس کلاک مورد نیاز خود را تامین کرده و احتیاجی به منبع ورودی کلاک ندارد .

فیوز بیت ها در میکروکنترلرهای AVR :

فیوز بیت ها قسمتی در حافظه فلش هستند که با تغییر آنها امکانات میکروکنترلر نظیر تنظیم منبع کلاک میکرو ، روشن و خاموش کردن امکان JTAG و … را میتوان کنترل کرد . میکرو کنترلر های AVR بسته به نوع قابلیتی که دارند دارای فیوز بیت های متفاوتی هستند . در میکروکنترلرهای AVR حداکثر سه بایت برای این منظور در نظر گرفته می شود . توجه کنید که برنامه ریزی فیوزبیت ها باید قبل از قفل ( Lock ) تراشه صورت گیرد . برای اینکه بدانید میکروکنترلری که با آن کار می کنید دارای چه ویژگی و چه فیوز بیت هایی می باشد ، به قسمت System Clock & Clock Options در Datasheet آن میکرو مراجعه نمایید.

فیوز بیت ها در میکروکنترلر Atmega32 :

میکروکنترلر ATMEGA32 دارای ۲ بایت ( ۱۶ بیت ) فیوز بیت ( Fuse Bit ) می باشد که ۸ بیت کم ارزش آن Low Byte و ۸ بیت دیگر آن High Byte نامگذاری شده است . در شکل زیر نام ، عملکرد و پیش فرض این فیوز بیت ها را مشاهده می کنید .

نکته : در تمام جداول مربوط به فیوز بیت ها ، ۰ به معنای بیت برنامه ریزی شده (PROGRAMMED) و ۱ به معنای بیت برنامه ریزی نشده (UNPROGRAMMED) می باشد.

در ادامه به معرفی و بررسی هر یک از فیوز بیت های فوق می پردازیم

فیوز بیت های تنظیم کلاک

فیوز بیت CKOPT میتواند برای دو حالت مختلف استفاده شود . یعنی زمانی که محیط پر نویز باشد و زمانی که از کریستال خارجی استفاده شود این بیت برنامه ریزی می شود (۰) در بقیه حالت نیازی به برنامه ریزی این بیت نیست (۱). همچنین فیوز بیت های CKSEL0 تا CKSEL3 برای تنظیم منبع کلاک میکرو می باشد و بسته به منبع ورودی کلاک به یکی از صورت های جدول زیر باید برنامه ریزی شود. فیوز بیت های SUT0 و SUT1 نیز زمان راه اندازی (Start-up) را در هنگام متصل کردن منبع تغذیه تعیین می کنند . که این زمان در هر یک از حالت های جدول زیر متفاوت است .

نوسان ساز با کریستال خارجی

برای استفاده از کریستال خارجی،باید فیوز بیت های CKSEL3.0 را بین ۱۰۱۰ تا ۱۱۱۱ برنامه ریزی کنیم . پایه های خارجی XTAL1 و XTAL2 طبق شکل زیر توسط دو خازن عدسی (خازن های بالانس) با مقادیر یکسان به یک کریستال با فرکانس حداکثر تا ۱۶ مگاهرتز متصل می گردند.

بنابراین در حالتی که از کریستال خارجی استفاده می شود ، مدار فوق می بایست به میکرو متصل گردد و تنظیمات فیوز بیت ها طبق جدول زیر بر اساس فرکانس کاری مورد نیاز میکرو انجام شود .

خازن های C1 و C2 را معمولا ۲۲PF انتخاب می کنند . وظیفه این خازن حذف نویز الکترومغناطیس اطراف کریستال می باشد که طبق جدول فوق با توجه به کریستال استفاده شده تعیین می شوند. در PCB برای حذف نویز ، معمولا بدنه کریستال خارجی را به زمین وصل می کنند اما نباید بدنه کریستال حرارت بیند زیرا ممکن است به آن آسیب برسد.

هنگام استفاده از کریستال خارجی بهتر است با فعال کردن بیت CKOPT دامنه نوسان اسیلاتور را حداکثر کرد. در این حالت اسیلاتور بصورت Rail-to-Rail عمل می کند یعنی مثلا اگر تغذیه میکروکنترلر ۵ ولت باشد حداکثر دامنه پالس ساعت نیز ۵ ولت خواهد بود. این حالت برای محیط های پر نویز مانند کارخانه های صنعتی بسیار مناسب است . البته فعال کردن این فیوز بیت به اندازه چند میلی آمپر جریان مصرفی میکروکنترلر را افزایش می دهد .

نکته : در میکروکنترلرهای بدون پسوند L اگر بخواهیم از کریستال ۱۶MHZ استفاده کنیم باید فیوز بیت CKOPT فعال گردد در غیر اینصورت حداکثر کریستال خارجی ممکن برای اتصال به میکرو ۸MHZ خواهد بود.

زمان Start-up برای استفاده از کریستال خارجی توسط فیوز بیت های SUT0 و SUT1 طبق جدول زیر تعیین می گردد.منظور از زمان Start-up مدت زمانی است که طول میکشد به محض وصل شدن تغذیه به میکروکنترلر و پایدار شدن نوسانات کریستال اسیلاتور خارجی ، میکروکنترلر Reset شده و برنامه را شروع به اجرا کند . این مدت زمان در حدود چند میلی ثانیه می باشد که توسط جدول زیر قابل تنظیم است .

نوسان ساز با کریستال فرکانس پائین

منظور از کریستال فرکانس پائین ، استفاده از کریستال ساعت ( ۳۲۷۶۸ هرتز ) می باشد . در صورتی که فیوز بیت های CKSEL 3..0 به صورت ۱۰۰۱ برنامه ریزی شوند پالس ساعت سیستم از کریستال خارجی فرکانس پایین استفاه می کند. در این حالت اگر فیوز بیت CKOPT فعال شود خازن داخلی بین دو پایه XTAL1 و XTAL2 فعال می گردد. با فعال شدن این خازن که مقدار آن ۳۶pF است ، احتیاجی به قرار دادن خازن های C1 و C2 نیست و میتوان مستقیما این کریستال را روی دو پایه XTAL1 و XTAL2 نصب کرد . همچنین زمان Start-up مورد نیاز میکرو در این حالت ، طبق جدول زیر تعیین می شود.

نوسان ساز با RC خارجی

از اسیلاتور RC خارجی در کاربردهایی که به تغییرات زمان و فرکانس حساسیت نداشته باشیم استفاده می کنیم . در این حالت مدار زیر باید به میکرو متصل شود که در آن فرکانس نوسانات اسیلاتور از رابطه ( ( F = 1 / 3RC بدست می آید و مقدار خازن C حداقل باید 22pF باشد .

بنابراین در حالتی که از کریستال خارجی استفاده می شود ، مدار فوق می بایست به میکرو متصل گردد و تنظیمات فیوز بیت ها طبق جدول زیر بر اساس فرکانس کاری مورد نیاز میکرو انجام شود .

در این حالت اگر فیوز بیت CKOPT فعال شود خازن 36pF داخلی بین دو پایه XTAL1 و GND فعال می گردد و در نتیجه میتوان مقدار 36pF را در محاسبات لحاظ نمود ( C+36 ) یا حتی میتوان خازن C خارجی را حذف نمود. همچنین زمان Start-up مورد نیاز میکرو در این حالت ، طبق جدول زیر تعیین می شود.

نوسان ساز با اسیلاتور RC کالیبره شده داخلی

اسیلاتور RC کالیبره شده داخلی می تواند فرکانس های ثابت 1MHZ ، 2MHZ ، 4MHZ و 8MHZ را در شرایط تغذیه +5v و در دمای 25 درجه ایجاد نماید. فرکانس کاری این اسیلاتور به شدت به ولتاژ تغذیه، درجه حرارت محیط و مقدار بایت رجیستر OSSCAL وابسته می باشد.

از آنجایی که این نوع نوسان ساز به دما و ولتاژ وابسته است پیشنهاد می کنیم در موقع استفاده از تبادل سریال USART و دیگر پروتکل ها و برنامه هایی که به زمان بسیار وابسته هستند از کریستال خارجی استفاده کنید.

نکته : فیوزبیت های میکروکنترلر ATmega32 به طور پیش فرض توسط کارخانه طوری تنظیم شده است که از اسیلاتور کالیبره شده داخلی با فرکانس 1MHZ استفاده می کند .
زمانی که اسیلاتور داخلی استفاده می شود نیازی به قرار دادن اسیلاتور خارجی نیست و پایه های XTAL1 و XTAL2 آزاد گذاشته می شود و همچنین در این نوسان ساز، نباید فیوز بیت های CKOPT فعال باشد. مقدار فرکانس این اسیلاتور توسط فیوز بیت های CKSEL3.0 طبق جدول زیر تعیین می شود.

زمان Start-up میکرو نیز توسط فیوز بیت های SUT0 و SUT1 طبق جدول زیر تنظیم می گردد.

رجیستر کالیبراسیون OSCCAL

در صورت استفاده از اسیلاتور RC کالیبره شده داخلی در هر بار که میکروکنترلر Reset می شود ، مقدار رجیستر OSCCAL خوانده شده و اسیلاتور به طور خودکار تنظیم می گردد. در حالت پیش فرض مقدار این رجیستر طوری تنظیم شده است که اسیلاتور RC روی ۱ مگاهرتز کار کند . کاربرد این رجیستر برای کاهش خطای اسیلاتور RC داخلی در شرایط مختلف است اما اگر از شرایط تغذیه +۵v و یا دمای ۲۵c استفاده گردد این خطا به ۱۰% کاهش می یابد . با نوشتن مقدار ۰x00 کمترین و با نوشتن مقدار ۰xFF در این رجیستر بیشترین فرکانس ممکن برای کالیبراسیون انتخاب می گردد . تنظیم دقیق این کالیبراسیون در فرکانس های به جز ۱ ، ۲ ، ۴ و ۸ مگاهرتز خیلی تضمینی نیست . شکل زیر درصد تغییرات این رجیستر را در حالت تنظیم آن روی مقادیر مختلف نشان می دهد .

نوسان ساز با کلاک خارجی

در صورت تنظیم فیوز بیت های CKSEL3..0 به صورت “۰۰۰۰” میکروکنترلر AVR پالس کلاک ورودی خود را از یک منبع خارجی دریافت می کند . در این حالت پایه XTAL2 بدون اتصال بوده و پایه XTAL1 به منبع تولید پالس دیجیتال متصل می شود . با فعال نمودن فیوز بیت CKOPT نیز میتوان خازن ۳۶ پیکوفارادی بین پایه XTAL1 با زمین را فعال کرد . نحوه اتصال کلاک خارجی به میکرو را در شکل زیر مشاهده می کنید .

در این حالت نیز فیوز بیت های SUT1 و SUT2 طبق جدول زیر می باشند .

تنظیمات دیگر فیوز بیت ها

فیوز بیت EESAVE : مقدار پیش فرض آن ۱ بوده و برای اینکه آیا در هنگام پاک کردن ( Erase ) میکرو حافظه EEPROM پاک شود یا نه ، از این فیوز بیت استفاده می شود . اما زمانی که مقدار این بیت را صفر کنیم ، محتویات EEPROM در هنگام پاک کردن ( Erase ) میکرو حفظ می شود . این بیت بطور پیش فرض غیرفعال است.
فیوز بیت JTAGEN : این فیوز بیت که به صورت پیش فرض در حالت برنامه ریزی شده می باشد ، برای فعال کردن ارتباط JTAG می باشد . برنامه ریزی شدن این فیوز بیت در حالت پیش فرض باعث شده است تا پورت C برای ارتباط I/O واحد ورودی/خروجی در دسترس نباشد . برای آزاد کردن پورت C می بایست این فیوز بیت را از حالت برنامه ریزی خارج نمود .

فیوز بیت OCDEN (On Chip Debug Enable) : زمانیکه فیوز بیت ارتباط دهی JTAG فعال شده باشد و همچنین برنامه میکروکنترلر را قفل نکرده باشیم می توان با فعال کردن فیوزبیت OCDEN برنامه میکروکنترلر را به طور آنلاین در حین اجرا توسط مدار واسطی که از ارتباط سریال JTAG استفاده می کند توسط نرم افزار مشاهده کرد. به این نوع آنالیز امولاتور (Emulator) یا شبیه ساز سخت افزاری گفته می شود. همچنین برنامه ریزی شدن این بیت به قسمتهایی از میکرو امکان می دهد که در مدهای SLEEP کار کنند. درهر صورت فعال کردن این بیت مصرف توان میکرو کنترلر را افزایش می دهد. این بیت بصورت پیش فرض برنامه ریزی نشده (۱) است.

فیوز بیت SPIEN : با فعال کردن این فیوز بیت می توان میکرو را از طریق ارتباط دهی سریال SPI برنامه ریزی کرد. این فیوز بیت بطور پیش فرض فعال است.
فیوز بیت های BOOTSZ0 و BOOTSZ1 : این دو بیت، مقدار حافظه اختصاص داده شده BOOT را طبق جدول زیر تعیین می کنند. در زمان برنامه ریزی شدن فیوز بیت BOOTRST اجرای برنامه از آدرس حافظه BOOT آغاز خواهد شد.

فیوزبیت BOOTRST : این بیت برای انتخاب بردار Reset است اگر غیر فعال باشد آدرس بردار RESET از $۰۰۰۰ است و اگر این بیت فعال شود به آدرسی که فیوز بیت های BOOTSZ0 و BOOTSZ1 مشخص کرده اند تغییر می یابد.
فیوز بیت BODEN : مدار BROWN-OUT آشکارساز ولتاژ تغذیه است که اگر از ۲.۷ یا ۴ ولت کمتر شود میکروکنترلر را ریست می کند. برای فعال کردن این مدار، باید فیوزبیت BODEN فعال گردد. این فیوز بیت بطور پیش فرض غیرفعال است.
فیوز بیت BODLEVEL : اگر فیوزبیت BODEN فعال و فیوز بیت BODLEVEL غیرفعال باشد با کاهش ولتاژ VCC کمتر از ۲.۷ ولت میکروکنترلر ریست می شود اما اگر فیوز بیت BODLEVEL را فعال کنیم آنگاه با کاهش ولتاژ VCC کمتر از ۴ ولت میکروکنترلر ریست می شود. مطابق جدول زیر سطح ولتاژ BROWN-OUT تعیین می شود. فیوز بیت BODLEVEL بصورت پیش فرض غیر فعال است.

تنظیم فیوز بیت ها در نرم افزار کدویژن

بار دیگر به نرم افزار CodeVision بر می گردیم. در شکل زیر محیط Chip Programmer و کاربرد قسمت های مختلف آن را برای تنظیمات Fuse Bits و Lock Bits میکروکنترلر Atmega32 مشاهده می کنید . با تنظیم کردن این پنجره و سپس پروگرام کردن میکروکنترلر تغییرات مورد نظر در آن اعمال می شود . همچنین در شکل زیر تنظیمات فیوز بیت ها را در حالت default میکروکنترلر atmega32 در حالت ۱Mhz داخلی ( با پروگرامر Stk500 ) ، مشاهده می کنید. با تغییر این تیک ها میتوان فیوزبیت ها را برنامه ریزی نمود .

توجه : تنها یکبار فیوزبیت ها را به طور صحیح برنامه ریزی کرده و سپس تیک گزینه Program Fuse Bits را بردارید تا احیانا و اشتباها آنها را تغییر ندهید . اگر احیانا تغییر کرده باشد می توانید مجددا به صورت شکل زیر ( ۱MHz داخلی ) درآورید.

تنظیم پروتئوس در حالت استفاده از کریستال خارجی

فرض کنید فیوز بیت ها را طوری تنظیم کرده ایم که در حالت کریستال خارجی کار کند . در این صورت برای استفاده از کریستال خارجی در شبیه سازی با تایپ کردن عبارت crystal ، آن را از کتابخانه انتخاب و به میکرو وصل می کنیم . همچنین دو عدد خازن ۲۲ یا ۲۷ پیکوفاراد را نیز به صورت شکل زیر متصل می نماییم . بعد از اتصال مدار روی کریستال دابل کلیک کرده و فرکانس کار آن را انتخاب می کنیم . در اینجا ما فرکانس کریستال را ۱۶ مگاهرتز فرض کردیم .

سپس برای تنظیمات راه اندازی میکرو بوسیله کریستال خارجی ابتدا روی میکرو دابل کلیک کرده تا پنجره تنظیمات میکرو باز شود سپس می بایست بر اساس فرکانس کاری کریستال خارجی ، قسمت فیوز بیت ها را تنظیم کرده و سپس در قسمت بعد فرکانس کریستال متصل شده به میکرو را به صورت شکل زیر وارد نمایید .

حال با انجام مراحل فوق میکروکنترلر روی کریستال ۱۶ مگاهرتز تنظیم شده و با play کردن مدار در پروتئوس شبیه سازی آغاز می شود .

با کلیک بر روی تصویر زیر به بخش بعدی آموزش AVR بروید

دانلود به صورت PDF

در صورتی که این مطلب مورد پسندتان بود لایک و اشتراک گذاری فراموش نشود.

بخش سوم آموزش AVR : نحوه کار با نرم افزارهای Proteus و CodeVision

مقدمه

معرفی کلی نرم افزار Proteus

معرفی کلی نرم افزار CodeVision

مراحل کلی انجام یک پروژه میکروکنترلری