ООО ЭФО
Поиск по складу
Программа поставок 2016
Сегодня
www.powel.ru
источники питания
www.korpusa.ru
конструктивы и корпуса РЭА
www.wless.ru
беспроводные технологии
www.mymcu.ru
микроконтроллеры
altera-plis.ru
микросхемы Altera
www.infiber.ru
волоконно-оптические
компоненты в
промышленности
www.efo-power.ru
силовая электроника
www.efo-electro.ru
электротехническая
продукция
www.efometry.ru
контрольно-измерительные приборы
www.golledge.ru
кварцевые резонаторы и генераторы Golledge
www.sound-power.ru
профессиональные усилители класса D
Поиск по сайту
Подписка на новости

Система менеджмента
качества сертифицирована на соответствие требованиям:
ISO 9001, ГОСТ Р ИСО 9001 и СРПП ВТ - подтверждено сертификатами соответствия в системах сертификации Русского Регистра, ГОСТ Р, международной сети IQNet, "Оборонсертифика" и "Военный Регистр".

ООО "ЭФО" в 2011г. получило Лицензию Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору на изготовление оборудования для ядерных установок.


Rambler s Top100



ChipFind - поисковая система по электронным компонентам
EEN
webmaster
Санкт-Петербург: (812) 327-86-54  zav@efo.ru Москва: (495) 933-07-43  moscow@efo.ru Екатеринбург: (343) 278-71-36  ural@efo.ru Пермь: (342) 220-19-44  perm@efo.ru
Казань: (843) 518-79-20  kazan@efo.ru Ростов-на-Дону: (863) 220-36-79  rostov@efo.ru Н. Новгород: (831) 434-17-84  nnov@efo.ru Новосибирск: (383) 286-84-96  nsib@efo.ru
о нас склад библиотека статьи
 
Микроконтроллеры семейства SmartARM

  1. Общие сведения
  2. Микроконтроллеры серии AT91SAM7S с интерфейсом USB
    1. Общие сведения
    2. Flash-память
    3. Периферийный контроллер прямого доступа к памяти (PDC/DMA)
    4. Коммуникационные последовательные интерфейсы
    5. Интерфейс USB
    6. Аналогово-цифровой преобразователь
    7. Широтно-импульсный модулятор (PWM)
    8. Энергопотребление
  3. Аппаратные средства разработки
  4. Аппаратные средства для программирования Flash-памяти
  5. Программные средства разработки
  6. Операционные системы реального времени
  7. Справочные руководства
  8. Примеры программ
  9. Полезные ссылки

Общие сведения

SmartARM - это новое направление в семействе 32-разрядных высокоинтегрированных микроконтроллеров производства корпорации Atmel.

Основные особенности:

  • построены на базе высокопроизводительного 32-разрядного ядра ARM7TDMI;
  • наличие внутренней Flash-памяти на 32-разрядной системной шине*;
  • наличие внутреннего ОЗУ на 32-разрядной системной шине*;
  • доступные средства разработки;
  • программирование Flash-памяти без программаторов;
  • доступные для пайки "вручную" корпуса (TQFP).

* Микроконтроллеры AT91SAM7A1 и AT91SAM7A2 не содержат внутренней Flash-памяти. Внешняя память подключается по 8/16-разрядной шине EBI.


Рис.1 Упрощенная схема архитектуры микроконтроллеров SmartARM

Микроконтроллеры семейства SmartARM имеют префикс в наименовании AT91SAM и представлены 3-мя сериями (табл.1):

  • c интерфейсом USB (AT91SAM7S);
  • с интерфейсом CAN (AT91SAM7A);
  • с интерфейсом Ethernet (AT91SAM7X) (выпуск планируется).

Таблица 1. 32-разрядные микроконтроллеры SmartARM (AT91). Начало
  ARM7TDMI Speed
(MHz)
SRAM
KB
Flash
KB
BOOT
ROM
KB
SDRAM
I/F
USART New
USART
SPI TWI SSC PDC MCI CAN USB
Device
USB
Host
Ethernet
AT91     32-bit
wide
32-bit
wide
32-bit
wide
                       
SAM7A1 X 40 4K EBI - - 3 - 1 - - 11 - 1 - - -
SAM7A2 X 30 16K EBI - - 2 - 1 - - 10 - 4 - - -
SAM7A3 X 60 32K 256K - - - 3 2 1 2 19 X 2 X - -
SAM7S32 X 55 64K 32K - - - 1 1 1 1 11 - - - - -
SAM7S64 X 55 16K 64K - - - 2 1 1 1 11 - - X - -
SAM7S128 X 55 32K 128K - - - 2 1 1 1 11 - - X - -
SAM7S256 X 55 64K 256K - - - 2 1 1 1 11 - - X - -
SAM7X128*X 55 32K 128K - - - 2 1 1 1 11 - 1 X - 1
SAM7X256*X 55 64K 256K - - - 2 1 1 1 11 - 1 X - 1
SAM7X512*X 55 64K 512K - - - 2 1 1 1 11 - 1 X - 1
C140 X 36 16K EBI 1KX 2 - 1 - - 6 - - - - 2

* - Планируются к выпуску
Таблица 1. 32-разрядные микроконтроллеры SmartARM (AT91). Продолжение
  16-bit
Timers
PWM System
Timer
Watchdog RTC 10-bit
ADC
P.O.R B.O.D RC
Oscillator
High
Current
Pad
I/O
Pins
Power
Supply (V)
Packages
AT91                          
SAM7A1 9 4 - X - 8 - - - - 49 3.0-5.0 QFP144
SAM7A2 104 - X - 16- - - - 57 3.0-5.5 QFP176
SAM7A3 9 8 X - - 16X - X - 62 3.0-3.6 QFP100
SAM7S32 3 4 X - - 4 X X X 4 32 3.0-3.6 QFP48
SAM7S64 3 4 X - - 8 X X X 4 39 3.0-3.6 QFP64
SAM7S128 3 4 X - - 8 X X X 4 39 3.0-3.6 QFP64
SAM7S256 3 4 X - - 8 X X X 4 39 3.0-3.6 QFP64
SAM7X128* 3 4 X - - 8 X X X 4 60 3.0-3.6 QFP100
SAM7X256* 3 4 X - - 8 X X X 4 60 3.0-3.6 QFP100
SAM7X512* 3 4 X - - 8 X X X 4 60 3.0-3.6 QFP100
C140 3 - X X - - - - - - 48 1.8/3.3 BGA256

* - Планируются к выпуску

Микроконтроллеры серии AT91SAM7S с интерфейсом USB

Микроконтроллеры серии AT91SAM7S:

  • микроконтроллеры семейства SmartARM с интерфейсом USB и небольшим (44, 64) количеством выводов, выпускаемые в корпусах TQFP;
  • предназначены для широкого круга задач, где недостаточно производительности 8-разрядных микроконтроллеров;
  • сопоставимы по цене с восьмиразрядными микроконтроллерами;
  • поддержаны недорогими средствами разработки и примерами программ.
Ссылки
Другие компоненты для USB
Аксессуары для USB

Находясь в одинаковой ценовой группе с большинством 8-разрядных микроконтроллеров, 32-разрядные микроконтроллеры AT91SAM7S позволяют выполнять более широкий круг задач.


Рис.2 Функциональные блоки микроконтроллеров AT91SAM7S

В отличие от традиционных 32-разрядных микроконтроллеров, для AT91SAM7S характерна высокая интеграция блоков и компонентов на кристалле. Примером показателя высокой интеграции является тот факт, что для "обвязки" микроконтроллера достаточно всего 20 внешних компонентов:

  • стабилизатор на 3.3 Вольта;
  • 2 конденсатора и 1 резистор для фильтра ФАПЧ;
  • 2 конденсатора и 1 кварц для высокочастотного тактового генератора;
  • 13 развязывающих конденсаторов.

Flash-память

Контроллер Flash-памяти микроконтроллера

  • обеспечивает работу ядра с Flash-памятью;
  • позволяет увеличить производительность микроконтроллера при использовании 16-разрядного набора команд Thumb;
  • осуществляет функции чтения и записи, установки и снятия битов защиты блоков памяти от случайного и несанкционированного чтения.

Быстродействующая Flash-память позволяет достигать производительности

  • без циклов ожидания на тактовой частоте 30 МГц
    • до 27 MIPS с использованием набора команд ARM;
    • до 21 MIPS c использованием набора команд Thumb;
  • с одним циклом ожидания на тактовой частоте 50 МГц
    • до 24 MIPS с использованием набора команд ARM;
    • до 38 MIPS c использованием набора команд Thumb (с использованием кэширования).

При выполнении команд из оперативной памяти можно увеличить производительность микроконтроллера до 50 MIPS.

Flash-память микроконтроллеров разбита на страницы по 128 Байт и зоны по 4кБайта. Запись во Flash-память производится постранично.

Записанная во Flash-память программа может быть защищена от несанкционированного либо случайного считывания или стирания установкой lock-битов. Lock-биты осуществляют защиту памяти по зонам. Например, Flash-память микроконтроллера объемом 64 кБайта разбита на 16 зон, для каждой из которых можно установить индивидуальный бит защиты.

Стирание Flash-памяти может производиться постранично перед записью страницы (2мс/стр.) или полностью всей памяти (10 мс).

С целью защиты интеллектуальной собственности можно запретить доступ (считывание и запись) к Flash-памяти из внешнего мира по интерфейсам внутрисхемного программирования и интерфейсу FFPI установкой Security Fuse бита. При установке данного бита доступ к содержимому Flash-памяти по интерфейсам внутрисхемного программирования и интерфейсу FFPI можно будет осуществить только после полного стирания данных с использованием внешнего вывода Erase.

Программирование Flash-памяти может производиться внутрисхемно без использования программатора, а при помощи встроенного загрузчика SAM-BA, осуществляющего программирование по имеющимся на кристалле интерфейсам USB либо DBGU (Debug UART).

Периферийный контроллер прямого доступа к памяти (Peripheral Data Controller, PDC)

Для обмена данными между оперативной памятью и периферией в микроконтроллеры AT91SAM7S включен периферийный контроллер PDC.

Контроллер

  • имеет каналы для каждого периферийного узла;
  • осуществляет обмен данными между памятью и периферией без участия ядра микроконтроллера (в т.ч. при остановленном ядре);
  • не прерывает процедуру передачи данных при возникновении прерываний;
  • обеспечивает непрерывный процесс передачи данных в любую область памяти.

Каждый периферийный узел содержит регистры контроллера PDC:

  • автоинкрементируемый 32-битный указатель на текущий адрес памяти;
  • автодекрементируемый 16-битный счетчик объема переданных данных (максимальный объем переданных данных за одну сессию 64 кБайта);
  • автоинкрементируемый 32-битный указатель на адрес памяти для следующего этапа передачи данных;
  • автодекрементируемый 16-битный счетчик объема данных, необходимых для передачи данных на следующем этапе.

Обмен осуществляется блоками данных по 8, 16 или 32 бита.

Коммуникационные последовательные интерфейсы

Для обмена данными с внешними устройствами в микроконтроллере предусмотрено 6 различных интерфейсов (рис.3)


Рис.3 Функциональные блоки микроконтроллеров AT91SAM7S

В отличие от традиционных 32-разрядных микроконтроллеров, в AT91SAM7S предусмотрено два USART, обеспеченных линиями квитирования для гибкого контроля процесса передачи данных. Для вывода отладочной информации предусмотрен дополнительный UART (Debug UART, DBGU).

Таблица 2. Поддерживаемые параметры работы UART
Параметр Значение
Бит данных 5, 6, 7, 8 или 9
Стоповые биты 1, 1.5 или 2
Выбор порядка битов в байте (MSB/LSB) Да
Контроль четности Odd, Even, None, Mark, Space
Контроль ошибок Parity, Framing, Overrun, Break detection
Буферизация С использованием PDC (размер буфера до 64кБайт)

Интерфейсы USART поддерживают синхронный и асинхронный режимы со скоростью передачи данных до 30Мбит/с и до 6.87Мбит/с соответственно.

Интерфейс SPI в микроконтроллерах AT91SAM7S позволяет передавать данные со скоростью до 30 Мбит/с. Работа по интерфейсу SPI может быть организована в двух режимах: master и slave.

В отличие от традиционных 32-разрядных микроконтроллеров, у AT91SAM7S интерфейс SPI

  • имеет 4 линии Chip Select;
    • в режиме master позволяет организовать обмен данными с 4-мя внешними устройствами;
    • допускает разные скорости обмена данными для разных устройств;
  • позволяет осуществлять обмен данными блоками по 8 и 16 бит;
  • поддерживается контроллером PDC (DMA).

Интерфейс USB

Контроллер USB-интерфейса микроконтроллеров AT91SAM7S

  • содержит интегрированный приемопередатчик, соответствующий спецификации шины USB V2.0 (full-speed);
  • содержит FIFO - буфер объемом 328 Байт;
  • поддерживает одновременную работу с 4-мя устройствами.

Для работы интерфейса USB используется единый блок генерации тактового сигнала - один кварц для ядра микроконтроллера и USB.

Для того, чтобы "заложить" наличие интерфейса USB в разрабатываемом устройстве, необходимо всего 6 внешних компонентов.


Рис.4 Схема включения интерфейса USB


Рис.5 Набор внешних компонентов для подключения USB-интерфейса микроконтроллера

В дополнение в функции обмена данными, интерфейс USB может быть использован для питания микроконтроллера и всего устройства, а значит позволит продлить время работы устройства с питанием от батарей или аккумуляторов.

Аналогово-цифровой преобразователь

Микроконтроллеры AT91SAM7S содержат аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), который

  • работает в двух режимах разрешающей способности 8 и 10 бит;
  • имеет 8 входных каналов (4 отдельных и 4 мультиплексированных с линиями ввода/вывода общего назначения);
  • обеспечивает частоту дискретизации до 533 ksps;
  • поддерживается контроллером PDC.

Запуск преобразования может быть осуществлен различными способами (см. рис. 6)


Рис.6 Схема запуска преобразования АЦП

После запуска преобразования может быть выполнено:

  • преобразование сигнала с одного канала (указанного в регистре ADC_CHER);
  • последовательное преобразование сигналов с выбранных (указанных в регистре ADC_CHER) каналов.

АЦП поддерживает следующие режимы работы:

  • одиночное преобразование;
  • последовательное преобразование сигналов со всех каналов по каждому сигналу запуска;
  • непрерывный режим преобразования преобразование сигнала с одного и всех каналов;
  • энергосберегающий.

По окончании каждого преобразования результат может быть считан в заданном формате.


Рис.7 Схема чтения результата преобразования АЦП

Все процедуры запуска преобразования и чтения результата преобразования АЦП могут выполняться также без участия ядра микроконтроллера под управлением контроллера PDC.

Питание АЦП осуществляется от 3.3-вольтовой линии питания VDDIN, и в момент преобразования ток потребления составляет 1мА. Для снижения энергопотребления в период между преобразованиями в АЦП предусмотрен режим энергосбережения (sleep mode), ток потребления АЦП в котором не превышает 1мкА.

В качестве источника опорного напряжения предполагается использование внешнего источника напряжением от 2.6 Вольт до значения VDDIN.

Широтно-импульсный модулятор (ШИМ, PWM)

Контроллер ШИМ микроконтроллеров AT91SAM7S включает 4 независимых канала для генерации широтно-модулированных сигналов.

Контроллер ШИМ позволяет

  • независимо для каждого канала устанавливать значения частоты, скважности, полярности сигнала;
  • выбирать источник тактового сигнала для каждого канала в отдельности;
  • синхронизировать выходной сигнал с разных каналов для генерации сигналов без перекрытия.


Рис.8 Генерация ШИМ-сигнала без перекрытия на двух каналах

Блок ШИМ можно разбить на 2 части:

  1. Контроллер блока ШИМ:
    а) генератор тактового сигнала -> генерация двух независимых тактовых сигналов clkA и clkB, а также сигналов кратных 2n, где n - целое число 1..10;
    б) управление каналами -> включение/выключение канала;
    в) управление прерываниями -> разрешение/запрещение прерываний.
  2. Модули каналов
    а) выбор источника тактового сигнала;
    б) выбор режима работы канала (форматирование импульсов по левому краю, правому краю и по центру);
    в) управление параметрами частоты и скважности сигнала;
    г) счет импульсов;
    д) синхронное изменение формы выходных сигналов (регистр PWM_CUPD) при установке новых параметров сигнала.

Выходные сигналы ШИМ в режиме PIOA (2 режима включения периферии на внешние выводы - PIOA и PIOB) мультиплексированы с внешними выводами PA0, PA1 и PA2, имеющими удвоенную нагрузочную способность, что позволяет осуществлять подключение внешних цепей с током нагрузки до 16 мА.

Энергопотребление

Микроконтроллеры AT91SAM7S содержат контроллер управления питанием (Power Management Controller, PMC), выполняющий следующие функции:

  • распределение тактовой частоты на ядро и периферийные модули;
  • управление значениями частот;
  • вывод тактовой частоты к внешним блокам (линии PCK).

Главным достоинством контроллера управления питанием является возможность гибкого управления характеристиками энергопотребления при различных конфигурациях рабочей частоты ядра и периферии:

  • 32 мА - тактовая частота периферии и ядра 55 МГц;
  • 21 мА - периферия остановлена, тактовая частота ядра 55 МГц;
  • 11 мА - ядро остановлено, тактовая частота периферии 55 МГц, вся периферия включена;
  • 36 мкА - работа от внутреннего RC-генератора на частоте 32 кГц, периферия остановлена;
  • 2.7 мкА - Работа от внутреннего RC-генератора на частоте 500 Гц (максимальные значения делителей), периферия остановлена.

Управление частотами позволяет выключать неиспользуемую периферию на различные промежутки времени (Рис.9).


Рис.9 Схема управления и распределение тактовой частоты.

При работе от внутреннего тактового RC-генератора тактовая частота может варьироваться в пределах от 22 до 42 кГц.

Для внешнего высокочастотного генератора может быть использован кварцевый резонатор с частотой от 3 до 20 МГц. При использовании кварца с частотой менее 8 МГц необходимо добавить резистор на 1 кОм, включенный последовательно в цепь XOUT.

Далее для повышения тактовой частоты необходимо сконфигурировать блок ФАПЧ (рис.10). Для расчета номиналов внешних элементов фильтра можно использовать программу "PLL Filter Calculator", распространяемую свободно.


Рис.10 Схема включения внешних элементов фильтра ФАПЧ.

В случае отказа внешнего высокочастотного тактового генератора микроконтроллер автоматически переключается на тактирование от внутреннего RC-генератора.

Аппаратные средства разработки

Для разработки устройств на базе микроконтроллеров AT91SAM7S предлагаются 2 стартовых набора:

  • AT91SAM7S64-IAR (Подробно)
    Состав:
    • Целевая плата с микроконтроллером AT91SAM7S64;
    • 2 кабеля USB (A-B);
    • Внутрисхемный эмулятор IAR J-LINK ICE;
    • Диск с оценочной версией компилятора IAR EWARM-KS 4.11 с ограничением на объем генерируемого кода 32 кБайта;
    • Диск с документацией, руководствами по применению и примерами программ.
  • AT91SAM7S-EK
    Состав:
    • Целевая плата с микроконтроллером AT91SAM7S256;
    • 1 кабель USB (A-B);
    • Диск с документацией, руководствами по применению и примерами программ.

Для начинающих разработчиков предлагается использование набора AT91SAM7S64-IAR, включающего полный набор необходимого аппаратного и программного обеспечения.

Отличие целевых плат наборов друг от друга заключается в типе распаянного на плате микроконтроллера. Целевая плата обоих наборов поддерживает все микроконтроллеры серии AT91SAM7S (содержит дополнительную посадочную площадку для микроконтроллера AT91SAM7S32 в корпусе TQFP48).



Рис. 11 Функциональная схема и внешний вид целевой платы стартовых наборов AT91SAM7S64-IAR и AT91SAM7S-EK

Для начинающего разработчика предлагается руководство по быстрому старту с использованием демонстрационного примера программы для набора AT91SAM7S64-IAR в среде IAR Embedded Workbench. Также доступны другие примеры программ для всех микроконтроллеров AT91SAM7S.

Для внутрисхемной отладки используется эмулятор/программатор J-link (включенный в комплект AT91SAM7S-IAR).

В качестве недорогого внутрисхемного эмулятора к набору AT91SAM7S-EK, а также для отладки в собственном устройстве можно использовать недорогой внутрисхемный эмулятор/программатор JTAGDD-ARM20 (48$). Также можно воспользоваться любым эмулятором, приведенным в списке.

Аппаратные средства для программирования Flash-памяти

Программирование Flash-памяти микроконтроллеров можно производить в следующих режимах:

  1. параллельном по интерфейсу FFPI (Fast Flash Programming Interface) с использованием параллельных (gang) программаторов
  2. внутрисхемном последовательном по интерфейсу JTAG с использованием внутрисхемных программаторов
  3. внутрисхемном последовательном по интерфейсам USB либо DBGU (Debug UART) с использованием загрузчика SAM-BA (руководство по использованию, программное обеспечение) без использования программаторов.

Программные средства разработки

Компилятор языка С IAR Embedded Workbench компании IAR (www.iar.com)
  • Рекомендован для всех продуктов Atmel AT91SAM7
  • Большой набор примеров программ на сайте www.at91.com
Компилятор языка С Multi2000 компании GreenHills (www.ghs.com)
  • Высокая степень оптимизации
  • Примеры программ доступны на сайте www.at91.com
Компилятор GNU GCC (ftp.gnu.org/gnu/gcc/)
  • Бесплатный компилятор
  • Дистрибутив и подробная информация в архиве

Полный список программных средств разработки приведен на сайте www.at91.com

Операционные системы реального времени

Micrium uC/OS-II (www.micrium.com)
  • Портирована для набора SAM7S-EK
  • Примеры: USB mass storage, файловая система, стек протоколов TCP/IP
Open Source FreeRTOS (www.freertos.org)
  • Исходные коды для всех приложений, включая примеры для SAM7S-EK

Полный список операционных систем реального времени рекомендованных компанией Atmel для всех микроконтроллеров серии AT91 приведен на сайте www.at91.com

Справочные руководства

Наименование Описание Файл Размер
ARM IAR Embedded Workbench Практические руководства по использованию средств и инструментариев среды разработки IAR Embedded Workbench PDF 3,80 МБ
ARM IAR C++ Compiler Руководство по эффективному программированию с использованием С - компилятора IAR PDF 2,16 МБ
ARM IAR Assembler Описание системы команд и формата команд ARM-ассемблера PDF 1,27 МБ
IAR Linker and Library Tools
  1. Конфигурирование, описание выходных форматов и ошибок компоновщика (линкера) IAR XLINK.
  2. Формирование библиотек с использованием инструментариев IAR XAR Library Builder и IAR XLIB Librarian
PDF 1,27 МБ
Efficient programming techniques for ARM Руководство по эффективному программированию для 32-разрядных микроконтроллеров с ядром ARM7TDMI.PDF 0,11 МБ

Примеры программ

Для упрощения задач разработки ПО предлагаются примеры базовых программ. Последние версии примеров программ можно найти по адресу www.at91.com, либо на файловом сервере пользователей AT91.

Для более быстрого освоения базовых программ (задач инициализации микроконтроллера и работы с периферией) предлагаются интерактивные тренинги.

Полезные ссылки

© 1999-2016 All Right Reserved. EFO Ltd. При использовании материалов ссылка на источник обязательна.
Контактная информация