Mikrokontrolery

Mikrokontroler ATtiny11/12 udostępnia dwa bity blokowania LB1 i  LB2 (ang. Lock Bits), które można pozostawić w stanie niezaprogramowanym (“1”) lub można je zaprogramować (“0”) w celu otrzymania dodatkowych własności, które opisuje poniższa tabela. Bity blokowania można wymazać tylko za pomocą rozkazu kasowania układu (ang. Chip Erase command).

ATtiny11 posiada pięć bitów bezpiecznikowych: FSTRT, RSTDISBL oraz CKSEL2:0 (3 bity).

FSTRT (ang. Fast Start – szybki start)

Poniższa tabela przedstawia wpływ tego bitu na czasy uruchamiania przy różnych opcjach zegarowych (V_CC = 2,7V). Standardowo bit ten jest niezaprogramowany (“1”).

RSTDISBL (ang. Reset Disable – wyłączenie zewnętrznego resetu)

Gdy RSTDISBL jest zaprogramowany (“0”), to funkcja zewnętrznego resetu na końcówce PB5 jest wyłączona i końcówka ta  działa jako cyfrowe wejście. Standardowo bit ten jest niezaprogramowany (“1”).⁽¹⁾

CKSEL2:0 (ang. Clock Select – wybór zegara)

Poniższa tabela przedstawia możliwe opcje zegara wybierane przez ustawienia tych bitów:. Standardową wartością bitów CKSEL2:0 jest “100”, wewnętrzny oscylator RC.

Stan tych bitów bezpiecznikowych nie jest zmieniany przez kasowanie układu (ang. Chip Erase).

Uwaga: 1. Jeśli bit bezpiecznikowy RSTDISBL jest zaprogramowany, to programator powinien przyłożyć napięcie +12V do końcówki PB5, gdy ATtiny11 jest w trybie resetu przy włączeniu zasilania. Jeśli nie, to mikrokontroler może nie wejść w tryb programowania z powodu konfliktu wysterowania na końcówce PB0.

ATtiny12 posiada osiem bitów bezpiecznikowych: BODLEVEL, BODEN, SPIEN, RSTDISBL i CKSEL3:0 (4 bity). Wszystkie te bity bezpiecznikowe można programować w trybach wysokonapięciowego i niskonapięciowego programowania szeregowego. W trybie programowania zmiana bitu bezpiecznikowego nie wpływa na pełnioną przezeń funkcję, bit bezpiecznikowy zaczyna działać dopiero po zakończeniu programowania i uruchomieniu mikrokontrolera w trybie normalnej pracy.

BODLEVEL (ang. BOD Level, poziom wykrywania spadku napięcia)

Ten bit bezpiecznikowy wybiera poziom wykrywania spadku napięcia zasilającego (ang. Brown-out Detection, BOD) oraz zmienia czasy uruchomienia. Zobacz do podrozdziału "Wykrywanie spadku napięcia (ATtiny12)". Poniższa tabela przedstawia czasy uruchamiania mikrokontrolera w zależności od wybranego źródła zegara oraz ustawienia bitu bezpiecznikowego BODLEVEL:

Standardową wartością BODLEVEL jest stan zaprogramowany (“0”).

BODEN (ang. BOD Enable, włączenie wykrywania spadku napięcia zasilającego)

Gdy bit bezpiecznikowy BODEN jest zaprogramowany (“0”), włączone zostaje wykrywanie spadków napięcia zasilania. Zobacz do podrozdziału "Wykrywanie spadku napięcia (ATtiny12)". Standardową wartością jest stan niezaprogramowany (“1”)

SPIEN (ang. SPI Enable, włączenie interfejsu niskonapięciowego programowania szeregowego SPI)

Gdy bit bezpiecznikowy SPIEN jest zaprogramowany (“0”), zostaje uaktywniony interfejs SPI niskonapięciowego programowania szeregowego i ładowania danych. Standardową wartością jest stan zaprogramowany (“0”). Skasowanie tego stanu w stan niezaprogramowany podczas trybu niskonapięciowego programowania szeregowego uniemożliwi przyszłe próby programowania mikrokontrolera w układzie ISP (ang. In-System Programming, programowanie w układzie aplikacyjnym).

RSTDISBL (ang. Reset Disable, wyłączenie resetu zewnętrznego)

Gdy bit bezpiecznikowy RSTDISBL jest zaprogramowany (“0”), to zewnętrzna funkcja resetu końcówki PB5 jest wyłączona.⁽¹⁾ Standardową wartością jest stan niezaprogramowany (“1”). Zaprogramowanie tego bitu w trybie niskonapięciowego programowania szeregowego uniemożliwi przyszłe próby programowania SPI (ang. In-System Programming, programowanie w układzie aplikacyjnym).

CKSEL3:0 (ang. Clock Select, wybór zegara)

Poniższe tabele pokazują ustawienia bitów bezpiecznikowych dla różnych opcji zegarowych:

Standardową wartością jest "0010", wewnętrzny oscylator RC z długim czasem uruchamiania.

Stan bitów bezpiecznikowych nie jest zmieniany podczas kasowania układu (ang. Chip Erase).

Uwaga: 1. Jeśli bit bezpiecznikowy RSTDISBL jest zaprogramowany, to programator powinien przyłożyć do końcówki PB5 napięcie +12V, gdy ATtiny12 jest w trybie resetu przy włączeniu zasilania. Jeśli nie, to układ może nie wejść w tryb programowania z powodu konfliktów w sterowaniu końcówek PB0 i PB5.

Wszystkie mikrokontrolery firmy Atmel (obecnie przejętej przez firmę Microchip) posiadają trójbajtowy kod sygnaturowy, który identyfikuje mikrokontroler. Te trzy bajty przechowywane są w oddzielnej przestrzeni adresowej.
Dla ATtiny11 są to:

1. 0x000: 0x1E (oznacza produkt Atmel)
2. 0x001: 0x90 (oznacza 1 KB pamięci FLASH)
3. 0x002: 0x04 (oznacza mikrokontroler ATtiny11, gdy bajt sygnaturowy 0x001 ma wartość 0x90)

Dla ATtiny12⁽¹⁾ są to:

1. 0x000: 0x1E (oznacza produkt Atmel)
2. 0x001: 0x90 (oznacza 1 KB pamięci FLASH)
3. 0x002: 0x05 (oznacza mikrokontroler ATtiny12, gdy bajt sygnaturowy 0x001 ma wartość 0x90)

Uwaga: 1. Gdy oba bity blokujące są zaprogramowane (tryb blokowania 3), bajty sygnaturowe nie można odczytywać w niskonapięciowym trybie programowania szeregowego. Odczyt bajtów sygnaturowych zwróci w takim przypadku: 0x00, 0x01 i 0x02.

ATtiny12 posiada jednobajtową wartość kalibracyjną dla wewnętrznego oscylatora RC. Ten bajt przebywa w górnym bajcie słowa pod adresem 0x000 w przestrzeni adresowej sygnatur. Podczas programowania pamięci zewnętrzny programator musi odczytać tę komórkę i zaprogramować jej wartość w wybranej komórce normalnej pamięci FLASH programu. Przy starcie oprogramowanie użytkownika musi odczytać tę komórkę FLASH i zapisać jej zawartość w rejestrze OSCCAL.

ATtiny11

Mikrokontroler Atmel ATtiny11 oferuje 1 KB wewnętrznej pamięci FLASH dla programu. Pamięć ta jest wymazana w  układach dostępnych w handlu (tj. zawiera w każdej komórce wartość 0xFF, czyli wszystkie bity w stanie 1) i gotowa do zaprogramowania.

Mikrokontroler ten obsługuje tryb wysokonapięciowego (12V) programowania szeregowego. Ze  źródła napięcia 12V pobierany jest bardzo mały prąd (<1 mA) podczas programowania.

Pamięć programu w ATtiny11 jest programowana bajt po bajcie.

ATtiny12

Mikrokontroler Atmel ATtiny12 oferuje 1 KB pamięci FLASH dla programu programowanej w układzie docelowym oraz 64 bajty reprogramowalnej pamięci EEPROM dla danych.

ATtiny12 jest sprzedawany z wymazaną zawartością pamięci FLASH programu i  pamięci EEPROM danych (tj. wszystkie komórki przechowują wartość 0xFF), które są gotowe do zaprogramowania.

Ten mikrokontroler obsługuje tryby wysokonapięciowego (12V) i niskonapięciowego programowania szeregowego. Napięcie +12V jest używane tylko do uaktywnienia trybu programowania i nie jest z niego pobierany żaden znaczący prąd. Tryb niskonapięciowego programowania szeregowego udostępnia wygodny sposób ładowania programu oraz danych do ATtiny12 w systemie użytkownika.

Pamięci programu i danych są w  ATtiny12 programowane bajt po bajcie w obu trybach programowania. Dla EEPROM udostępniony jest cykl samokasowania w obrębie czasu instrukcji zapisu w trybie niskonapięciowego programowania szeregowego.

ATtiny11/12

Podczas programowania napięcie zasilające musi być zgodne z napięciami podanymi w poniższej tabeli:

Algorytm wysokonapięciowego programowania szeregowego

Aby zaprogramować i zweryfikować mikrokontroler ATtiny11/12 w trybie wysokonapięciowego programowania szeregowego, zaleca się stosowanie poniższych kroków (zobacz na tabelę formatów instrukcji):

1. Sekwencja włączenia zasilania: Przyłóż napięcie 4,5 ... 5,5 V pomiędzy końcówki V_CC i GND. Ustaw końcówki PB5 i PB0 na “0” i odczekaj co najmniej 100 ns. Zmień stan końcówki PB3 przynajmniej cztery razy z minimalną szerokością impulsu 100 ns. Ustaw końcówkę PB3 na “0”. Odczekaj co najmniej 100 ns. Przyłóż napięcie 12V do końcówki PB5 i odczekaj co najmniej 100 ns przed zmianą PB0. Przed wysłaniem pierwszej instrukcji odczekaj 8 μs.
2. Pamięć FLASH programowana jest po jednym bajcie naraz przez dostarczenie najpierw adresu, a następnie dolnego i górnego bajtu danych. Instrukcja zapisu sama kontroluje swój czas, odczekaj, aż końcówka PB2 (RDY/BSY) powróci do stanu wysokiego.
3. Pamięć EEPROM (tylko ATtiny12) jest programowana po jednym bajcie naraz przez dostarczenie najpierw adresu, a następnie bajtu danych. Instrukcja zapisu sama kontroluje swój czas, odczekaj, aż końcówka PB2 (RDY/BSY) powróci do stanu wysokiego.
4. Każda komórka pamięci może zostać zweryfikowana przez użycie instrukcji Read (Odczyt), która zwróci zawartość komórki pod wybranym adresem przez wyjście szeregowe PB2.
5. Sekwencja wyłączania: Ustaw PB3 na “0”.
   Ustaw PB5 na “1”.
   Wyłącz napięcie zasilania V_CC.

Gdy dane szeregowe są zapisywane lub odczytywane z ATtiny11/12, dane są taktowane narastającym zboczem zegara szeregowego.

Przebiegi przy wysokonapięciowym programowaniu szeregowym

Uwaga:	MSB (ang. Most Significant Bit, najstarszy bit)
	LSB (ang. Least Significant Bit, najmłodszy bit)

0_1000_0000_00
0_0100_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0110_0100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0110_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0100_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0001_0000_00
0_0100_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_000a_00
0_0001_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_bbbb_bbbb_00
0_0000_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_iiii_iiii_00
0_0010_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0110_0100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0110_1100_00
0_0000_0000_00

0_iiii_iiii_00
0_0011_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0111_0100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0111_1100_00
0_0000_0000_00

0_0000_0010_00
0_0100_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_000a_00
0_0001_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_bbbb_bbbb_00
0_0000_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

00_0000_0000_00
0_0110_1000_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0110_1100_00
o_oooo_ooox_xx

0_0000_0000_00
0_0111_1000_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0111_1100_00
o_oooo_ooox_xx

0_0001_0001_00
0_0100_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_00bb_bbbb_00
0_0000_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_iiii_iiii_00
0_0010_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0110_0100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0110_1100_00
0_0000_0000_00

0_0000_0011_00
0_0100_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_00bb_bbbb_00
0_0000_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0110_1000_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0110_1100_00
o_oooo_ooox_xx

0_0100_0000_00
0_0100_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0007_6543_00
0_0010_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0110_0100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0110_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0100_0000_00
0_0100_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_CBA9_8543_00
0_0010_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0110_0100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0110_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0010_0000_00
0_0100_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0210_00
0_0010_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0110_0100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0110_1100_00
0_0000_0000_00

0_0000_0100_00
0_0100_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0110_1000_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0110_1100_00
x_xx76_543x_xx

0_0000_0100_00
0_0100_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0110_1000_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0110_1100_00
C_BA98_543x_xx

0_0000_0100_00
0_0100_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0111_1000_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0111_1100_00
x_xxxx_21xx_xx

0_0000_1000_00
0_0100_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_00bb_00
0_0000_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0110_1000_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0110_1100_00
o_oooo_ooox_xx

0_0000_1000_00
0_0100_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0000_1100_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0111_1000_00
x_xxxx_xxxx_xx

0_0000_0000_00
0_0111_1100_00
o_oooo_ooox_xx

Parametry wysokonapięciowego programowania szeregowego

Czasy przebiegów
w wysokonapięciowym programowaniu szeregowym

Obie pamięci programu i danych mogą być programowane przy pomocy magistrali SPI, gdy końcówka RESET jest zwarta do masy GND. Interfejs szeregowy składa się z końcówek SCK, MOSI (wejście) oraz MISO (wyjście).

Po sprowadzeniu RESET do poziomu niskiego musi zostać wykonana instrukcja uaktywniająca programowanie, zanim będą mogły być wykonane instrukcje programowania/kasowania.

Jeśli zostanie wykonany tylko jeden raz rozkaz kasowania układu (ang. Chip Erase command) w trybie niskonapięciowego programowania szeregowego, to po skasowaniu jeden bajt może wciąż być zaprogramowany w pamięci FLASH po kasowaniu. Poniższy algorytm gwarantuje, iż pamięć FLASH zostanie całkowicie wymazana:

• Wykonaj rozkaz kasowania układu
• Zapisz 0xFF pod adres 0x000 w pamięci FLASH
• Wykonaj drugi raz rozkaz kasowania układu

Dla EEPROM jest udostępniony cykl samokasowania w obrębie czasu przeznaczonego na instrukcję zapisu i nie ma potrzeby wykonywać wcześniej instrukcji kasowania układu. Instrukcja ta umieszcza we wszystkich komórkach pamięci programu i pamięci EEPROM wartość 0xFF.

Pamięć programu i pamięć EEPROM posiadają oddzielne przestrzenie adresowe: 0x0000 ... 0x01FF dla pamięci programu (512 komórek 16 bitowych, co daje 1024 bajty, czyli 1 KB) i  0x000 ... 0x03F dla pamięci EEPROM (64 bajty).

Podczas niskonapięciowego programowania szeregowego mikrokontroler może być taktowany dowolną opcją zegarową.

Dla wejścia zegara szeregowego (ang. Serial Clock, SCK) zdefiniowane są następujące minimalne czasy okresów niskich i wysokich:

Niski: > 2 cykle zegara mikrokontrolera

Wysoki: > 2 cykle zegara mikrokontrolera

Algorytm niskonapięciowego programowania szeregowego

Gdy dane szeregowe są zapisywane do ATtiny12, taktowanie odbywa się przy narastającym zboczu sygnału zegarowego SCK. Gdy dane są odczytywane z ATtiny12, ich taktowanie odbywa się przy opadającym zboczu SCK.

Do programowania i weryfikacji ATtiny12 w trybie programowania szeregowego zaleca się poniższą sekwencję operacji:

1. Sekwencja włączenia zasilania:
   Przyłóż napięcie zasilające pomiędzy końcówki V_CC i GND, gdy RESET i SCK są ustawione na 0. Zgodnie z ustawieniem bitów bezpiecznikowych CKSEL zastosuj kwarc/rezonator, zewnętrzny zegar lub obwód RC lub pozwól mikrokontrolerowi pracować na wewnętrznym oscylatorze RC. W niektórych systemach programator nie może zagwarantować, iż SCK jest utrzymywane w stanie niskim podczas włączania zasilania. W takim przypadku na końcówce RESET musi pojawić się dodatni impuls o czasie trwania co najmniej dwóch cykli mikrokontrolera po ustawieniu SCK w stan niski 0.
2. Odczekaj co najmniej  20 ms i uaktywnij programowanie szeregowe przez wysłanie instrukcji uaktywniającej je (ang. Programming Enable Serial instruction) przez końcówkę MOSI (PB0).
3. Instrukcje programujące nie będą działały, jeśli transmisja nie jest zsynchronizowana. Przy synchronizacji drugi bajt (0x53) zostanie zwrócony z powrotem przy wysyłaniu trzeciego bajtu instrukcji uaktywniającej programowanie szeregowe. Czy zwrócony bajt ma  poprawną wartość lub nie, wszystkie 4 bajty instrukcji muszą zostać wysłane do mikrokontrolera. Jeśli bajt 0x53 nie wrócił z powrotem, przekaż do SCK dodatni impuls i wyślij nową instrukcję uaktywnienia programowania szeregowego. Jeśli po  32 próbach bajt 0x53 nie zostanie zwrócony poprawnie, to do programatora nie podłączono działającego mikrokontrolera.
4. Jeśli wykonywane jest kasowanie układu (ang. Chip Erase) (musi być wykonane, aby skasować zawartość pamięci FLASH), odczekaj przez t_{WD_ERASE} po tej instrukcji, przekaż na  końcówkę RESET dodatni impuls i zacznij od nowa od kroku 2.
5. Pamięć FLASH lub EEPROM jest programowana po jednym bajcie naraz przez dostarczenie adresu oraz danych wraz z  odpowiednią instrukcją zapisu. Przed zapisem nowych danych komórka EEPROM jest automatycznie kasowana. Użyj podglądu danych, aby wykryć, kiedy może zostać zapisany następny bajt w pamięci FLASH lub w pamięci EEPROM. Jeśli podgląd nie jest wykorzystywany, odczekaj odpowiednio przez czas t_{WD_FLASH} lub t_{WD_EEPROM} przed wysłaniem następnej instrukcji. W wykasowanym mikrokontrolerze nie ma potrzeby programowania komórek, które mają zawierać wartość 0xFF.
6. Każda lokacja pamięci może zostać zweryfikowana przez użycie instrukcji odczytu, która zwróci zawartość spod wybranego adresu poprzez końcówkę wyjścia szeregowego MISO (PB1).
7. Po zakończeniu sesji programowania końcówka RESET może być ustawiona w stan wysoki, aby rozpocząć normalną pracę mikrokontrolera.
8. Sekwencja wyłączania zasilania (jeśli jest potrzebna):
   Ustaw XTAL1 na “0” (jeśli jest używany zegar zewnętrzny).
   Ustaw RESET na "1”.
   Wyłącz napięcie zasilające V_CC.

Podgląd danych

Gdy bajt jest programowany w pamięci FLASH lub w EEPROM, odczytanie zawartości lokacji, która jest właśnie programowana, da wynik 0xFF. Gdy pamięć jest gotowa na zapis nowego bajtu, programowana wartość zostanie odczytana poprawnie. Używa się tego sposobu do określania, czy następny bajt może zostać zapisany. To nie zadziała dla wartości 0xFF, zatem przy programowaniu tej wartości , należy odczekać przynajmniej przez czas odpowiednio t_{WD_FLASH} lub t_{WD_EEPROM} przed programowaniem następnego bajtu. Ponieważ wykasowany układ zawiera 0xFF we wszystkich komórkach, można pominąć programowanie komórek, które mają zawierać 0xFF. Nie dotyczy to sytuacji, gdy pamięć EEPROM jest ponownie programowana bez kasowania zawartości całego mikrokontrolera. W tym przypadku nie można używać podglądu danych dla wartości 0xFF i należy odczekać przynajmniej przez czas t_{WD_EEPROM} przed programowaniem następnego bajtu.

Przebiegi przy niskonapięciowym programowaniu szeregowym

Uwaga:	MSB (ang. Most Significant Bit, najstarszy bit)
	LSB (ang. Least Significant Bit, najmłodszy bit)

1010 1100   

0101 0011

xxxx xxxx

xxxx xxxx

1010 1100   

100x xxxx

xxxx xxxx

xxxx xxxx

0010 H000   

xxxx xxxa

bbbb bbbb

oooo oooo

0100 H000   

xxxx xxxa

bbbb bbbb

iiii iiii

1010 0000   

xxxx xxxx

xxbb bbbb

oooo oooo

1100 0000   

xxxx xxxx

xxbb bbbb

iiii iiii

1010 1100   

1111 1211

xxxx xxxx

xxxx xxxx

0101 1000   

xxxx xxxx

xxxx xxxx

xxxx x21x

0011 0000   

xxxx xxxx

0000 00bb

oooo oooo

0011 1000   

xxxx xxxx

0000 0000

oooo oooo

1010 1100   

xxxx xxxx

101x xxxx

A987 6543

0101 0000   

xxxx xxxx

xxxx xxxx

A987 6543

Parametry niskonapięciowego programowania szeregowego

Czasy przy
niskonapięciowym programowaniu szeregowym