آموزش جامع AVR جلسه ۱۴ System Clock and Clock Options

به نام خدا : سلام خدمت شما داشای گل خودم، والا تو این مطلب از آموزش AVR همون طور که از عنوان مطلب معلومه میخوایم بریم سراغ کلاک میکروکنترلر AVR ، و این که تنظیمات مربوط به کلاک داخلی، خارجی و …

آموزش جامع AVR جلسه ۱۴ System Clock and Clock Options

اگه حواستون باشه نوشتم جلسه ۱۴ و جلسه قبلی که تو سایت گزاشتم جلسه ۱۲ بود، به این دلیله که من جلسه ۱۳ و ۱۴ رو همزمان دارم مینویسیم، یه سری قطعه میخوام سفارش بدم تا عملی هم مدارا رو ببندم، ولی بدبختانه فعلا نه قطعش هستش و نه پولش ، انشاالله به زودی مشکل حل میشه و پروژه های عملی برا جلسه ۱۳ و ۱۴ رو اضافه میکنم به این مطالب.
تو مطالب قبلی آموزش AVR ( آموزش جامع میکروکنترلر AVR جلسه۱۰ )، در مورد فیوز بیت ها یکمکی گفتیم، حالا میخوایم بریم تو قسمت منابع کلاک میکرو و تنظیمات کلاک میکرو ریز بشیم که این بحث ما فیوز بیت های CKSEL3..0 و SUT1..0 هستن، توی این مطلب این ۲ تا رو توضیح میدم.(جلسه بعد این قسمت هم احتمالا بریم سراغ Power Management and Sleep Modes ).
خوب دیگه بریم سراغ اصل مطلب، البته قبلش باس مطالب زیر رو بخونید(اولی رو حتما و دوی رو اگه حسش بود ) :
اسیلاتور
؟Crystals, Oscillators, and Resonators. What the difference

منابع کلاک میکرو

همون طور که تو عکس زیر میبینید(تمام عکس ها از دیتاشیت مگا ۱۶ گرفته شده است) ما ۵ تا منبع کلاک برا میکرو داریم که در زیر مشاهده میکنید و در ادامه هر ۵ تا مورد زیر رو تقریبا کامل(سعیم رو میکنم)  توضیح میدم.
در شکل زیر مورد ۱ بیشترین کاربرد رو داره : اگه بخواین از کریستال خارجی استفاده کنید و سرعت بالاتر و دقت بیشتری داشته باشید از این گزینه استفاده میکنید.
مورد ۲ و ۳ زیاد کاربرد ندارن، مورد ۴ هم تامین کننده کلاک داخلی میکرو هستش و نیازی به استفاده از کریستال خارجی در این حالت نیست، اگه میخواین از کریستال خارجی استفاده نکنید این گزینه مناسب شماس.
مورد ۵ هم کاربرد های خاص خودشو داره و هر جایی استفاده نمیشه ازش.

توجه ۱ : این مطلب بر اساس مگا ۱۶ هستش، اگه اشتب نکنم برا مگا ۸ و مگا ۳۲ هم همین طوره، ولی این که برا میکرو های دیگه مثلا سری ATINY یا سری XMEGA یا همین سری MEGA مدل های دیگه اش!!! منابع کلاکش به همین صورته یا نه و این که فیوز بیتاش همینا هستن یا نه و این که شاید فرقایی داشته باشن یا نه و… رو من دقیقا نمیدونم(و برام هم فعلا مهم نیست چون کاری بهشون ندارم ) ولی اگه شما با غیر از این ۳ تا میکرو(مگا۸-۱۶-۳۲) میخواین کار کنید برا اطمینان میتونید دیتاشیت میکرو مورد نظرتون رو یه کوچولو نگاه کنید ببینید جدول مدولاش مثل همین مطلب(مثل مگا۱۶) هستش یا نه(که اگه کسی بگه کار سختیه من میدونم باهاش — البته برا سری MEGA بعید میدونم فرق داشته باشه ولی کار از مهکم کاری…)
توجه ۲ : اینو همین جا بگم تا وسط کار قاطی نکنید(مثل من) و بعدا فیوز بیت ها رو اشتباه تنظیم کنید و گند کار دربیاد.(تجربه داشتم در این زمینه :-D)، عکس زیر رو ببینید بهتر متوجه میشید(حال توضیح دادن رو ندارم ) :

کلاک پیشفرض میکرو ( Default Clock Source )

کلاک پیشفرض میکرو ۱MHz اسیلاتور داخلی RC هستش که با تنظیم فیوز بیت ها به صورت “CKSEL = “0001”  و  “SUT = “10 حاصل میشه، این دو تا فیوز بیت تو حالت عادی همین مقدار رو دارن، مگه این که تغییرشون بدید.(وقتی میکروی جدیدی همون نو ایی میخرید این کلاک رو داره)
توجه : طولانی ترین زمان راه اندازی میکرو مربوط به این کلاکه (طبق گفته دیتاشیت مگا ۱۶ و فهم من!!!)

1) کریستال خارجی ( External Crystal/Ceramic Resonator )

نحوه اتصال کریستال خارجی به میکرو : مثل شکل زیر کریستال رو وصل کنید به میکرو.

توجه ۱ : خازن های C1 و C2 باید با هم برابر باشند و مقدار این خازن ها تو جدول زیر اومده.
توجه ۲ : توی این حالت وقتی فیوز بیت CKOPT فعال میشه، دامنه نوسانات افزایش پیدا میکنه و میشه کلاک خارجی بیشتری به میکرو اعمال کرد(با فعال بودن این فیوز بت تا سقف ۱۶MHz و با غیر فعال بودنش تا سقف ۸MHz)، وقتی CKOPT فعال باشه توان مصرفی افزایش پیدا میکنه و بیشتر بدرد محیط های صنعتی (که محیط پر نویزی هستش) میخوره.

طبق جدول زیر به ازای مقادیر فرکانس که میخوایم به میکرو اعمال کنیم باس فیوز بیت ها رو مقدار دهی کنیم.

توجه ۳ : همون تور که در ته عکس میبینید، برا سطر اول باید از Ceramic Resonators به جای Crystals استفاده کرد، یعنی اگه بخواین فرکانس بین ۰٫۹ – ۰٫۴ به میکرو اعمال کنید باید از Ceramic Resonators به جای کریستال استفاده کنید، در ضمن تو این مورد نیازی به استفاده از خازن نیست(اون طوری که من از جدول فهمیدم، چون مقداری برا این حالت برا خازن ها ذکر نکرده.)
توجه ۴ : تو سطر آخر میتونیم فرکانس های بین ۱MHz تا ۱۶MHz به میکرو اعمال کنیم(همون طور که در نکات بالا گفتم اگه فیوز بیت CKOPT فعال باشه میشه تا ماگزیمم فرکانس ۱۶ میگ هم به میکرو داد) و مقدار CKOPT = 0 (فیوز بیت ها با صفر فعال و با ۱ غیر فعال میشن) و CKSEL3..1 هم یکی از مقادیر ۱۰۱, ۱۱۰, ۱۱۱ رو میتونه بگیره(که فرق نداره کدومش رو به این ۳ تا فیوز بیت بدید.)
توجه ۵ : اگه توجه کنید تو جدول بالا خبری از CKSEL0 نیست، چون تو جدول زیر به همراه SUT1..0 برا تعیین start-up times (زمان راه اندازی) مورد استفاده قرار گرفته.

خوب تو جدول زیر ما start-up times رو تعیین میکنیم،

1. و اینم بگم(به نقل از یکی از دوستان) که منظور از CK همون کلاک هستش، مثلا تو سط اول نوشته ۲۵۸CK که یعنی ۲۵۸ تا کلاک که این تعداد کلاک از نظر زمان چقدر طول میکشه بستگی به فرکاس میکرو داره؛
2. و اون جایی که نوشته BOD enabled یعنی همون فیوزبیت BODEN (کارش اینه که اگه ولتاژ تغزیه میکرو از حدی پایین تر اومد میکرو رو ریست کن) که تو مطلب جلسه ۱۰ دربارش گفتم؛
3. power-down و power-save هم به ترتیب حالت ولتاژ پایین و حالت ذخیره انرژی، که ستون سوم زمان راه اندازی میکرو رو وقتی که میکرو تو یکی از این دو حالت فوق باشه رو نشون میده.

توجه ۶ : والا من انگلیسیم ضعیفه، چیزی که من از نکته ۱ و ۲(که زیر عکس قرار دارن) فهمیدم رو در زیر میزارم، اگه اشتباه گفتم لطفا اطلاع بدید بهم

1. این گزینه باید تنها زمانی استفاده شود که “عمل نکردن” نزدیک ماکزیمم فرکانس دستگاه و تنها اگه ثبات فرکانسی در هنگام راه اندازی Avr مهم نیست برا برنامه، این گزینه برا crystals مناسب نیست.
2. این گزینه برا استفاده از ceramic resonators در نظر گرفته شده و ثبات فرکانسی در هنگام شروع رو تضمین میکنه، آنها همچنین میتونن مورد استفاده قرار بگیرن با crystals وقتی که “عمل نکردن” نزدیک ماکزیمم فرکانس دستگاه و اگه ثبات فرکانسی در هنگام راه اندازی Avr مهم نیست برا برنامه.

2) کریستال خارجی فرکانس پایین ( Low frequency Crystal Oscillator )

وقتی بخواین با میکرو یه ساعت بسازید میتونید از کریستال ۳۲٫۷۶۸kHz به عنوان منبع کلاک میکرو استفاده کنید و برا این کار باید فیوز بیت CKSEL3..0 رو برابر ۱۰۰۱ قرار بدید؛ نحوه اتصال این کریستال به میکرو همانند شکل بالا هستش(اولین عکس بعد از تیتر “کریستال خارجی”)
توجه ۱ : چون شک دارم فعلا فقط متن انگلیسیش رو میزارم.

the user can enable internal capacitors on XTAL1 and XTAL2, thereby removing the need for external capacitors.The internal capacitors have a nominal value of 36 pF.

جدول زیر هم مربوط به تعیین start-up times هستش، مقدار ۱۱ برا SUT1..0 رزو شده(Reserved) هستش و نمیشه این مقدار رو به این ریجستر داد که این مورد در سطر آخر نمایش داده شده.

نکته : اون Note زیر عکس(عکس بالا) میگه : این این گزینه ها تنها باید زمانی استفاده بشن که ثبات فرکانسی در شروع کار(در هنگام راه اندازی) میکرو مهم نیست برا برنامه.
پروژه نمونه : برای دیدن یه پروژه عملی مربوط به این قسمت مطلب مقابل رو ببینید، قسمت پروژه با RTC : انواع روش ساخت ساعت با AVR

3) اسیلاتور RC خارجی ( External RC Oscillator )

1. فرکانس تولیدی توسط فرمول مقابل محاسبه میشه : (f = 1/(3RC
2. مقدار خازن C باید حداقل ۲۲pF باشد.
3. با فعال کردن فیوز بیت CKOPT یه خازن داخلی به مقدار ۳۶pF بین پایه های XTAL1 و GND فعال میشه، لذا دیگه نیازی به قرار دادن خازن خارجی(C در مدار زیر) نیست.(فک کنم درست گفتم )
4. تو این حالت محدوده فرکانس بین ۱۰۰kHz الی ۱۲MHz هستش.

نحوه پیکربندی RC خارجی و اتصال به میکرو رو در شکل زیر میبینید(منظور از NC یعنی به جایی وصل نیست)

در زیر هم میبینید که به ازای رنج های مختلف فرکانس باس مقادیر متناسب باهاش به فیوز بیت CKSEL3..0 داده شود که این موضوع تو جدول زیر اومده :

نحوه تعیین Start-up Times برا این منبع کلاک رو هم تو جدول زیر مشاهده میکنیید :

توجه : اون Note زیر عکس بالا میگه : این گزینه نباید مورد استفاده قرار بگیره برا نزدیک حداکثر فرکانس دستگاه(اینو فک کنم اشتباه گفتم، لطفا درستش رو بهم بگید تا تصحیح کنم.)

در بالا ما یه سری چیز میز گفتیم ولی درباره نحوه انتخاب R و C صحبت نکردیم(چون تو دیتاشیت صحبتی نکرده بود و فقط گفته بود برید فلان فایل رو بخونید، لذا ما اون فایل رو دانلود کردیم و در زیر براتون  میزارمش.(چون این منبع کلاک کاربرد زیادی نداره لذا زیاد توضیحش نمیدیم.)

ApplicationNote | Set-up and Use the External RC Oscillator

4) اسلاتور RC کالیبره شده داخلی ( Calibrated Internal RC Oscillator )

این منبع کلاک، فرکانس های ۱، ۲، ۴ و ۸ مگا هرتز رو تولید میکنه.(این فرکانس ها در ولتاژ ۵ ولت و دمای ۲۵ درجه سانتی گراد هستش.)
اگه این مورد انتخاب بشه دیگه نباید به پایه های XTAL1 و XTAL2 چیزی وصل کرد.
فیوزبیت CKOPT هنگام استفاده از این منبع کلاک باید غیر فعال باشه.
نحوه انتخاب فرکانس و تنظیم فیوز بیت CKSEL3..0 و تنظیم Start-up Times تو ۲ جدول زیر مشاهده میکنید :

برا این نوع از منبع کلاک یه ریجستر داریم با نام OSCCAL که برا بحث کالیبره کردن کاربرد داره که خودش یه بحث جداس و باس بزارم برا مطالب بعدی و خودم هم یه مطالعه ای تا اون موقع در این زمینه بکنم، برا این موضوع یه فایلی هست که اگه خواستین در این زمینه بیشتر مطالعه کنید میتونید فایل زیر رو دانلود کنید :

ApplicationNote | Oscillator Calibration Register – OSCCAL

5) کلاک خارجی ( External Clock )

این حالات زمانی رخ میدهد که به فیوز بیت CKSEL مقدار ۰۰۰۰ داده شود.
این منبع کلاک توسط تایمر میکروی دیگه ای یا مثلا آی سی ۵۵۵ و… میتونه تامین بشه.
با فعال کردن فیوز بیت CKOPT یه خازن داخلی با مقدار ۳۶pF بین پایه های XTAL1 و GND فعال میشه.
نحوه اتصال کلاک خارجی به میکرو به صورت زیر است.

در جدول زیر هم زمان راه اندازی رو مشاهده میکنید :

در زیر نرم افزار ای سی ۵۵۵ رو میزارم براتون، که همون طور که تو عکس زیر میبینید میشه D.C (دیوتی سایکل، Duty Cycle >>>> لپ کلوم : تعیین میزان یک و صفر بودن موج) مورد نظر رو انتخاب کرد و فرکانس رو داد و مدار و خازن و مقاومت مورد نظر رو دریافت کرد و مدار تولید کلاک با آی سی ۵۵۵ رو ساخت.

Download 555 Timer Design Software

اینم بگم بحث تولید کلاک رو هم تو مطالب بعد (آموزش avr)میزارم تو سایت ، با تایمر تو مد نرمال حدود ۲۰ تا پروژه میزارم که میتونید اونجا با نحوه ساخت تولید( ) کلاک آشنا بشید.

Timer/Counter Oscillator

خوب این مورد از بحث ما جداس و فقط برا تکمیل بحث گزاشتمش، این مورد کلاک میکرو رو تامین نمیکنه بله کلاک بخشی از میکرو اونم به نام تایمر/کانتر رو تامین میکنه تازه تو این نوع باس از کریستال ۳۲٫۷۶۸kHz استفاده کرد(که برا ساعت به کار میره و میشه ۱ ثانیه با دقت بالا توسط تایمر با این کریستال تولید کرد) و پایه هایی که کریستال بهش وصل میشه هم فرق داره.
تو یه مطلبی این مورد رو توضیح دادم، برا بحث ساعت تایمر/کانتر این امکان رو به ما میده که از کریستال خارجی برا تایمر/کانتر استفاده کنیم(و نه برا کل میکرو) و دقت بیشتری داشته باشم، که این کریستال مستقیما به پایه های TOSC1 و TOSC2 وصل میشه(نیازی به استفاده از خازن خارجی نیست)، تو سایت یه پروژه قبلا در این زمینه گزاشتم که انواع روش ساخت ساعت رو گفتم و تو پروژه۳ اش از این ویژگی اتصال کریستال ۳۲٫۷۶۸kHz به میکرو استفاده کردم : انواع روش ساخت ساعت با AVR

تا مطلب بعد اگه زنده بودیم یا علی.