МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ AVR: FUSE-БИТЫ

МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ AVR: FUSE-БИТЫ

В данном обзоре рассмотрим, что же такое fuse-биты и для чего они нужны, так как это вызывает много непонимания (да и разработчики прошиващего софта вертят их как хотят). В результате этого контроллеры AVR кучами складываются в коробки до «лучших времен». Для примера рассмотрим fuse-биты на примере МК ATMega8. Для других типов контроллеров AVR назначение уточняются в даташите на конкретный МК (не ленитесь читать документацию). Итак, поехали! Все фьюз-биты МК разделены на 2 байта – старший (Fuse High Byte) и младший (Fuse Low Byte). Разбор конечно же начнем со старшего байта.

старший байт

RSTDISBL – определение режима работы пина RESET. Данный пин может работать в 2-х режимах как вывод внешнего сброса или как порт ввода-вывода.
RSTDISBL=1 – пин настроен на работу как вывод внешнего сброса.
RSTDISBL=0 – пин работает как порт ввода-вывода. Данный режим работы отключит возможность последовательного программирования и поможет только параллельный программатор.
WDTON – включение и отключение сторожевого таймера (Watch Dog Timer), который выполняет защиту от зависания программы, выполняемой МК. В основном применяется в ответственных программах, где зависание нежелательно.
WDTON=1 – сторожевой таймер отключен (можно включить программно через бит WDT регистра WDTCR).
WDTON=0 – сторожевой таймер включен (программно отключить не получится).
SPIEN – разрешение последовательного программирования.
SPIEN=0 – последовательное программирование разрешено.
SPIEN = 1 – последовательное программирование запрещено.
Если отключить режим последовательного программирования, то сможет помочь только параллельный программатор. Во многих программах для прошивки данный бит изменить нельзя (чекбокс недоступен).
CKOPT – бит опций тактового генератора. Его разберем позже, когда доберемся до младшего байта.
EESAVE - бит защиты данных, хранящихся в EEPROM памяти при стирании микросхемы. Если данный бит не установлен, т.е. EESAVE = 1, то при стирании микросхемы затрутся данные, хранящиеся в EEPROM.
BOOTSZ1…0 – биты определяющие объем flash-памяти, отводимой под бутлоадер.
Бутлоадер – это набор команд, даже точнее – это программа, которая болтается в конце flash-памяти МК, способная принимать данные от внешних устройств при наступлении какого-либо события и заносить их во flash-память. Бутлоадер применяется в основном для прошивки МК без использования спецпрограмматора.
BOOTRST – бит, определяющий с какого места начнется загрузка контроллера после сброса.
BOOTRST = 1 – загрузка начнется с нулевого адреса
BOOTRST = 0 – загрузка начнется с адреса начала области flash-памяти, выделенной под бутлоадер.
Вот и добрались до младшего байта.

младший байт

BODLEVEL и BODEN – биты, управляющие схемой мониторинга напряжения питания контроллера (Vcc). Если напряжение опуститься ниже установленного битом BODLEVEL, то МК сброситься и будет держаться в режиме сброса, пока напряжение не превысит установленный порог.

BODLEVEL = 1 – пороговое напряжение равно 2,7В.
BODLEVEL = 0 – Пороговое напряжение равно 4В.
BODEN = 1 – схема мониторинга неактивна.
BODEN = 0 – схема мониторинга напряжения питания активна.
SUT1…0 – биты, определяющие время запуска микроконтроллера (см. режимы работы тактового генератора). После подачи на МК питания, выхода его из режима энергосбережения или после сброса, МК начинает работать не сразу, а по истечении определенного времени. Как раз это время и задают данные биты. Если время старта не важно, то ставим максимум SUT1…0 = 11. Все операции, выполняемые контроллерам, производятся по импульсам, приходящим от тактового генератора. Тактовый генератор может быть встроенным в МК, либо быть внешним.

Внутренний генератор может работать в нескольких режимах:

- с внутренней задающей RC-цепочкой;
- с внешней задающей RC-цепочкой;
- с внешним задающим кварцевым или керамическим резонатором.
При работе контроллера от внешнего тактового генератора на его вход XTAL1 подаются прямоугольные импульсы от какого-либо внешнего генератора:
Все эти режимы работы задаются битами CKSEL3…0.

Внутренний генератор с внутренней задающей RC-цепочкой

Внутренний генератор с внутренней задающей RC-цепочкой

Все МК типа ATMega8 поставляются с завода со значением битов CKSEL3…0=0001, т.е. настроены на работу с тактовой частотой 1 МГц от внутреннего генератора с внутренней задающей RC-цепочкой. Время старта в данном режиме работы определяется по таблице:

Время старта

Внутренний генератор с внешней задающей RC-цепочкой

Согласно даташиту емкость конденсатора должна быть не менее 22 пФ. При условии, что CKOPT=0 между выводом XTAL1 и GND подключается внутренний конденсатор емкостью 36 пФ и внешний конденсатор можно исключить. Частота задающей RC-цепочки определяется соотношением f=1/(3RC). В соответствии с выбором RC-цепочки биты CKSEL3…0 устанавливаются в соответствии с таблицей:

Частота задающей RC-цепочки

Время старта в данном режиме определяется по таблице:

Время старта в данном режиме

Внутренний генератор с внешним резонатором

Внутренний генератор с внешним резонатором

Частота тактового генератора будет определяться частотой кварца. При выбранной частоте кварца биты CKSEL3…1 выбираем из таблицы:

При выбранной частоте кварца биты CKSEL3…1 выбираем из таблицы

Комбинация CKSEL3…1 = 101 должна использоваться только с керамическим резонатором (см. примечание под таблицей). Время старта выбирается из таблицы:

Время старта выбирается из таблицы

При работе тактового генератора с внешним резонатором значение бита CKOPT определяет режим работы усилителя тактового генератора для раскачки резонатора. При CKOPT = 0 амплитуда колебаний максимальна, что дает устойчивость к помехам и возможность работать на всем диапазоне частот. При CKOPT = 1 амплитуда колебаний меньше (генератор работает в экономном режиме) и возможны сбои при работе контроллера из-за различных помех. Так что если нет жестких требований к энергосбережению устройства, то CKOPT = 0. Кроме работы с высокочастотными резонаторами, контроллер способен работать также на частотах так называемых часовых кварцев (32768 Гц). Для этого значение CKSEL3…0 = 1001. При CKOPT = 0 между XTAL1 и GND, и XTAL2 и GND подключаются внутренние конденсаторы, а внешние конденсаторы в данном случае можно исключить. Время старта определяется из таблицы:

контроллер способен работать также на частотах часовых кварцев

Внешний тактовый генератор

Внешний тактовый генератор микроконтроллера - схема

Для выбора данного режима устанавливаем CKSEL3…0 = 0000. Установка CKOPT = 0 позволяет подключить между XTAL1 и GND, и XTAL2 и GND внутренние конденсаторы 36 пФ (зачем?). Время старта опять же определяется из таблицы:

время старта, fuse-биты

Кроме младшего и старшего fuse-байтов в окне прошивальщика можно увидеть Lock Bit Byte – так называемый байт защиты. С помощью изменения значения битов данного байта можно запрещать и разрешать доступ к памяти программ (flash-памяти), EEPROM и области бутлоадера. Можно сказать, что биты этого байта предназначены для защиты того, что есть в контроллере. В основном это надо разработчику, чтобы защитить свой интеллектуальный труд от кражи и обычному пользователю эти биты особо неинтеесны.

Немного о прошивающем софте

Немало косяков с залочкой контроллеров возникает из-за прошивающего софта. В каких-то программах галка в чекбоксе означает 0, а в каких-то 1. Перечислять значения галки в каждой программе бесполезно, так как этих программ навалом. Поэтому дам совет, как определить who is who. Берем МК и подключаем его к последовательному программатору, заходим в режим программирования fuse-битов и считываем все байты. Смотрим значение бита SPIEN. Т.к. последовательное программирование разрешено, то SPIEN = 0. А теперь смотрим что стоит в чекбоксе напротив данного бита. Если стоит галка, то в данной программе это означает 0, если чекбокс пуст, то галка в данной программе означает 1. При прошивке всегда шейте первым делом прошивку, а fuse-биты в самую последнюю очередь, т.к. fuse-биты могут быть настроены не от работы тактового генератора с внутренней RC-цепочкой или вообще в данной схеме пин RESET используется как обычный порт. Перед прошивкой fuse-битов всегда делайте их считывание, т.к. при выставлении только нужных битов остальные зашьются как есть на экране. Автор статьи: skateman. Вопросы по статье МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ AVR: FUSE-БИТЫ вы можете задать на ФОРУМЕ

Схемы и статьи

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

СПРАВОЧНИКИ ПО ДЕТАЛЯМ

ПРИЁМНИКИ И ПЕРЕДАТЧИКИ

МИКРОСХЕМЫ И КОНТРОЛЛЕРЫ