Avr контроллеры. АВР - что это такое? Назначение автоматического ввода резерва. Как работает АВР

Источники электроснабжения не обладают абсолютной надежностью и иногда отключаются, что приводит к негативному влиянию на объекты потребления. Для ответственных устройств это недопустимо, поэтому они обеспечиваются питанием от двух и более дополнительных источников. При их подключении применяются устройства АВР. Что это такое, поясняет расшифровка аббревиатуры - "автоматический ввод резерва". Он является способом создания бесперебойного электроснабжения потребителя с двумя или более питающими вводами. Это обеспечивается автоматическим подключением резервного ввода при потере основного.

Оба источника питания могут быть подключены одновременно. Недостатками способа являются большие токи КЗ, высокие потери и сложность защиты сетей. Ввод резерва обычно производится с помощью коммутирующего устройства, отключающего основной источник питания. Мощность резерва должна соответствовать нагрузкам. Если ее недостаточно, производится подключение только самых важных потребителей.

Требования к АВР

• Быстрый ввод резерва после срабатывания
• Включение в любых случаях при исчезновении питания, за исключением коротких замыканий.
• Отсутствие реагирования на посадку напряжения при запуске мощных нагрузок у потребителя.
• Однократность срабатывания.

Классификация

Устройства разделяются по принципу действия.

• Односторонние. Схема содержит две секции: сети питания и резервную. Последняя подключается при потере основного напряжения.
• Двухсторонние. Любая из линий может быть как рабочей, так и резервной.
• Восстанавливающиеся АВР. При возобновлении основного питания автоматически вводится в работу прежняя схема, а резервная отключается.
• Без автоматического восстановления. Настройка режима работы с основным источником питания производится вручную.

Принцип действия АВР

В низковольтных сетях удобно применять контролирующие напряжение в схемах защиты специальные реле (схемах АВР и др.). АВР здесь предпочтительней, поскольку не вся техника способна выдерживать частые переключения электроснабжения. Как выглядит АВР? Что это такое и как работает? Данное устройство хорошо видно по любой простой схеме.

• Реле ЕЛ-11 контролирует трехфазное напряжение, следит за перекосом фаз, их обрывом и чередованием.
• Электромагнитные реле с мощными контактами применяются для подключения нагрузок. В нормальном режиме катушка главного ввода питается от него и своими контактами КМ 1 подключает подачу питания на нагрузку.
• Когда исчезает напряжение в основной цепи, реле КМ 1 отключается, и питание поступает на катушку реле КМ 2, которое подключает резервный ввод.

Данная схема АВР может применяться в частных домах, производственных и административных зданиях, где коммутируемая нагрузка достигает десятков киловатт. Недостатком схемы является сложность выбора реле для больших токов. Для коммутации маломощных потребителей она еще подходит, но при больших нагрузках лучше взять пускатель АВР или симистор.

Незаменимыми источниками дополнительного питания являются бензиновые или Последние нашли широкое применение благодаря экономичности и большей мощности. Рынок предлагает широкий ассортимент содержащих системы защиты от больших перегрузок.

Работа АВР

Как функционирует АВР? Что это такое по степени надежности в снабжении электроэнергией потребителей? Устройства делятся на 3 категории. Электроснабжение жилья относится к самой низкой. При частых сбоях в сети питания резерв в доме лучше установить, поскольку от этого зависит долговечность бытовых приборов, а также комфортные условия проживания. В квартиры устанавливают бесперебойники на аккумуляторах, которые преимущественно применяются для электронной техники. Генераторы наиболее распространены как резервные источники питания частных домов.

Бензиновый генератор в самом простом варианте подключается к электроснабжению дома через перекидной рубильник. Это предупреждает короткое замыкание при ошибочном вводе резерва, когда не выключены автоматы подачи электроэнергии в дом. Рубильник выбирается с тремя положениями, где среднее из них полностью отсекает электричество.

АВР своими руками можно установить в автоматическом режиме, если снабдить генератор автоматическим пусковым устройством и управлять им из шкафа с помощью контакторов, которые также переключают вводы. Автоматика работает на микропроцессорном управлении, например, на реле-контроллерах Easy. Для ввода резерва АВР применяют датчики напряжения. Как только отключается питание, сразу происходит запуск двигателя генератора. На достижение рабочего режима уходит некоторое время, после чего АВР производит переключение нагрузки на резерв. Подобные задержки допустимы для бытовых потребностей.

Блок автоматического запуска генератора (БАЗГ)

АВР - система частного дома, которая обеспечивает запуск и управление резервным генератором при нарушении электроснабжения. Последний комплектуется специальным блоком БАЗГ, который является недорогим решением при сбоях в подаче электроэнергии в главной сети. Он производит пять попыток запуска в течение 5 секунд в каждом интервале после того, как исчезнет напряжение на основном вводе. Кроме того, он управляет воздушной заслонкой, закрывая ее в момент запуска.

Если на основном вводе снова появляется напряжение, устройство переключает нагрузку обратно и останавливает двигатель генератора. При простое генератора подача топлива перекрывается электромагнитным клапаном.

Особенности работы АВР частного дома

Наиболее распространен способ с двумя вводами, где первый из них имеет приоритет. При подключении к сети бытовые нагрузки большей частью работают на одной фазе. При ее пропадании не всегда удобно подключать генератор. Достаточно подключить другую линию в качестве резервной. При трехфазном вводе питание контролируется с помощью реле на каждой из фаз. При выходе напряжения за пределы нормы контактор фазы отключается, и дом питается от двух оставшихся фаз. Если из строя выходит еще одна линия, вся нагрузка перераспределяется на одну фазу.

Для небольшого коттеджа или дачи применяют ДГУ мощностью не более 10 кВт для щита, работающего на 25 кВт. Такого генератора вполне достаточно, чтобы обеспечить дом необходимым минимумом электричества на короткое время. При возникновении аварийной ситуации реле контроля напряжения переключает шину потребителя на резервное питание и подает сигнал на запуск ДГУ. При возобновлении основного питания реле переключается на него, после чего генератор останавливается.

Расширение функций АВР

Для управления по выбранным алгоритмам применяются программируемые логические контроллеры (ПЛК). В них уже заложена программа АВР, которую только требуется настроить для реализации того или иного режима работы. Использование ПЛК, например, контроллера АС500, дает возможность упростить электрические схемы, хотя на первый взгляд устройство кажется сложным. Управление АВР можно расположить на дверце щита в виде набора переключателей, кнопок и индикации.

В типовом решении уже предусмотрено программное обеспечение. Оно устанавливается в ПЛК.

Заключение

Сбои в электроснабжении могут приводить к различным негативным явлениям у потребителей. Большинство пользователей имеют только смутное представления об АВР. Что это такое, многие вообще не знают и принимают за устройство продукцию, которая предназначена совершенно для других целей. В связи с большими затратами на электрооборудование важно правильно выбрать автомат ввода резерва. Здесь потребуется консультация специалиста. АВР позволяет повысить работоспособность бытовых приборов и объектов, для которых важна постоянная подача питания.

Микроконтроллеры (далее МК) прочно вошли в нашу жизнь, на просторах интернета можно встретить очень много интересных схем, которые исполнены на МК. Чего только нельзя собрать на МК: различные индикаторы, вольтметры, приборы для дома (устройства защиты, коммутации, термометры…), металлоискатели, разные игрушки, роботы и т.д. перечислять можно очень долго. Первую схему на микроконтроллере я увидел лет 5-6 назад в журнале радио, и практически сразу же перелистнул страницу, подумав про себя "все равно не смогу собрать". Действительно, в то время МК для меня были чем то очень сложным и непонятым устройством, я не представлял как они работают, как их прошивать, и что делать с ними в случае неправильной прошивки. Но около года назад, я впервые собрал свою первую схему на МК, это была схема цифрового вольтметра на 7 сегментных индикаторах, и микроконтроллере ATmega8. Так получилось, что микроконтроллер я купил случайно, когда стоял в отделе радиодеталей, парень передо мной покупал МК, и я тоже решил купить, и попробовать собрать что-нибудь. В своих статьях я расскажу вам про микроконтроллеры AVR , научу вас работать с ними, рассмотрим программы для прошивки, изготовим простой и надежный программатор, рассмотрим процесс прошивки и самое главное проблемы, которые могут возникнуть и не только у новичков.

Основные параметры некоторых микроконтроллеров семейства AVR:

Дополнительные параметры МК AVR mega:

Рабочая температура: -55…+125*С
Температура хранения: -65…+150*С
Напряжение на выводе RESET относительно GND: max 13В
Максимальное напряжение питания: 6.0В
Максимальный ток линии ввода/вывода: 40мА
Максимальный ток по линии питания VCC и GND: 200мА

Расположение выводов моделей ATmega 8X

Расположение выводов моделей ATmega48x, 88x, 168x

Расположение выводов у моделей ATmega8515x

Расположение выводов у моделей ATmega8535x

Расположение выводов у моделей ATmega16, 32x

Расположение выводов у моделей ATtiny2313

В конце статьи прикреплён архив с даташитами на некоторые микроконтроллеры

Установочные FUSE биты MK AVR

Запомните, запрограммированный фьюз – это 0, не запрограммированный – 1. Осторожно стоит относиться к выставлению фьюзов, ошибочно запрограммированный фьюз может заблокировать микроконтроллер. Если вы не уверены какой именно фьюз нужно запрограммировать, лучше на первый раз прошейте МК без фьюзов.

Самыми популярными микроконтроллерами у радиолюбителей являются ATmega8, затем идут ATmega48, 16, 32, ATtiny2313 и другие. Микроконтроллеры продаются в TQFP корпусах и DIP, новичкам рекомендую покупать в DIP. Если купите TQFP, будет проблематичнее их прошить, придется купить или и паять плату т.к. у них ножки располагаются очень близко друг от друга. Советую микроконтроллеры в DIP корпусах, ставить на специальные панельки, это удобно и практично, не придется выпаивать МК если приспичит перепрошить, или использовать его для другой конструкции.

Почти все современные МК имеют возможность внутрисхемного программирования ISP, т.е. если ваш микроконтроллер запаян на плату, то для того чтобы сменить прошивку нам не придется выпаивать его с платы.

Для программирования используется 6 выводов:
RESET - Вход МК
VCC - Плюс питания, 3-5В, зависит от МК
GND - Общий провод, минус питания.
MOSI - Вход МК (информационный сигнал в МК)
MISO - Выход МК (информационный сигнал из МК)
SCK - Вход МК (тактовый сигнал в МК)

Иногда еще используют вывода XTAL 1 и XTAL2, на эти вывода цепляется кварц, если МК будет работать от внешнего генератора, в ATmega 64 и 128 вывода MOSI и MISO не применяются для ISP программирования, вместо них вывода MOSI подключают к ножке PE0, a MISO к PE1. При соединении микроконтроллера с программатором, соединяющие провода должны быть как можно короче, а кабель идущий от программатора на порт LPT так-же не должен быть слишком длинным.

В маркировке микроконтроллера могут присутствовать непонятные буквы с цифрами, например Atmega 8L 16PU, 8 16AU, 8A PU и пр. Буква L означает, что МК работает от более низкого напряжения, чем МК без буквы L, обычно это 2.7В. Цифры после дефиса или пробела 16PU или 8AU говорят о внутренней частоте генератора, который есть в МК. Если фьюзы выставлены на работу от внешнего кварца, кварц должен быть установлен на частоту, не превышающей максимальную по даташиту, это 20МГц для ATmega48/88/168, и 16МГц для остальных атмег.

Предположим вам поставили задачу — заставить мигать светодиод.
Рассуждаем, как решить эту задачу:

Вариант 1 — самое простое, взять тумблер/кнопку, рядом посадить раба, который тумблером будет включать/выключать светодиод. Обычно в России большинство задач именно так и решается. А что ведь мигает)))
Вариант 2 — собрать мультивибратор. Уже интереснее. Для того чтобы помигать, одним светодиодом вполне даже хорошее решение. К тому же просто, дешево, надежно.
Вариант 3 — собрать на микроконтроллере. Дороже чем собрать мультивибратор, но на мой взгляд проще. Написал программу, прошил, получил результат. Без настройки. Конечно это идеальный случай.

Теперь усложним задачу. Например, 5 светодиодов и 5 вариантов их мигания (изменяется скорость и порядок их мигания). Первый вариант сразу отпадает, способом 2 сделать можно, но размеры устройства резко увеличатся. Вариант 3 останется примерно тех же размеров, достаточно дописать пару строк кода. Следовательно есть разные случаи, где то без микроконтроллера невозможно, а где то он излишество. Поэтому всегда оценивайте трудозатраты, время и финансовые затраты.

Итак, микроконтроллер позволяет нам гибко управлять, системами, процессами и т.п, имеет небольшие габариты, по функциональности это миникомпьютер. Микроконтроллеры выпускаются разными фирмами. Одна из разновидностей микроконтроллеры AVR фирмы Atmel. Почему именно они? Их довольно просто найти в магазине, легко найти примеры готового кода, встроенный функционал позволяет решать даже сложные задачи.

Чтобы микроконтроллер нас понимал, что мы от него хотим, в него нужно загрузить прошивку — последовательность действий, которую ему необходимо выполнить. Прошивка представляет собой последовательность единиц и нулей. Чтобы было удобнее, придумали языки программирования. Например, мы пишем включи, а компилятор уже сам преобразовывает в понятную для микроконтроллера последовательность единиц и нулей. На рисунке показана HEX прошивка, если ее открыть при помощи блокнота.

Программируют микроконтроллеры обычно на языке Си или на ассемблере. На чем писать по большому счету разницы нет. Из-за большого количества готовых примеров, я свой выбор сделал в пользу Си. Кроме того, существует несколько программ позволяющих писать на Си. Например бесплатная, фирменная AVR Studio, CodeVision, WinAVR и т.п. Несмотря на то, что я пишу в CodeVision, очень активно использую AVR Studio как отладчик.

Надеюсь хоть что то из этого понятно вам стало. На мой взгляд, самое сложное это сделать первый шаг. Тот кто его сделает, переборет свой страх и свою лень, тот обязательно добьется результата. Удачи в изучении микроконтроллеров.

Все для изучения и практического программирования микроконтроллеров AVR: литература, программное обеспечение, схемы, конструкции

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “ “

Данный раздел сайта посвящен микроконтроллерам . В силу личных пристрастий (и не только), основной упор будет делаться на радиолюбительские устройства с микроконтроллерами AVR семейства Tiny и Mega фирмы ATMEL . Хотя микроконтроллеры фирмы ATMEL и не самые массовые, но у них есть несколько существенных преимуществ, которые отличают их от других микроконтроллеров. Кроме того, семейство микроконтроллеров AVR, в силу простоты и универсальности устройств, преемственности структуры для различных типов контроллеров, простоты схемотехники хорошо подходят для начинающих радиолюбителей. В дальнейшем, на сайте, планируется опубликовать серию статей, ориентированных, в основном, на начинающих радиолюбителей, с подробным изучением структуры и схемотехнических особенностей микроконтроллеров AVR семейств Tiny и Mega, использованию их основных возможностей, программированию на ассемблере.

Однокристальные микроконтроллеры находят широкие применение в самых разнообразных сферах: от измерительных приборов, фотоаппаратов и видеокамер, принтеров, сканеров и копировальных аппаратов до изделий электронных развлечений и всевозможной домашней техники.

Со времени появления первых микропроцессоров в 1970-х годах их сложность постоянно возрастала за счет появления новых аппаратных решений и добавления новых команд, предназначенных для решения новых задач. Так постепенно сложилась архитектура, получившая впоследствии название CISC (Complete Instruction Set Computers – компьютеры со сложным набором команд). В дальнейшем обозначилось и нашло активное развитие еще одно направление: архитектура RISC (Reduced Instruction Set Computers – компьютеры с сокращенным набором команд). Именно к этой архитектуре относятся микроконтроллеры AVR от компании Atmel и PIC от компании Microchip, которым посвящена эта книга.

Основное преимущество RISC-процессоров заключается в том, что они просты, выполняют ограниченный набор команд, и, как следствие, очень быстродействующие. Это позволяет снизить стоимость и сложность их программирования.

Обратной стороной RISC-архитектуры стала необходимость создания дополнительных команд на ассемблере, которые у CISC-устройств реализованы в аппаратной части. Например, вместо того, чтобы просто вызвать команду деления, которая характерна для устройств CISC, разработчику, имеющему дело с RISC-процессором, приходится применять несколько последовательных команд вычитания. Однако подобный недостаток с лихвой компенсируется ценой и скоростью работы RISC-устройств. Кроме того, если создавать программы на языке С, то подобные проблемы вообще перестают иметь какое-либо значение для разработчика, поскольку они решаются компилятором, который автоматически генерирует весь недостающий ассемблерный код.

На заре возникновения микропроцессоров разработка программного обеспечения происходила исключительно на том или ином языке ассемблера, ориентированном на конкретное устройство. По сути, такие языки представляли собой символьные мнемоники соответствующих машинных кодов, а перевод мнемоники в машинный код выполнялся транслятором. Однако главный недостаток ассемблерных языков заключается в том, что каждый из них привязан к конкретному типу устройств и логике его работы. Кроме того, ассемблер сложен в освоении, что требует достаточно больших усилий для его изучения, которые, к тому же, оказываются потраченными впустую, если впоследствии потребуется перейти на использование микроконтроллеров других производителей.

Язык С, являясь языком высокого уровня, лишен подобных недостатков и может использоваться для программирования любого микропроцессора, для которого есть компилятор с языка С. В языке С все низкоуровневые операции, выполняемые компьютерами, представлены в виде абстрактных конструкций, позволяющих разработчикам сосредоточиться на программировании одной лишь логики, не заботясь о машинном коде. Изучив язык С, можно легко переходить от одного семейства микроконтроллеров к другому, тратя гораздо меньше времени на разработку.

Архитектура микроконтроллеров AVR и PIC

В общем, все микроконтроллеры построены по одной схеме. Система управления, состоящая из счетчика команд и схемы декодирования, выполняет считывание и декодирование команд из памяти программ, а операционное устройство отвечает за выполнение арифметических и логических операций; интерфейс ввода/вывода позволяет обмениваться данными с периферийными устройствами; и, наконец, необходимо иметь запоминающее устройство для хранения программ и данных (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Обобщенная структура микроконтроллера

Будем рассматривать микроконтроллеры в общем, не привязываясь к какому-либо конкретному типу микроконтроллеров AVR, поэтому ниже будут рассмотрены только общие для большинства микроконтроллеров особенности архитектуры памяти, вопросы ввода/вывода, обработки прерываний, сброса и др.

Память микроконтроллеров AVR

В микроконтроллерах AVR память реализована по Гарвардской архитектуре, что подразумевает разделение памяти команд и данных. Это означает, что обращение к командам осуществляется независимо от доступа к данным. Преимуществом такой организации является повышение скорости доступа к памяти.

Память данных

Память данных предназначена для записи/чтения данных, используемых программами. Является энергозависимой, то есть, при отключении питания микроконтроллера все хранимые в ней данные, будут потеряны. В микроконтроллерах AVR память данных имеет более развитую структуру по сравнению с микроконтроллерами PIC, что показано на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Структура памяти данных в микроконтроллерах AVR и PIC

Область статической памяти SRAM (Static Random Access Memory) обозначена на рис. 2.1 пунктиром, поскольку используется не всеми микроконтроллерами AVR (это относится как к внутренней, так и к внешней SRAM). Ее начальный адрес – 0x060, а верхний адрес – разный в различных устройствах.

В некоторых микроконтроллерах AVR можно увеличивать пространство памяти SRAM посредством подключения внешних блоков памяти вплоть до 64 Кбайт, однако для этого приходится пожертвовать портами А и С, которые в этом случае применяются для передачи данных и адресов.

Регистры общего назначения

Область регистров общего назначения (рабочих регистров) предназначена для временного хранения переменных и указателей, используемых процессором для выполнения программ. В микроконтроллерах AVR она состоит из 32 восьмиразрядных регистров (диапазон адресов 0x000 – 0x01F). В микроконтроллерах PIC регистры общего назначения также восьмиразрядные, однако их количество и диапазон адресов зависят от конкретного типа устройства.

В программах, написанных на языке С, непосредственное обращение к регистрам общего назначения обычно не требуется, если только не используются фрагменты на языке ассемблера.

Регистры специальных функций микроконтроллеров PIC

Регистры специальных функций используются в микроконтроллерах PIC для управления различными операциями. Как и в случае с регистрами общего назначения, их количество и адресация отличаются от устройства к устройству. В программах, написанных на языке С, непосредственное обращение к регистрам специальных функций обычно не требуется, если только не используются фрагменты на языке ассемблера.

Область ввода/вывода микроконтроллеров AVR

Область ввода/вывода микроконтроллеров AVR содержит 64 регистра, используемых для управления или хранения данных периферийных устройств. К каждому из этих регистров можно обращаться по адресу ввода/вывода (начиная с 0x000) или по адресу SRAM (в этом случае к адресу ввода/вывода следует прибавить 0x020). В программах на языке С обычно используются условные имена регистров ввода/вывода, а адреса имеют значение только для программ на языке ассемблера.

Имена, адреса ввода/вывода и SRAM, а также краткое описание регистров из области ввода/вывода микроконтроллеров AVR представлены в табл. 2.1. При этом следует отметить, что в различных моделях микроконтроллеров некоторые из перечисленных регистров не используются, а адреса, не указанные в табл. 2.1, зарезервированы компанией Atmel для использования в будущем.

Таблица 2.1. Описание регистров из области ввода/вывода

Регистр состояния SREG микроконтроллеров AVR

Регистр состояния содержит флаги условий микроконтроллеров AVR и располагается в области ввода/вывода по адресу $3F (адрес SRAM – $5F). После подачи сигнала сброса он инициализируется нулями.