Nieudokumentowane funkcje niektórych AVRów

1 kwietnia 2014r.

Autor: Dondu

Prowadząc z supportem Atmela korespondencję w zakresie problemów mikrokontrolera ATmega8 związanych z wewnętrznym zwarciem pinów Vcc i AVcc (występujęce w niektórych wersjach i partiach tego mikrokontrolera), dowiedziałem się bardzo ciekawej rzeczy.

Część mikrokontrolerów AVR w przypadku przetwornika ADC zawiera układ pozwalający na pomiary różnicowe oraz wzmacniacz sygnału. Przykładem takiego mikrokontrolera jest ATmega128:

Wybór trybu różnicowego i włączenia wzmacniacza odbywa się poprzez rejestr ADMUX w następujący sposób:

ATmega128

Zauważ, że zaznaczone kolorem zielonym ustawienia rejestru ADMUX rozpoczynają się od 01000 i kończą na 01111. Różnią się one od pozostałych ustawień wartością bitów MUX3 oraz MUX4.

Porównując to do ADMUX ATmega8:

ATmega8

oraz ATmega 88

ATmega88

zauważysz, że prawie w całości obszar ten jest zarezerwowany, ale bit MUX3 oczywiście osiągalny (możliwe jego ustawianie i zerowanie):

Informacje uzyskane z supportu Atmela były dość nieoczekiwane:

Okazuje się, że w prawie każdej wersji mikrokontrolerów, w których w dokumentacji nie ma informacji o trybie różnicowym oraz o wzmacniaczu sygnału, faktycznie ten tryb i wzmacniacz występują.

Dlaczego więc brak o nich informacji?

Support stwierdził, że są to błędy (niedopracowania) projektowe we wstępnych wersjach tych układów, powodujące nieprawidłowe działanie wzmacniacza, a konkretnie znaczne wykraczanie poza parametry. Błędy te pozostały na matrycach produkcyjnych do dziś! Na moje pytanie dlaczego lakonicznie stwierdzili, że było to także związane ze strategią marketingową Atmela.

Idąc tym tropem dokonałem testów posiadanych wersji ATmega8 i ATmega88.

ATmega8-16PI, 0503I, od spodu: 4L1820, 355POI, 4-P0503; obudowa: DIP To najstarsza ATmega w moich zbiorach.
MUX3:0	Kanał lub różnicowe	Wzmocnienie	Rezultat
1000	ADC0	10x	Poprawnie
1001	ADC1-ADC0	10x	Poprawnie
1010	ADC0	200x	Brak reakcji na wzmocnienie
1011	ADC1-ADC0	200x	j.w.
1100	ADC2	10x	Poprawnie
1101	ADC3-ADC2	10x	Poprawnie

ATmega8A-PU, 1136, od spodu: H6L732-2, 354VAN, 6-P1136, e3; obudowa: DIP
MUX3:0	Kanał lub różnicowe	Wzmocnienie	Rezultat
1000	ADC0	10x	Poprawnie
1001	ADC1-ADC0	10x	Poprawnie
1010	ADC0	200x	Pomiary kompletnie z kosmosu
1011	ADC1-ADC0	200x	j.w.
1100	ADC2	10x	Poprawnie
1101	ADC3-ADC2	10x	Poprawnie

ATmega8A-AU, 1116, od spodu: H6L099.06, 354VAN, 3-P, 1116, e3 obudowa: TQFP
MUX3:0	Kanał lub różnicowe	Wzmocnienie	Rezultat
1000	ADC0	10x	Poprawnie
1001	ADC1-ADC0	10x	Poprawnie
1010	ADC0	200x	Pomiary kompletnie z kosmosu.
1011	ADC1-ADC0	200x	j.w.
1100	ADC2	10x	Poprawnie
1101	ADC3-ADC2	10x	Poprawnie

ATmega88-PU, 1028; od spodu: G5K112, 27HON, 3-S1028, a0; obudowa: DIP
MUX3:0	Kanał lub różnicowe	Wzmocnienie	Rezultat
1000	ADC0	10x	Poprawnie
1001	ADC1-ADC0	10x	Poprawnie
1010	ADC0	200x	Całkiem nieźle poniżej 0,1V, ale wyżej to tragedia
1011	ADC1-ADC0	200x	j.w.
1100	ADC2	10x	Poprawnie
1101	ADC3-ADC2	10x	Poprawnie

Do pobrania

Poniżej do pobrania pliki HEX dla transmisji szeregowej przez RS-232:

• F_CPU 1MHz
• baud 9600
• bez parzystości
• jeden bit stopu

Jak ustawić terminal Realterm, by odbierać dane znajdziesz w tym artykule: RS-232: Komunikacja ATmega8 z komputerem (Uwaga! Tam ustawiam baud na 57600, a tutaj wykorzystuję 9600 - reszta jest taka sama).

Pliki hex do pobrania (zajętość flash 3,4kB):

• ADMUX-ATmega8-1MHz-Baud9600.hex
• ADMUX-ATmega48-88-168-1MHz-Baud9600.hex

Schemat

Układ testowy podłączony według wersji 1.2.3 z tego artykułu: ADC - Dokładność vs podłączanie

Zasilanie 5V - istotne dla prawidłowych wyników!!!

Na wejściach ADC0-ADC3 podłączone potencjometry tworzące cztery dzielniki napięciowe, by móc badać różne napięcia i ich zależności, czyli podobnie jak to jest w tym artykule: ADC - Wstęp i uruchomienie tylko bez rezystora R5.



Wnioski

Jak zauważysz, w każdym z badanych mikrokontrolerów wzmocnienie 10x jest zawsze osiągalne i w mojej ocenie wystarczająco dokładne, by z powodzeniem je stosować. W przypadku wzmocnienia 200x jest znacznie gorzej i trudno opierać się na wynikach takich pomiarów.

Ponieważ jest to nieudokumentowana funkcjonalność niektórych mikrokontrolerów AVR, stąd też oczywiście nie powinno się jej wykorzystywać w projektach komercyjnych.

Nic nie stoi jednak na przeszkodzie, by w projektach hobbystycznych ją wykorzystać :-)


Masz czas, przetestuj i daj znać o wynikach

Tradycyjnie już jak w poprzednim przypadku dot. pinów Vcc i AVcc, także i tym razem czekam na rezultaty Waszych pomiarów i wniosków, w formie komentarzy do niniejszego artykułu. Pamiętaj, by podać dokładne oznaczenia układu zarówno z górnej, jak i dolnej strony.

Rezultat pracy programów
1 kwietnia 2014r.