Zmiana źródła i szybkości taktowania – fusebity

Autor: drzasiek
Redakcja: dondu

Drzaśkowy pamiętnik: Spis treści

Bezpiecznik (ang. fuse)

Mając już za sobą wygraną walkę z diodami i Timerem, postanowiłem wycisnąć z uC nieco więcej.

Przyszła więc pora na zmianę szybkości taktowania procesora. Dowiedziałem się, że trzeba ustawić jakieś „fusebity”.

Poszukałem, poczytałem, no i się przestraszyłem. Praktycznie w każdym temacie na forum związanym z fusebitami mowa była o zablokowaniu procesora. Tak więc wyciągnąłem wnioski, że trzeba uważać oraz poszukać dokładnie, co to są te fusebity, jak się je ustawia/programuje, za co który bit jest odpowiedzialny no i co robić w przypadku pomyłki.

Fusebity w wolnym tłumaczeniu są to bity zabezpieczające, choć bardziej pasuje nazwa: Bity konfiguracyjne. Określają one pewne cechy mikroprocesora, między innymi ustalają one źródło sygnału taktującego mikroprocesor (tzw. zegara).


Jakie są możliwości wyboru zegara za pomocą fusebitów?
Jak zwykle najlepszym i najpewniejszym źródłem informacji jesf datasheet: ATmega8 datasheet

w którym znalazłem interesujący mnie rozdział:

Rys. ATmega8

W rozdziale Clock sources znalazłem kompletny opis systemu taktowania mikrokontrolera, a w nim tabelkę dotyczącą fusebitów:

Z samej tabelki już zorientowałem się, że do wyboru mam wewnętrzny lub zewnętrzny oscylator RC, zewnętrzny kwarc lub zewnętrzny sygnał zegarowy/generator. Ale najlepiej widać to na schemacie powyżej.

Dokumentacja bardzo dobrze przedstawia sposoby podłączenia oraz poszczególnych konfiguracji.
Fabrycznie Atmega jest skonfigurowana na wewnętrzny oscylator RC pracujący z częstotliwością 1 MHz:

Rys. ATmega8 - Domyślne fabryczne ustawienie fusebitów zegara .

Spróbowałem więc na początku zmienić częstotliwość taktowania w ramach opcji zmiany wewnętrznego oscylatora RC.

Przyznam się, że na początku nie korzystałem z AVR Studio więc do zmiany bitów konfiguracyjnych używałem PonyProg2000. Jako, że na blogu używamy darmowego i w pełni ułatwiającego pracę środowiska jakim jest Atmel AVR Studio (w skrócie: AS), pokażę jak to zrobić właśnie w AS.

Korzystając z AVR Studio (w moim przypadku wersja 4.18) nie trzeba nawet zbytnio orientować się w tych fusebitach, aby poprawnie wybrać źródło zegara. Niemniej jednak warto dla samego siebie znać, albo przynajmniej orientować się co tak właściwie się zmienia.

Dlatego istotne jest przeglądnięcie podstawowych tabel z wartościami fusebitów w dokumentacji. Przy zmianie częstotliwości wewnętrznego oscylatora zaglądałem do tabeli z wartościami bitów konfigurujących częstotliwość:

Rys. Atmega8 - Wewnętrzny oscylator RC

oraz ustawiających czas startu programu po resecie/uruchomieniu zasilania:

Mając podłączony układ z diodami jaki opisywałem w poprzednich częściach napisałem programik testowy:

#define F_CPU 1000000UL
#include <avr/io.h>  
#include <util/delay.h>  
     
//definicja LED1 (do którego pinu podłączony LED1)  
#define LED1 PB0  
  
void main(void)  
{  
  //########### I/O ###########  
  DDRB  |= (1<<LED1);//Ustawienie pinu diody jako wyjście 
  //##########################  

  while(1)//główna pętla programu
  {
    PORTB ^=(1<<LED1); //suma modulo 2 (XOR) stanu poprzedniego na porcie  
                               //czyli zmiana stanu pinu LED1 na przeciwny   
    _delay_ms(500);
  }
}

Zgodnie z oczekiwaniami dioda mrugała 1 raz na sekundę. Jedna z diod powinna mrugać z częstotliwością 1Hz. No więc teraz czas na eksperymenty :-)

W AVR Studio wszedłem w opcje programatora:

Ukazało się okienko w którym:
1: kliknąłem zakładkę Fuses
2: kliknąłem przycisk Read aby odczytać obecne ustawienia

Teraz zostało mi już tylko kliknąć:

Wybrałem na początek wewnętrzny oscylator RC pracujący z częstotliwością 8MHz, opóźnienie startu 6CK + 64ms i kliknąłem klawisz Program. Na dole w konsoli pojawiły się komunikaty mówiące o powodzeniu mojego eksperymentu:

Dioda teraz mrugała zdecydowanie szybciej. Dla potwierdzenia, iż rzeczywiście uC pracuje teraz z częstotliwością 8MHz zmieniłem w programie na samym początku makro definiujące częstotliwość pracy na:

#define F_CPU 8000000UL

Skompilowałem, zaprogramowałem mikrokontroler i doda znowu mrugała z częstotliwością 1 Hz, chociaż sam mikrokontroler pracował już z częstotliwością 8MHz :-)

Rezonator kwarcowy

Zewnętrzny rezonator kwarcowy
Następnie zapragnąłem popędzić uC jeszcze szybciej i jeszcze dokładniej. A do tego potrzebny jest na przykład zewnętrzny rezonator kwarcowy.

Więcej na temat współpracy mikrokontrolerów z rezonatorami kwarcowymi, przeczytasz tutaj: Czas - odmierzanie


Dokumentacja ATmega8 mówi, że maksymalna częstotliwość jej pracy, to 16 MHz, dlatego też taki kwarc podłączyłem do uC zgodnie ze schematem znajdującym się w dokumentacji:

Wymagane połączenia kwarcu

Dobierając wartość kondensatorów zgodnie z tabelą:

Zauważyłem jednak, że w AVR Studio na rozwiniętej liście nie wybiorę sobie dokładnie częstotliwości kwarcu:

Jest podział na 3 grupy: Low Frequency, Medium Frequency oraz High Frequency.

Analogicznie do tabeli 8-3 wybrałem opcję z grupy High Frequency z interesującym mnie czasem startu. Po zaprogramowaniu dioda mrugała 2 razy szybciej niż poprzednio, czyli przy wewnętrznym oscylatorze RC 8MHz czyli prawidłowo :-)

Po zmianie w programie:

#define F_CPU 16000000UL

skompilowaniu i zaprogramowaniu uC, doda znowu mrugała z częstotliwością 1 Hz. Analogicznie postępować można z wyborem innych wartości oraz innych źródeł zegara.

Jak widać AVR Studio pozwala praktycznie w ogóle nie mieć pojęcia o fusebitach. Fusebity nie służą jednak tylko do celu ustawienia źródła zegara.

Dla tych, którzy chcieliby wiedzieć co robią albo chcą programować fusebity w innych programach oraz ustawiać inne opcje polecam artykuł: Fusebity w AVR - Zewnętrzny oscylator kwarcowy

Drzaśkowy pamiętnik: Spis treści

Autor: drzasiek

Redakcja: dondu