Když v první polovině rou 2016 Microchip přebíral svého největšího rivala v oblasti mikrokontrolérů – firmu Atmel – celý svět konstruktérů-elektroniků zatajil dech. Jak říše konstruktérů spojených s mikrokontroléry Atmel s jádrem AVR a ARM, tak i distributoři si kladli tutéž otázku: zda Microchip zastaví výrobu mikrokontrolérů převzatého konkurenta? Ukázalo se však, že všichni milovníci AVRek mohou klidně spát. Microchip zamýšlí pokračovat ve výrobě a rozvíjet převzaté produktové řady. Jedním z nejlepších důkazů tohoto je nová rodina mikrokontrolérů ATtiny.

Nejmenší AVRy

ATtiny vždy tvořily rodinu „nejmenších” mikrokontrolérů firmy Atmel s jádrem AVR. Velikostí zde rozumíme zvláště kapacitu paměti programu, počet vývodů a spotřebu energie. Během posledních několika let začaly tyto mikrokontroléry nabízet velmi mnoho periferií a komunikačních interfejsů. Všechny funkce jsou sbaleny do tak malých pouzder, jak SO8 nebo DIP8, které mají rádi kutilové. Skvělým příkladem může být  ATtiny102, neboli jeden ze dvou mikrokontrolérů, které uvedla firma Atmel krátce před jejím převzetím Microchipem. Mnoho mikrokontrolérů této rodiny nabízí značně více periferií, než by odpovídalo počtu vývodů – velmi často je jednotlivým pinům přiřazeno 2, 3, ale i 4 či 5 funkcí.  

Obr.1. Popis vývodů a funkcí mikrokontroléru ATtiny102 v pouzdru SO8. Některé vývody mají přiřazeno až 5 funkcí (se zohledněním přerušení PCINT).

Je třeba však pamatovat, že mikrokontroléry AVR z rodiny ATtiny existují také v pouzdrech se značně větším počtem vývodů, např. QFN24 nebo dokonce MLF32, což ve spojení s bohatou sadou funkcí z nich činí zajímavou alternativu k „větším” a dražším mikrokontrolérům z rodiny ATmega.

Nové a novější

Několik měsíců před převzetím Microchipem uvedl Atmel mikrokontroléry ATtiny 102/104. I když v rodině ATtiny nabízejí relativně hodně zdrojů a periferních obvodů, de facto nepřinesly nic nového. Dva kanály PWM, dva 8bitové timery, 32 bajtů paměti SRAM a pouze 1 kilobajt paměti Flash je dostačující pro většinu jednoduchých aplikací. Bohužel hardwarová implementace pouze interfejsu UART, malá kapacita paměti programu a pouze dva kanály PWM fakticky omezují škálu aplikací a činí rodinu 102/104 pouze další, nijak vyčnívající pozicí mezi nejmenšími AVRky. Jinými slovy jsou to mikrokontroléry, stojící za úvahu pro mnoho aplikací, i když neobsahují nic, co by nebylo u doposud nabízených AVRek. Atraktivitu této rodiny trochu vylepšuje nejmenší z vývojových kitů pro AVR – ATTINY104-XNANO. Díky svým velmi malým rozměrům (21x40mm) se hodí skvěle pro tvorbu prototypů, nejen v časném stadiu.

Největší z maličkých  – ATtiny417, 814, 816, 817

Osmibiťáky, které s objevily na trhu po převzetí firmy Atmel, vnesly svěží závan do skupiny nejmenších AVRek. Proč?

1. Skupina ATtiny s hardwarovou podporou knihovny QTouch™ se rozšířila dvakrát. Stalo se to díky verzím 814, 816 a 817, které mají až 9 dotykových kanálů s vestavěným kontrolérem - Peripheral Touch Controller (PTC).

Implementovaný PTC dal možnost obsluhy až 9 kapacitních kanálů bez nutnosti použití externího obvodu. Pro obsluhu tlačítek a dotykových posuvníků připojených přímo k portům našeho mikrokontroléru stačí použít hotovou knihovnu.

2. PDI je vlastnost, se kterou se setkáváme u ATtiny zřídka a která bez pochyby usnadní proces návrhu plošného spoje. Jedná se o jednopinový interfejs, který slouží k programování a  debugování. Tato funkce je známá již z mikrokontrolérů ATxmega, avšak doposud nikdy nebyla implementována v mikrokontrolérech ATtiny.

Obr.2. Popis vývodů  a vybraných funkcí  mikrokontrolérů rodiny ATtiny417/817 v pouzdrech QFN20 a QFN24.

Přenos technologií

Rodina ATtiny417-817 „nasává plnými hrstmi” technologie, se kterými jsme se doposud mohli setkat v mikrokontrolérech PIC firmy Microchip. Především jsou to funkce, které jsou součástí tzv. Core-Independent Peripherals (CIP). Sada CIP, čili periferie nezávislé na jádru, jsou takové obvody vestavěné v mikrokontroléru, které pro realizaci naprogramované úlohy nepotřebují jádro mikrokontroléru. Navíc mohou CIP pracovat dokonce při uspaném mikrokontroléru, čímž se omezí spotřeba energie na minimum. Periferie nezávislé na jádru mají dvě základní přednosti – mohou posloužit ke stavbě jádra, nastanou-li definované podmínky, nebo přímo navzájem spolupracovat s úplným vynecháním jádra. Takové řešení nejenže snižuje nároky na energii, ale také ulevuje mikrokontroléru od velkého počtu jednoduchých operací. Díky tomu lze věnovat více zdrojů mikrokontroléru realizaci klíčových aspektů aplikace, např. regulátoru PID nebo komunikaci rychlými interfejsy, tj. SPI. Řešení typu CIP po léta funguje v 8-, 16- a 32bitových mikrokontrolérech PIC firmy Microchip a těší se důvěře a uznání svých uživatelů. Obvody CIP v popisované rodině MCU se zdají být ideálním spojením.

V ATtiny417-817 jsou implementovány následující CIP:

Core-Independent Peripherals:

• CLC (Configurable Logic Cell) je sada konfigurovatelných matic hradel, klopných obvodů a dalších logických obvodů, které umožňují realizovat kombinační a sekvenční funkce;
• CRC (Cyclic Redundancy Check) umožňuje automatickou, polynomiální kontrolu konzistence paměti dat a programu;
• PPS (Peripheral Pin Select) je systém rekonfigurovatelných digitálních výstupů. Umožňuje vlastní konfiguraci vývodů, tj. přiřazení určité digitální funkce (např. výstupu interfejsu UART: Tx) vývodu, který si zvolí uživatel (např. PIN třetí PORTA).

Obr.3. Princip funkce  PPS

Obr.4a. Schematicky představené CLC

Obr.4b. Příklad použití CLC – matice hradel a klopný obvod typu D.

Obr.5. Zjednodušený princip funkce  CRC

Obr.6. Porovnání vybraných parametrů mikrokontrolérů  z rodin ATtiny102/104 a ATtiny417/814/816/817

Co dalšího je na palubě?

V každém z nových mikrokontrolérů jsou implementovány hardwarové interfejsy UART/USART, I2C a SPI, což dává velmi bohaté možnosti metod komunikace. Jádro každého z mikrokontrolérů může být taktováno kmitočtem až 20 MHz a obsluhuje až 6 kanálů PWM, pracujících na základě dvou nezávislých 16bitových časovačů. Navíc může každý vývod (kromě napájecích) sloužit jako zdroj vnějšího přerušení. Pokud takovou sadu funkcí obohatíme o výše popsané aspekty CIP a obsluhu 9 dotykových kanálů, dostáváme mikrokontrolér s opravdu velkými možnostmi, který se v mnoha situacích může osvědčit lépe než větší mikrokontroléry ATmega.

Rychleji - lépe!

Termín time to market nejednomu inženýru odhání spánek z víček. Podobně jak všudypřítomné deadliny, které často mají vliv na náklady na vytvoření nového zařízení a jeho úspěch. Neudivuje tedy, že se výrobci zařízení z nejrůznějších oborů nepřestávají předhánět v inovacích. O to víc, že řešení, které se jako první ukáže na trhu, má obrovský vliv na úspěch obvodu, modulu nebo zařízení.

Microchip pamatoval při uvádění do nabídky novou rodinu mikrokontrolérů na inženýry-konstruktéry. K dispozici dal dva kity s nejvyšším modelem z rodiny ATtiny817: ATtiny817-XPRO a ATtiny817-XMINI.

Obr.7a. Sestava vývojových kitů ATtiny817 Xplained MINI (vlevo) a ATtiny817 Xplained PRO (vpravo)

Obr.7b. Sestava vývojových kitů ATtiny817 Xplained MINI (vlevo) a ATtiny104 Xplained Nano - ATtiny104-XNANO (vpravo)

Tento kit je vybaven známým konektorem rozšíření pro moduly XPRO, dvěma dotykovými tlačítky a dvěma mechanickými a také konektory pro debugování (monitorování) napájení. Na palubě najdeme také programátor/debugger, který navíc usnadní a urychlí práci na prototypu. Na základě tohoto kitu můžeme postavit komplexní vývojovou platformu pro náš ATtiny817 s použitím konektorů rozšíření  XPRO a pro ně dostupných modulů. „Chuťovkou”, která vylepšuje všeobecný dojem z desky, jsou zespodu umístěné 4 gumové nožičky.

Obr.8. Konektor rozšíření Xplained PRO (dolní) a konektor pro měření spotřeby proudu (horní)

Obr.9. Porovnání dotykových tlačítek desek  Xplained PRO (vpravo) a Xplained MINI (vlevo)

ATtiny817-XMINI

Kity XMINI, známé také jako Xplained Mini, jsou nevelké vývojové desky s vestavěným programátorem/debuggerem. To, co jako první padne do oka, je jejich identický tvar a rozměr se současnými deskami XMINI, na které jsme zvyklí. Nezměněné zůstalo, že deska je vybavena skromně, aby poskytla uživateli relativně velkou plochu pro prototyp nebo možnost montáže kolíkových lišt (tzv. goldpinů). Deska ATTINY817-XMINI, stejně jak předchůdci, obsahuje specifické a vyčleněné oblasti pro zapájení kolíkových lišt, které budou kompatibilní se shieldy Arduino nebo deskami vyhovujícím standardům XPRO a RZ600. Na desce jsou také vyznačené body, ze kterých lze pohodlným způsobem vyvést signály interfejsu USART a SPI (mohou sloužit pro 6pinový konektor ISP pro externí programátor, např. populární STK500). V souladu s předchozími edicemi desek řady Xplained Mini jsou i zde umístěny vývody interfejsu debuggeru JTAG v rastru 1,27 mm – se kterým se setkáváme řidčeji než s 2,54 mm. Netypické vyvedení  JTAGu má za úkol bezproblémové přizpůsobení nejvyspělejšímu nástroji pro programování a debugování mikrokontrolérů AVR a SAM: Atmel-ICE.

Obr. 10. 10pinový konektor debuggeru Atmel-ICE a – označená bílým obrysem – oblast pro zapájení konektorů kompatibilních se standardem XPRO a RZ600.

Obr. 11a. Označená oblast pro zapájení konektorů kompatibilních s Arduino UNO (analogová část)

Obr. 11.b. Označená oblast pro zapájení konektorů kompatibilních s Arduino UNO (číslicová část)