AVR микроконтроллеры. Основы программирования. Микроконтроллеры семейства avr Что такое avr контроллер

BSoD
24.11.2023

Рассмотрим внутреннюю архитектуру микроконтроллеров AVR, попробуем разобраться из каких блоков состоит кристалл микросхемы и за какие функции отвечает каждый блок, как они взаимодействуют между собою. Также будут приведены полезные сравнения и примеры, ценные заметки что помогут прояснить принципы работы микроконтроллера с внешними устройствами и периферией.

AVR микроконтроллер изнутри

Микроконтроллер изнутри - это компьютер со своим вычислительным устройством, постоянной и динамической памятью, портами ввода-вывода и разной периферией.

Рис. 1. Структура AVR микроконтроллера. Рисунок с сайта digikey.com

Внутри микроконтроллер содержит:

  • Быстродействующий процессор с RISC-архитектурой;
  • FLASH-память;
  • EEPROM-память;
  • Оперативную память RAM;
  • Порты ввода/вывода;
  • Периферийные и интерфейсные модули.

RISC (Reduced Instruction Set Computer) - архитектура с тщательно подобранным набором команд, которые как правило выполняются за один такт работы процессора. Современные AVR микроконтроллеры содержат около 130 команд, которые очень быстро выполняются и не требуют больших затрат как по внутри-процессорным ресурсам, так и по потребляемой мощности.

Структурная схема AVR микроконтроллера

Посмотрим на рисунок ниже и разберемся из каких блоков состоит микроконтроллер и как они связаны между собою:

Рис. 2. Структурная схема AVR микроконтроллера.

Рассмотрим кратко что изображено на блоках в схеме:

  • JTAG Interface (Joint Test Action Group Interface) - интерфейс внутрисхемной отладки (4 провода);
  • FLASH - перепрограммируемая память для сохранения программы;
  • Serial Peripheral Interface, SPI - последовательный периферийный интерфейс (3 провода);
  • EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) - перепрограммируемое ПЗУ, энергонезависимая память;
  • CPU (ЦПУ) - центральный процессор управления, сердце микроконтроллера, 8-битное микропроцессорное ядро;
  • ALU (АЛУ) - арифметико-логическое устройство, основа блока CPU;
  • RAM (Random Access Memory) - оперативная память процессора;
  • Program Counter - счетчик команд;
  • 32 General Purpose Registers - 32 регистра общего назначения;
  • Instruction Register - регистр команд, инструкций;
  • Instruction Decoder - декодер команд;
  • OCD (On-Chip Debugger) - блок внутренней отладки;
  • Analog Comparator - аналоговый компаратор, блок сравнения аналоговых сигналов;
  • A/D Converter (Analog/Digital converter) - аналогово-цифровой преобразователь;
  • LCD Interface (Liquid-Crystal Display Interface) - интерфейс для подключения жидко-кристаллического дисплея, индикатора;
  • USART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter), UART - универсальный асинхронный приемопередатчик;
  • TWI (Two-Wire serial Interface) - последовательный интерфейс с двухпроводным подключением;
  • Watchdog Timer - сторожевой или контрольный таймер;
  • I/O Ports - порты вода/вывода;
  • Interrupts - блок управления и реакции на прерывания;
  • Timers/Counters - модули таймеров и счетчиков.

Подробнее о внутренних блоках микроконтроллера

А теперь подробно рассмотрим все блоки микроконтроллера, разберемся что и для чего нужно, приведу простые примеры доступным языком.

JTAG Interface - важный интерфейс который позволяет производить внутреннюю отладку прямо в чипе используя блок внутренней отладки (OCD ), без использования эмуляторов. Можно сказать что JTAG - это интерфейс для "железной" отладки микроконтроллера. Через JTAG-адаптер микросхема напрямую подключается к программному комплексу для программирования и отладки.

Используя данный интерфейс можно в пошаговом режиме выполнять программу прямо в микроконтроллере, смотреть как изменяется содержимое регистров, как мигают индикаторы и светодиоды что подключены к микроконтроллеру после каждого шага и т.п. Для подключения к JTAG интерфейсу достаточно 4-х проводников: TDI(Test Data In), TDO(Test Data Out), TCK(Test Clock), TMS (Test Mode Select).

JTAG интерфейс доступен далеко не во всех микроконтроллерах AVR, как правило таким вкусным дополнением обладают чипы у которых 40 и более лапок, а объем памяти доступен в размере не менее 16КБ. Для серьезных задач - серьезные материалы и инструменты.)

FLASH - память программ, энергонезависимое ПЗУ(постоянное запоминающее устройство) что выполнено по технологии FLASH. Здесь хранится программа, которая будет исполняться блоком ALU микроконтроллера. Флешь-память чипа можно многократно перезаписывать, тем самым меняя или дополняя программный код для выполнения. Данный тип памяти может сохранять записанные в нее данные в течение 40 лет, а количество возможных циклов стирания/записи может достигать 10000.

В зависимости от модели микроконтроллера размер FLASH-памяти может достигать 256 KБ.

Serial Peripheral Interface, SPI - последовательный периферийный интерфейс (SPI) который зачастую применяется для обмена данными между несколькими микроконтроллерами со скоростью до нескольких MГц (нескольких миллионов тактов в секунду).

Для обмена данными по SPI интерфейсу между двумя устройствами достаточно 3-х проводников:

  1. MOSI (Master Output Slave Input) - Данные от ведущего к ведомому;
  2. MISO (Master Input Slave Output) - Данные от ведомого к ведущему;
  3. CLK (Clock) — тактовый сигнал.

Устройства с SPI-интерфейсом делятся на два типа: ведущий(Master) и ведомый(Slave). Если к интерфейсу подключено несколько устройств то для обмена данными между ними нужны дополнительные линии связи(проводники) чтобы мастеру можно было выбрать ведомое устройство и сделать запрос к нему.

Также SPI интерфейс используется для внутрисхемного SPI программирования, по этому интерфейсу к микроконтроллеру подключается программатор.

EEPROM - энергонезависимая память данных в которой данные будут храниться даже при отключении питания микроконтроллера. В данной памяти можно хранить настройки выполнения программы, собранные данные для статистики работы устройства и другую полезную информацию. К примеру, собрав маленькую метеостанцию на микроконтроллере, в EEPROM на каждый день можно сохранять данные о температуре воздуха, давлении, силе ветра, а потом в любой момент считать эти собранные данные и провести статистические исследования.

Для EEPROM выделено отдельное адресное пространство которое отличается от адресного пространства RAM и FLASH. Память EEPROM микроконтроллера - очень ценный ресурс, поскольку ее как правило очень мало - от 0,5 до нескольких килобайт на чип. Количество перезаписей для данного типа памяти составляет порядка 100000 что в 10 раз больше чем ресурс FLASH памяти.

ALU - Арифметико-логическое устройство, которое синхронно с тактовым сигналом и опираясь на состояние счетчика команд (Program Counter ) выбирает из памяти программ (FLASH ) очередную команду и производит ее выполнение.

Тактовый сигнал для микроконтроллера вырабатывается тактовым генератором, и может быть подан из нескольких доступных источников на выбор:

  • внутренний RC-генератор, который можно калибровать на нужную частоту;
  • керамический или кварцевый резонатор с конденсаторами (не у всех моделей);
  • внешний тактовый сигнал.

Установка источника тактовых импульсов производится при помощи FUSE-битов.

FUSES (с англ.: плавление, пробка, предохранитель) - специальные 4 байта(4*8=32 бит) данных, которые настраивают некоторые глобальные параметры микроконтроллера в процессе прошивки. После прошивки данные биты нельзя изменить через внутреннюю программу что записана в МК.

Данной конфигурацией бит мы указываем микроконтроллеру вот что:

  • какой использовать задающий генератор (внешний или внутренний);
  • делить частоту генератора на коэффициент или нет;
  • использовать ножку сброса (RESET) для сброса или же как дополнительный пин ввода-вывода;
  • количество памяти для загрузчика;
  • другие настройки зависимо от используемого микроконтроллера.

CPU - это мозг микроконтроллера, который содержит в себе АЛУ, регистры и оперативную память.

К ALU подключен блок из 32-х регистров общего назначения (32 General Purpose Registers - регистровая память), каждый из которых представляет собою 1 байт памяти (8 бит). Адресное пространство регистров общего назначения размещено в начале оперативной памяти (RAM) но не является ее частью. С данными что помещаются в регистры можно производить разнообразные арифметические, логические и битовые операции. Выполнение подобных операций в оперативной памяти не доступно. Для работы с данными из RAM нужно их записать в регистры, произвести в регистрах нужные операции, а потом записать результирующие данные из регистров в память или в другие регистры для выполнения каких-то действий.

RAM - оперативная память. В нее можно записывать данные из регистров, считывать данные в регистры, все операции с данными и расчеты производятся в регистрах. Для разных семейств AVR чипов размер оперативной памяти ограничен:

  • ATxmega - до 32 KБ;
  • ATmega - 16 Кб;
  • ATtiny - 1 Кб.

Analog Comparator - данный блок сравнивает между собою два уровня сигнала и запоминает результат сравнения в определенном регистре, после чего сданный результат можно проанализировать и выполнить необходимые действия. Для примера: можно использовать этот блок как АЦП(Аналогово-Цифровой Преобразователь) и измерять напряжение батареи питания, в случае если если напряжение батареи достигло низкого уровня - произвести некоторые действия, помигать красным светодиодом и т.п. Также данный модуль можно применять для измерения длительности аналоговых сигналов, считывания установленных режимов работы устройства при помощи потенциометра и т.п.

A/D Converter - данный блок преобразовывает аналоговое значение напряжения в цифровое значение, с которым можно работать в программе и на основе которого можно выполнять определенные действия. Как правило диапазон напряжений что подаются на вход АЦП в AVR микроконтроллере находится в пределах 0-5,5 Вольт. Для данного блока очень важно чтобы микроконтроллер питался от стабильного и качественного источника питания. Во многих AVR микроконтроллерах есть специальный отдельный вывод для подачи стабильного питания на схему АЦП.

LCD Interface - интерфейс для подключения жидкокристаллического индикатора или дисплея. Применятся для отображения информации, состояния устройства и его узлов.

USART - последовательный асинхронный интерфейс для обмена данными с другими устройствами. Есть поддержка протокола RS-232, благодаря чему микроконтроллер можно соединить для обмена данными с компьютером.

Для подобной связи МК с COM-портом компьютера нужен конвертер логических уровней напряжения (+12В для COM - в +5В для микроконтроллера), или же просто RS232-TTL. Для подобных целей используют микросхемы MAX232 и им подобные.

Для подключения микроконтроллера к компьютеру через USB используя UART-интерфейс можно использовать специализированную микросхему FT232RL. Таким образом на новых компьютерах и ноутбуках можно не имея физического COM-порта привязать микроконтроллер используя USB-порт через USART интерфейс.

TWI - интерфейс для обмена данными по двухпроводной шине. К такой шине данных можно подключить до 128 различных устройств, используя две линии данных: тактовый сигнал (SCL) и сигнал данных (SDA). Интерфейс TWI является аналогом базовой версии интерфейса I2C.

В отличие от SPI интерфейса (один мастер и один/несколько ведомых) интерфейс TWI - двунаправленный, сто позволяет организовать между несколькими микроконтроллерами небольшую внутреннюю сеть.

Watchdog Timer представляет собою систему контроля зависания устройства с последующим его перезапуском. Это как автоматическая кнопка RESET для старенького компьютера с глючной ОС.))

I/O Ports , GPIO - это набор блоков портов ввода/вывода к пинам которых можно подключить разнообразные датчики, исполняющие устройства и цепи. Количество пинов вход/выход, что идут от портов в микроконтроллере, может быть от 3 до 86.

Выходные драйверы в портах AVR микроконтроллера позволяют напрямую подключать нагрузку з потребляемым током 20 мА(максимум 40 мА) при напряжении питания 5В. Общий нагрузочный ток для одного порта не должен превышать значение в 80 мА (например на 4 пина для одного из портов повесить по светодиоду с током 15-20 мА).

Interrupts - это блок который отвечает за реакцию и запуск на выполнение определенных функций при поступлении сигнала на определенные входы микроконтроллера или же по какому-то внутреннему событию (например тиканью таймера). Под каждое прерывание разрабатывается и записывается в память отдельная подпрограмма.

Почему этот блок называется блоком прерываний? - потому что при возникновении определенного для прерывания события выполнение основной программы прерывается и происходит приоритетное выполнение подпрограммы что написана для текущего прерывания. По завершению выполнения подпрограммы происходит возвращение к выполнению основной программы с того момента где она была прервана.

Timers/Counters - набор таймеров и счетчиков. Микроконтроллер, как правило, содержит в себе от одного до четырех таймеров и счетчиков. Они могут применяться для подсчета количества внешних событий, формирования сигналов определенной длительности, вырабатывать запросы на прерывания и т.п. Разрядность таймеров и счетчиков составляет - 8 и 16 бит (смотреть в даташите для чипа).

Заключение

Вот в принципе и все что изначально полезно знать о структуре микроконтроллера AVR. Дальше, в процессе работы и программирования, у вас будет возможность на практике изучить даташиты для разных моделей AVR чипов, узнать более детально принципы работы каждого из структурных кубиков МК и изучить как они работают, поиграться с отладкой и т.п.

В следующей статье попробуем разобраться с маркировкой микроконтроллеров, поразмышляем о наиболее доступных и подходящих для начального изучения чипах.

Итак, камрад, прежде чем ты начнешь работать с контроллером, то неплохо бы тебе узнать что у него внутри.
Поэтому дам тебе краткий ликбез по архитектуре контроллера AVR .

Основой любого микроконтроллера является вычислительное ядро. Во всех моделях AVR оно практически одинаковое и это большой плюс. Именно единство архитектуры обеспечивает легкую переносимость кода.

Итак, что же у нас в основе микроконтроллера, взгляни на диаграмму:

Ядро состоит, в первую очередь, из памяти программ (Flash Programm Memory) и Арифметико-логического устройства (ALU), блока управления (на диаграмме не показан) и программного счетчик (Program Counter). Также есть тактовый генератор, задающий импульсы относительно которых работают блоки микроконтроллера. Тактовый генератор можно сравнить с маятником и собачкой в будильнике: маятник туда сюда, собачка тикает по одному зубчику — шестеренки крутятся. Встала собачка — встал весь будильник.

При старте микроконтроллера значение программного счетчика равно 0000 — это адрес первой команды в нашей flash ROM. Микроконтроллер хватает оттуда два байта (код команды и ее аргументы) и отдает на выполнение в декодер команд (Instruction Decoder).

А дальнейшая судьба зависит от команды. Если это просто команда работы с какими-либо действиями, то они будут выполнены, а на следующем такте значение программного счетчика будет увеличено и из следующей пары ячеек памяти будут взяты еще два байта команды и также отправлены на выполнение.

Все интересней становится когда встречается команда перехода. В этом случае в Программный счетчик загружается адрес указанный в команде (абсолютный переход) или его значение увеличивается не на 1, а на столько сколько нужно и на следующем такте микроконтроллер возьмет команду уже с нового адреса.

Декодер команд загребает команду и скармливает ее логике блока управления, который уже пинает все остальные блоки, заставляя их делать нужные действия в нужном порядке.

Вся математика и обработка делается посредством ALU. Это, своего рода, калькулятор. Он может складывать, вычитать, сравнивать, сдвигать разными способами, иногда делить и умножать (это считается круто, встречается редко).

В качестве промежуточных операндов используются 32 ячейки — Оперативные регистры общего назначения РОН. Доступ к этим ячейкам самый быстрый, а число операций с их содержимым наиболее богатое. В ассемблере регистры эти называются просто R0,R1,R2 … R31. Причем делятся они на три группы:

Младшие R0..R15
Обычные регистры общего назначения, но какие то ущербные. С ними не работают многие команды, например, такие как загрузка непосредственного числа. Т.е. нельзя, например, взять и присвоить регистру число. Зато можно скопировать число из любого другого регистра.

Старшие R16..R31
Полноценные регистры, работающие со всеми командами без исключения.

Индексные R26…R31
Шесть последних регистров из старшей группы особенные. В принципе, их можно юзать и как обычные регистры общего назначения. Но, кроме этого, они могут образовывать регистровые пары X(R26:R27), Y(R28,R29), Z(R30:R31) которые используются как указатели при работе с памятью.

ОЗУ
Кроме 32 регистров в микроконтроллере есть оперативная память. Правда не везде — в младших семействах AVR Tiny12 и Tiny11 оперативной памяти нет, так что приходиться вертеться в 32 ячейках.

Оперативная память это несколько сотен ячеек памяти. От 64 байт до 4килобайт, в зависимости от модели. В этих ячейках могут храниться любые данные, а доступ к ним осуществляется через команды Load и Store.

То есть нельзя взять, например, и прибавить к ячейке в памяти, скажем, единицу. Нам сначала сделать операцию Load из ОЗУ в РОН, потом в регистре прибавить нашу единицу и операцией Store сохранить ее обратно в память. Только так.

EEPROM
Долговременная память. Память которая не пропадает после выключения питания. Если Flash может содержать только код и константы, а писать в нее при выполнении ничего нельзя (Это память Read Only), то в ЕЕПРОМ можно сколько угодно писать и читать. Но в качестве оперативки ее особо не поюзаешь. Дело в том, что цикл записи в EEPROM длится очень долго — миллисекунды. Чтение тоже не ахти какое быстрое. Да и число циклов перезаписи всего 100 000, что не очень много в масштабах работы оперативной памяти. ЕЕПРОМ используется для сохранения всяких настроек, предустановок, собранных данных и прочего барахла, что может потребоваться после включения питания и в основном на чтение. Эта память есть не во всех моделях AVR, но в подавляющем их большинстве.

Периферия
Периферия это внутренний фарш микроконтроллера. То что делает его таким универсальным. ALU, RAM, FLASH и Блок управления это как в компе Мать, Проц, Память, Винт — то без чего комп даже не запустится толком. То периферия это уже как сетевуха, видяха, звуковая карта и прочие прибамбасы. Они могут быть разными, разной степени крутости и навороченности, а также комбинироваться в разном порядке.

Именно по наличию на кристалле той или иной периферии происходит выбор микроконтроллера под задачу.

Периферии всякой придумано великое множество, всего я наверное даже не опишу. Но дам основной набор присутствующий почти во всех AVR, а также в других современных контроллерах.

  • Порты ввода вывода — то без чего невозможно взаимодействие контроллера с внешним миром. Именно порты обеспечивают то самое «ножкодрыгательство» управляющее другими элементами схемы. Захотели получить на выводе единичку, дали приказ соответствующему порту — получите, распишитесь. Захотели узнать какой там сигнал на входе? Спросили у соответствующего порта — получили. Почти все выводы микроконтроллера могут работать в режиме портов ввода-вывода.
  • UART/USART приемопередатчик — последовательный порт. Работает по тому же асинхронному протоколу что и древние диалапные модемы. Старый как мир, надежный и простой как кувалда. Подходит для связи с компьютером и другими контроллерами.
  • Таймеры/счетчики — задача таймеров отсчитывать тики. Сказал ему отсчитать 100 тактов процессора — он приступит и как досчитает подаст сигнал. Им же можно подсчитывать длительность входных сигналов, подсчитывать число входных импульсов. Да много чего умеет таймер, особенно в AVR. Подробное описание функций таймера занимает добрых три десятка страниц в даташите. При том, что таймеров самих существует несколько видов и фарш у них разный.
  • АЦП — аналоговый вход. Есть не у всех микроконтроллеров, но вещь полезная. Позволяет взять и замерить аналоговый сигнал. АЦП это своеобразный вольтметр.
  • I2C(TWI) интерфейс — последовательная шина IIC. Через нее осуществляется связь с другими устройствами. На IIC можно организовать своеобразную локальную сеть из микроконтроллеров в пределах одного устройства.
  • SPI — еще один последовательный протокол, похожа на IIC, но не позволяет организовывать сети. Работает только в режиме Мастер-Ведомый. Зато ОЧЕНЬ быстрая.
  • Аналоговый Компаратор — еще один аналоговый интерфейс. Но, в отличии от АЦП, он не замеряет, а сравнивает два аналоговых сигнала, выдавая результат А>B или A
  • JTAG/DebugWire — средство отладки, позволяет заглянуть в мозги контроллера с помощью специального адаптера, например такого, какой встроен в мою демоплату . Иной раз без него как без рук.
  • PWM — ШИМ генератор. Вообще это не отдельный блок, а дополнительная функция таймера, но тоже полезная. С помощью ШИМ генератора легко задать аналоговый сигнал. Например, менять яркость свечения светодиода или скорость вращения двигателя. Да мало ли куда его применить можно. Число каналов ШИМ разное от контроллера к контроллеру.

Еще бывают встроенные USB, Ethernet интерфейсы, часы реального времени, контроллеры ЖКИ дисплеев. Да чего там только нет, моделей микроконтроллеров столько, что задолбаешься только перечислять.

Взаимодействие ядра с периферией
Ядро одно на всех, периферия разная. Общение между ними происходит через память. Т.е. у периферии есть свои ячейки памяти — регистры периферии. У каждого периферийного устройства их не по одной штуки. В этих регистрах находятся биты конфигурации. В зависимости от того как эти биты выставлены в таком режиме и работает периферийное устройство. В эти же регистры нужно записывать данные которые мы хотим выдать, например, по последовательному порту, или считывать данные которые обработал АЦП. Для работы с периферией есть специальные команды IN и OUT для чтения из периферии в регистр РОН и записи из регистра РОН в периферию соответственно.

Поскольку ядро одинаковое, а периферия разная, то при переносе кода на другую модель микроконтроллера надо только подправить эти обращения так как название периферийных регистров от модели к модели может чуток отличаться. Например, если в контроллере один приемопередатчик UART то регистр прием данных зовется UDR, а если два, то у нас есть уже UDR0 и UDR1. Но, в целом, все прозрачно и логично. И, как правило, портирование кода с одного МК на другой, даже если он написан на ассемблере, не составляет большого труда. Особенно если он правильно написан.

Как узнать что есть в конкретном микроконтроллере?
Для этого на каждый МК есть даташит — техническая документация. И вот там, прям на первой странице, написано что почем и как. Вот тебе пример, даташит на Мегу16 с моим закадровым переводом:) Жирным шрифтом помечены опции которые я гляжу в первую очередь, как наиболее интересные для меня, остальное, как правило, присутствует по дефолту.

Features (фичи!)
High-performance, Low-power AVR® 8-bit Microcontroller
(понтовая экономичная архитектура AVR)

Advanced RISC Architecture
(просто офигенная вещь для рисковых чуваков!)

– 131 Powerful Instructions – Most Single-clock Cycle Execution
(131 крутая и быстрая команда!)

– 32 x 8 General Purpose Working Registers
(32 восьми разрядных регистра — те самые R0…R31)

– Fully Static Operation
(Полностью статические операции, т.е. тактовая частота может быть хоть 1 импульс в год)

– Up to 16 MIPS Throughput at 16 MHz
(скорость выполнения до 16миллионов операций в секунду!)

– On-chip 2-cycle Multiplier
(а числа умеем множить за два такта! Это правда круто, народ!)

High Endurance Non-volatile Memory segments
– 16K Bytes of In-System Self-programmable Flash program memory
(памяти хватит набыдлокодить на 16кб кода)

– 512 Bytes EEPROM 8-bit
(и нажрать на века 512 байт мусора в ЕЕПРОМ)

– 1K Byte Internal SRAM
(оперативки 1кб, кому там 2Гигабайт не хватает? Программировать не умеете! =) Тут и 64 байтов за глаза хватает. Помните Билла Гейтса и его «640кб хватит всем!» он знал о чем говорил:)

– Write/Erase Cycles: 10,000 Flash/100,000 EEPROM Microcontroller
(перешивать флеш можно 10тыщь раз, еепром 100тыщь раз. Так что можешь не бояться экспериментировать)

– Data retention: 20 years at 85°C/100 years at 25°C(1)
(Если законсервируешь свой будильник на AVR, то твоих правнуков он еще и через 100 лет порадует)

– Optional Boot Code Section with Independent Lock Bits
In-System Programming by On-chip Boot Program
True Read-While-Write Operation
(поддержка бутлоадеров. Удобная вещь, позволяет прошиваться без программаторов)

– Programming Lock for Software Security In-System
(если жадный и умный, то можешь закрыть от посторонних прошивку и фиг кто выкрадет твои секреты)

JTAG (IEEE std. 1149.1 Compliant) Interface
– Boundary-scan Capabilities According to the JTAG Standard Programmable
– Extensive On-chip Debug Support
– Programming of Flash, EEPROM, Fuses, and Lock Bits through the JTAG Interface Flash
(Отладочный интерфейс JTAG и его фичи)

Peripheral Features
(А вот, собственно и периферия пошла)

– Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Modes
(два таймера 8ми разрядных, с кучей всяких режимов разных.

– One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare Mode, and Capture Mode ATmega16
(один 16ти разрядный таймер счетчик, с кучей всяких примочек и фишек)

– Real Time Counter with Separate Oscillator
(таймер может тикать от отдельного генератора, удобно если хочешь сделать часы)

– Four PWM Channels ATmega16L
(Четыре ШИМ канала — на тех же таймерах)

– 8-channel, 10-bit ADC
(восьмиканальный 10ти разрядный АЦП. Фичи его ниже)

8 Single-ended Channels
(можно замерять по очереди сразу 8 разных напряжений)

7 Differential Channels in TQFP Package Only
(7 дифференциальных каналов. Правда только в корпусе TQFP т.к. ног у него больше)

2 Differential Channels with Programmable Gain at 1x, 10x, or 200x
(два дифференциальных канала с программируемым усилением)

– Byte-oriented Two-wire Serial Interface
(Поддержка IIC с аппаратным кодированием байтов)

– Programmable Serial USART
(Последовательный интерфейс. Удобен для связи с компом)

– Master/Slave SPI Serial Interface
(SPI интерфейс, пригодится)

– Programmable Watchdog Timer with Separate On-chip Oscillator
(Спец таймер защиты от зависаний)

– On-chip Analog Comparator
(Тот самый компаратор)

Special Microcontroller Features
(полезные свистоперделки)

– Power-on Reset and Programmable Brown-out Detection
(защита от косяков в работе при пониженном напряжении ака севшие батарейки)

– Internal Calibrated RC Oscillator
(А еще можно сэкономить 20рублей на покупке внешнего кварца. Он нафиг не нужен! :) И это круто!)

– External and Internal Interrupt Sources
(Есть внешние прерывания. Очень удобная вещь)

– Six Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down, Standby
and Extended Standby
(Дофига режимов энергосбережения)

I/O and Packages
– 32 Programmable I/O Lines
– 40-pin PDIP, 44-lead TQFP, and 44-pad QFN/MLF
(число полезных ножек, тем самых вводов выводов)

Operating Voltages designs.
– 2.7 — 5.5V for ATmega16L
– 4.5 — 5.5V for ATmega16
(Питающие напряжения. Помните я говорил про низковольтные серии — вот они, во всей красе)

Speed Grades
– 0 — 8 MHz for ATmega16L
– 0 — 16 MHz for ATmega16
(А это максимальные частоты для разных серий. Низковольтные лажают. Впрочем, они подвержены разгону)

Power Consumption @ 1 MHz, 3V, and 25°C for ATmega16L
– Active: 1.1 mA
– Idle Mode: 0.35 mA

Микроконтроллеры являются небольшими, но одновременно очень удобными приспособлениями для тех, кто желает создавать различные удивительные роботизированные или автоматизированные вещи у себя дома. В рамках этой статьи будет рассмотрено программирование AVR для начинающих, различные аспекты и нюансы этого процесса.

Общая информация

Микроконтроллеры можно встретить везде. Они есть в холодильниках, стиральных машинах, телефонах, станках на производстве, умных домах и ещё во множестве различных технических устройств. Их повсеместное применение обусловлено возможностью замены более сложных и масштабных аналоговых схем устройств. Программирование МК AVR позволяет обеспечить автономное управление над электронными устройствами. Эти микроконтроллеры можно представить как простейший компьютер, что может взаимодействовать с внешней техникой. Так, им под силу открывать/закрывать транзисторы, получать данные с датчиков и выводить их на экраны. Также микроконтроллеры могут осуществлять различную обработку входной информации подобно персональному компьютеру. Если освоить программирование AVR с нуля и дойти до уровня профессионала, то откроются практически безграничные возможности для управления различными устройствами с помощью портов ввода/вывода, а также изменения их кода.

Немного о AVR

В рамках статьи будет рассмотрено семейство микроконтроллеров, выпускаемых фирмой Atmel. Они имеют довольно неплохую производительность, что позволяет использовать их во многих любительских устройствах. Широко применяются и в промышленности. Можно встретить в такой технике:

  1. Бытовой. Стиральные машины, холодильники, микроволновые печи и прочее.
  2. Мобильной. Роботы, средства связи и так далее.
  3. Вычислительной. Системы управления периферийными устройствами, материнские платы.
  4. Развлекательной. Украшения и детские игрушки.
  5. Транспорт. Системы безопасности и управления двигателем автомобиля.
  6. Промышленное оборудование. Системы управления станками.

Это, конечно же, не все сферы. Они применяются там, где выгодно использовать не набор управляющих микросхем, а один микроконтроллер. Это возможно благодаря низкому энергопотреблению и Для написания программ используются языки С и Assembler, немного изменённые под семейство микроконтроллеров. Такие изменение необходимы из-за слабых вычислительных возможностей, которые исчисляются, как правило, в десятках килобайт. AVR-программирование без изучения этих языков не представляется возможным.

Как получить свой первый микроконтроллер?

AVR-программирование требует:

  1. Наличия необходимой среды разработки.
  2. Собственно самих микроконтроллеров.

Второй пункт рассмотрим подробнее. Существует три возможности обзавестись требуемым устройством:

  1. Купить непосредственно сам микроконтроллер.
  2. Обзавестись устройством в составе конструктора (например - Arduino).
  3. Собрать микроконтроллер самостоятельно.

В первом пункте ничего сложного нет, поэтому сразу перейдём ко второму и третьему.

Обзавестись устройством в составе конструктора

В качестве примера будет выбран известный Arduino. Это по совместительству удобная платформа для быстрой и качественной разработки различных электронных устройств. Плата Arduino включает в себя определённый набор компонентов для работы (существуют различные конфигурации). В неё обязательно входит AVR-контроллер. Этот подход позволяет быстро начать разработку устройства, не требует специальных умений и навыков, имеет значительные возможности в плане подключения дополнительных плат, а также в интернете можно найти много информации на интересующие вопросы. Но не обошлось и без минусов. Покупая Arduino, человек лишает себя возможности более глубоко окунуться в AVR-программирование, лучше узнать микроконтроллер, специфику его работы. Также негатива добавляет и относительно узкая линейка моделей, из-за чего часто приходится покупать платы под конкретные задачи. Особенностью также является и то, что программирование на "СИ" здесь отличается довольно сильно от стандартной формы. Несмотря на все свои недостатки, Arduino подходит для изучения новичкам. Но злоупотреблять не стоит.

Самостоятельная сборка

Следует отметить, что микроконтроллеры AVR отличаются достаточной дружелюбностью к новичкам. Собрать их самостоятельно можно с доступных, простых и дешевых комплектующих. Если говорить о плюсах, то такой подход позволяет лучше ознакомиться с устройством, самостоятельно выбирать необходимые комплектующие, подгоняя конечный результат под выдвигаемые требования, использование стандартных языков программирования и дешевизна. Из минусов можно отметить только сложность самостоятельной сборки, когда она осуществляется впервые, и нет нужных знаний и навыков.

Как работать?

Итак, допустим, что вопрос с микроконтроллером решился. Далее будет считаться, что он был приобретён или же куплен самостоятельно. Что ещё нужно, чтобы освоить AVR-программирование? Для этой цели нужна среда разработки (в качестве базиса подойдёт и обычный блокнот, но рекомендую остановиться на Notepad++). Хотя существуют и другие программы для программирования AVR, приведённое обеспечение сможет справиться со всеми требованиями. Также необходим программатор. Его можно приобрести в ближайшем магазине, заказать по интернету или собрать самостоятельно. Не помешает и печатная плата. Она не обязательна, но её использование позволяет сэкономить свои нервы и время. Также покупается/создаётся самостоятельно. И последнее - это источник питания. Для AVR необходимо обеспечить поступление напряжения на 5В.

Где и как учиться?

Создавать шедевры с нуля не получиться. Здесь необходимы знания, опыт и практика. Но где их взять? Существует несколько путей. Первоначально можно самостоятельно выискивать нужную информацию в мировой сети. Можно записать на курсы программирования (дистанционные или очные) для получения базовых навыков работы. Каждый подход имеет свои преимущества. Так, дистанционные курсы программирования будут более дешевыми, а может и бесплатными. Но если что-то не будет получаться, то при очных занятиях опытный разработчик сможет быстрее найти причину проблемы. Также не лишним будет ознакомиться с литературой, что находится в свободном доступе. Конечно, на одних книгах выехать не получится, но получить базовые знания про устройство, программирование на "СИ", "Ассемблере" и о других рабочих моментах можно.

Порты ввода/вывода

Это чрезвычайно важная тема. Без понимания того, как работают порты ввода/вывода, не представляется возможным внутрисхемное программирование AVR вообще. Ведь взаимодействие микроконтроллера с внешними устройствами осуществляется именно при их посредничестве. На первый взгляд новичка может показаться, что порт - это довольно запутанный механизм. Чтобы избежать такого впечатления, не будем детально рассматривать схему его работы, а только получим общее представление об этом. Рассмотрим программную реализацию. В качестве примера устройства был выбран микроконтроллер AtMega8 - один из самых популярных из всего семейства AVR. Порт ввода/вывода представляет собой три регистра, которые отвечают за его работу. На физическом уровне они реализовываются как ножки. Каждой из них соответствует определённый бит в управляющем реестре. Каждая ножка может работать как для ввода информации, так и для её вывода. Например, на неё можно повесить функцию зажигания светодиода или обработку нажатия кнопки. Кстати, три регистра, о которых говорилось, это: PORTx, PINx и DDRx. Каждый из них является восьмиразрядным (не забываем, что мы рассматриваем AtMega8). То есть один бит занимается определённой ножкой.

Работа регистров

Наиболее весомым в плане ориентации является управляющий DDRx. Он также является восьмиразрядным. Значения для него могут быть записаны 0 или 1. Как меняется работа контроллера при использовании нулей и единицы? Если в определённом бите выставить 0, то соответствующая ему ножка будет переключена в режим входа. И с неё можно будет считывать данные, что идут с внешних устройств. Если установить 1, то микроконтроллер сможет управлять чем-то (например, дать приказ транзистору пропустить напряжение и зажечь светодиод). Вторым по важности является PORTx. Он занимается управлением состояния ножки. Давайте рассмотрим пример. Допустим, у нас есть порт вывода. Если мы устанавливаем логическую единицу в PORTx, то посылается сигнал от микроконтроллера управляющему устройству начать работу. Например, зажечь светодиод. При установлении нуля он будет гаситься. То есть работать с управляющим регистром DDRx постоянно, нет надобности. И напоследок давайте о PINx. Этот регистр отвечает за отображение состояния ножки контроллера, когда она настроена на состояние ввода. Следует отметить, что PINx может работать исключительно в режиме чтения. Записать в него ничего не получится. Но вот прочитать текущее состояние ножки - это без проблем.

Работа с аналогами

AVR не являются единственными микроконтроллерами. Этот рынок поделен между несколькими крупными производителями, а также между многочисленными китайскими имитирующими устройствами и самоделками. Во многом они подобны. К примеру, программирование PIC/AVR сильно не отличается. И если есть понимание чего-то одного, то понять всё остальное будет легко. Но начинать путь рекомендуем всё же с AVR благодаря его грамотной структуре, дружелюбности к разработчику и наличию большого количества вспомогательных материалов, из-за чего процесс разработки можно значительно ускорить.

Техника безопасности

Когда будет вестись программирование микроконтроллеров AVR на "СИ" или на "Ассемблере", то необходимо работать очень осторожно. Дело в том, что выставив определённую комбинацию регистров и изменив внутренние настройки, можно спокойно заблокировать микроконтроллер. Особенно это касается фьюзов. Если нет уверенности в правильности своих действий, то лучше отказаться от их использования. Это же относится и к программаторам. Если покупать заводскую аппаратуру, то она будет прошивать микроконтроллеры без проблем. При сборке своими руками может возникнуть печальная ситуация, при которой программатор заблокирует устройство. Это может произойти как из-за ошибки в программном коде, так и через неполадки в нём самом. Кстати, об ещё одном (на этот раз позитивном) моменте, который ранее вскользь упоминался, но так и не был раскрыт полностью. Сейчас практически все современные микроконтроллеры обладают функцией внутрисхемного программирования. Что это значит? Допустим, что устройство было запаяно на плате. И чтобы сменить его прошивку, сейчас не нужно его выпаивать, ведь такое вмешательство может повредить сам микроконтроллер. Достаточно подключиться к соответствующим выводам и перепрограммировать его при их посредстве.

Какую модель выбрать?

В рамках статьи была рассмотрена AtMega8. Это довольно посредственный за своими характеристиками микроконтроллер, которого, тем не менее, хватает для большинства поделок. Если есть желание создать что-то масштабное, то можно брать уже своеобразных монстров вроде Atmega128. Но они рассчитаны на более опытных разработчиков. Поэтому, если нет достаточного количества опыта, то лучше начинать с небольших и простых устройств. К тому же они и значительно дешевле. Согласитесь, одно дело случайно заблокировать микроконтроллер за сто рублей, а совсем иное - за полтысячи. Лучше набить себе руку и разобраться в различных аспектах функционирования, чтобы в последующем не терять значительные суммы. Первоначально можно начать с AtMega8, а потом уже ориентироваться по своим потребностям.

Заключение

Вот и была рассмотрена тема программирования AVR в самых общих чертах. Конечно, ещё о многом можно рассказывать. Так, к примеру, не было рассмотрено маркирование микроконтроллеров. А оно может о многом сказать. Так, в основном микроконтроллеры работают на напряжении в 5В. Тогда как наличие, к примеру, буквы L может сказать о том, что для работы устройства достаточно только 2,7 В. Как видите, порой знания о маркировке могут сыграть очень важную роль в плане корректной и долговечной работы устройств. Время функционирования микроконтроллеров - это тоже интересная тема. Каждое устройство рассчитано на определённый период. Так, некоторые могут отработать тысячу часов. Другие же имеют гарантийный запас в 10 000!

МК AVR приобрели огромную популярность в радиолюбительской среде, привлекая электронщиков такими показателями, как цена, энергоэффективность и быстродействие. Кроме того огромным плюсом являются удобные режимы программирования, свободная доступностью программных средств поддержки и широкий выбор МК. Эта серия компании Atmel применяется в автомобильной и бытовой электронике, сетевых картах и материнских платах компьютеров и ноутбуков, в смартфонах и планшетах.


В соответствии с единой базовой архитектурой эти МК делятся на три больших семейства:


Tiny AVR – дешевые и довольно простые по конструкции микроконтроллеры в 8-выводном корпусе
Classic – основная базовая линейка микроконтроллера;
Mega AVR – МК для сложных задач, требующих значительного объема памяти программ и данных.

AVR Classic – самая массовая линейка среди остальных Flash-МК корпорации Atmel. Последняя представила первый 8-разрядный Flash-МК в таком далеком 1993 году и с тех пор только совершенствует технологию. Компания постоянно работает над совершенствованием своей производственной линии в следующих основных направлениях: снижении удельного энергопотребления; увеличение диапазона питающих напряжений и быстродействия; возможность легкой встройки в изделия реально-временных отладчиков; реализации функции самопрограммирования; расширения количества и модернизация периферийных модулей; встройки различных специализированных устройств (передатчиков, USB-контроллеров, драйверов ЖКИ и др.

Успех AVR-микроконтроллеров кроется в простоте выполнения поставленной задачи с достижением требуемого результата, чему способствует доступность огромного числа инструментальных средств, как разработанных корпорацией Atmel, так и сторонними производителями ПО. Многие сторонние фирмы выпускают полный спектр необходимых компиляторов, программаторов, отладчиков, ассемблеров, адаптеров и разъемов. Отличительной чертой програмных средств от AVR является их низкая стоимость.

Они необходимы для обмена данными с различными подключенными к нему устройствами, например, реле, световыми и звуковыми индикаторами, датчиками и т.п. С помощью АВР портов, осуществляется не только обмен данными, но и синхронизация схемы в целом. Количество AVR портов зависит от модели МК. В среднем имеется (1-7) портов. Обычно, порты AVR восьмиразрядные, если разрядность не ограничена количеством выводов на корпусе МК.

Давайте попробуем написать простую программу для "Мигания светодиодом". Писать программу для простоты понимания будем на языке С для этого нам понадобится специальная утилита CodeVisionAVR.

Для точных временных отсчетов микроконтроллеру нужен какой то внешний счетчик, который бы отсчитывал нужный временной интервал независимо от работы процессора, а последний мог в любой момент получить данные о времени. И такой счетчик в микроконтроллере имеется это периферийные таймеры. В AVR их может быть даже несколько, так в ATmega16 их три, в ATmega128 целых четыре.

Вы узнаете как можно управлять ЖК дисплеем с помощью команд имеющихся в компиляторе CodeVisionAVR, на примере МК семейства ATmega8 и алфавитно-цифровым ЖК экраном со встроенным чипом HD44780

Любой микроконтроллер способен “воспринимать” только цифровые сигналы – логический ноль или единицу. Например, у МК ATmega8 при напряжении питания 5 В логический ноль – это напряжение лежащие в интервале от 0 до 1,3 В, а единица – от 1,8 до 5 В. Довольно часто в радиолюбительской практике возникает необходимость измерять напряжения, которое может принимать любое значение в диапазоне от нуля до уровня напряжения питания. Для этих задач в составе всех микроконтроллеров АВР имеется аналого-цифровой преобразователь.


ПО используется для интегрированной среды разработки программного обеспечения под микроконтроллеры данного типа. Основными особенностями CodeVisionAVR является то, что он очень понятный для самостоятельного изучения, а также поддерживает все существующие МК этого семейства.

Информация по структуре, системе команд микроконтроллеров и периферийным устройствам. Издание поможет правильно выбрать МК требуемого типа, разработать функциональную схему устройства и программу работы МК на языке AVR Ассемблера

Особенностью данной схемы частотомера на микроконтроллере является то, что она работает вместе с компьютером и подсоединена к материнской плате через разъем IRDA. От этого же разъема конструкция получает питание

Многие считают, что из 8-разрядных устройств уже все выжато по максимуму, и единственный способ для дальнейшего повышения производительности микроконтроллера состоит в переходе к более мощным устройствам, например, к 32-разрядным микроконтроллерам. Тем не менее, переход на 32-битовые может быть несколько болезненным в технической перспективе. Например, может заметно возрасти энергопотребление и сложность использования схемы. Независимо от более высокой эффективности 32-разрядного устройства, 8-битный микроконтроллер потребляет гораздо меньше мощности.

Повышение производительности 8-разрядного микроконтроллера можно достигнуть с помощью нескольких простых решений. Во-первых, в полной мере используйте свой компилятор и полного набора функциональных возможностей, предоставляемых им. В настоящее время компиляторы являются очень продвинутыми, и многие из них с очень неплохой оптимизацией. В зависимости от задачи и доступной памяти компиляторы способны оптимизировать как по размеру кода, так и по скорости. Убедитесь, что вы хорошо знаете, для чего применяете МК, и используйте компилятор в соответствии с поставленными исходными данными.

Во-вторых, не брезгуйте ручной оптимизацией программного кода. Хотя нынешние компиляторы функциональны, но они не способны сделать всю работу за вас. Поэтому программист микроконтроллеров должен тщательно подходить к написанию кода. Здесь важно структурировать код и отделить часть кода коммуникационного стека от остальных частей программы. Это позволит существенно быстро изменять необходимые части и наблюдать за временем их исполнения.

Помимо структурирования используйте наиболее эффективные типы данных. Так, разные архитектурные решения имеют разные размеры баз данных. То есть в 8-разрядном микроконтроллере не стоит по возможности использовать 32-разрядными int-переменные. Лучше заменить их на переменные типа byte, если конечно это возможно. Кроме того не применяйте переменные с плавающей точкой при программировании микроконтроллеров.

МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ AVR

Микроконтроллеры AVR являются разработкой и продуктом фирмы Atmel. Отличие данных микроконтроллеров от аналогичных, в довольно удачной архитектуре ядра процессора и широкому набору периферийных модулей, что облегчает процесс программирования устройства. Эти микросхемы производятся по технологии 0,35 мкм, и работают с тактовой частотой от - 16 МГц, обеспечивая производительность до 16 MIPS.

В основе микроконтроллеров семейства AVR лежит 8-ми битное центральное процессорное устройство, построенное по принципу RISK-архитектуры. Базой данного блока является арифметико-логическое устройство - АЛУ. По тактовому сигналу из памяти программ в соответствии с содержимым счетчика команд, выбирается нужная команда и выполняется вычисление. При выборе команды из памяти программ происходит выполнение предыдущей выбранной команды, это позволяет получить быстродействие на уровне 1 MIPS на 1 МГц. АЛУ подключено к 32-м регистрам общего назначения. РОН находятся в начале адресного пространства оперативной памяти, но не являются ее частью физически . Поэтому к ним идёт обращение и как к регистрам, и как к памяти.

Фирма ATMEL выпускает такие семейства 8-битных микроконтроллеров: tiny и mega. Микроконтроллеры tiny имеют Флэш -ПЗУ по 1 и 2 кбайт в корпусе на 8 -20 выводов, а микроконтроллеры mega соответственно: Флэш-ПЗУ 8 -128 кбайт в корпусе на 28 -64 вывода.

Технические характеристики микроконтроллеров AVR:
- частота до 16 МГц с временем выполнения команды 62,5 нс;
- встроенный програмируемый RC-генератор, частота 1, 2, 4, 8 МГц;
- Флэш -ПЗУ программ,программируемое в системе, до 128 кбайт;
- двухпроводный интерфейс TWI, совместимый с интерфейсом I2C;
- многоканальный 8-, 9-, 10-, 16-битный ШИМ-модулятор;
- 10-битный АЦП со временем преобразования 70 мкс и дифференциальными входами;
- программируемый коэффициент усиления — 1; 10 или 200;
- встроенный источник опорного напряжения;
- аналоговый компаратор;
- настраиваемая схема задержки запуска после подачи питания;
- схема слежения за напряжением питания;
- JTAG-интерфейс для подключения эмулятора;
- электрически перепрограммируемое ПЗУ данных до 4 кбайт;
- внутреннее ОЗУ со временем доступа 1 такт, до 4 кбайт;
- мощный набор команд (более 120 инструкций);
- 6 аппаратных команд умножения (для семейства mega);
- развитая система адресации, оптимизированная для работы с С-компиляторами;
- 32 регистра общего назначения (аккумулятора);
- синхронный (USART) или асинхронный (UART) последовательные порты;
- синхронный последовательный порт (SPI); - потребление тока 0.1 мА в активном режиме.

Типы микроконтроллеров AVR:

ТИП память программ,КБайт EEPROM данных,байт ОЗУ данных,байт Такт.частота,МГц
ATTiny11 1 - - 6 6
ATTiny11L 1 - - 2 6
ATTiny12 1 64 - 8 6
ATTiny12L 1 64 - 4 6
ATTiny12V 1 64 - 1,2 6
ATTiny13 1 64 64 20 6
ATTiny15L 1 64 - 1,2 6
ATTiny28L 2 - - 4 19
ATTiny28V 2 - - 1,2 19
AT90S2313 4 256 512 10 15
ATMega16 16 512 1024 16 32
ATMega48 4 256 512 20 40

Более подробно читайте об AVR микроконтроллерах в специальном

Так-же микроконтроллеры AVR семейства Mega имеют возможность самостоятельного изменения содержимого своей памяти программ. Это позволяет создавать на их основе гибкие системы, алгоритм работы которых будет изменяться самим микроконтроллером в зависимости от внутренних условий и внешних событий. Микроконтроллеры AVR имеют встроенный 8-канальный 10-битный аналого-цифровой преобразователь. Режим энергосбережения позволяет отключить неиспользуемые модули и в результате снизить энергопотребление.

Микроконтроллеры AVR могут работать при напряжениях питания 2 - 6 Вольт. Ток потребления в активном режиме составляет около 1 мА для работы на частоте 500 кГц, 6 мА для 5 МГц и до 10 мА на частоте 12 МГц. Есть возможность переводить их программным путем в такие режимы пониженного энергопотребления:

1.Экономичный режим. Продолжает работать только генератор таймера обеспечивая сохранность временной базы, остальные функции отключены.
2.Режим холостого хода. Прекращает работу только процессор и фиксируется содержимое памяти данных, внутренний генератор синхросигналов, таймеры, система прерываний и сторожевой таймер продолжают работать, при этом ток потребления в районе 2,5 мА на частоте 12 МГц.
3.Стоповый режим. Сохраняется содержимое регистрового файла, останавливается внутренний генератор синхросигналов, и останавливаются все функции, до поступления сигнала внешнего прерывания или аппаратного сброса, ток потребления составляет 80 мкА.

Для программирования микроконтроллеров AVR есть такие системы: AVR Studio - официальная система программирования от Atmel, позволяет писать и отлаживать программы, написанные на ассемблере, С и С++. IAR - коммерческая система программирования на C, С++ и ассемблере. WinAVR - компилятор с открытыми исходниками, поддерживающий множество самых разных языков, и AtmanAVR - система программирования для AVR с интерфейсом аналогичным, как у Visual C++ 6. Ещё одну простую и популярную программу можно скачать в разделе софт.