Descreva o funcionamento de um AVR.
Passo 1
O enunciado pede que a gente explique como funciona um AVR, que aqui vamos entender como o microcontrolador da família Atmel AVR. O conteúdo envolve arquitetura RISC de 8 bits, memória Harvard, conjuntos de registradores e periféricos internos. Para resolver, precisamos abordar em blocos: arquitetura central, ciclo de instrução, memória e periféricos.
Passo 2
A arquitetura do AVR é RISC (Reduced Instruction Set Computer) de 8 bits com barramento Harvard, ou seja, possui caminhos separados para instruções e para dados. Isso acelera o acesso à memória de programa (flash) e à memória de dados (SRAM), pois ambas podem ser lidas ao mesmo tempo sem conflito. Internamente, há 32 registradores de uso geral de 8 bits, acessíveis diretamente pela ALU em uma só operação.
Passo 3
O ciclo de instrução do AVR acontece em três fases principais: busca, decodifica e executa. Na fase de busca, o program counter (PC) aponta para a próxima instrução na memória flash; na decodificação, o decodificador traduz o opcode para sinais de controle; na execução, a ALU realiza a operação sobre os registradores ou acessa a memória de dados. Graças ao pipeline de dois estágios, enquanto uma instrução está sendo executada, a próxima já está sendo buscada, garantindo throughput de uma instrução por ciclo de clock.
Passo 4
O conjunto de instruções do AVR é bem enxuto e otimizado para manipulação direta dos registradores. São instruções de carga e armazenamento, aritméticas, lógicas, de salto e de bit test. Cada instrução ocupa normalmente 16 bits e muitas delas executam em apenas um ciclo de clock. Essa uniformidade simplifica a previsão de tempos e facilita a programação em linguagem de montagem ou C.
Passo 5
Quanto à organização de memória, o AVR dispõe de três espaços distintos:
- Memória de programa (flash) para armazenar o código;
- Memória de dados (SRAM) para variáveis em tempo de execução;
- Memória não volátil EEPROM para configurações permanentes.
O acesso à flash é somente leitura durante o funcionamento normal, enquanto SRAM e EEPROM podem ser lidas e escritas pelo programa.
Passo 6
Além do núcleo central, o AVR inclui diversos periféricos integrados:
• Timers/contadores para medir intervalos ou gerar PWM;
• Conversor Analógico-Digital (ADC) para ler sensores;
• Interfaces de comunicação (USART, SPI, C) para troca de dados;
• Portas de I/O digitais configuráveis para entrada ou saída.
Cada periférico é mapeado em registradores de controle na memória de dados, e seu uso envolve configuração por software seguida de leitura ou escrita de flags e registros de dados.
• Timers/contadores para medir intervalos ou gerar PWM;
• Conversor Analógico-Digital (ADC) para ler sensores;
• Interfaces de comunicação (USART, SPI,
• Portas de I/O digitais configuráveis para entrada ou saída.
Cada periférico é mapeado em registradores de controle na memória de dados, e seu uso envolve configuração por software seguida de leitura ou escrita de flags e registros de dados.
Passo 7
O clock do AVR pode vir de cristal externo, ressonador ou oscilador interno. Configurações chamadas fuses definem fontes de clock, startup delay e proteção de memória. Uma vez programados, esses fuses orientam o funcionamento do microcontrolador desde o reset até o modo normal de operação, garantindo que o sistema inicialize com frequência e tempo de flash adequados.
Resposta
Em resumo, um microcontrolador AVR combina uma arquitetura RISC de 8 bits com pipeline de dois estágios e barramento Harvard para acelerar instruções; dispõe de 32 registradores de uso geral, memória flash para código, SRAM para dados voláteis e EEPROM para dados permanentes; e traz periféricos como timers, ADC e interfaces seriais, todos configuráveis por registradores. O ciclo busca-decodifica-executa aliado ao conjunto de instruções enxuto permite executar uma instrução por ciclo de clock, tornando o AVR eficiente e fácil de programar.