Астапов В.Н. Лекции по ТСА

Подождите немного. Документ загружается.

Для подключения используются :

* 8 выводов порта (РА), через которое выдается младший байт кода адреса

и байт данных для записи и принимается байт данных при чтении;

* вывод ALE, через который выдается импульс для записи младшего байта

кода адреса во внешний регистр RG;

* вывод WR;

* вывод RD.

В микроконтроллере 8515 для выдачи сигнала ALE используется

отдельный вывод, а сигналы WR и RD выдаются через выводы PD6 и PD7

соответственно.

Обращение к внешней памяти по командам обращения к SRAM возможно

после установки в единичное состояние разряда SRE регистра MCUCR (№ $35).

Обращение выполняется за три такта.

Лекция 11

Периферийные устройства.

В группу периферийных устройств, входят:

 параллельные порты ввода-вывода;

 последовательный порт SHI;

 последовательный порт UART;

 таймеры-счетчики общего назначения:

 сторожевой таймер;

 аналого-цифровой преобразователь;

 аналоговый компаратор;

 блок прерываний.

МК

ALE

DI DO

ERAM

A 8-15

A 0-7

D 0-7

Рис. 7.3.

Параллельный порт ввода-вывода (Port,P).

Предназначен для ввода и вывода данных. Микроконтроллеры семейства

AVR имеют от одного до шести портов. Порт может иметь от трех до восьми

выводов.

Вывод порта может работать в режиме входа или в режиме выхода.

Направление передачи бита устанавливается для каждого вывода в отдельности.

Некоторые выводы портов кроме ввода и вывода битов данных могут

использоваться для выполнения альтернативных функций при работе других

устройств.

Последовательный порт ввода-вывода SPI.

Предназначен для ввода и вывода байтов при обмене данными с другими

устройствами, имеющими порт SPI. Обмен выполняется под управлением

тактового сигнала порта. Устройство, инициализирующее обмен и

вырабатывающее тактовый сигнал, является ведущим (master). Устройство,

выполняющее обмен при поступлении тактового сигнала является ведомым

(slave). В процессе обмена оба устройства последовательно бит за битом

одновременно выдают и принимают байт. Обмен выполняется с использованием

трех шин.

Максимальная скорость приема/передачи (в битах в сек.) равна ¼ частоты

тактового сигнала микроконтроллера.

К одному ведущему устройству могут быть подключены несколько

ведомых. Функции ведущего и ведомого могут меняться в процессе работы

системы.

Порт SPI, который может работать в режиме ведущего и ведомого и

использоваться для обмена данными в процессе работы, имеется у

микроконтроллеров типа 4433, 8515, 8535, m163 и m103. Микроконтроллеры

других типов (кроме t11 и t28) имеют порт SPI, который может работать только в

режиме ведомого и используется при программировании микроконтроллера без

дополнительного источника питания.

Последовательный порт ввода-вывода UART.

Предназначен для передачи и приема байтов данных по двухпроводным

линиям связи (например, по интерфейсу RS-232C или «токовая петля»). Прием и

передача могут вестись одновременно. При передаче байта формируется

последовательность из десяти или одиннадцати битов (кадр), содержащая

стартовый бит, имеющий нулевое значение, восемь битов байт(D0,…D7) и

стоповый бит, имеющий единичное значение. Между старшим битом байта (D7)

и стоповым битом может помещаться дополнительный бит.

Таймер-счетчик общего назначения.

Предназначен для формирования запроса прерывания при истечении

заданного интервала времени (режим таймера) или свершении заданного числа

событий (режим счетчика). Микроконтроллеры семейства AVR могут иметь от

одного до трех таймеров-счетчиков общего назначения T/CX (X – номер

таймера-счетчика, X=0, 1, 2).

Основным элементом таймера-счетчика является базовый счетчик,

который ведет счет на сложение. При его переполнении формируется запрос

прерывания T/CX OVF.

Таймер-счетчик общего назначения может выполнять дополнительные

функции:

 функцию захвата;

 функцию сравнения;

 функцию широтно-импульсного модулятора;

 функцию счета реального времени.



Функция захвата заключается в запоминании кода, сформированного в

базовом счетчике, в специальном регистре захвата при изменении значения

определенного внешнего или внутреннего сигнала. При этом формируется

запрос прерывания T/CX CAPT.

Функция сравнения заключается в изменении значения сигнала на

определенном выходе микроконтроллера при совпадении кода, формируемого в

базовом счетчике, с кодом в специальном регистре сравнения. При этом

формируется запрос прерывания T/CX COMP.

Функция широтно-импульсного модулятора (PWM) заключается в

формировании на определенном выходе микроконтроллера импульсной

последовательности с заданным периодом повторения и длительностью

импульсов.

Функции сравнения и ШИМ реализуются с использованием одного и того

же оборудования. Выбор нужной функции выполняется программными

средствами.

Функция счета реального времени реализуется в таймере-счетчике при

использовании дополнительного внутреннего генератора с внешним кварцевым

резонатором с частотой 32768 Гц (часовой кварц). При этом параметры

процессов в таймере-счетчике с высокой точностью привязаны к единице

измерения реального времени – секунде.

В зависимости от разрядности счетчика и выполняемых дополнительных

функций могут быть выделены пять типов таймеров-счетчиков общего

назначения, входящих в группу периферийных устройств микроконтроллеров

семейства AVR.

Тип А. 8-разр. т-сч. без дополнительных функций (8515).

Тип В. 8-разр. т-сч. с функцией сравнения/ШИМ.

Тип С. 8-разр. т-сч. с функцией сравнения/ШИМ и функцией счета

реального времени.

Тип D. 16-разр.т-сч. с функциями захвата и сравнения/ШИМ.

Тип Е. 16-разр.т-сч. с функцией захвата и двумя каналами для выполнения

функций сравнения/ШИМ (8515).

Сторожевой таймер предназначен для ликвидации последствий сбоя в

ходе программы путем перезапуска микроконтроллера при обнаружении сбоя.

Сторожевой таймер имеется у микроконтроллеров всех типов.

Аналого-цифровой компаратор сравнивает по величине аналоговые

сигналы, поступающие на два входа микроконтроллера, и формирует запрос

прерывания ANA COMP, когда разность их значений меняет знак. При этом

также может быть выдан сигнал для выполнения функции захвата в таймере-

счетчике общего назначения.

Блок прерываний организует переход к выполнению прерывающей

программы при поступлении запроса прерывания, если прерывание по данному

запросу разрешено и он имеет более высокий приоритет, чем другие запросы,

поступившие одновременно с ним.

Прерывание разрешено, если разряд I регистра SREG находится в

единичном состоянии и в единичном состоянии находится разряд,

разрешающий/запрещающий прерывание по данному запросу, расположенный в

одном из регистров ввода-вывода. Приоритетность запросов задана аппаратно.

При переходе к выполнению прерывающей программе разряд I регистра

SREG сбрасывается в нулевое состояние и сохраняется в этом состоянии до

завершения прерывающей программы. Разряд I может быть переведен в

единичное состояние по команде в прерывающей программе.

Запросы в блок прерываний поступают из внешних источников и

источников, расположенных во внутренних устройствах микроконтроллера.

Общее число запросов прерывания у микроконтроллеров разных типов

различное, у 8515 – 13 запросов.

В семействе AVR система команд у микроконтроллеров разных типов

содержит от 89 до 130 команд. У МК 2323, 2343, 2313, 4433, 8515 и 8535 в

систему команд входят 118 команд. Эту систему команд называют базовой.

Базовая система команд содержит6

 33 команды регистровых операций, при выполнении которых

используются только регистры общего назначения (команды №1-33);

 26 команд с обращением по адресу в адресном пространстве SRAM

(команды №34-59);

 2 команды с обращением к регистрам ввода-вывода (команды№60 и 61);

 1 команда с обращением к FlashROM (команда №62);

 22 команды операций с битами в разрядах регистров общего назначения

и регистров ввода-вывода (команды №63-84);

* 34 команды управления ходом программы (команды №85-118).

При разработке программы работы микроконтроллера кроме мнемокодов

команд используются директивы ассемблера и другие средства ассемблера.

Лекция 12

Команды регистровых операций

В группу регистровых операций входят пересылочные, арифметические и

логические операции. Машинные коды всех команд регистровых операций

имеют формат «слово», команды №1-31 выполняются за один такт, а команды №

32 и 33 за два такта.

При описании операций используются следующие обозначения:

 R

, R

– регистры общего назначения с номерами d и r соответственно;

 (R

), (R

) – байты в регистрах R

и R

соответственно;

 R

.b – разряд и (b = 0-7) регистра R

, бит в разряде R

.b;

 $ - указатель шестнадцатеричного кода;

 ^, v, + - знаки операций И, ИЛИ, исключающее ИЛИ соответственно;

 ( ), ( ), ( ) – знаки операций НЕ, сдвиг кода вправо, сдвиг кода влево

соответственно;

Арифметические операции – сложение и вычитание – могут выполняться с

числами без знака в двоичном коде и с числами со знаком в дополнительном

двоичном коде. В отличие от микроконтроллеров многих других семейств, в

которых вычитание сводится к сложению с числом с измененным знаком , в МК

семейства AVR вычитание выполняется с помощью аппаратного двоичного

вычитателя.

При выполнении арифметических и логических операций кроме кода

результата формируются значения признаков результата. При выполнении

операций сравнения (команды №18, 19, 27) формируются только значения

признаков результата.

Значения признаков результата представлены состоянием разрядов

регистра состояния SREG (№ $3F). Используются шесть признаков результата,

которым присвоены имена C (SREG.0), Z(SREG.1), N (SREG.2), V (SREG.3), S

(SREG.4) и H (SREG.5).

При выполнении разных операций значение признаков формируются

по разным правилам.

Команды с обращением по адресу SRAM.

По командам с обращением по адресу в адресном пространстве SRAM

выполняются операции пересылки (копирования) байта между регистром общего

назначения и элементом, которому соответствует адрес в адресном пространстве

SRAM. Таким элементом может быть регистр общего назначения (адреса от $00

до $1F), регистр ввода-вывода (адреса от $20 до $5F), ячейка памяти в ERAM

(адреса от максимального адреса в SRAM+1 до максимального адреса в ERAM).

Машинные коды команд № 34 и 35 имеют формат «2слова», машинные

коды остальных команд – формат «слово». Команды выполняются за два такта, а

при обращении к ячейкам в ERAM – за 3 такта. В случае необходимости в цикл

выполнения команды при обращении к ERAM может быть введен

дополнительный такт ожидания.

Для интерпретации команд используются обозначения:

 ЯчА – регистр общего назначения, регистр ввода-вывода, ячейка памяти

в SRAM, ячейка памяти в ERAM, к которым производится обращение с

использованием адреса А из адресного пространства SRAM;

 (ЯчА) – байт в ЯчА;

 X, Y, Я – пара регистров общего назначения X (R26, R27), Y (R28, R29),

Z (R30, R31) соответственно;

 (X), (Y), (Z) – слово в паре регистров X, Y, Z соответственно;

 СТЕК – ЯчА, к которой производится обращение с использованием

адреса, хранящегося в регистре-указателе стека SP;

 (СТЕК) – байт в СТЕКе;

 (SP) – код числа в регистре SP.

В командах № 34 и 35 реализуется прямая адресация. Адрес байта (А=k)

указывается в коде команды.

В командах № 36 – 57 реализуется косвенная адресация. Адрес байта

находится в паре регистров X, Y или Z. При выполнении команд №42 -47 после

выполнения пересылки адрес в паре регистров аппаратно увеличивается на

единицу. При выполнении команд № 48 – 53 до выполнения пересылки адрес в

паре регистров аппаратно уменьшается на единицу. При выполнении команд

№54 – 57 адрес, по которому производится обращение, равен адресу в паре

регистров Y или Z, увеличенному на число q, которое указано в коде команды.

Адрес в паре регистров остается без изменения.

В командах № 58 и 59 в качестве кода адреса используется код

находящийся в регистре-указателе стека. При запуске МК в регистр – указатель

стека заносится код числа 0. Для нормальной работы стека в регистр-указатель

стека в начале программы необходимо занести код другого числа. Обычно в

качестве такого числа используют старший адрес в SRAM. Например, для МК

типа 8515 таким адресом является число $025F.

Команды с обращением к регистрам ввода-вывода.

По командам с обращением к регистрам ввода-вывода выполняются

операции пересылки (копирования) байта между регистром общего назначения и

регистром ввода-вывода с использованием для выбора регистра ввода-вывода

его номера ($00 - $3F). Машинные коды команд имеют формат «слово».

Команды выполняются за один такт.

Используются обозначения:

 PrP – регистр ввода-вывода с номером Р;

 (PrP) – байт в регистре PrP.

При записи мнемокода команды вместо конкретного номера регистра

может использоваться его символическое имя. Все регистры ввода-вывода

имеют штатные имена. При записи в мнемокодах имен регистров вместо их

номера необходимо использовать версию AVR-Ассемблера для

микроконтроллера данного типа.

Команда с обращением к FlashROM.

По команде с обращением к FlashROM выполняется пересылка

(копирование) байта из половины ячейки памяти в FlashROM в регистр общего

назначения R0. Машинный код команды имеет формат «слово». Команда

выполняется за три такта.

До выполнения команды необходимо адрес, соответствующий ячейке

памяти в FlashROM, в которой хранится константа, умножить на 2 и записать в

пару регистров Z (№ $30, $31).

При умножении на 2 (сдвиг кода влево на один разряд) в младшем разряде

регистра ZL ($30) оказывается цифра 0. При нулевом значении младшего разряда

выбирается байт из младшей половины ячейки FlashROM. Для выбора байта из

старшей половины ячейки необходимо число, код которого находится в паре

регистров Z, увеличить на 1 с использованием команды № 33 с мнемокодом

ADIW R30, 1 или ADIW ZL, 1.

Запись констант в FlashROM выполняется при программировании

микроконтроллера.

Команды операций с битами.

Машинные коды всех команд операций с битами имеют формат «слово».

Команды №65 и 66 выполняются за 2 такта, остальные - за 1 такт.

Используются обозначения:

 PrP.b – разряд b (b =0 – 7) регистра ввода-вывода с номером P (P=$00 -

$1F (!)), бит в разряде PrP.b.

По командам №63 и 64 выполняется пересылка (копирование) бита между

указанным разрядом регистра общего назначения и разрядом Т регистра SREG.

По командам №65 и 66 устанавливается в требуемое состояние (0 или 1)

указанный разряд регистра ввода-вывода, а по командам №67 и 68 – указанный

разряд регистра SREG.

При записи мнемокодов команд № 65 и 66 вместо номера регистра (Р)

может быть указано его символическое имя, а вместо номера разряда (b) –

символическое имя разряда. В МК AVR разряды многих регистров ввода-вывода

имеют штатные имена.

Команды управления ходом программы.

В группу команд управления хдом программы входят команды

безусловного и условного переходов, перехода в энергосберегающий режим,

перезапуска сторожевого таймера и «холостая» команда.

Используются обозначения:

 PC – счетчик команд;

 (РС) – код числа в счетчике команд;

 k – приращение числа в счетчике команд.

При записи программы на языке ассемблера в мнемокодах команд №85 и

87 вместо приращения k указывается метка (символический адрес), записанная

перед мнемокодом команды, к выполнению которой нужно перейти.

Приращение вычисляется и помещается в машинный код команды в процессе

ассемблирования.

Машинные коды команд имеют формат «слово». Команды безусловного

перехода выполняются за 2 такта, команды безусловного перехода с возвратом –

за 3 такта, команды возврата – за 4 такта.

Группа команд условного перехода делится на две подгруппы. В

командах первой подгруппы в качестве условия используется равенство нулю

или равенство единице одного из битов в регистре SREG. Если условие

выполняется, совершается переход по адресу, который формируется с

использованием приращения k, указанного в коде команды ((РС)+ 1 + k – РС; -

64 < k < 63).

Если условие не выполняется, происходит переход к следующей команде в

программе ((РС) + 1 – РС).

Лекция 13

Работа микроконтроллера.

Программирование микроконтроллера.

Программирование микроконтроллера заключается в записи:

 кодов команд программы и констант в FlashROM;

 кодов исходных данных в EEPROM;

 требуемых значений установочных битов;

 требуемых значений битов защиты.

В микроконтроллерах, во всех ячейках FlashROM записан код $FFFF, во

всех ячейках EEPROM – код $FF, биты защиты имеют единичное значение, а

установочные биты могут иметь разные значения. Исходные значения

установочных битов у микроконтроллеров разных типов указаны в приложении.

Кроме того, в трех специальных ячейках памяти записаны сигнатурные байты,

определяющие тип микроконтроллера.

Коды, записанные в FlashROM и EEPROM, сигнатурные байты и значения

установочных битов и битов защиты могут быть прочитаны для контроля

правильности записи и определения типа и состояния микроконтроллера.

В микроконтроллерах семейства AVR имеются двабита защиты – LB1 и

LB2. При единичном значении обоих битов возможны и запись и чтение кодов.

После программирования бита LB1 (LB1=0) дальнейшая запись кодов в

FlashROM и EEPROM и изменение значения установочных битов невозможны.

После программирования бита LB2 (LB1=0, LB2=0) невозможно также чтение

кодов, записанных в FlashROM и EEPROM, и значений установочных битов.

При перепрограммировании микроконтроллера необходимо стереть

прежнюю запись.

При стирании во всех ячейках FlashROM и EEPROM восстанавливаются

коды $FFFF и $FF, биты защиты принимают единичное значение, а

установочные биты и сгнатурные байты остаются без изменения. Допускается

выполнить до 1000 циклов стирание – запись, для ячеек FlashROM и до 100000

циклов для ячеек EEPROM.

Запись и чтение кодов при программировании выполняются побайтно.

Ввод и вывод битов в байте могут могут выполняться параллельно или

последовательно.

В микроконтроллерах семейства AVR реализуются следующие способы

программирования:

1. Параллельное программирование с использованием дополнительного

источника напряжения +12 вольт (HVPP);

2. Последовательное программирование с использованием дополнителного

источника напряжения +12 вольт (HVSP);

3. Последовательное программирование без использования

дополнительного источника напряжения (LVSP);

4.Самопрограмирование (SLFP).

Последовательное программирование без использования дополнительного

источника напряжения (LVSP) может выполняться после установки

микроконтроллера в аппаратуру. Программирование по способу LVSP возможно

при нулевом значении установочного бита SPIEN.

При программировании по способу LVSP микроконтроллер находится в

рабочем состоянии, значения напряжения питания и тактовой частоты лежат в

пределах, установленных для микроконтроллера данного типа. Вывод RESET

соединен с шиной GND. Ввод и вывод байтов при программировании

выполняются с использованием трех выводов – MOSI, MISO и SCK.

Схема подключения микроконтроллера для программирования.

Рис.11.1. Схема подключения микроконтроллера к программатору.

В микроконтроллерах, имеющих последовательный порт ввода-вывода

SPI, используются выводы этого порта. В микроконтроллерах без порта SPI

находится вспомогательный порт SPI, работающий только при

программировании в режиме ведомого устройства. Функции выводов MOSI,

MISO и SCK выполняют выводы параллельных портов ввода-вывода.

Если операция «запись установочных битов» в микроконтроллере не

выполняется, а значения этих битов перед программированием отличаются от

требуемых, необходимо до установки микроконтроллера в аппаратуре

выполнить запись требуемых значений установочных битов с помощью

программатора.

Для выполнения любой операции в микроконтроллер через вход MOSI

вводится последовательность из 4-х байтов, в которую входят один или два

байта, определяющие тип операции, и байты, используемые при выполнении

операции (адресный байт, записываемый байт, байт, содержащий значения

установочных битов и битов защиты, холостой байт).

При выполнении операции чтения одновременно с вводом одного из

байтов выводится считанный байт через выход MISO. Байты вводятся и

выводятся, начиная со старшего бита. Частота следования импульсов на входе

SCK должна быть не более ¼ частоты тактового сигнала микроконтроллера.

Сигнал на входе SCK при отсутствии импульсов должен иметь низкий уровень.

После завершения программирования по способу LVSP при размыкании

ключа К микроконтроллер переходит к выполнению записанной программы,

начиная с команды записанной по адресу $0000.

При программировании по способу LVSP в микроконтроллере могут

выполняться следующие операции:

1. разрешение LVSP;

2. стирание записи:

3. запись байта в FlashROM;

4. запись байта в буферные ЗУ;

МК

RESET VCC

XTAL1 MOSI

XTAL2 MISO

GND SCK

MOSI

MISO

SCK