Рудякова А.Н., Липинский А.Ю., Данилов В.В., Рудяков И.Ю. Аппаратно-программные средства встраиваемых компьютерных систем

Подождите немного. Документ загружается.

Основные понятия языка С

Компилятор GCC

- не отключать оптимизацию (в проекте AVRStudio оптимизация по

умолчанию включена, уровень Os);

- для задания величины временной задержки либо явно указывать

числовое значение, либо указывать константу (переменную, объявленную со

спецификатором const) – чтобы на момент компиляции величина задержки

была известна.

Перечисленные предосторожности касаются только функций

_delay_us

_delay_ms. Функции же _delay_loop_1 и _delay_loop_2 используют

целочисленные параметры, и с ними таких сложностей не возникает.

Компоненты стенда УСМК-2010, используемые при выполнении

работы.

Стенд УСМК-2010 (см. приложение П2) оснащен набором из восьми

светодиодов желтого цвета от LED0 до LED7 (см. рис. ПР2.1). Аноды

светодиодов подсоединены через резисторы к источнику питания, а катоды

подсоединены к контактам LED0 – LED7 разъема, при помощи которого

светодиоды можно подключить к нужному порту микроконтроллера

ATMega16. При этом, чтобы зажечь светодиод, необходимо вывести «0» на

соответствующую

ножку порта микроконтроллера.

Рис. ПР2.1

Пример выполнения

Задание: зажигать последовательно светодиоды от LED0 до LED7

(см. схему на рис. ПР2.2) с интервалом в 1с. Для организации временных

Глава 2

задержек использовать циклы активного ожидания (микроконтроллер

ATMega16, тактовая частота 16МГц).

LED7

PD7

LED6

PD6

LED5

PD5

LED4

PD4

LED3

PD3

LED2

PD2

LED1

PD1

LED0

PD0

PB0/T0/XCK

PB1/T1

PB2/AIN0/INT2

PB3/AIN1/OC0

PB4/SS

PB5/MOSI

PB6/MISO

PB7/SCK

RESET

XTAL2

XTAL1

PD0/RXD

PD1/TXD

PD2/INT0

PD3/INT1

PD4/OC1B

PD5/OC1A

PD6/ICP1

PD7/OC2

PC0/SCL

PC1/SDA

PC2/TCK

PC3/TMS

PC4/TDO

PC5/TDI

PC6/TOSC1

PC7/TOSC2

PA7/ADC7

PA6/ADC6

PA5/ADC5

PA4/ADC4

PA3/ADC3

PA2/ADC2

PA1/ADC1

PA0/ADC0

AREF

AVCC

ATMEGA16

PD0

PD1

PD2

PD3

PD4

PD5

PD6

PD7

Рис. ПР2.2

Соберем схему, показанную на рис. ПР2.2 в Proteus Isis. В окне свойств

микроконтроллера ATMega16 (см. рис. ПР2.3) укажем расположение файла с

расширением .elf из папки default проекта AVR Studio (предполагается, что

Вы его уже создали и откомпилировали). Это необходимо для возможности

отладки программы по исходному файлу на языке С. В этом же поле можно

просто

указать имя hex-файла с прошивкой. Также необходимо правильно

выставить fuse-биты – в нашем случае выбрана работа от внешнего

кварцевого резонатора. При моделировании в Proteus сам кварцевый

Основные понятия языка С

Компилятор GCC

резонатор и емкости ко входам XTAL1 и XTAL2 присоединять не нужно,

однако необходимо указать нужную частоту резонатора в поле Clock

Frequency свойств микроконтроллера (см. рис. ПР2.3).

Файл *.elf из

папки

default проекта

AVRStudio

Fuse-биты для

работы с внешним

кварцевым

резонатором

Тактовая частота

микроконтроллера

Рис. ПР2.3

Наберем и откомпилируем/скомпонуем в нашем проекте в AVRStudio

следующий текст исходного файла на языке С, реализующий поставленную

задачу:

#include <avr/io.h>

#include <util/delay.h>

int main(void) {

DDRD = 0xff;

uint8_t i, j;

while(1) {

for (i = 0; i < 8; i++) {

PORTD = ~(1 << i);

for (j = 0; j < 80; j++) {

_delay_loop_2(50000);

Глава 2

}

return(1);

}

Запустим моделирование в Proteus – светодиоды от LED0 до LED7

последовательно зажигаются, с интервалом, приблизительно равным

секунде. Один из моментов изображен на рис. ПР2.4.

LED7

PD7

LED6

PD6

LED5

PD5

LED4

PD4

LED3

PD3

LED2

PD2

LED1

PD1

LED0

PD0

PB0/T0/XCK

PB1/T1

PB2/AIN0/INT2

PB3/AIN1/OC0

PB4/SS

PB5/MOSI

PB6/MISO

PB7/SCK

PD0/RXD

PD1/TXD

PD2/INT0

PD3/INT1

PD4/OC1B

PD5/OC1A

PD6/ICP1

PD7/OC2

PA7/ADC7

PA6/ADC6

PA5/ADC5

PA4/ADC4

PA3/ADC3

AREF

AVCC

ATMEGA16

PD0

PD1

PD2

PD3

PD4

PD5

PD6

PD7

Рис. ПР2.4

Для того, чтобы убедиться в правильности рассчитанного интервала

времени, подключим к выходам порта PD0 – PD7 логический анализатор, как

показано на рис. ПР2.5.

Основные понятия языка С

Компилятор GCC

PB0/T0/XCK

PB1/T1

PB2/AIN0/INT2

PB3/AIN1/OC0

PB4/SS

PB5/MOSI

PB6/MISO

PB7/SCK

RESET

XTAL2

XTAL1

PD0/RXD

PD1/TXD

PD2/INT0

PD3/INT1

PD4/OC1B

PD5/OC1A

PD6/ICP1

PD7/OC2

PC0/SCL

PC1/SDA

PC2/TCK

PC3/TMS

PC4/TDO

PC5/TDI

PC6/TOSC1

PC7/TOSC2

PA7/ADC7

PA6/ADC6

PA5/ADC5

PA4/ADC4

PA3/ADC3

PA2/ADC2

PA1/ADC1

PA0/ADC0

AREF

AVCC

ATMEGA16

PD0

PD1

PD2

PD3

PD4

PD5

PD6

PD7

PD4

PD5

PD6

PD7

A10

A11

A12

A13

A14

A15

B0[0..7]

B1[0..7]

B2[0..7]

B3[0..7]

PD0

PD1

PD2

PD3

Рис. ПР2.5

Запустим симуляцию схемы. На скриншоте окна логического

анализатора (см. рис. ПР2.6) видно, что каждый из светодиодов горит одну

секунду, после чего загорается следующий.

Рис. ПР2.6

Варианты заданий

Для микроконтроллера ATMega16 с тактовой частотой 16МГц (схема на

рис. ПР2.2) реализовать указанный в варианте (см. табл. ПР2.1) алгоритм

Глава 2

зажигания светодиодов, для организации временных задержек использовать

циклы активного ожидания. Выполнить моделирование схемы в Proteus,

зарисовать полученные временные диаграммы. Записать программу в

микроконтроллер ATMega16 стенда УСМК-2010, убедиться в корректности

ее работы.

Таблица ПР2.1

№

Алгоритм зажигания светодиодов (по горизонтали – время, 0.5с/дел.,

светодиод сохраняет свое состояние до следующего изменения; по

вертикали – светодиоды от

LED0 до LED7 снизу вверх)

Основные понятия языка С

Компилятор GCC

Вопросы для самоконтроля к главе 2

1. Основные типы данных языка С.

2. Глобальные и локальные переменные.

3. Спецификатор volatile.

4. Использование массивов, структур.

5. Операторы-указатели и операторы взятия адреса.

6. Выражения на языке С.

7. Приоритеты операций.

8. Операторы циклов.

9. Использование функций.

10. Директивы компилятора.

11. Структура программы на языке С.

Глава 3

ГЛАВА 3

СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ЗАДАННЫХ ВРЕМЕННЫХ

ПАРАМЕТРОВ ВСТРАИВАЕМЫХ СИСТЕМ

При проектировании встраиваемых компьютерных систем на

микроконтроллерах необходимо, в числе прочих, учитывать возможные

требования по обеспечению работы в реальном времени – чётко

определённые временные параметры, такие как время отклика системы на

внешнее событие, длительность обработки события и т.п.

Однако даже если нет жестких требований реального времени,

практически в любой разработке для

встраиваемых систем так, или иначе,

приходится сталкиваться с необходимостью более или менее точного

определения временных интервалов, и обеспечения реакции на различные

события.

В этой главе, на примере семейства AVR, рассматривается организация

прерываний в микроконтроллере, а также режимы работы и способы

программирования восьмибитных и шестнадцатибитных таймеров-

счетчиков, внешние прерывания, сторожевой таймер.

3.1. Организация прерываний

Прерывание прекращает нормальный ход программы для выполнения

приоритетной задачи, определяемой внутренним или внешним событием

микроконтроллера. При возникновении прерывания микроконтроллер

сохраняет в стеке содержимое счетчика команд PC и загружает в него адрес

соответствующего вектора прерывания. По этому адресу, как правило,

находится команда безусловного перехода к подпрограмме обработки

прерывания. Последней командой подпрограммы обработки прерывания

должна быть команда RETI, которая обеспечит возврат в основную

программу и восстановление предварительно сохраненного счетчика команд.

Средства реализации заданных

временных параметров встраиваемых систем

Микроконтроллеры AVR имеют многоуровневую систему

приоритетных прерываний. Младшие адреса памяти программ отведены под

таблицу векторов прерывания. Каждому прерыванию соответствует адрес в

этой таблице. Положение вектора в таблице также определяет и приоритет

соответствующего прерывания: чем меньше адрес, тем выше приоритет

прерывания.

В микроконтроллерах семейства Mega положение таблицы векторов

прерывания может быть изменено. Таблица может

располагаться не только в

начале памяти программ, а также в начале области загрузчика.

Распределение адресов таблицы векторов прерываний для

микроконтроллера ATmega16 приведено в табл. 3.1.

Таблица 3.1 -

Таблица векторов прерываний модели ATmega16

№ Адрес Источник Описание

0002h INT0

Внешнее прерывание 0

0004h INT1

Внешнее прерывание 1

0006h TIMER2 COMP

Совпадение таймера/счетчика Т2

0008h TIMER2 OVF

Переполнение таймера/счетчика Т2

000Ah TIMER1 CAPT

Захват таймера/счетчика Т1

000Ch TIMER1 COMPA

Совпадение «А» таймера/счетчика Т1

000Eh TIMER1 COMPB

Совпадение «В» таймера/счетчика Т1

0010h TIMER1OVF

Переполнение таймера/счетчика Т1

0012h TIMER0OVF

Переполнение таймера/счетчика Т0

0014h SPI, STC

Передача по SPI завершена

0016h USART,RXC

USART, прием завершен

0018h USART,UDRE

Регистр данных USART пуст

001Ah USART,TXC

USART, передача завершена

Глава 3

001Ch ADC

Преобразование АЦП завершено

001Eh EE_RDY

EEPROM, готово

0020h ANA_COMP

Аналоговый компаратор

0022h TWI

Прерывание от модуля TWI

0024h INT2

Внешнее прерывание 2

0026h TIMER0 COMP

Совпадение таймера/счетчика Т0

0028h SPM_RDY

Готовность SPM

Если прерывания в работе микроконтроллера не предусматриваются, то

на месте таблицы векторов прерываний может быть размещена часть

основной программы.

Для глобального разрешения/запрещения прерываний предназначен

флаг I регистра SREG. Для разрешения прерываний он должен быть

установлен в «1», а для запрещения сброшен в «0». Индивидуальное

маскирование прерываний производится установкой/сбросом

соответствующих разрядов регистров масок

прерываний.

При возникновении прерывания флаг I регистра SREG аппаратно

сбрасывается, запрещая тем самым обработку следующих прерываний.

Однако в подпрограмме обработки прерывания этот флаг можно снова

установить в «1» для разрешения вложенных прерываний. При возврате из

подпрограммы обработки прерываний (команда RETI) флаг I

устанавливается аппаратно.

Все имеющиеся прерывания можно разделить на два типа. Прерывания

первого типа генерируются

при наступлении некоторого события, в

результате которого устанавливается флаг прерывания. Затем, если

прерывание разрешено, в счетчик команд загружается адрес вектора

соответствующего прерывания. При этом флаг прерывания аппаратно (или

программно) сбрасывается.

Прерывания второго типа не имеют флагов прерываний и генерируются

в течение всего времени, пока присутствуют условия, необходимые для