Хартов В.Я. Микроконтроллеры AVR. Практикум для начинающих (2007), страница 2

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ПРАКТИКУМА Микроконтроллеры АЧК фирмы А1ше1, появившись на рынке интегральных микросхем в 1996 г., сразу же привлекли к себе внимание разработчиков электронной аппаратуры. Удачное сочетание К!ЯС-архитектуры «ядра», обеспечивающей высокую производительность, с широким набором команд, Р)азЬ-памятью для программ быстро выдвинуло микроконтроллеры АЧК на передовые позиции.

На смену микроконтроллерам первых семейств (Т)пу и С!азз)с) пришло новое поколение микроконтроллеров 1Меда). Сохранив программную преемственность, микроконтроллеры Меда приобрели новые свойства: пониженные напряжение питания (до 2,7 В) и энергопотребление, повышенные быстродействие (до 16 МГц) и объем Р)азЬ-памяти (до 128 Кбайт). Вслед за 8-разрядными микроконтроллерами появились 32-разрядные микроконтроллеры АЧК32 и др.

Одновременно были созданы программные продукты и технические средства, поддерживающие разработку программ для микроконтроллеров. Это, прежде всего, фирменный пакет фирмы АГше1 АЧК Яшб)о, свободно распространяемый в сети 1пгегпес, и отладочные платы в виде стартовых наборов разработчика (ЯТК500, ЯТК501, БТК502), выпущенные для поддержки разработок на микроконтроллерах АЧК. Вместе они образуют единую платформу, на которой можно успешно проводить разработку и отладку различных приложений. Инструментальными средствами разработки и отладки программ для микроконтроллеров АЧК, используемыми в практикуме, являются интегрированный пакет АЧК Бпк))о 4 и стартовый набор ЯТК500 фирмы АГше1.

Целевыми микроконтроллерами, которые используются во всех проектах практикума, являются АТх8 51 5, поставляемые в комплекте со стартовым набором БТК500 и занимающие среднее положение в семействе выпускае- !. Инструментальные средстеа практикума мых моделей АЧК. В связи с этим, прежде чем перейти непосредственно к инструментальным средствам проектирования, рассмотрим кратко основные характеристики используемых микроконтроллеров и их структуру.

1.1. МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ АТх8515 Аппаратные ресурсы Все микроконтроллеры АЧК имеют гарвардскую архитектуру, которая предполагает разделение памяти программ и данных. Используемые при этом средства адресации позволяют создавать эффективные программы с, высоким быстродействием. Упрощенная структурная схема микроконтроллера АТ90$8515 представлена на рис.

1.1. Ядро микроконтроллера образуют блок процессора, объединяющий арифметико-логическое устройство !АЛУ) с регистром признаков 18КЕО) и устройство управления, память программ (Р!аз!з) объемом 8 Кбайт, регистры общего назначения, память данных статического типа (8КАМ) объемом 512 байт. Устройство управления включает схему синхронизации, регистр управления микроконтроллера (МС1)СК), генератор, а также регистр команд с дешифратором, программный счетчик и указатель стека.

Периферийные устройства представлены достаточно широко: — 8-разрядные порты ввода/вывода РА, РВ, РС, Р1); — последовательный асинхронный приемопередатчик 1)АКТ !1)и!уегза! АзупсЬгопоцз Кесе)уег-Тгапзш!нег); — последовательный синхронный порт 8Р! (Еег!а! Рег!р!зега! 1пгегбасе); — 8-разрядный таймер ТО; — 16-разрядный таймер Т1; — сторожевой таймер; — широтно-импульсный модулятор Р%М; — энергонезависимая память ЕЕРКОМ объемом 512 байт; — блок прерываний; — аналоговый компаратор. Для памяти программ и энергонезависимой памяти в составе микроконтроллера имеются средства для внутрисистемного программирования по интерфейсу 8Р1.

Память микроконтроллера организована, как показано на рис. 1.2. 1.1. Микроконтроллеры АТх8515 10 учесть, что они представлены битами управления и состояния, общее количество которых 187 !!), и часть их объединена полями с кодами управления, то нетрудно понять, насколько многообразны функциональные возможности этих устройств !к примеру, одно 3-разрядное поле управления позволяет задать восемь управляющих функций). Список регистров ввода/вывода и их адреса в адресном пространстве ЯКАМ приведены в табл. 1.1. Паюпь данных а Память ЕЕРКОМ 5!2 байт Память щюгвамм Г!аяй 8 Кбайт Таблица 1.1. Адреса регистров ввода/вывола АТ9088515 50 20 30 Все регистры имеют штатные имена, которые можно использовать при написании программ. Для этого в программу на языке Ассемблера необходимо включить файл определений 8515с/е/:/пс, а в программу на языке Си — файл 9058515.Ь, Расшифровка названий регистров, формат и назначение каждого бита в отдельности приведены в последующих разделах практикума при описании работы соответствуиицих периферийных устройств.

Регистры, имена которых отмечены знаком ", в модели АТтпейа8515 получили другие имена: по адресу $29 — 1/ВККЬ, по адресу $2А— ЫСЯКВ, по адресу $2 — 13СЯКА, по адресу $5 — О1СК. 1. Инструментальные средства практикума Рис.

1.2. Карта памяти микроконтроллеров АТх88515 Память программ Наз)з обособлена, ее размер составляет 8 Кбайт. Каждая ячейка Наз1з-памяти содержит 16 разрядов. Память данных делится на три части: регистровая, оперативная статическая ЯКАМ и энергонезависимая ЕЕРКОМ. Регистровую память составляют 32 регистра общего назначения и 64 регистра ввода'вывода, представляющих периферийные устройства. Оперативная память объемом 512 байт предназначена для хранения данных при выполнении программы. Регистровая и оперативная память образуют единое адресное пространство: регистры общего назначения занимают адреса $0000 — $001Г, за ними располагаются регистры ввода/вывода $0020 — $005Р, затем ячейки оперативной памяти $0060-$025Г.

Расширение адресного пространства вплоть до верхней границы $РРГГ можно осуществить за счет подключения внешнего запоминающего устройства ЕВАМ. Для долговремс!шого хранения данных, которые могут изменяться в процессе работы микроконтроллера, используют память ЕЕРКОМ объемом 512 байт. Память ЕЕРКОМ имеет обособленное адресное пространство, каждая ячейка содержит восемь разрядов. Данные в ЕЕРКОМ могут быть записаны при программировании микроконтроллера. При выключении питания данные сохраняются. Регистры общего назначения разбиты на две группы: Ко...К!5 и К!б...К51, Принадлежность регистра к той или иной группе необходимо учитывать при написании программы.

Микроконтроллер АТ90$8515 содержит 44 регистра ввода/вывода, используемых в составе периферийных устройств !еще 20 регистров зарезервировано), из них 14 — 8-разрядные регистры данных, остальные являются регистрами управления и состояния. Если 0 1 2 3 4 5 б 7 8 9 А В С О Е Г Резерв Резерв Резерв Резерв Резерв Резерв Резерв Резерв АСЯК ОВКК ОСК ОЯК* ООК ЯРСК ЯРЯК ЯРОК Р!ХО ООКО РОКТО Р1!9С ООКС РОКТС Р1ХВ О!УКВ РОКТВ Р1!ЧА РОКА РОКТА ЕЕСК ЕЕОК ЕЕАК1. Резерв Резерв %ОТСК Резерв Резерв 1СК11. !СК1Н Резерв Резерв ОСК! В1.

ОСК! ВН ОСК!АЬ ОСК! АН ТСХТ!Ь ТС!яТ1Н ТССК!В ТССК1А Резерв Резерв ТС!яТ0 ТССКО Резерв МСЫСК Резерв Резерв Т!ГК Т1МЯК О1ГК О1МЯК Резерв ЯРЬ ЯРН ЯКЕО 13 !г 1. Инструментальные средства практикума 1.1. Микроконтроллеры АТх8515 Список регистров ввода/вывода микроконтроллера А Ттеяа8515 и их адреса в адресном пространстве ЯКАМ приведены в табл. 1.2. Микроконтроллер АТшеда8515 содержит 55 регистров ввода/вывода. Файл определений штатных имен регистров для АТшеца8515, включаемый в программы на Ассемблере, носит имя т8515с/с/Апс, на языке Си — те8а8515./г Таблица!.2.

Адреса регистров ввода/вывода АТшеяа8515 40 30 20 50 00КВ РОКТВ Т!ГК Т!МЯК О!РК РЕМА А РОКТА ЕЕСК О!СК !/0К ЯРСК Резерв ЯРЬ 0 ЕЕОК ЕЕАКЬ ЕЕАКН Оперативная память служит для оперативного хранения данных при выполнении программы. Данные для записи в ячейку ЯКАМ поступают из регистра общего назначения. Считываемые из ячейки памяти данные поступают в регистр общего назначения.

При выключении напряжения питания данные в памяти ЯКАМ теряются. Стек располагается в памяти ЯКАМ, обычно под него выделяется область адресов, начиная с $025Е. Стек растет в сторону убывающих адресов, контроль его размера возлагается на программиста. Резерв Резерв Резерв Резерв ОЯССАЬ РЕМЕ 00КЕ РОКТЕ АСЯК ЫВККЬ 11СЯКВ !/СЯКА Р!МЭ 0080 РОКТ0 РПМС 00КС РОКТС РПМВ !/ВККН %0ТСК Резерв Резерв 1СК1Ь 1СК1Н Резерв Резерв ОСК! ВЬ ОСК1ВН ОСК1АЬ ОСК!АН ТС!МТ!Ь ТСЬТ1Н ТССК!В ТССК!А ЯР!ОК ОСКО ТС1МТО ТССКО МС11СЯК МС1/СК ЕМС! !СК ЯРМСК Контроллер прерываний обрабатывает внешние прерывания и прерывания от периферийных устройств (таймеров, портов последовательного ввода/вывода, аналогового компаратора и др.).

Все прерывания являются маскируемыми. Адреса, маски и флаги прерываний указаны в табл. 1.3. В таблице представлены: ПМТО, ПМТ! — сигналы внешних прерываний, поступающие по линиям порта Р02, Р03. Маски внешних прерываний представлены разрядами ПМТО и ПМТ1 (соответственно б-й и 7-й разряды регистра О1МЯК микроконтроллера АТ90$8515 или регистра О1СК микроконтроллера АТшейа8515). Сигналы внешних прерываний устанавливают в 1 флаги прерываний ПМТГО и ПМТР1 (соответственно б-й и 7-й разряды регистра О1ГК); прерывания от таймеров Т1, ТО, имеют адреса $003 — $007. Маскирование прерываний от таймеров осуществляется битами регистра Т1МЯК.

Флаги прерываний таймеров располагаются в регистре Т1ГК; последующие адреса прерываний для запросов от последовательных каналов ввода/вывода ЯР1 ($008), ()АКТ или !)ЯАКТ ($009, $00А, $00В) и аналогового компаратора ($00С). Маскирование прерываний осуществляется разрядами регистров: для канала ПАКТ вЂ” ()СК (или 1)СЯКВ), для канала ЯР1 — ЯРСК, для компаратора — АСЯК.