Микроконтроллеры AVR (47600)

Посмотреть архив целиком

Микроконтроллеры AVR


Введение


Однокристальные микроконтроллеры находят широкие применение в самых разнообразных сферах: от измерительных приборов, фотоаппаратов и видеокамер, принтеров, сканеров и копировальных аппаратов до изделий электронных развлечений и всевозможной домашней техники.

Со времени появления первых микропроцессоров в 1970-х годах их сложность постоянно возрастала за счет появления новых аппаратных решений и добавления новых команд, предназначенных для решения новых задач. Так постепенно сложилась архитектура, получившая впоследствии название CISC (Complete Instruction Set Computers – компьютеры со сложным набором команд). В дальнейшем обозначилось и нашло активное развитие еще одно направление: архитектура RISC (Reduced Instruction Set Computers – компьютеры с сокращенным набором команд). Именно к этой архитектуре относятся микроконтроллеры AVR от компании Atmel и PIC от компании Microchip, которым посвящена эта книга.

Основное преимущество RISC-процессоров заключается в том, что они просты, выполняют ограниченный набор команд, и, как следствие, очень быстродействующие. Это позволяет снизить стоимость и сложность их программирования.

Обратной стороной RISC-архитектуры стала необходимость создания дополнительных команд на ассемблере, которые у CISC-устройств реализованы в аппаратной части. Например, вместо того, чтобы просто вызвать команду деления, которая характерна для устройств CISC, разработчику, имеющему дело с RISC-процессором, приходится применять несколько последовательных команд вычитания. Однако подобный недостаток с лихвой компенсируется ценой и скоростью работы RISC-устройств. Кроме того, если создавать программы на языке С, то подобные проблемы вообще перестают иметь какое-либо значение для разработчика, поскольку они решаются компилятором, который автоматически генерирует весь недостающий ассемблерный код.

На заре возникновения микропроцессоров разработка программного обеспечения происходила исключительно на том или ином языке ассемблера, ориентированном на конкретное устройство. По сути, такие языки представляли собой символьные мнемоники соответствующих машинных кодов, а перевод мнемоники в машинный код выполнялся транслятором. Однако главный недостаток ассемблерных языков заключается в том, что каждый из них привязан к конкретному типу устройств и логике его работы. Кроме того, ассемблер сложен в освоении, что требует достаточно больших усилий для его изучения, которые, к тому же, оказываются потраченными впустую, если впоследствии потребуется перейти на использование микроконтроллеров других производителей.

Язык С, являясь языком высокого уровня, лишен подобных недостатков и может использоваться для программирования любого микропроцессора, для которого есть компилятор с языка С. В языке С все низкоуровневые операции, выполняемые компьютерами, представлены в виде абстрактных конструкций, позволяющих разработчикам сосредоточиться на программировании одной лишь логики, не заботясь о машинном коде. Изучив язык С, можно легко переходить от одного семейства микроконтроллеров к другому, тратя гораздо меньше времени на разработку.



1. Архитектура микроконтроллеров AVR и PIC


В общем, все микроконтроллеры построены по одной схеме. Система управления, состоящая из счетчика команд и схемы декодирования, выполняет считывание и декодирование команд из памяти программ, а операционное устройство отвечает за выполнение арифметических и логических операций; интерфейс ввода/вывода позволяет обмениваться данными с периферийными устройствами; и, наконец, необходимо иметь запоминающее устройство для хранения программ и данных (рис. 1.1).


Рис. 1.1. Обобщенная структура микроконтроллера


Будем рассматривать микроконтроллеры в общем, не привязываясь к какому-либо конкретному типу микроконтроллеров AVR, поэтому ниже будут рассмотрены только общие для большинства микроконтроллеров особенности архитектуры памяти, вопросы ввода/вывода, обработки прерываний, сброса и др.

  1. Память микроконтроллеров AVR


В микроконтроллерах AVR память реализована по Гарвардской архитектуре, что подразумевает разделение памяти команд и данных. Это означает, что обращение к командам осуществляется независимо от доступа к данным. Преимуществом такой организации является повышение скорости доступа к памяти.

    1. Память данных


Память данных предназначена для записи/чтения данных, используемых программами. Является энергозависимой, то есть, при отключении питания микроконтроллера все хранимые в ней данные, будут потеряны. В микроконтроллерах AVR память данных имеет более развитую структуру по сравнению с микроконтроллерами PIC, что показано на рис. 2.1.

Здесь и далее шестнадцатеричные числа будут представлены в форме, принятой в языке С: с префиксом 0х.


Рис. 2.1. Структура памяти данных в микроконтроллерах AVR и PIC


Область статической памяти SRAM (Static Random Access Memory) обозначена на рис. 2.1 пунктиром, поскольку используется не всеми микроконтроллерами AVR (это относится как к внутренней, так и к внешней SRAM). Ее начальный адрес – 0x060, а верхний адрес – разный в различных устройствах.

В некоторых микроконтроллерах AVR можно увеличивать пространство памяти SRAM посредством подключения внешних блоков памяти вплоть до 64 Кбайт, однако для этого приходится пожертвовать портами А и С, которые в этом случае применяются для передачи данных и адресов.

    1. Регистры общего назначения


Область регистров общего назначения (рабочих регистров) предназначена для временного хранения переменных и указателей, используемых процессором для выполнения программ. В микроконтроллерах AVR она состоит из 32 восьмиразрядных регистров (диапазон адресов 0x000 – 0x01F). В микроконтроллерах PIC регистры общего назначения также восьмиразрядные, однако их количество и диапазон адресов зависят от конкретного типа устройства.

В программах, написанных на языке С, непосредственное обращение к регистрам общего назначения обычно не требуется, если только не используются фрагменты на языке ассемблера.

    1. Регистры специальных функций микроконтроллеров PIC


Регистры специальных функций используются в микроконтроллерах PIC для управления различными операциями. Как и в случае с регистрами общего назначения, их количество и адресация отличаются от устройства к устройству. В программах, написанных на языке С, непосредственное обращение к регистрам специальных функций обычно не требуется, если только не используются фрагменты на языке ассемблера.

    1. Область ввода/вывода микроконтроллеров AVR


Область ввода/вывода микроконтроллеров AVR содержит 64 регистра, используемых для управления или хранения данных периферийных устройств. К каждому из этих регистров можно обращаться по адресу ввода/вывода (начиная с 0x000) или по адресу SRAM (в этом случае к адресу ввода/вывода следует прибавить 0x020). В программах на языке С обычно используются условные имена регистров ввода/вывода, а адреса имеют значение только для программ на языке ассемблера.

Имена, адреса ввода/вывода и SRAM, а также краткое описание регистров из области ввода/вывода микроконтроллеров AVR представлены в табл. 2.1. При этом следует отметить, что в различных моделях микроконтроллеров некоторые из перечисленных регистров не используются, а адреса, не указанные в табл. 2.1, зарезервированы компанией Atmel для использования в будущем.


Таблица 2.1. Описание регистров из области ввода/вывода

Имя

регистра

Адрес ввода/ вывода

Адрес SRAM

Описание

ACSR

0x08

0x28

Регистр управления и состояния аналогового компаратора

UBRR

0x09

0x29

Регистр скорости передачи данных через UART

UCR

0х0А

0х2А

Регистр управления приемопередатчиком UART

USR

0x0В

0x2В

Регистр состояния приемопередатчика UART

UDR

0х0С

0х2С

Регистр данных приемопередатчика UART

SPCR

0x0D

0x2D

Регистр управления интерфейсом SPI

SPSR

0х0Е

0х2Е

Регистр состояния интерфейса SPI

SPDR

0x0F

0x2F

Регистр ввода/вывода данных интерфейса SPI

PIND

0x10

0x30

Выводы порта D

DDRD

0x11

0x31

Регистр направления передачи данных порта D

PORTD

0x12

0x32

Регистр данных порта D

PINC

0x13

0x33

Выводы порта С

DDRC

0x14

0x34

Регистр направления передачи данных порта С

PORTC

0x15

0x35

Регистр данных порта С

PINB

0x16

0x36

Выводы порта В

DDRB

0x17

0x37

Регистр направления передачи данных порта В

PORTB

0x18

0x38

Регистр данных порта В

PINA

0x19

0x39

Выводы порта А

DDRA

0x1А

0х3А

Регистр направления передачи данных порта А

PORTA

0x1В

0х3В

Регистр данных порта А

EECR

0x1С

0х3С

Регистр управления памяти EEPROM

EEDR

0x1D

0x3D

Регистр данных памяти EEPROM

EEARL

0x1Е

0х3Е

Регистр адреса памяти EEPROM (младший байт)

EEARH

0x1F

0x3F

Регистр адреса памяти EEPROM (старший байт)

WDTCR

0x21

0x41

Регистр управления сторожевым таймером

ICR1L

0x24

0x44

Регистр захвата таймера/счетчика Т/С1 (младший байт)

ICR1H

0x25

0x45

Регистр захвата таймера/счетчика Т/С1 (младший байт)

OCR1BL

0x28

0x48

Регистр сравнения В таймера Т/С1 (младший байт)

OCR1BH

0x29

0x49

Регистр сравнения В таймера Т/С1 (старший байт)

OCR1AL

0х2А

0х4А

Регистр сравнения А таймера Т/С1 (младший байт)

OCR1AH

0x2В

0x4В

Регистр сравнения А таймера Т/С1 (старший байт)

TCNT1L

0х2С

0х4С

Счетный регистр таймера/счетчика Т/С1 (младший байт)

TCNT1H

0x2D

0x4D

Счетный регистр таймера/счетчика Т/С1 (старший байт)

TCCR1B

0x2Е

0х4Е

Регистр управления В таймера/счетчика Т/С1

TCCR1A

0x2F

0x4F

Регистр управления А таймера/счетчика Т/С1

TCNT0

0x32

0x52

Счетный регистр таймера/счетчика Т/С0

TCCR0

0x33

0x53

Регистр управления таймера/счетчика Т/С0

MCUCR

0x35

0x55

Регистр управления микроконтроллером

TIFR

0x38

0x58

Регистр флагов прерываний от таймеров/счетчиков

TIMSK

0x39

0x59

Регистр маскирования прерываний от таймеров

GIFR

0х3А

0х5А

Общий регистр флагов прерываний

GIMSK

0х3В

0x5В

Общий регистр маскирования прерываний

SPL

0x3D

0x5D

Указатель стека (младший байт)

SPH

0х3Е

0х5Е

Указатель стека (старший байт)

SREG

0x3F

0x5F

Регистр состояния

    1. Регистр состояния SREG микроконтроллеров AVR


Случайные файлы

Файл
73293-1.rtf
26347.rtf
5452.rtf
137953.rtf
32093.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.