КулЛиб - Скачать fb2 - Читать онлайн - Отзывы
Всего книг - 402933 томов
Объем библиотеки - 530 Гб.
Всего авторов - 171488
Пользователей - 91546

Впечатления

Stribog73 про Ван хее: Стихи (Поэзия)

Жаль, что перевод дословный, без попытки создать рифму.
Нельзя так стихи переводить. Нельзя!
Вот так надо стихи переводить:
Олесь Бердник
МОЛИТВА ТАЙНОМУ ДУХУ ПРАОТЦА

Понад світами погляду і слуху,
Над царствами і світла, й темноти —
Прийди до нас, преславний Отче Духу,
Прийди до нас і серце освяти.

Під громи зла, в годину надзвичайну,
Коли душа не зна, куди іти,
Зійди до нас, преславний Отче Тайни,
Зійди до нас, і думу освяти.

Відкрий нам Браму, де злагода дише,
Дозволь ступить на райдужні мости!
Прийди до нас, преславний Отче Тиші,
Прийди до нас, і Дух наш освяти.

Мой перевод:

Над миром взгляда и над миром слуха,
Над царством света, царством темноты —
Приди к нам, о преславный Отче Духа,
Приди к нам и сердца нам освяти.

Под громы зла, в тот час необычайный,
Когда душа не ведает пути,
Сойди к нам, о преславный Отче Тайны,
Сойди к нам, наши мысли освяти.

Открой Врата нам, где согласье дышит,
Позволь ступить на яркие мосты!
Приди к нам, о преславный Отче Тиши,
Приди к нам, наши Души освяти.

Рейтинг: +1 ( 2 за, 1 против).
Stribog73 про Бабин: Распад (Современная проза)

Саша Бабин молодой еще человек, но рассказ очень мне понравился. Жаль, что нашел пока только один его рассказ.

Рейтинг: +2 ( 2 за, 0 против).
Stribog73 про Балтер: До свидания, мальчики! (Советская классическая проза)

Почитайте, ребята. Очень хорошая и грустная история!

P.S. Грустная для тех, кому уже за сорок.

Рейтинг: +2 ( 2 за, 0 против).
Любопытная про Быкова: Любовь попаданки (Любовная фантастика)

Вот и хорошо , что книга заблокирована.
Ранее уже была под названием Маша и любовь.
Какие то скучные розовые «сопли». То, хочу, люблю одного, то любовь закончилась, люблю пришельца, но не дам ему.. Долго, очень уныло и тоскливо , совершенно не интересно.. Как будто ГГ лет 13-14..Глупые герои, глупые ситуации.

Рейтинг: 0 ( 0 за, 0 против).
ZYRA про Сидоров: Проводник (СИ) (Альтернативная история)

Книга понравилась. Стиль изложения, тонкий юмор, всё на высоте. Можно было бы сюжет развить в сериал, всяческих точек бифуркации в истории великое множество. С удовольствием почитал бы возможное продолжение. Автору респект.

Рейтинг: -1 ( 1 за, 2 против).
Шляпсен про Бельский: Могущество Правителя (СИ) (Боевая фантастика)

Хз чё за книжка, но тёлка на обложке секс

Рейтинг: -2 ( 0 за, 2 против).
Шляпсен про Силоч: Союз нерушимый… (Боевая фантастика)

Правообладателю наш пламенный привет

Рейтинг: 0 ( 0 за, 0 против).

Микроконтроллеры AVR: от простого к сложному (fb2)

- Микроконтроллеры AVR: от простого к сложному (и.с. Библиотека инженера) 6.23 Мб, 201с. (скачать fb2) - М. С. Голубцов

Настройки текста:



Голубцов М.С «Микроконтроллеры AVR: от простого к сложному»

Введение

Эта книга о микроконтроллерах семейства AVR, производимых известной фирмой Atmel Corporation (www.atmel.com).

Следует отметить, что перед вами не учебник и не инструкция по изготовлению полноценных систем на основе микроконтроллеров, хотя довольно подробно описываются основные их концепции. Нельзя рассматривать книгу также как справочник — в ней достаточно много материала, но тем не менее некоторые вопросы могут быть не освещены или освещены недостаточно подробно. Если необходима документальная информация, имеет смысл попутно с чтением книги обращаться к фирменным описаниям микросхем для уточнения. Например, в книге не рассматривается описание процесса программирования микроконтроллера, предполагается, что читатели воспользуются описанием несложного самодельного программатора и готовой программой к нему. Автор книги предоставляет все материалы, программы и схемы «как есть», без каких-либо гарантий правильности и соответствия фирменным описаниям и не несет никакой ответственности по материальному, или другим видам ущерба, причиненным в результате использования информации, приведенной в настоящей книге.

Прежде чем говорить о микроконтроллерах, давайте выясним, почему они играют такую большую роль в современном мире. Научно-технический прогресс неутомимо идет вперед, в результате не только в промышленной, но и в бытовой технике все шире используются встроенные компьютерные системы на основе микроконтроллеров. Они широко применяются в персональных компьютерах и их периферийных устройствах, стиральных машинах, музыкальных центрах и т. д. Средний импортный автомобиль имеет порядка 15 микроконтроллеров, управляющих различными системами автомобиля.

Основная цель книги — помочь разобраться в том, что такое однокристальный микроконтроллер, как он работает и как на его основе можно создавать разнообразные устройства, применяющиеся в технике, в быту, в повседневной практической деятельности.

Современный микроконтроллер — довольно сложное устройство, работу которого не удается описать в деталях вне связи его с дополнительными внешними устройствами. Поэтому в книге имеется достаточно много фрагментов реальных схем, а в 6-й главе — описания нескольких законченных устройств.

Автор надеется, что книга окажется полезной не только будущим конструкторам современного оборудования, но и всем тем, кто стремится расширить свои знания в области применения микропроцессорной техники.

Глава 1 Микроконтроллер

1.1. Знакомство с микроконтроллером

В этой главе мы кратко познакомимся с микроконтроллерами. Микроконтроллеры являются сердцем многих современных устройств и приборов, в том числе и бытовых. Самой главной особенностью микроконтроллеров, с точки зрения конструктора-проектировщика, является то, что с их помощью легче и зачастую гораздо дешевле реализовать различные схемы.

На рис. 1.1 изображена структурная схема типичного современного микроконтроллера.



Рис. 1.1. Структурная схема микроконтроллера


Из рисунка видно, что микроконтроллер может управлять различными устройствами и принимать от них данные при минимуме дополнительных узлов, так как большое число периферийных схем уже имеется непосредственно на кристалле микроконтроллера. Это позволяет уменьшить размеры конструкции и снизить потребление энергии от источника питания.

Для сравнения: при использовании традиционных микропроцессоров приходится все необходимые схемы сопряжения с другими устройствами реализовывать на дополнительных компонентах, что увеличивает массу, размеры и потребление электроэнергии.

Давайте рассмотрим типичные схемы, присутствующие в микроконтроллерах.

1. Центральное процессорное устройство (ЦПУ) — сердце микроконтроллера. Оно принимает из памяти программ коды команд, декодирует их и выполняет. ЦПУ состоит из регистров, арифметико-логического устройства (АЛУ) и цепей управления.

2. Память программ. Здесь хранятся коды команд, последовательность которых формирует программу для микроконтроллера.

3. Оперативная память данных. Здесь хранятся переменные программ. У большинства микроконтроллеров здесь расположен также стек.

4. Тактовый генератор. Этот генератор определяет скорость работы микроконтроллера.

5. Цепь сброса. Эта цепь служит для правильного запуска микроконтроллера.

6. Последовательный порт — очень полезный элемент микроконтроллера. Он позволяет обмениваться данными с внешними устройствами при малом количестве проводов.

7. Цифровые линии ввода/вывода. По сравнению с последовательным портом с помощью этих линий возможно управлять одновременно несколькими линиями (или проверять несколько линий).

8. Таймер. Используется для отсчета временных интервалов.

9. Сторожевой таймер. Это специальный таймер, предназначенный для предотвращения сбоев программы. Он работает следующим образом: после запуска он начинает отсчет заданного временного интервала. Если программа не перезапустит его до истечения этого интервала времени, сторожевой таймер перезапустит микроконтроллер. Таким образом, программа должна давать сторожевому таймеру сигнал — все в порядке. Если она этого не сделала, значит, по какой-либо причине произошел сбой.

1.2. Разработка конструкций на микроконтроллерах

Итак, теперь, когда мы имеем первоначальное представление о микроконтроллерах и о том, что можно сделать с их помощью, пришло время поговорить о создании конструкций на микроконтроллерах.

Один из вариантов последовательности действий при разработке конструкций на микроконтроллерах приведен ниже.

1. Во-первых, очень важно точно определить технические требования к конструкции, причем делать это следует письменно — обычно в процессе записи выявляется много нюансов, не сразу заметных при обдумывании конструкций.

2. Составить подробное описание конструкции так называемого верхнего уровня — на этом этапе еще неизвестно ни типа микроконтроллера, ни типа использованных микросхем и схемных решений, поэтому структурная схема представляет собой набор прямоугольников, подписанных наименованием узла, например АЦП. Составляется обобщенная блок-схема, описывающая работу программы. Если нужно — временные диаграммы.

3. Определиться с выбором аппаратных узлов (микросхем и т. д.) для схемы.

4. Выбрать тип микроконтроллера.

5. Убедиться в том, что микроконтроллер подходит для реализации схемы. Следует учитывать быстродействие микроконтроллера, наличие нужной периферии, число линий ввода/вывода, потребляемую мощность и другие, существенные для конкретной конструкции параметры. Не следует «бить из пушки по воробьям» — использовать более мощный микроконтроллер для простейшей задачи, с которой может справиться и более простой (и более дешевый). С другой стороны, не следует увлекаться слабыми микроконтроллерами, усложняя схему, добавляя схему увеличения числа выводов, так как достаточно часто (но не всегда) экономия, полученная за счет применения более дешевого микроконтроллера, полностью теряется из-за увеличившейся стоимости печатной платы (ведь ее размеры увеличились), стоимости дополнительных элементов и т. д.

6. Теперь следует определиться, какие инструменты (программы) будут использоваться для разработки программы для микроконтроллера. Это может быть транслятор языка ассемблер или компилятор языка высокого уровня, чаще всего С.

7. После того как стали известны используемые узлы микроконтроллера и внешние схемы, подключаемые к нему, можно приступать к написанию и отладке программы. Целесообразно разделить конструкцию на функциональные узлы и отлаживать их следующим образом: изготовить часть схемы, реализующей собой один из узлов, написать фрагмент программы, управляющей этим узлом, и отладить его. После этого аналогично работать со следующим узлом, и так до тех пор, пока все части схемы не будут отлажены отдельно друг от друга. При этом можно пользоваться уже отлаженными узлами для облегчения проверки правильности работы следующих, только отлаживаемых узлов. Например, для простого калькулятора можно выделить следующие узлы: индикатор, клавиатура. Отлаживая индикатор, можно написать программу, выводящую на индикатор какое-либо число. Затем, отлаживая клавиатуру, можно использовать индикатор для вывода, например, номера нажатой клавиши. И только убедившись, что оба узла работают верно, следует переходить к реализации программы собственно калькулятора.

8. Теперь следует объединить все части схемы воедино и отладить их работу совместно. Если в процессе объединения обнаружится, что какой-либо из узлов реализован не совсем удачно, следует вернуться в предыдущий пункт.

9. Очень важно в процессе составления схемы конструкции и написания программы для нее как можно более подробно документировать все изменения в схеме или программе. Это очень важно не только для записи проделанной работы (а в хорошо документированной схеме и программе можно быстро разобраться при необходимости ее повторного использования), но и для облегчения дальнейшего усовершенствования или обслуживания собранной системы.

10. Заключительный этап относится к случаям, когда спроектированная конструкция будет производиться, — подготовка чертежей принципиальной электрической схемы, печатной платы, спецификаций в соответствии со стандартами, принятыми в месте, где будет осуществляться производство конструкции.

1.3. Микроконтроллеры семейства AVR

AVR — это новое семейство 8-разрядных RISC-микроконтроллеров фирмы Atmel. Эти микроконтроллеры позволяют решать множество задач встроенных систем. Они отличаются от других распространенных в настоящее время микроконтроллеров большей скоростью работы, большей универсальностью. Быстродействие данных микроконтроллеров позволяет в ряде случаев применять их в устройствах, для реализации которых ранее можно было применять только 16-разрядные микроконтроллеры, что позволяет ощутимо удешевить готовую систему. Кроме того, микроконтроллеры AVR очень легко программируются — простейший программатор можно изготовить самостоятельно буквально в течение 30 минут!

По заявлению фирмы-производителя микроконтроллеров (www.atmel.com) микроконтроллеры семейства AVR можно перепрограммировать до 1000 раз, причем непосредственно в собранной схеме.

Все это делает эти микроконтроллеры очень привлекательными для создания новых разработок.


Почему именно AVR?

Микроконтроллеры AVR разработаны фирмой Atmel и обладают следующими основными характеристиками:

• очень быстрая гарвардская RISC-архитектура загрузки и выполнения большинства инструкций в течение ОДНОГО цикла тактового генератора. При этом достигается скорость работы примерно 1 MIPS на МГц. Частота тактового генератора многих типов микроконтроллеров AVR может достигать 10…16 МГц (10…16 MIPS!) (MIPS — Millions Instructions per Second — миллионов операций в секунду). Отсутствует внутреннее деление частоты, как, например, в микроконтроллерах PIC. Таким образом, если использован кварцевый резонатор с частотой 16 МГц, микроконтроллер будет работать с быстродействием почти 16 MIPS;

• программы содержатся в электрически перепрограммируемой постоянной памяти программ FLASH ROM. Эта память может быть перепрограммирована до 1000 раз. Это облегчает настройку и отладку систем. Кроме того, возможность внутрисхемного программирования позволяет не вынимать микроконтроллер из целевой схемы в процессе программирования, что значительно ускоряет процесс разработки систем на основе этих микроконтроллеров;

• система команд микроконтроллеров AVR изначально проектировалась с учетом особенностей языка программирования высокого уровня С, что в результате позволяет получать после компиляции программ на С гораздо более эффективный код, чем для других микроконтроллеров. А это уже выигрыш и в размере полученного кода (в объеме памяти на кристалле), и в скорости работы микроконтроллера;

• микроконтроллеры AVR имеют 32 регистра, все из которых напрямую работают с АЛУ. Это значительно уменьшает размер программ. В других микроконтроллерах, как правило, для осуществления, например, сложения один из операндов обязательно должен находиться в специальном регистре — аккумуляторе. Таким образом, необходимо сначала его туда занести, затем после выполнения операции результат из аккумулятора нужно переписать в регистр для хранения результата. Итого получается уже три команды. В микроконтроллерах AVR то же самое займет всего одну команду;

• очень небольшое потребление энергии и наличие нескольких режимов работы с пониженным потреблением энергии делает эти микроконтроллеры идеальными для применения в конструкциях, питающихся от батареек;

• наличие дешевых и простых в использовании программных средств. Многие полноценные программы доступны в свободно распространяемом варианте, как, например, отладчик AVR Studio, ассемблер Wavrasm, множество версий программаторов и даже компилятор языка С — avr gcc. Некоторые из этих программ имеются на компакт-диске, прилагаемом к книге;

• узлы PWM (широтно-импульсная модуляция), таймеры/счетчики, аналоговый компаратор и последовательный порт UART встроены в микроконтроллеры и могут управляться с помощью прерываний, что значительно упрощает работу с ними;

• имеются относительные команды переходов и ветвлений, что позволяет получать перемещаемый код;

• отсутствует необходимость переключать страницы памяти (в отличие, например, от микроконтроллеров PIC);

• все микроконтроллеры AVR имеют электрически перепрограммируемую постоянную память данных EEPROM, которая может быть перепрограммирована более 100 000 раз!

Имеется три подсемейства микроконтроллеров AVR:

1. tiny AVR — недорогие миниатюрные микроконтроллеры в 8-выводном исполнении;

2. Classic AVR — основная линия микроконтроллеров с производительностью отдельных модификаций до 16 MIPS, FLASH-памятью программ 2…8 Кб, памятью данных EEPROM 64…512 байт, оперативной памятью данных SRAM 128…512 байт;

3. mega AVR с производительностью 4… 16 MIPS для сложных приложений, требующих большого объема памяти, FLASH-памятью программ до 128 Кб, памятью данных EEPROM 64…512 байт, оперативной памятью данных SRAM 2…4 Кб, встроенным 10-разрядным 8-канальным АЦП, аппаратным умножителем 8x8.

Интересной особенностью семейства микроконтроллеров AVR является то, что система команд всего семейства совместима при переносе программы со слабого на более мощный микроконтроллер.

На рис. 1.2 и 1.3 приведены таблицы с характеристиками имеющихся в настоящее время и анонсированных к выпуску микроконтроллеров семейства AVR.

По мнению автора, AT90S2313 — наиболее удобный микроконтроллер для первоначального знакомства. Он имеет почти все базовые периферийные устройства, присутствующие в микроконтроллерах серии AVR и отличается от более мощных только меньшим числом линий ввода/вывода, размером памяти программ, данных, числом таймеров (тем не менее он имеет два таймера: 8- и 16-разрядный).




Рис. 1.2. Характеристики микроконтроллеров семейства AVR




Рис. 1.3. Характеристики микроконтроллеров семейства AVR (продолжение)


В результате вполне справедливо будет сказать, что, изучив в достаточной степени микросхему AT90S2313, читатели легко смогут использовать более мощные микроконтроллеры. Микроконтроллер AT90S1200 не подходит для этой цели по причине отсутствия у него оперативной памяти данных — SRAM, что значительно отличает его возможности от остальных микроконтроллеров семейства.

По этой причине во второй главе приводится достаточно подробное описание микроконтроллера AT90S2313. Совсем нет необходимости изучать эту главу страница за страницей, хотя прочесть хотя бы обзорно ее стоит. Те, кто хочет поскорее перейти к практическому изготовлению каких-либо схем, могут просмотреть главу 4, где описаны программы для работы с микроконтроллерами семейства AVR, и переходить к главам 5 и 6, содержащим описания фрагментов схем и завершенных схем. В дальнейшем можно обращаться к главе 2 как к справочному пособию при возникновении вопросов и разборе работы той или иной схемы.

Глава 2 Описание микроконтроллера AT90S2313 фирмы Atmel

AT90S2313 — современный 8-битовый КМОП-микроконтроллер. AT90S2313 имеет производительность около 1 MIPS на мегагерц за счет того, что почти все команды он выполняет за один период тактового генератора.

Микроконтроллеры семейства AVR построены на основе расширенной RISC-архитектуры, объединяющей развитый набор команд и 32 регистра общего назначения. Все 32 регистра непосредственно подключены к арифметико-логическому устройству (АЛУ), что дает доступ к любым двум регистрам в течение одного машинного цикла. Подобная архитектура обеспечивает почти десятикратный выигрыш в производительности по сравнению с традиционными микроконтроллерами, например, серии 8051.

Микроконтроллер AT90S2313 имеет следующие характеристики: 2 Кб загружаемой флэш-памяти; 128 байтов EEPROM; 15 линий ввода/вывода общего назначения; 32 рабочих регистра; два таймера/счетчика, один 8-разрядный, другой 16-разрядный; внешние и внутренние прерывания; встроенный последовательный порт; программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором; последовательный порт SPI для загрузки программ; два выбираемых программно режима низкого энергопотребления.

Флэш-память на кристалле может быть перепрограммирована прямо в системе через последовательный интерфейс SPI.

2.1. Описание выводов

VCC — вывод источника питания.

GND — общий провод («земля»).

PORT В (РВ7…РВ0) — порт В является 8-битовым двунаправленным параллельным портом ввода/вывода с встроенными подтягивающими резисторами. У выводов порта предусмотрены внутренние подтягивающие резисторы (их можно включать или выключать для каждого бита отдельно). Выводы РВ0 и РВ1 также являются положительным (AIN0) и отрицательным (AIN1) входами встроенного аналогового компаратора. Выходные буферы порта В могут поглощать ток до 20 мА и непосредственно управлять светодиодными индикаторами. Это означает, что микроконтроллер способен управлять нагрузкой до 20 мА при состоянии логического 0 на выходе порта. Таким образом, для управления светодиодом его следует подсоединить одним выводом к выводу порта микроконтроллера, а другим — к напряжению питания +Vcc. Соответственно светиться светодиод (а значит, и потреблять ток) будет при значении 0 на соответствующей линии порта. Если выводы РВ0…РВ7 используются как входы и извне устанавливаются в низкое состояние, они являются источниками тока, если включены внутренние подтягивающие резисторы. Кроме того, порт В обслуживает некоторые специальные функции, которые будут описаны ниже.

PORT D (PD6…PD0) — порт D является 7-битовым двунаправленным параллельным портом ввода/вывода с встроенными подтягивающими резисторами. Выходные буферы порта D также могут поглощать ток до 20 мА. Как входы, установленные в низкое состояние, выводы порта D являются источниками тока, если задействованы подтягивающие резисторы. Кроме того, порт D обслуживает некоторые специальные функции, которые будут описаны ниже.

RESET — вход сброса. Удержание на входе низкого уровня в течение двух машинных циклов (если работает тактовый генератор), перезапускает микроконтроллер.

XTAL1 — вход инвертирующего усилителя генератора и вход внешнего тактового сигнала.

XTAL2 — выход инвертирующего усилителя генератора.



Рис. 2.1. Выводы микроконтроллера AT90S2313


Кварцевый генератор

Выводы XTAL1 и XTAL2 являются входом и выходом инвертирующего усилителя, на котором можно собрать генератор тактовых импульсов. Можно использовать как кварцевые, так и керамические резонаторы. Если нужно использовать внешний тактовый сигнал, он подается на вывод XTAL1, а вывод XTAL2 при этом остается неподключенным.



Рис. 2.2. Подключение кварцевого резонатора к микроконтроллеру



Рис. 2.3. Подключение внешнего источника тактовых импульсов

2.2. Обзор архитектуры AT90S2313

Файл регистров общего назначения

Регистровый файл микроконтроллера содержит 32 8-разрядных регистра общего назначения, доступ к которым осуществляется за один машинный цикл. Благодаря этому микроконтроллер может выполнить большинство команд за один цикл тактовой частоты.

АЛУ поддерживает арифметические и логические операции с регистрами, с константами и регистрами.

Кроме регистровых операций, для работы с регистровым файлом могут использоваться доступные режимы адресации, так как регистровый файл занимает адреса $00-$1F в области данных, обращаться к ним можно и как к ячейкам памяти.

Пространство ввода/вывода состоит из 64 адресов для периферийных функций процессора, таких, как управляющие регистры, таймеры/счетчики и др. Доступ к пространству ввода/вывода может осуществляться непосредственно как к ячейкам памяти, расположенным после регистрового файла ($20—$5F).

Большинство команд, использующих регистры, могут использовать любые регистры общего назначения. Исключение составляют пять команд, оперирующих с константами: SBCI, SUBI, CPI, ANDI, ORI и команда LDI, загружающая регистр константой. Эти команды работают только со второй половиной регистрового файла — R16…R31.

Каждому регистру присвоен адрес в пространстве данных, они отображаются на первые 32 ячейки ОЗУ. Хотя регистровый файл физически размещен вне ОЗУ, подобная организация памяти дает гибкий доступ к регистрам.

Шесть из 32 регистров — R26…R31 — можно использовать как три 16-разрядных адресных указателя в адресном пространстве данных. Один из трех адресных указателей (регистр Z) можно использовать для адресации таблиц в памяти программ. Эти регистры обозначаются как X, Y, Z и определены следующим образом:



Рис. 2.4. Регистры X, Y, Z


При различных режимах адресации эти регистры могут использоваться как фиксированный адрес, для адресации с автоинкрементом или с автодекрементом.

При разработке микроконтроллеров семейства AVR была использована так называемая гарвардская архитектура. Смысл ее состоит в том, что память программ и данных программы располагается в разных областях памяти. На рис. 2.5 изображена структура памяти микроконтроллеров AVR.

Доступ к памяти программ осуществляется следующим образом: во время выполнения одной команды следующая команда выбирается из памяти программ. Это дает возможность выполнять по одной команде за каждый машинный цикл.

При помощи команд относительных переходов и вызова подпрограмм осуществляется доступ ко всему адресному пространству. Большая часть команд микроконтроллеров AVR имеет размер 16-разрядов одно слово. Каждый адрес в памяти программ содержит одну 16- или 32-разрядную команду.

При обработке прерываний и вызове подпрограмм адрес возврата запоминается в стеке. Стек размещается в оперативной памяти данных общего назначения (SRAM), его размер ограничен только размером доступной памяти SRAM и ее использованием в программе. Все программы пользователя должны инициализировать указатель стека (SP) сразу после запуска микроконтроллера, до того как вызываются подпрограммы и разрешаются прерывания. Исключение составляют микроконтроллеры, не имеющие оперативной памяти данных (SRAM), например, AT90S1200. У этих микроконтроллеров реализован аппаратный стек глубиной 3. Это обязательно следует учитывать при написании для них программ.



Рис. 2.5. Структура памяти микроконтроллеров AVR


Все пространство памяти AVR является линейным и непрерывным.

Модуль прерываний имеет собственный управляющий регистр в пространстве ввода/вывода, и флаг глобального разрешения прерываний в регистре состояния. Каждому прерыванию назначен свой вектор в начальной области памяти программ. Различные прерывания имеют приоритет в соответствии с расположением их векторов. По младшим адресам расположены векторы с большим приоритетом.


Режимы адресации

Прямая регистровая адресация с одним регистром Rd

Данные, над которыми осуществляется операция (или используются при выполнении операции), находятся в регистре d (Rd).


Прямая регистровая адресация с двумя регистрами — Rd и Rr

Данные, над которыми осуществляется операция, находятся в регистрах r(Rr) и d(Rd). Результат операции сохраняется в регистре d (Rd).



Рис. 2.6. Прямая регистровая адресация с одним регистром



Рис. 2.7. Прямая регистровая адресация с двумя регистрами


Прямая адресация к области ввода/вывода



Рис. 2.8. Прямая адресация к области ввода/вывода


n — адрес регистра, используемого в операции, находится непосредственно в коде команды, в битах 0…5.


Прямая адресация к памяти данных



Рис. 2.9. Прямая адресация к памяти данных


16-разрядный адрес ячейки памяти данных находится в коде команды, состоящей из двух слов. Rr/Rd определяет регистр, используемый при работе с памятью данных (т. е. регистр, куда записываются результаты операции либо откуда они берутся для выполнения операции).


Косвенная адресация к памяти данных со смещением



Рис. 2.10. Косвенная адресация к памяти данных со смещением


Адрес операнда определяется как сумма содержимого Z или Y регистра и бит 0…5 кода команды.


Косвенная адресация к памяти данных



Рис. 2.11. Косвенная адресация к памяти данных Адрес операнда находится в Х-, Y- или Z-регистре.


Косвенная адресация к памяти данных с предварительным декрементом



Рис. 2.12. Косвенная адресация к памяти данных с предварительным декрементом


Адрес операнда находится в Х-, Y- или Z-регистре. Однако перед выполнением операции соответствующий индексный регистр Х-, Y- или Z уменьшается на единицу.


Косвенная адресация к памяти данных с постинкрементом



Рис. 2.13. Косвенная адресация к памяти данных с постинкрементом


Адрес операнда находится в Х-, Y- или Z-регистре. После выполнения операции соответствующий индексный регистр Х-, Y- или Z увеличивается на единицу.


Адресация к константам в памяти программ



Рис. 2.14. Адресация к константам в памяти программ


Адрес константы — байта содержится в регистре Z. 15 старших битов определяют адрес слова, а младший (0) бит — младший или старший байт константы в памяти программ. Если в младшем бите


Косвенная адресация памяти программ



Рис. 2.15Косвенная адресация памяти программ


После операций IJMP или ICALL выполнение программы продолжается с адреса, записанного в Z-регистре (т. е. в PC счетчик команд микроконтроллера записывается содержимое Z-регистра).


Относительная адресация памяти программ



Рис. 2.16. Относительная адресация памяти программ


После операций RJMP или RCALL выполнение программы продолжается с адреса РС+k+1. Относительный адрес к может составлять от -2048 до 2047.


Арифметико-логическое устройство

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) микроконтроллера непосредственно подключено к 32 регистрам общего назначения. За один машинный цикл АЛУ производит операции между регистрами регистрового файла. АЛУ может выполнять арифметические, логические и битовые операции.


Память программ

AT90S2313 содержит 2 Кб флэш-памяти для хранения программ. Флэш-память организована как 1Кх16. В фирменном описании микроконтроллера утверждается, что флэш-память можно перепрограммировать до 1000 раз.

Программный счетчик имеет ширину 10 битов и позволяет адресовать 1024 слов памяти программ.

Способы занесения информации (т. е. программ) во флэш-память микроконтроллера будут рассмотрены дальше.


EEPROM память данных

AT90S2313 содержит 128 байтов электрически стираемой энергонезависимой памяти (EEPROM). EEPROM организована как отдельная область данных, каждый байт которой может быть прочитан и при необходимости перезаписан. EEPROM выдерживает не менее 100 000 циклов записи/стирания. К этой памяти может обращаться программа, считывая или записывая какие-либо данные. Кроме того, данные в эту память можно занести с помощью специального устройства — программатора, на этапе изготовления и программирования конструкции. Ее удобно использовать для хранения каких-либо констант.


Оперативная память данных

На рис. 2.17 показана организация памяти данных в AT90S2313.

224 ячейки памяти включают в себя регистровый файл, память ввода/вывода и оперативную память данных.



Рис. 2.17. Организация памяти данных в микроконтроллере AT90S2313


Первые 96 адресов используются для регистрового файла и памяти ввода/вывода, следующие 128 — для ОЗУ данных.

При обращении к памяти используются пять различных режимов адресации: прямой, непосредственный со смещением, непосредственный, непосредственный с предварительным декрементом и непосредственный с постинкрементом. Регистры R26…R31 регистрового файла используются как указатели для непосредственной адресации.

Прямая адресация имеет доступ ко всей памяти данных. Непосредственная адресация со смещением используется для доступа к 63 ячейкам, базовый адрес которых задается содержимым регистров Y или Z.

Для непосредственной адресации с инкрементом и декрементом адреса используются адресные регистры X, Y и Z.

При помощи любого из этих режимов можно осуществлять доступ ко всем 32 регистрам общего назначения, 64 регистрам ввода/вывода и 128 ячейкам ОЗУ.


Время выполнения команд

ЦПУ процессора AVR управляется тактовой частотой, генерируемой внешним резонатором. Внутреннее деление частоты генератора в микроконтроллерах семейства AVR не используется.

В микроконтроллере процесс выполнения команд организован так, что при выборе команды из памяти программ происходит выполнение предыдущей команды. Это позволяет достичь быстродействия 1 MIPS на МГц.




Все устройства ввода/вывода и периферийные устройства AT90S2313 располагаются в пространстве ввода/вывода. Различные ячейки этого пространства доступны через команды IN и OUT, пересылающие данные между одним из 32 регистров общего назначения и пространством ввода/вывода. К регистрам $00…$1F можно осуществлять побитовый доступ командами SBI и CBI. Значение отдельного бита этих регистров можно проверить командами SBIC и SBIS. Дополнительную информацию по этому вопросу можно найти в описании системы команд.

При использовании специальных команд IN, OUT, SBIS и SBIC должны использоваться адреса $00…$3F. При доступе к регистру ввода/вывода как к ячейке ОЗУ к его адресу необходимо добавить $20. В приведенной выше таблице адреса регистров в памяти данных приведены в скобках.


Регистр состояния — SREG


Рис. 2.18. Регистр состояния


Регистр состояния расположен по адресу $3F ($5F) пространства ввода/вывода и определен следующим образом:

Бит 7 — I: общее разрешение прерываний. Для разрешения прерываний этот бит должен быть установлен в единицу. Управление отдельными прерываниями производится регистрами маски прерываний — GIMCK и TIMCK. Если бит 1 = 0, независимо от состояния GIMCK/TIMCK прерывания запрещены. Бит I обнуляется аппаратно после входа в прерывание и восстанавливается в состояние 1 командой возврата из подпрограммы обработки прерываний RETI, для разрешения обработки последующих прерываний.

Бит 6 — Т: хранение копируемого бита. Бит из регистра регистрового файла может быть скопирован в Т командой BST, бит Т может быть скопирован в бит регистрового файла командой BLD.

Бит 5 — Н: флаг половинного переноса. Этот флаг индицирует перенос из младшей половины байта при некоторых арифметических операциях. Подробнее об этом можно прочитать в описании системы команд.

Бит 4 — S: бит знака, S = N XOR V. Бит S равен исключающему ИЛИ между флагами N (отрицательный результат) и V (переполнение дополнения до двух). Если после операций сложения или вычитания чисел со знаком флаг переполнения V будет установлен в 1, то результатом будет 9-разрядное число, причем старшим (т. е. знаковым) разрядом числа будет флаг S, а 8 остальных битов результата будут храниться в 8-разрядном регистре-приемнике выполнявшейся операции.

Бит 3 — V: флаг переполнения дополнения до двух. Этот флаг надо проверять после операций сложения или вычитания чисел в дополнительном коде. Он устанавливается в том случае, если результат операции выходит за пределы диапазона от -128 до +127. Это — допустимый диапазон чисел со знаком, которые можно сохранить в 8 разрядах. Соответственно, бит V установится в 1, если при сложении двух положительных чисел получится число, большее 127, или при сложении двух отрицательных чисел — меньше -128.

Бит 2 — N: флаг отрицательного результата. Этот флаг устанавливается в 1, если старший (знаковый) разряд (бит 7) равен 1, что означает, что результат отрицателен. Следует, однако, отметить, что флаг может быть также установлен и в результате логических операций.

Бит 1 — Z: флаг нулевого результата. Этот флаг индицирует нулевой результат различных арифметических и логических операций. Подробнее об этом можно прочитать в описании системы команд.

Бит 0 — С: флаг переноса. Этот флаг индицирует перенос в арифметических и логических операциях. Подробнее об этом можно прочитать в описании системы команд.


Указатель стека SP

Этот 8-разрядный регистр с адресом $3D ($5D) хранит указатель стека процессора AT90S2313. Восьми разрядов достаточно для адресации ОЗУ в пределах $60 — $DF.



Рис. 2.19. Указатель стека


Указатель стека указывает на область памяти, в которой сохраняется адрес возврата из подпрограмм и прерываний. Также с помощью стека подпрограммы могут получать или передавать данные.

Область стека в ОЗУ должна быть задана до того, как произойдет любой вызов подпрограммы или будут разрешены прерывания. Указатель стека уменьшается на 1 при записи данных в стек командой PUSH, и уменьшается на 2 при вызове подпрограммы командой CALL или обработке прерывания. Указатель стека увеличивается на 1 при выборе данных из стека командой POP и увеличивается на 2 при выполнении команд возврата из подпрограммы или обработчика прерывания (RET или RETI).

2.3. Перезапуск микроконтроллера (сброс) и обработка прерываний

В AT90S2313 предусмотрены 10 источников прерываний. Эти прерывания и сброс имеют различные векторы в области памяти программ. Каждому из прерываний присвоен отдельный бит, разрешающий данное прерывание при установке бита в 1 (если, конечно, прерывания вообще разрешены, т. е. бит 1=1).

Самые младшие адреса памяти программ определены как векторы прерываний. Полный список векторов прерываний приведен в табл. 2.2. Этот список определяет и приоритет различных прерываний. Меньшие адреса соответствуют более высокому уровню приоритета. Самый высокий уровень у сброса, следующий приоритет у INTO — внешнего запроса прерывания 0 и т. д.

Ниже приведен типичный фрагмент программы обработки сброса и векторов прерываний:

Адрес Команда; Комментарий

$000 rjmp RESET; Обработка сброса

$001 rjmp EXT_INTO; Обработка IRQO

$002 rjmp EXT_INT1; Обработка IRQ1

$003 rjmp TIM_CAPT1; Обработка захвата таймера 1

$004 rjmp TIM_C0MP1; Обработка совпадения таймера 1

$005 rjmp TIM_OVF1; Обработка переполнения таймера 1

$006 rjmp TIH_OVF0; Обработка переполнения таймера О

$007 rjmp UART_RXC; Обработка приема байта

$008 rjmp UART_DRE; Обработка освобождения UDR

$009 rjmp UART_TXC; Обработка передачи байта

$00a rjmp ANA_COHP; Обработка аналогового компаратора

$00b MAIN:; Начало основной программы



Источники сброса

AT90S2313 имеет три источника сброса (перезапуска микроконтроллера):

• сброс по включению питания. Процессор сбрасывается при подаче питания на выводы VCC и GND;

• внешний сброс. Процессор сбрасывается при подаче низкого уровня на вывод RESET на время более двух периодов тактовой частоты;

• сброс от сторожевого таймера. Процессор сбрасывается по окончании времени отработки сторожевого таймера, если разрешена его работа.

Во время сброса все регистры ввода/вывода устанавливаются в начальные значения, программа начинает выполняться с адреса $000, по этому адресу должна быть записана команда RJMP — относительный переход на программу обработки сброса. Если в программе не разрешаются прерывания и векторы прерываний не используются, программа может начинаться с нулевого адреса.


Сброс по включении питания

Специальная схема, встроенная в микроконтроллер, — цепь сброса по включении питания, обеспечивает запрет включения процессора до тех пор, пока напряжение питания не достигнет безопасного уровня. После того как напряжение питания достигнет уровня включения, процессор не включается до тех пор, пока встроенный таймер не обработает несколько рабочих периодов сторожевого таймера.

Поскольку к выводу RESET подключен подтягивающий резистор, этот вывод может оставаться неподключенным, если не требуется внешний сброс. Время включения после подачи питания может быть увеличено удержанием вывода сброса на низком уровне.


Внешний сброс

Внешний сброс обрабатывается по низкому уровню на выводе RESET. Вывод должен удерживаться в низком состоянии, по крайней мере, два периода тактовой частоты. После снятия сигнала 0 с вывода Reset через некоторое время (так же как при сбросе по включению питания) микроконтроллер запускается.


Сброс по сторожевому таймеру

После отработки заданного при его инициализации интервала времени сторожевой таймер вырабатывает импульс сброса, перезапуская при этом микроконтроллер.

2.4. Обработка прерываний

AT90S2313 имеет два регистра маски прерываний GIMCK — общий регистр маски прерываний и TIMCK — регистр маски прерываний от таймера/счетчика.

Когда возникает прерывание, бит глобального разрешения прерываний I сбрасывается (ему присваивается значение 0) и все прерывания запрещаются. Программа пользователя может установить этот бит для разрешения прерываний. Флаг разрешения прерываний I автоматически устанавливается в 1 при выполнении команды выхода из прерывания — RETI.

Для прерываний, вызываемых статическими событиями, например переполнение таймера 0, флаг соответствующего прерывания устанавливается при возникновении события. Если флаг прерывания очищен и присутствует условие возникновения прерывания, флаг не будет установлен, пока не произойдет следующее событие.

Когда программный счетчик устанавливается на текущий вектор прерывания для его обработки, соответствующий флаг, сгенерированный прерыванием, аппаратно сбрасывается. Некоторые флаги прерывания могут быть сброшены записью логической единицы и бит, соответствующий флагу.



Рис. 2.20. Общий регистр маски прерываний GIMCK


Бит 7 — INT1: запрос внешнего прерывания 1 разрешен. Когда этот бит установлен, а также установлен бит I, разрешается прерывание от внешнего вывода. Биты управления запуском прерывания (ISC11 и ISC10) в регистре управления микроконтроллеров (MCUCR) определяют, по какому событию отрабатывается прерывание — по спадающему или нарастающему фронту или по уровню Активность на выводе приводит к возникновению прерываний, даже если вывод сконфигурирован как выход. При возникновении прерывания выполняется переход по адресу $001 для выполнения подпрограммы обработки прерывания.

Бит 6 — INTO: запрос внешнего прерывания 0 разрешен. Когда этот бит установлен, а также установлен бит I, разрешается прерывание от внешнего вывода. Биты управления запуском прерывания (ISC01 и ISC00) в регистре управления микроконтроллером (MCUCR) определяют, по какому событию отрабатывается прерывание — по спадающему или нарастающему фронту или по уровню Активность на выводе приводит к возникновению прерываний, даже если вывод сконфигурирован как выход. При возникновении прерывания выполняется переход по адресу $001 для выполнения подпрограммы обработки прерывания.

Биты 5…0 — в AT90S2313 эти биты зарезервированы и всегда читаются как 0.



Рис. 2.21. Общий регистр флагов прерываний GIFR


Бит 7 — INTF1: флаг внешнего прерывания 1. При возникновении на выводе INT1 события, вызывающего прерывание, INTF1 устанавливается в 1. Если установлены бит 1 регистра SREG и бит INT1 в GIMCK, происходит переход на вектор прерывания по адресу $002. Флаг очищается после выполнения обработчика прерывания. Кроме того, флаг можно очистить, записав в него логическую единицу.

Бит 6 — INTF0: флаг внешнего прерывания 0. При возникновении на выводе INTO события, вызывающего прерывание, INTF0 устанавливается в 1. Если установлены бит I регистра SREG и бит INTO в GIMCK, происходит переход на вектор прерывания по адресу $001. Флаг очищается после выполнения обработчика прерывания. Кроме того, флаг можно очистить, записав в него логическую единицу.

Биты 5…0 — в AT90S2313 зарезервированы и всегда читаются как 0.



Рис. 2.22. Регистр маски прерываний от таймера/счетчика TIMCK


Бит 7 — TOIE1: разрешение прерывания по переполнению таймера/счетчика 1. Если установлены этот бит и бит разрешения прерываний в регистре состояния, разрешены прерывания по переполнению таймера/счетчика 1. Соответствующее прерывание (вектор $005) выполняется при переполнении таймера/счетчика 1. В регистре флагов таймеров/счетчиков (TIFR) устанавливается флаг переполнения. Если таймер/счетчик 1 работает в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ), флаг переполнения устанавливается при изменении направления счета, при значении $0000.

Бит 6 — OCIE1А: разрешение прерывания по совпадению таймера/счетчика 1. Если установлены бит OCIE1А и бит разрешения прерывания в регистре состояния, разрешены прерывания по совпадению таймера/счетчика 1. Прерывание (вектор $004) выполняется при равенстве таймера/счетчика 1 и регистра совпадения. Во флаговом регистре TIFR устанавливается в 1 флаг совпадения.

Биты 5, 4 — в AT90S2313 зарезервированы и всегда читаются как 0.

Бит 3 — TICIE1: разрешение прерывания по входу захвата. Если установлены бит TICIE1 и бит разрешения прерывания в регистре состояния, разрешены прерывания по входу захвата. Соответствующее прерывание (вектор $003) выполняется по сигналу захвата на выводе 11 (PD6/1CP). Во флаговом регистре TIFR устанавливаете» флаг захвата.

Бит 2 — в AT90S2313 зарезервирован и всегда читается как 0.

Бит 1 — TOIEO: разрешение прерывания по переполнению таймера/счетчика 0. Если этот бит установлен в 1 и бит I в регистре состояния установлен в 1, разрешены прерывания по переполнению! таймера/счетчика 0. При возникновении переполнения выполняется переход на соответствующий вектор прерывания ($006). Флаг переполнения (TOVO) во флаговом регистре прерываний (TIFR) таймеров/счетчиков устанавливается в 1.

Бит 0 — в AT90S2313 зарезервирован и всегда читается как 0.



Рис. 2.23. Регистр флагов прерываний от таймеров/счетчиков TIFR


Бит 7 — TOV1: флаг переполнения таймера/счетчика I. Фла1 TOV1 устанавливается в 1 при возникновении переполнения таймера/счетчика 1. Флаг TOV 1 сбрасывается аппаратно при выполнение соответствующего вектора обработки прерывания. Кроме того, флаг можно сбросить, записав в него логическую единицу. Если установлены. бит I в SREG и бит TOIE1 в Т1МСК, при установке бита TOV1 выполняется прерывание по переполнению таймера/счетчика 1. В режиме ШИМ этот бит устанавливается, когда таймер/счетчик 1 изменяет направление счета при значении $0000.

Бит 6 — OCF1A: флаг выхода совпадения 1 А. Флаг устанавливается в 1 если происходит совпадение значения таймера/счетчика 1 и данных в регистре OCR1A. Флаг очищается аппаратно при выполнении соответствующего вектора прерывания. Кроме того, флаг можно сбросить, записав в него логическую единицу. Если установлены бит I в SREG и бит OCIE1А в TIMCK, при установке бита OCF1А выполняется прерывание.

Биты 5, 4 — в AT90S2313 зарезервированы и всегда читаются как 0.

Бит 3 — ICF1: флаг входа захвата 1. Бит устанавливается в 1 при возникновении события захвата по входу, он индицирует, что значение таймера/счетчика 1 скопировано в регистр захвата по входу ICR1. ICF1 очищается при выполнении соответствующего вектора обработки прерывания. Кроме того, флаг можно очистить, записав в него логическую единицу.

Бит 2 — в AT90S2313 зарезервирован и всегда читается как 0.

Бит 1 — TOV0: флаг переполнения таймера счетчика 1. Флаг TOV0 устанавливается при переполнении таймера/счетчика 0. Флаг сбрасывается аппаратно при выполнении соответствующего вектора прерывания. Кроме того, флаг можно очистить, записав в него логическую единицу. Если установлены бит I в SREG и бит TOIE0 в TIMCK, при установке бита TOV0 выполняется прерывание по переполнению таймера/счетчика 0.

Бит 0 — в AT90S2313 зарезервирован и всегда читается как 0.


Внешние прерывания

Внешние прерывания управляются выводами INT0 и INT1. Обратите внимание на то, что прерывания обрабатываются, даже когда выводы сконфигурированы как выходы. Это позволяет генерировать программные прерывания. Внешние прерывания могут возникать по спадающему или нарастающему фронту, а также по низкому уровню. Это устанавливается в регистре управления процессором MCUCR.

Если внешние прерывания разрешены и сконфигурированы на отработку по уровню, прерывание будет вырабатываться до тех пор, пои вывод удерживается в низком состоянии.

Управление работой внешних прерываний рассмотрено при описании регистра управления процессором MCUCR.


Время реакции на прерывание

Минимальное время реакции на любое из предусмотренных процессоре, прерываний — 4 периода тактовой частоты. После 4 циклов вызывается программный вектор, обрабатывающий данное прерывание. За эти 4 цикла программный счетчик записывается в ста указатель стека уменьшается на 2. Программный вектор представляет собой относительный переход на подпрограмму обслуживания прерывания, и этот переход занимает 2 периода тактовой частоты. Если прерывание происходит во время выполнения команды, длящейся несколько циклов, перед вызовом прерывания завершаете выполнение этой команды.

Выход из программы обслуживания прерывания занимает 4 периода тактовой частоты. За эти 4 периода из стека восстанавливаете программный счетчик. После выхода из прерывания процессор всегда выполняет еще одну команду, прежде чем обслужить любое отложенное прерывание.

Заметим, что регистр состояния SREG аппаратно не сохраняете процессором как при вызове подпрограмм, так и при обслуживании прерываний. Если программа требует сохранения SREG, оно должно производиться программой пользователя.



Рис. 2.24. Регистр управления микроконтроллером MCUCR


Биты 7, 6 — в AT90S2313 эти биты зарезервированы и всегда читаются как 0.

Бит 5 — SE: разрешение режима Sleep. Этот бит должен быть установлен в 1, чтобы при выполнении команды SLEEP процессор переходил в режим пониженного энергопотребления. Этот бит должен быть установлен в 1 до исполнения команды SLEEP.

Бит 4 — SM: режим Sleep. Этот бит выбирает один из двух режимов пониженного энергопотребления. Если бит сброшен, в качестве режима Sleep выбирается холостой режим (Idle mode). Если бит установлен — выбирается экономичный режим (Power Down). Особенности каждого из режимов будут рассмотрены ниже.

Биты 3, 2 — ISC11, ISC10: биты управления срабатыванием прерывания 1. Внешнее прерывание активируется выводом INT1, если установлен флаг I регистра состояния SREG и установлена соответствующая маска в регистре GIMCK. Срабатывание по уровню и фронтам задается следующим образом:




Биты 1, 0 — ISC01, ISC00: биты управления срабатывание прерывания 0. Внешнее прерывание активируется выводом INT0, если установлен флаг 1 регистра состояния SREG и установлена соответствующая маска в регистре GIMCK. В табл. 2.4 приведена установка битов для задания срабатывания по уровню и фронтам.

2.5. Режимы пониженного энергопотребления

Для запуска режима пониженного энергопотребления должен быть установлен в состояние 1 бит SE регистра MCUCR и должна быть выполнена команда SLEEP. Если во время нахождения в режиме пониженного потребления происходит одно из разрешенных прерываний, процессор начинает работать, исполняет подпрограмму отработки прерывания и продолжает выполнение программы с команды, следующей за SLEEP. Содержимое регистрового файла и память ввода/вывода не изменяется. Если в режиме пониженного потребления происходит сброс, процессор начинает выполнение программы., вектора сброса.

Если для вывода из экономичного режима используется прерывание по уровню, низкий уровень должен удерживаться на время, достаточное для запуска генератора тактовых импульсов, — не менее 16 мс. Иначе флаг прерывания может вернуться в 0 до того, как процессор начнет работу.


Режим холостого хода

Когда бит SM сброшен, команда SLEEP переводит процессор в режим холостого хода (Idle mode). ЦПУ останавливается, но таймеры/счетчики, сторожевой таймер и система прерываний продолжают работать. Это позволяет процессору возобновлять работу как с внешних прерываний, так и по переполнению таймеров/счетчики или по сбросу от сторожевого таймера. Если прерывание от аналогового компаратора не требуется, аналоговый компаратор может быть отключен установкой бита ACD регистра ACSR. Это уменьшает потребляемую мощность.


Экономичный режим

Когда бит SM = 1, команда SLEEP переводит процессор в экономичный режим (Power Down Mode). В этом режиме останавливается генератор тактовых импульсов. Программист может разрешить работу сторожевого таймера в этом режиме. Если сторожевой таймер разрешен, процессор выходит из экономичного режима после отработки периода сторожевого таймера. Если сторожевой таймер запрещен, выход из экономичного режима может произойти только по внешнему сбросу или внешнему прерыванию по уровню.

2.6. Таймеры/счетчики

В AT90S2313 предусмотрены два таймера/счетчика общего назначения: 8-разрядный и 16-разрядный. Каждый из таймеров индивидуально подключается к одному из выходов 10-разрядного предварительного делителя частоты. Оба таймера могут использоваться как таймеры с внутренним источником импульсов или как счетчики импульсов, поступающих извне.

В качестве источника импульсов для таймеров можно выбрать сигнал тактовой частотой микроконтроллера (СК), импульсы предварительного делителя (СК/8, СК/64, СК/256 или СКУ1024) или импульсы с соответствующего внешнего вывода. На рис. 2.25 изображена структурная схема предварительного делителя частоты.

Кроме того, таймеры могут быть остановлены.



Рис. 2.25. Предварительный делитель тактовой частоты для таймеров


8-разрядный таймер/счетчик 0

8-разрядный таймер/счетчик может получать импульсы тактовой частоты — СК, импульсы с предварительного делителя (СК/8, СК/64, СК/256 или СК/1024), импульсы с внешнего вывода или быть остановлен соответствующими установками регистра TCCR0. Флаг переполнения таймера находится в регистре TIFR. Биты управления таймером расположены в регистре TCCR0. Разрешение и запрещение прерываний от таймера управляется регистром TIMCK.

При работе таймера/счетчика от внешнего сигнала этот сигнал синхронизируется с тактовым генератором микроконтроллера. Для правильной обработки внешнего сигнала минимальное время между соседними импульсами должно превышать период тактовой частоты процессора. Сигнал внешнего источника обрабатывается по спадающему фронту тактовой частоты процессора.



Рис. 2.26. Блок-схема таймера/счетчика 0



Рис. 2.27. Регистр управления таймером/счетчиком 0 TCCR0


Биты 7…3 — в AT90S2313 зарезервированы и всегда читаются как 0.

Биты 2, 1, 0 — CS02, CS01, CS00 — выбор тактовой частоты. Эти биты задают коэффициент деления предварительного делителя.



Условие «Таймер/счетчик остановлен» запрещает или разрешает функционирование таймера/счетчика. В режимах деления используется частота тактового генератора микроконтроллера. При работе от внешнего источника предварительно должен быть установлен соответствующий бит регистра направления данных.



Рис. 2.28. Таймер/счетчик 0 TCNT0


Таймер/счетчик реализован как нарастающий счетчик с возможностью чтения и записи. При записи таймера/счетчика, если присутствуют тактовые импульсы, таймер/счетчик продолжает счет в следующем за операцией записи тактовом цикле таймера.


16-разрядный таймер/счетчик 1

16-разрядный таймер/счетчик может получать импульсы тактовой частоты — СК, импульсы с предварительного делителя (СК/8, СК/64, СК/256 или СК/1024), импульсы с внешнего вывода или быть остановлен соответствующими установками регистра TCCR1A. Флаги состояния таймера (переполнения, совпадения и захвата) и управляющие сигналы находятся в регистре TIFR. Разрешение и запрещение прерываний от таймера 1 управляется регистром TIMCK.



Рис. 2.29. Блок-схема таймера/счетчика 1


При работе таймера/счетчика 1 от внешнего сигнала этот сигнал синхронизируется с тактовым генератором микроконтроллера. Для правильной обработки внешнего сигнала минимальное время между соседними импульсами должно превышать период тактовой частоты процессора. Сигнал внешнего источника обрабатывается по спадающему фронту тактовой частоты процессора.

Таймер/счетчик 1 поддерживает функцию совпадения, используя регистр совпадения OCR1А в качестве источника для сравнения с содержимым счетчика. Функция совпадения поддерживает очистку счетчика и переключение выхода по совпадению.

Таймер/счетчик 1 можно использовать как 8-, 9- или 10-разрядный широтно-импульсный модулятор (ШИМ). В этом режиме счетчик и регистр OCR1 работают как защищенный от дребезга независимый ШИМ с отцентрованными импульсами. Подробнее эта функция будет описана ниже.

Функция захвата по входу предусматривает захват содержимого таймера/счетчика 1 в регистр захвата ICR1 и управляется внешним сигналом на входе захвата — ICP. Работа режима захвата определяется управляющим регистром TCCR1.

При работе захвата по входу может быть включена схема подавления шума, при этом сигнал захвата возникает только в том случае, если событие, управляющее захватом, наблюдается на протяжении 4 машинных циклов.



Рис. 2.30. Регистр А управления таймером/счетчиком 1 TCCR1A


Биты 7, 6 — СОМ1А1, СОМ1А0: режим выхода совпадения, биты 1 и 0. Эти управляющие биты надают отклик вывода ОС 1 процессора на совпадение регистра сравнения и таймера/счетчика 1. Поскольку это апьтернативная функция пор га, соответствующий бит направления должен устанавливать вывод на выход. Конфигурация управляющих битов показана в следующей таблице.



В режиме ШИМ эти биты имеют другие функции, которые указаны в табл. 2.10.

При изменении битов СОМ1А1 и СОМ1А0 прерывание по совпадению должно быть запрещено очисткой соответствующего бита в регистре TIMCK. В противном случае прерывание может произойти во время изменения этих битов.

Биты 5…2 — в AT90S2313 зарезервированы и всегда читаются как 0.

Биты 1,0 — PWM11, PWM10: биты установки ШИМ. Эти биты устанавливают режим работы таймера/счетчика 1 в качестве ШИМ (табл. 2.7). Подробнее этот режим будет рассмотрен ниже.




Рис. 2.31. Регистр управления таймером/счетчиком 1 TCCR1B


Бит 7 — ICNC1: подавитель входного шума входа захвата. Если ICNC1=0, подавление входного шума входа захвата запрещено. При этом захват срабатывает по первому заданному (нарастающему или спадающему) фронту сигнала на выводе ICP. При установке бита обрабатываются четыре последовательные выборки сигнала на выводе ICP. Для срабатывания захвата все выборки должны соответствовать уровню, заданному битом ICES1. Частота выборок равна тактовой частоте процессора.

Бит 6 — ICES1: выбор фронта сигнала захвата. Если бит ICES1 = 0, содержимое таймера/счетчика 1 переписывается в регистр захвата по спадающему фронту сигнала на выводе ICP. Если бит установлен — по нарастающему фронту сигнала.

Биты 5, 4 — в AT90S2313 зарезервированы и всегда читаются как 0.

Бит 3 — СТС1: очистка таймера/счетчика 1 по совпадению. Если бит СТС1 = 1, таймер/счетчик 1 устанавливается в $0000 в такте, следующем за событием совпадения. Если бит сброшен, таймер/счетчик 1 продолжает считать, пока не будет остановлен, сброшен, произойдет его переполнение или изменение направления счета. В режиме ШИМ этот бит не работает.

Биты 2, 1, 0 — CS12, CS11, CS10: выбор источника тактирования. Эти биты определяют источник счетных импульсов для таймера/счетчика 1.




Рис. 2.32. Таймер/счетчик 1 TCNT1H и TCNT1L


Это 16-разрядный регистр, содержащий текущее значение таймера/счетчика 1. Чтобы чтение и запись двух байтов счетчика происходило синхронно, для работы с ним используется временный регистр (TEMP).

Запись в таймер/счетчик 1: при записи старшего байта в TCNT1H записываемые данные помещаются в регистр TEMP. Затем, при записи младшего байта, он вместе с данными из TEMP переписывается в таймер/счетчик 1. Таким образом, при записи 16-разрядного значения первым должен записываться байт в TCNT1H;

Чтение таймера/счетчика 1: при чтении младшего байта из TCNT1L он посылается в процессор, а данные из TCNT1H переписываются в регистр TEMP, т. е. одновременно читаются все 16 разрядов. При последующем чтении регистра TCNT1H данные берутся из регистра TEMP.

Таймер/счетчик 1 организован как суммирующий счетчик (в режиме ШИМ — суммирующий/вычитающий) с возможностью чтения и записи. Если выбран источник тактовых импульсов для таймера/счетчика 1, после записи в него нового значения он продолжает счет в следующем после записи периоде тактовой частоты.



Рис. 2.33. Регистр совпадения А таймера/счетчика 1


Регистр совпадения — 16-разрядный регистр, доступный для чтения и записи.

В этом регистре хранятся данные, которые непрерывно сравниваются с текущим значением таймера/счетчика 1. Действие по совпадению задается регистрами управления таймером/счетчиком 1 и регистром состояния.

Поскольку регистр OCR1A 16-разрядный, при записи нового значения в регистр, для того чтобы оба байта регистра записывались одновременно, используется временный регистр. При записи старшего байта данные помещаются во временный регистр, который переписывается в OCR1АН при записи младшего байта в OCR1AL. Таким образом, для записи в регистр первым должен записываться старший байт.



Рис. 2.34. Регистр захвата таймера/счетчика 1 ICR1H и ICR1L


Регистр захвата — 16-разрядный регистр, доступный только для чтения. По нарастающему или спадающему фронту (в соответствии с выбором фронта импульса захвата ICES1) сигнала на выводе ICP текущее значение таймера/счетчика 1 переписывается в регистр захвата ICR1. В это же время устанавливается флаг захвата ICF1.

Поскольку регистр захвата является 16-разрядным, для чтения его значения, чтобы оба байта прочитались одновременно, используется временный регистр. При чтении младшего байта ICR1L старший байт регистра ICR1H переписывается во временный регистр. При чтении старшего байта он принимается из временного регистра. Таким образом, для чтения 16-разрядного регистра первым должен читаться младший байт.


Таймер/счетчик в режиме ШИМ

При выборе режима широтно-импульсной модуляции (ШИМ) таймер/счетчик 1 и регистр совпадения OCR1А формируют 8-, 9- или 10-разрядный непрерывный, свободный от «дрожания» и правильный по фазе сигнал, выводимый на вывод РВЗ(ОС1). Таймер/счетчик 1 работает как реверсивный счетчик, считающий от 0 до конечного значения (табл. 2.9).



При достижении конечного значения счетчик начинает считать в обратную сторону до нуля, после чего рабочий цикл повторяется. Когда значение счетчика совпадает с 8, 9 или 10 младшими битами регистра OCR1A, вывод PD1(OC1) устанавливается или сбрасывается в соответствии с установками битов СОМ1А1 и СОМ1А0 в регистре TCCR1 (табл. 2.10).



В режиме ШИМ при записи в регистр OCR1A 10 младших битов передаются во временный регистр и переписываются только при достижении таймером/счетчиком конечного значения. При этом устраняется появление несимметричных импульсов (дрожания), которые неизбежны при асинхронной записи OCR1A.

Если OCR1A содержит значение $0000 или конечное значение (ТОР), вывод ОС1 остается в том состоянии, которое определяется установками СОМ1А1 и СОМ1А0. Это показано в табл. 2.11.



В режиме ШИМ флаг переполнения таймера 1 (TOV1) устанавливается, когда счетчик изменяет направление счета в точке $0000. Прерывание по переполнению таймера 1 работает как при нормальном режиме работы таймера/счетчика, т. е. оно выполняется, если установлен флаг ТОV1 и разрешены соответствующие прерывания. То же самое касается флага совпадения и прерывания по совпадению.


Сторожевой таймер

Сторожевой таймер работает от отдельного встроенного генератора, работающего на частоте 1 МГц (это типовое значение частоты для питания 5 В). Управляя предварительным делителем сторожевого таймера, можно задавать интервал сброса таймера от 16 до 2048 мс. Команда WDR сбрасывает сторожевой таймер. Для работы сторожевого таймера можно выбрать одно из восьми значений частоты, что позволяет в широких пределах изменять время между исполнением команды WDR и сбросом процессора. При отработке периода работы сторожевого таймера, если не поступила команда WDR, AT90S2313 сбрасывается, выполнение программы продолжается с вектора сброса.

Для предотвращения нежелательного отключения сторожевого таймера, для его запрещения должна выполняться определенная последовательность, которая описана при рассмотрении регистра WDTCR.



Рис. 2.35. Регистр управления сторожевым таймером — WDTCR


Биты 7…5 — в AT90S2313 зарезервированы и всегда читаются как 0.

Бит 4 — YVDTOE — разрешение выключения сторожевого таймера. При очистке бита WDE этот бит должен быть установлен, иначе работа сторожевого таймера не прекращается. Через четыре такта после установки этого бита он аппаратно сбрасывается.

Бит 3 — WDE — разрешение сторожевого таймера. Если бит установлен, работа сторожевого таймера разрешена, если бит сброшен — запрещена. Сброс бита производится только в том случае, если бит WDTOE установлен в 1.

Биты 2…0 — WDP2…0 — биты предварительного делителя сторожевого таймера. Если работа сторожевого таймера разрешена, эти биты определяют предварительный коэффициент деления для сторожевого таймера. В табл. 2.12 приведены различные значения установок предварительного делителя и соответствующие им временные интервалы при напряжении питания Vcc = 5 В.



Для запрещения включенного сторожевого таймера должна исполняться следующая процедура:

1. Одной командой записать 1 в WDTOE и WDE. Единица в WDE должна записываться даже в том случае, если этот бит был установлен перед началом процедуры остановки таймера.

2. В течение следующих четырех тактов процессора необходимо записать в WDE логический 0, при этом работа сторожевого таймера запрещается.

2.7. Чтение и запись в энергонезависимую память

Регистры доступа к энергонезависимой памяти (EEPROM) расположены в пространстве ввода/вывода.

Время записи лежит в диапазоне 2,5…4 мс и зависит от напряжения питания. Если программа пользователя производит запись в энергонезависимую память, должны быть предприняты некоторые меры предосторожности. При использовании в источнике питания конденсаторов большой емкости напряжение питания нарастает и спадает достаточно медленно. Это приводит к тому, что процессор некоторое время работает при напряжении питания ниже минимума, достаточного для нормальной работы схем тактирования. При этом он может совершать нежелательные переходы, попадая на части программы, производящие запись в EEPROM. В таких случаях для защиты содержимого EEPROM необходимо использовать внешние схемы, формирующие сигнал сброса при уменьшении напряжения питания. При использовании внешнего супервайзера питания (например, К1171СП47 — для него граница срабатывания составляет 4,7 В), подающего на вывод Reset напряжение низкого уровня при напряжении питания ниже допустимого, практически можно быть уверенным в том, что содержимое памяти EEPROM не будет портиться независимо от емкости конденсатора на выходе источника питания.

При записи или чтении EEPROM процессор приостанавливается на 2 машинных цикла до начала выполнения следующей команды.



Рис. 2.36. Регистр адреса EEPROM — EEAR


Бит 7 — в AT90S2313 зарезервирован и всегда читается как 0.

Биты 6…0 — EEAR6…0 — адрес EEPROM. Адресный регистр EEPROM задает адрес в 128-байтовом пространстве EEPROM. Байты данных EEPROM адресуются линейно в диапазоне 0…127.



Рис. 2.37. Регистр данных EEPROM — EEDR


Биты 7…0 — EEDR7…0 — Данные EEPROM. При записи регистр EEDR содержит данные, которые должны записываться в EEPROM по адресу, находящемуся в регистре EEAR. После операции чтения в этот регистр записываются данные, прочитанные из EEPROM, по адресу, заданному в регистре EEAR.



Рис. 2.38. Регистр управления EEPROM — EECR


Биты 7…3 — в AT90S2313 зарезервированы и всегда читаются как 0.

Бит 2 — EEMWE — управление разрешением записи. Этот бит определяет, будут ли записаны данные при установке EEWE. Если бит EEMWE установлен, при установке EEWE данные записываются по выбранному адресу EEPROM. Если этот бит сброшен, установка EEWE не имеет эффекта. После программной установки этот бит сбрасывается аппаратно через четыре такта процессора.

Бит 1 — EEWE — разрешение записи в EEPROM. Сигнал EEWE является стробом записи в EEPROM. После установки правильных адреса и данных для записи в EEPROM необходимо установить бит EEWE. При записи 1 в бит EEWE должен быть установлен бит EEMWE, тогда происходит запись в EEPROM. Для записи в EEPROM должна соблюдаться следующая последовательность:

1. Ждать обнуления EEWE.

2. Записать адрес в EEAR.

3. Записать данные в EEDR.

4. Установить в 1 бит EEMWE.

5. Не позже чем через 4 такта после установки EEMWE установить EEWE.

Универсальный асинхронный приемопередатчик 55

После того, как время записи истечет (примерно 2,5 мс для Vcc = = 5 В и 4 мс для Vcc = 2,7 В), бит EEWE очищается аппаратно. Программист может проверять этот бит и ожидать его установки в ноль перед тем, как записывать следующий байт. При установке EEWE микроконтроллер останавливается на два цикла перед исполнением следующей команды.

Бит 0 — EERE — разрешение чтения из EEPROM. Сигнал EERE является стробом чтения из EEPROM. После установки нужного адреса в регистре EEAR должен быть установлен бит EERE. После того как бит EERE будет аппаратно очищен, затребованные данные будут находиться в регистре EEDR. Чтение EEPROM занимает одну команду и не требует отслеживания бита EERE. После установки бита EERE микроконтроллер останавливается на 4 цикла перед тем, как будет выполнена следующая команда. Перед чтением пользователь должен проверить состояние бита EEWE. Если изменять содержимое регистров EEPROM во время операции записи в EEPROM, запись в ячейку памяти прерывается и результат операции записи становится неопределенным.

2.8. Универсальный асинхронный приемопередатчик

Микроконтроллер AT90S2313 имеет встроенный универсальный асинхронный приемопередатчик (UART).

Основные характеристики UART:

• генерация произвольных значений скорости;

• высокая скорость даже при низких тактовых частотах;

• 8 или 9 битов данных;

• фильтрация шума;

• определение переполнения;

• детектирование ошибки кадра;

• определение неверного стартового бита;

• три раздельных прерывания — завершение передачи, очистка регистра передачи и завершение приема.


Передача данных

Структурная схема узла передачи данных UART показана на рис. 2.39.



Рис. 2.39. Структурная схема узла передачи данных UART


Передача данных инициируется записью передаваемых данных в регистр ввода/вывода данных UART — UDR. Данные пересылаются из UDR в сдвиговый регистр передатчика, когда:

• новый символ записывается в UDR после того, как был выдвинут стоповый бит для предыдущего символа. При этом сдвиговый регистр загружается сразу;

• новый символ записывается в UDR до того, как выдвинут стоповый бит для предыдущего символа. При этом сдвиговый регистр записывается сразу после того, как будет выдвинут стоповый бит предыдущего символа.

При этом в регистре состояния UART — USR устанавливается бит UDRE — признак очистки регистра данных. Когда этот бит установлен, UART готов к приему следующего символа. При перезаписи UDR в 10(11) — разрядный сдвиговый регистр бит 0 сдвигового регистра обнуляется (стартовый бит), а бит 9 или 10 устанавливается (столовый бит). Если выбрано 9-битовое слово данных (установлен бит CHR9 в регистре UCR), бит ТХВ8 из UCR переписывается в 9-й бит сдвигового регистра передатчика.

После тактового импульса, следующего с частотой передачи, стартовый бит выдвигается на вывод TXD. Затем выдвигаются данные, начиная с младшего бита. После того как выдвинут стоповый бит, в сдвиговый регистр загружаются новые данные, если они были записаны в UDR во время передачи. При загрузке устанавливается бит UDRE. Если до выдвижения стопового бита в регистр UDR не поступают новые данные, UDRE остается установленным до последующей записи UDR. Если новые данные не поступили и на выводе TXD появляется стоповый бит, в регистре USR устанавливается флаг окончания передачи — ТХС.

Установка бита TXEN в UCR разрешает работу передатчика. При очистке бита TXEN вывод PD1 можно использовать для ввода/вывода данных. Если бит TXEN установлен, передатчик UART подключен к выводу PD1 независимо от установки бита DDD1 в регистре DDRD.


Прием данных

Структурная схема узла приема данных UART показана на рис. 2.40.



Рис. 2.40. Структурная схема узла приема данных UART


Логическая схема приемника обрабатывает сигнал на выводе RxD с частотой в 16 раз больше скорости передачи (для обработки одного бита принимаемой последовательности производится 16 выборок входного сигнала). В состоянии ожидания одна выборка логического нуля интерпретируется как спадающий фронт стартового бита, после чего запускается последовательность обнаружения стартового бита. Если в первой выборке сигнала обнаружен нулевой отсчет, приемник обрабатывает 8, 9 и 10 выборки сигнала на выводе RXD. Если хотя бы две и? трех выборок равны логической единице, стартовый бит считается шумом и приемник ждет следующего перехода из 1 в 0.

Если обнаружен стартовый бит, начинается обработка битов данных. Решение об уровне данных также производится по 8, 9 и 10 выборкам входного сигнала, уровень входного сигнала определяется по равенству двух выборок. После того как уровень данных определен, данные вдвигаются в сдвиговый регистр приемника.

Для определения стопового бита хотя бы две из трех выборок входного сигнала должны быть равны 1. Если это условие не выполняется, в регистре USR устанавливается флаг ошибки кадра FE. Перед чтением данных из регистра UDR пользователь должен проверять бит FE для обнаружения ошибок кадра.

Независимо от принятия правильного стопового бита по окончании приема символа принятые данные переписываются в UDR и устанавливается флаг RXC в регистре USR. Физически регистр UDR состоит из двух отдельных регистров, один используется для передачи данных, другой — для приема. При чтении UDR происходит доступ к регистру приемника, при записи — к регистру передатчика. При обмене 9-битовыми данными 9-й бит принятых данных записывается в бит RXB8 регистра UCR.

Если при приеме символа из регистра UDR не был прочитан предыдущий символ, в регистре UCR устанавливается флаг переполнения — OR. Установка этого бита означает, что последний принятый байт данных не переписывается из сдвигового регистра в регистр UDR и будет потерян. Бит OR буферирован и обновляется при чтении правильных данных из UDR. Таким образом, пользователь всегда может проверить состояние OR после чтения UDR и обнаружить происшедшее переполнение.

При сбросе бита RXEN в регистре UCR прием данных запрещается. При этом вывод PD0 можно использовать для ввода/вывода общего назначения. При установке RXEN приемник подключен к выводу PD0 независимо от состояния бита DDD0 в регистре DDRD.


Управление UART


Рис. 2.41. Регистр ввода/вывода UART (UDR)



Рис. 2.42. Регистр состояния UART (USR)


Регистр USR доступен только для чтения, в нем хранится информация о состоянии UART.

Бит 7 — RXC — прием завершен. Этот бит устанавливается в 1, когда принятый символ переписывается из сдвигового регистра приемника в регистр UDR. Бит устанавливается независимо от обнаружения ошибки кадра. Если установлен бит RXCIE в регистре UCR, при установке бита выполняется прерывание по завершении приема символа. RXC сбрасывается при чтении UDR. При использовании приема данных по прерыванию обработчик прерывания должен читать регистр UDR для сброса RXC, иначе при выходе из прерывания оно будет вызвано снова.

Бит 6 — ТХС — передача завершена. Этот бит устанавливается в 1, если символ из сдвигового регистра передатчика (включая стоповый бит) передан, а в регистр UDR не были записаны новые данные. Этот флаг особенно полезен при полудуплексной связи, когда передающее устройство должно перейти в режим приема и освободить линию связи сразу по окончании передачи. Если установлен бит TXIE в регистре UCR, при установке ТХС выполняется прерывания по окончании передачи. ТХС сбрасывается аппаратно при выполнении соответствующего вектора прерывания. Кроме того, бит можно сбросить, записав в него 1.

Бит 5 — UDRE — регистр данных UART пуст. Этот бит устанавливается в 1, когда данные, записанные в UDR, переписываются в регистр сдвига передатчика. Установка этого бита означает, что передатчик готов принять следующий символ для передачи. Если установлен бит UDRIE в регистре UCR, при установке этого бита выполняется прерывание окончания передачи. Бит UDRE сбрасывается при записи регистра UDR. При использовании передачи, управляемой прерыванием, подпрограмма обслуживания прерывания должна записывать UDR, чтобы сбросить бит UDRE, иначе при выходе из прерывания оно будет вызвано снова. При сбросе этот бит устанавливается в 1, чтобы показать готовность передатчика.

Бит 4 — FE — ошибка кадра. Этот бит устанавливается при обнаружении условия ошибки кадра, т. е. если стоповый бит принятого байта равен 0. Бит FE сбрасывается при приеме единичного стопового бита.

Бит 3 — OR — переполнение. Этот бит устанавливается при обнаружении условия переполнения, т. е. в том случае, когда символ из регистра UDR не был прочитан до того, как заполнился сдвиговый регистр приемника. Этот бит буферирован, т. е. остается установленным до тех пор, пока из регистра UDR не будут прочитаны правильные данные. Бит OR сбрасывается, когда принятые данные переписываются в UDR.

Биты 2…0 — в AT90S2313 зарезервированы и всегда читаются как 0.



Рис. 2.43. Регистр управления UART (UCR)


Бит 7 — RXCIE — разрешение прерывания по окончании приема. Если RXCIE = 1, установка бита RXC в регистре USR приводит к выполнению прерывания по окончании приема (при условии, что прерывания разрешены).

Бит 6 — TXCIE — разрешение прерывания по окончании передачи. Если этот бит установлен, установка бита ТХС в USR приводит к выполнению прерывания по окончании передачи (при условии, что прерывания разрешены).

Бит 5 — UDRIE — прерывание по очистке регистра данных последовательного порта. Если этот бит установлен, установка бита UDRE в USR приводит к выполнению прерывания по очистке регистра данных UART (при условии, что прерывания разрешены).

Бит 4 — RXEN — разрешение приемника. При установке этого бита разрешается работа приемника UART. Если приемник выключен, флаги ТХС, OR и FE не устанавливаются. Если эти флаги установлены, сброс RXEN не очищает их.

Бит 3 — TXEIS — разрешение передатчика. При установке этого бита разрешается работа передатчика UART. При запрещении работы передатчика во время передачи символа он продолжает работать, пока не будет очищен сдвиговый регистр и не будет передан символ, помещенный в UDR.

Бит 2 — CHR9 — 9-битовые посылки. Если этот бит установлен, принимаемые и передаваемые символы имеют длину 9 битов. Для передачи и приема 9-го символа используются биты RXB8 и ТХВ8 соответственно. 9-й бит можно использовать как дополнительный стоповый бит или как признак четности.

Бит 1 — RXB8 — 8 битов принимаемых данных. Если установлен бит CHR9, сюда записываегся 9-й бит принятых данных.

Бит 0 — ТХВ8 — 8 битов передаваемых данных. Если установлен биг CHR9, отсюда берется 9-й бит передаваемых данных.


Генератор скорости передачи

Генератор скорости передачи — это делитель частоты, который генерирует скорости в соответствии с нижеприведенным выражением:

BAUD = Fck/(16*(UBRR + 1)).

Здесь: BAUD — скорость передачи (бод); Fck — частота тактового генератора процессора; UBRR — содержимое регистра скорости передачи UART.

В следующей таблице приведены значения регистра UBRR и процентное отклонение от стандартной скорости передачи для стандартных частот кварцевых генераторов.






Рис. 2.44. Регистр скорости передачи (UBRR)


Это 8-разрядный регистр, который задает скорость передачи последовательного порта в соответствии с выражением, приведенным выше.

2.9. Аналоговый компаратор

Структурная схема аналогового компаратора изображена на рис. 2.45.



Рис. 2.45. Структурная схема аналогового компаратора


Аналоговый компаратор сравнивает входное напряжение на положительном входе РВ0 (AIN0) и отрицательном входе PB1(AIN1). Когда напряжение на положительном входе больше напряжения на отрицательном, устанавливается бит АСО (Analog Comparator Output). Выход аналогового компаратора можно установить на работу с функцией захвата таймера/счетчика 1. Кроме того, компаратор может вызывать свое прерывание. Пользователь может установить срабатывание прерывания по нарастающему или спадающему фронту или по переключению.



Рис. 2.46. Регистр управления и состояния аналогового компаратора (ACSR)


Бит 7 — ACD — запрещение аналогового компаратора. Когда этот бит установлен, питание от аналогового компаратора отключается. Для отключения компаратора этот бит можно установить в любое время. Обычно это свойство используется, если критично потребление процессора в холостом режиме и восстановление работы процессора от аналогового компаратора не требуется. При изменении бита ACD прерывания от аналогового компаратора должны быть запрещены сбросом ACIE в регистре ACSR. В противном случае прерывание может произойти во время изменения бита.

Бит 6 — в AT90S2313 зарезервирован и всегда читается как 0.

Бит 5 — АСО — выход аналогового компаратора. Бит АСО непосредственно «подключен» к выходу аналогового компаратора.

Бит 4 — ACI — флаг прерывания от аналогового компаратора. Этот бит устанавливается, когда переключение выхода компаратора совпадает с режимом прерывания, установленным битами ACIS1 и ACIS0. Программа обработки прерывания от аналогового компаратора выполняется, если установлен бит ACIE в 1 и установлен в 1 бит I в регистре состояния. ACI сбрасывается аппаратно при выполнении соответствующего вектора прерывания. Другой способ очистить ACI — записать во флаг логическую единицу.

Бит 3 — ACIE — разрешение прерывания ог аналогового компаратора. Когда установлен этот бит и бит I регистра состояния, прерывания от аналогового компаратора отрабатываются. Если бит ACIE = 0, прерывания запрещены.

Бит 2 — ACIC — захват по выходу аналогового компаратора. Если этот бит установлен, функция захвата таймера/счетчика 1 управляется выходом аналогового компаратора. При этом выход компаратора подключается непосредственно к схеме обработки захвата, предоставляя удобные средства подавления шума и выбора фронта, предусмотренные прерыванием захвата по входу. Когда бит очищен, схема захвата и компаратор разъединены. Чтобы компаратор мог управлять функцией захвата таймера/счетчика 1, должен быть установлен бит TICIE1 в регистре TIMCK.

Биты 1,0 — ACIS1, ACIS0 — выбор режима прерывания аналогового компаратора. Различные установки приведены в табл. 2.14.


2.10. Порты ввода/вывода

Порт B

Порт В 8-разрядный — двунаправленный для ввода/вывода.

Для обслуживания порта отведено три регистра: регистр данных PORTB ($18, $38), регистр направления данных — DDRB ($17, $37) и выводы порта В ($16, $36). Адрес выводов порта В предназначен только для чтения, в то время как регистр данных и регистр направления данных — для чтения и записи.

Все выводы порта имеют отдельно подключаемые подтягивающие резисторы. Выходы порта В могут поглощать ток до 20 мА и непосредственно управлять светодиодными индикаторами. Если выводы РВ0…РВ7 используются как входы и замыкаются на землю, то при включенных внутренних подтягивающих резисторов выводы являются источниками тока. Дополнительные функции выводов порта В приведены в табл. 2.15.



При использовании альтернативных функций выводов регистры DDRB и PORTB должны быть установлены в соответствии с описанием альтернативных функций. При использовании возможности внутрисхемного программирования микроконтроллера следует учитывать, что программатор использует для своей работы линии MOSI, MISO и SCK. Соответственно, устройства, подключенные к этим линиям, не должны мешать работе программатора.



Рис. 2.47. Регистр данных порта В — PORTB



Рис. 2.48. Регистр направления данных порта В — DDRB



Рис. 2.49. Выводы порта В — PINB


PINB не является регистром, по этому адресу осуществляется доступ к физическим значениям каждого из выводов порта В. При чтении PORTB читаются данные из регистра-защелки, при чтении PINB читаются логические значения, соответствующие фактическому состоянию выводов порта.


Порт В как порт ввода/вывода общего назначения

Все 8 битов порта В при использовании для ввода/вывода одинаковы.

Бит DDBn регистра DDRB выбирает направление передачи данных. Если бит установлен (т. е. равен единице), вывод сконфигурирован как выход. Если бит сброшен (т. е. равен нулю) — вывод сконфигурирован как вход. Если PORTBn установлен и вывод сконфигурирован как вход, включается КМОП, подтягивающий резистор. Для отключения резистора PORTBn должен быть сброшен или вывод должен быть сконфигурирован как выход.



Альтернативные функции PORTB:

Бит 7 SCK — вход тактовой частоты для SPI.

Бит 6 MISO — выход данных для SPI.

Бит 5 MOSI — вход данных для SPI.

Бит 3 ОС1 — выход совпадения. Этот вывод может быть сконфигурирован для внешнего вывода события совпадения таймера 1. Для этого бит DDB3 должен быть установлен в 1 (вывод сконфигурирован как выход).

Бит 1 AIN1 — отрицательный вход аналогового компаратора. Если этот вывод сконфигурирован как вход (DDB1 = 0) и отключен внутренний подтягивающий резистор, этот вывод работает как отрицательный вход внутреннего аналогового компаратора.

Бит 0 AIN0 — положительный вход аналогового компаратора. Если этот вывод сконфигурирован как вход (DDB0 = 0) и отключен внутренний подтягивающий резистор, этот вывод работает как положительный вход внутреннего аналогового компаратора.


Порт D

Для порта D зарезервированы 3 ячейки памяти: регистр PORTD $12 ($32), регистр направления данных — DDRD $11 ($31) и выводы порта D — PIND $10 ($30). Регистры данных и направления данных могут читаться/записываться, ячейка PIND — только для чтения.

Порт D — 7-разрядный двунаправленный со встроенными подтягивающими регистрами. Выходные буферы порта могут поглощать ток до 20 мА. Если выводы используются как входы и на них подан низкий уровень, то при подключении подтягивающих резисторов они являются источниками тока. Некоторые из выводов порта имеют альтернативные функции, показанные в табл. 2.17.

Если выводы порта используются для обслуживания альтернативных функций, они должны быть сконфигурированы на ввод/вывод в соответствии с описанием функции.



Рис. 2.50. Регистр данных порта D — PORTD



Рис. 2.51. Регистр направления данных порта D — DDRB



Рис. 2.52. Выводы порта D — PINB


PIND не является регистром, по этому адресу осуществляется доступ к физическим значениям каждого из выводов порта D. При чтении PORTD читаются данные из регистра-защелки, при чтении PIND читаются логические значения, соответствующие фактическому состоянию выводов порта.


Порт D как порт ввода/вывода общего назначения

Бит DDDn регистра DDRD выбирает направление передачи данных. Если бит установлен, вывод сконфигурирован как выход. Если бит сброшен — вывод сконфигурирован как вход. Если PORTDn установлен и вывод сконфигурирован как вход, включается КМОП подтягивающий резистор. Для отключения резистора PORTDn должен быть сброшен или вывод должен быть сконфигурирован как выход.



Альтернативные функции порта D

Бит 6 ICP — вход захвата таймера/счетчика 1. Подробнее см. описание таймера.

Бит 5 Т1 — тактовый вход таймера/счетчика 1. Подробнее см. описание таймера.

Бит 4 Т0 — тактовый вход таймера/счетчика 0. Подробнее см. описание таймера.

Бит 3 INT1 — вход внешних прерываний 1. Подробнее см. описание прерываний.

Бит 2 INT0 — вход внешних прерываний 0. Подробнее см. описание прерываний.

Бит 1 TXD — выход передатчика UART. Если разрешена работа передатчика UART, независимо от состояния DDRD1 этот вывод сконфигурирован как выход.

Бит 0 RXD — выход приемника UART. Если разрешена работа приемника UART, независимо от состояния DDRD0 этот вывод сконфигурирован как выход. Когда UART использует вывод для приема данных, единица в PORTD0 подключает встроенный подтягивающий резистор.

2.11. Программирование памяти

Программирование битов блокировки памяти

Микроконтроллер AT90S2313 имеет два бита блокировки, которые могут быть оставлены запрограммированными или программироваться, при этом достигаются свойства, приведенные в табл. 2.19.



Биты конфигурации (Fuse bits)

В AT90S2313 предусмотрено два бита конфигурации — SPIEN и FSTRT. Когда бит SPIEN = 0, разрешен режим последовательного программирования. По умолчанию бит SPIEN = 0.

Когда бит FSTRT = 0, используется укороченное время запуска. По умолчанию этот бит FSTRT = 1. Можно заказывать микросхемы с предварительно запрограммированным битом.

Эти биты недоступны при последовательном программировании и не изменяются при стирании памяти.


Код устройства

Все микроконтроллеры фирмы Atmel имеют 3-байтовый сигнатурный код, по которому идентифицируется устройство. Этот код можно прочитать в параллельном и последовательном режимах. Это три байта, размещенные в отдельном адресном пространстве, и для AT90S2313 имеют следующие значения:

1. $000: $1Е — код производителя — Atmel.

2. $001: $91 — 2 кбайта флэш-памяти.

3. $002: $01 — при $01=$91 — микроконтроллер AT90S2313.

Если запрограммированы биты блокировки, байты сигнатуры в последовательном режиме не читаются.

2.12. Параметры микроконтроллера AT90S2313

Для правильного применения любой микросхемы, а особенно такой сложной, как микроконтроллер, имеет смысл при принятии решения о том или ином варианте схемы уточнить некоторые справочные данные. Чтобы у читателей была такая возможность, автор приводит здесь подробные технические данные на микроконтроллер AT90S2313. Параметры других микроконтроллеров этой серии очень близки к указанным.






2.13. Набор команд AT90S2313











Глава 3 Особенности использования микроконтроллеров семейства AVR

Какая самая простая работающая схема на микроконтроллере? Микроконтроллер, источник питания, элементы, обеспечивающие работу тактового генератора. На рис. 3.1 показана такая схема.



Рис. 3.1. Простейшая схема на микроконтроллере

3.1. Источник питания

Источник питания схемы на микроконтроллерах — очень важный узел. Ни одна схема не может работать без источника питания. На принятие решения о выборе типа источника питания влияет множество факторов, в зависимости от создаваемой конструкции. В первую очередь, устройство может питаться от батарей или от сети переменного тока 220 В.

В некоторых случаях даже тогда, когда рядом есть сеть переменного тока, имеет смысл применять батарейное питание — если потребление устройства очень мало и батарей хватит на длительный срок работы. Это позволяет сделать схему проще и легче (не нужен сетевой трансформатор и т. д.).


Батарейное питание

Выпускается много видов батарей. Они бывают различных форм и размеров. При выборе батареи для питания своей схемы следует руководствоваться следующими параметрами.

1. Емкость батареи — это очень важный параметр, измеряется он в мА-ч или А ч (миллиампер-час или ампер-час). Он определяет длительность работы конструкции без замены батарей. Чем емкость больше, тем дольше будет работать схема. Обычно чем больше емкость батареи, тем больше ее размеры и масса.

2. Напряжение батареи.

3. Срок хранения батареи.

4. Рабочая температура батареи. Особенно важно учитывать влияние температуры в том случае, если конструкция должна работать при низких или высоких температурах (например, на улице).

5. Размеры, форма и вес батареи.


Питание от сети

Для питания от сети можно применить обыкновенные стабилизаторы напряжения например КР142ЕН5А (аналог зарубежной микросхемы 7805). Эта микросхема позволяет получить стабилизированное напряжение величиной 5 В при токе примерно до 1 А. Если такой большой ток не требуется, можно применить стабилизатор типа 78L05, позволяющий получить ток до 100 мА. Вообще стабилизаторы могут быть самыми различными, главное, чтобы они обеспечивали нужное напряжение и величину тока для работы схемы.

Перспективный вариант построения сетевых источников питания — импульсные преобразователи напряжения. Они позволяют ощутимо снизить массу источника питания и увеличить его КПД. Но это отдельная большая тема, и в этой книге она рассматриваться не будет.


Питание от линий портов

В некоторых случаях, если схема потребляет очень маленький ток, возможно питание ее от информационных линий портов. Например, если устройство подключается к порту LPT1 и использует только 3 линии, остальные линии, работающие на вывод, могут использоваться как источник питания (естественно, для этого на них нужно вывести значение 1).

Аналогично можно использовать линию RTS порта RS-232. Для ее использования следует собрать простейший параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне. Параллельно стабилитрону следует подсоединить конденсатор емкостью не менее 10 мкФ.

Внимание! Принципиальный момент — независимо от типа источника питания как можно ближе к выводам питания микроконтроллера следует подсоединить керамический (еще лучше — танталовый) конденсатор емкостью 0,01… 0,1 мкФ — для подавления помех по цепи питания. Кстати, такой конденсатор следует ставить рядом с каждой цифровой микросхемой.

3.2. Внешние элементы тактового генератора

Использование кварцевого резонатора

Использование кварцевого резонатора наиболее распространенный способ включения внешней схемы тактового генератора. Эта схема требует дополнительно два конденсатора емкостью от 22 до 33 пФ, чтобы облегчить запуск тактового генератора.

На рис. 3.2 показана схема подключения кварцевого резонатора к микроконтроллеру.



Рис. 3.2. Подключение кварцевого резонатора к микроконтроллеру


Использование встроенного RC-генератора

В некоторых типах микроконтроллеров AVR имеется встроенный RC-тактовый генератор (например, AT90S1200, AT90S2343, Tiny22). Его включением управляет бит RCEN. В микроконтроллере AT90S1200 встроенный RC-генератор отключен, его можно включить только пользуясь параллельным программатором. Имеется вариант микроконтроллера AT90S1200A, в котором заранее включен встроенный RC-генератор. Микроконтроллеры AT90S2343 и Tiny22 поставляются с уже включенным RC-генератором.

Следует учитывать, что стабильность частоты RC-генератора намного ниже, чем кварцевого, поэтому не следует применять его в случаях, когда нужно точно отмерять интервалы времени.

3.3. Цепь сброса

Используется для задержки запуска микроконтроллера при включении питания, что нужно для его правильного запуска, а также для ручного перезапуска микроконтроллера нажатием на кнопку.

Простейшая схема цепи сброса показана на рис. 3.3.



Рис. 3.3. Простейшая цепь сброса


Если в схеме используется встроенная электрически перепрограммируемая память данных микроконтроллера, следует использовать внешнюю схему, удерживающую вывод Reset на низком уровне до тех пор, пока напряжение не поднимется до необходимого для нормальной работы микроконтроллера уровня. Эта схема должна работать как при увеличении напряжения (т. е. уровень на выводе Reset станет высоким только после достижения напряжением питания нужного уровня), так и при снижении напряжения питания ниже допустимого уровня. Такая схема обычно называется супервайзер питания. На рис. 3.4 показана схема одного из вариантов подключения супервайзера питания.



Рис. 3.4. Схема подключения супервайзера питания


Глава 4 Программы и инструменты

4.1. Ассемблер

Как известно, наиболее эффективные программы получаются при использовании языка Ассемблер. Стоит, правда, отметить, что при этом также увеличивается сложность и время разработки программы. Для микроконтроллеров семейства AVR имеется свободно распространяемый транслятор ассемблера — wavrasm. Также одновременно с транслятором ассемблера устанавливается программа для отладки программ на языке ассемблера для микроконтроллеров семейства AVR. Однако она заметно уступает свободно распространяемому фирмой Atmel отладчику AVR Studio, поэтому ее мы рассматривать не будем.

В этой главе читатели познакомятся с описанием транслятора ассемблера wavrasm. Этот транслятор преобразует команды в виде текстовых мнемоник (специальных сокращений) в закодированные в виде чисел-кодов команды микроконтроллеров. Полученный код можно использовать для работы совместно с отладчиком для проверки правильности работы программы. Также в результате работы транслятора можно получить так называемый файл прошивки, который используется программатором для занесения программы в память программ микроконтроллера.

Транслятор ассемблера работает в среде Microsoft Windows 3.11. Microsoft Windows 95/98 и NT. Кроме того, имеется версия ассемблера, работающая из командной строки MS-DOS. Она устанавливается одновременно с версией для Windows. Версия для Windows имеет встроенный полноэкранный текстовый редактор и справочную систему на английском языке.

В этом описании отсутствует описание системы команд микроконтроллеров, так как в главе 2 имеется таблица команд, и описаны способы адресации.

Это описание предполагает, что транслятор wavrasm правильно установлен на компьютер, на котором происходит работа.


Начало работы

Запустите транслятор ассемблера. С помощью команды меню File» Open откройте файл tutor.asm. В результате выполнения этой команды исходный текст программы на ассемблере будет загружен в программу и показан на экране. На рис. 4.1 показан примерный вид экрана.



Рис. 4.1. Окно транслятора с загруженной программой


Ассемблирование первой программы

После того как вы просмотрели текст, выберите команду меню Assemble. После этого появится второе окно (окно сообщений), которое содержит сообщения об ошибках. Окно сообщений будет располагаться поверх окна с исходным текстом программы на ассемблере, поэтому удобно предпринять некоторые действия по настройке расположения окон. Перейдите в окно с исходным текстом программы (просто щелкнув левой кнопкой мышки в любом месте текста программы) и выберите команду меню Windows» Tile Horizontal. Кроме того, полезно увеличить размер окна с исходным текстом программы и уменьшить окно сообщений. Для этого следует переместить верх окна сообщений с помощью мышки ниже. В результате на экране должна получиться картинка, похожая на изображенную на рис. 4.2.



Рис. 4.2. Вид экрана транслятора ассемблера с двумя окнами


Поиск и исправление ошибок

Глядя на окно сообщений, можно сделать вывод, что в процессе трансляции программы были обнаружены ошибки. В окне сообщений ошибки показываются следующим образом: в строке подряд идут название файла, в скобках номер строки, в которой обнаружена ошибка, и, наконец, краткое текстовое сообщение о характере ошибки. Естественно, ошибку следует найти и исправить. Щелкните левой кнопкой мышки на первом сообщении об ошибке в окне сообщений (которая находится на 7-й строке). Обратите внимание, что в окне с исходным текстом на строке 7 появится вертикальная красная линия. Сообщение об ошибке говорит о том, что как имена регистров можно использовать только имена r0…r31. Это верно, так как микроконтроллеры семейства AVR имеют 32 регистра общего назначения, а в строке 7 программы указано имя регистра r39, которого не существует. Фотография окна программы с описанной ситуацией показана на рис. 4.3.



Рис. 4.3. Окно программы с выделенной строкой с ошибкой


Двойной щелчок на сообщении ошибки в окне сообщений приводит к тому, что окно текстового редактора исходного текста становится активным, а курсор устанавливается в начало строки с ошибкой. Исправьте r39 на r19.

Ниже в окне сообщений показано еще сообщение об ошибке. Щелкните левой кнопкой мышки по следующему сообщению об ошибке.

Сообщение Illegal argument type or count говорит о том, что что-то неправильно в аргументах команды. Обратите внимание, что один из аргументов — тот самый, который мы только что исправили. Просмотрев все сообщения об ошибках, можно прийти к выводу, что все остальные ошибки были связаны с первой.

Чтобы определить, все ли ошибки исправлены, имеет смысл снова запустить трансляцию программы. Если ошибки остались, следует их исправить. Если ошибок больше нет, в окне сообщений появится сообщение об успешном завершении трансляции.


Формат программы на ассемблере

Программа на ассемблере представляет собой текстовый файл, который состоит из мнемоник — символьных обозначений команд микроконтроллера, меток и директив.

Любая строка может начинаться с метки — строки из символов и (или) цифр, заканчивающейся двоеточием.

Метки используются для обозначения текущей строки некоторым именем (меткой) для использования в командах условного или безусловного перехода, а также для обозначения участка в памяти для обращения к данным.

Строка исходного текста может иметь один из следующих видов:

1. [метка: ] директива [аргументы директивы] [комментарий]

2. [метка: ] мнемоника команды [аргументы команды] [комментарий]

3. Комментарий

4. Пустая строка


Комментарии всегда начинаются с символа «;».


Элементы, заключенные в квадратные скобки, могут отсутствовать. Текст, расположенный после символа «точка с запятой» до конца строки, полностью игнорируется ассемблером. Использование меток, мнемоник команд микроконтроллера и директив ассемблера подробнее будет рассмотрено чуть позднее.

Примеры записи строк:

label1:.EQU var1=100; Директива определения символьного

                                ; имени var1, эквивалентного записи ”100"

          .EQU var2=200; Определение имени var2, соответствующего "200"

test: rjmp test; Бесконечный цикл (мнемоника команды микроконтроллера)

; Пустая строка

Обратите внимание, что не играет никакой роли, в каких местах расположены метки, команды ассемблера и директивы, важен только их порядок.


Команды микроконтроллера

Транслятор ассемблера позволяет использовать в тексте программы мнемоники (обозначения команд микроконтроллера), полностью совпадающие с их названием в системе команд микроконтроллера.

Команды микроконтроллеров семейства AVR делятся на несколько групп:

• арифметические и логические;

• команды условных и безусловных переходов;

• команды передачи данных;

• команды для работы с битами.

Краткое описание команд микроконтроллера можно найти в главе 2.

Для транслятора ассемблера нет разницы, какими буквами написаны слова, т. е. rjmp и RJMP совершенно равнозначны. Однако для удобства понимания программы рекомендуется все мнемоники и метки записывать строчными (маленькими) буквами, а директивы прописными (большими).


Директивы транслятора ассемблера

Транслятор ассемблера поддерживает достаточно много директив. Директивы не транслируются в программу для микроконтроллера. Они используются для указания транслятору ассемблера данных о расположении программы в памяти микроконтроллера, определения макросов и т. д.

Ниже приведен перечень директив транслятора ассемблера:

.BYTE — резервирует 1 байт для использования в качестве переменной;

.CSEG — сегмент программ;

.DB — определяет байт-константу;

.DEF — определяет символическое имя для регистра;

.DEVICE — задает тип целевого микроконтроллера;

.DSEG — сегмент данных;

.DW — определяет слово-константу;

.ENDMACRO — конец определения макроса;

.EQU — сопоставляет символьному имени арифметическое выражение;

.ESEG — сегмент EEPROM;

.EXIT — выйти из файла (конец текста программы);

.INCLUDE — загрузить исходный текст из другого файла;

.LIST — включить генерацию листинга;

.LISTMAC — включить печать содержимого макросов в листинге;

.MACRO — начать определение макроса;

.NOLIST — выключить генерацию листинга;

.ORG — установить расположение;

.SET — сопоставить символу выражение.

Обратите внимание, что все директивы должны начинаться с точки.


.BYTEрезервирует место (или несколько мест) размером 1 байт для переменной.

Директива BYTE резервирует один байт в памяти SRAM для реализации переменной. Для того чтобы иметь возможность обращаться к этой переменной, перед директивой BYTE должна стоять метка. Директива имеет один параметр — количество байтов для резервирования. Директива может использоваться только для резервирования места в памяти данных (смотри директивы CSEG, DSEG и ESEG).

Синтаксис:

Метка:.BYTE числовое выражение

Примеры:

.DSEG

var1:.BYTE 1; Резервируем 1 байт для переменной var1

able:.BYTE tab_size; Резервируем tab_size байт


.CSEG

    ldi r30,low(var1); Загружаем младший байт Z-регистра

    ldi r31,high(var1); Загружаем старший байт Z-регистра

    Id r1,Z; Загрузить содержимое переменной var1 в r1


.CSEG — сегмент кода.

Директива CSEG определяет начало сегмента кода (программ). В исходном тексте программы может быть несколько сегментов кода. Транслятор ассемблера в процессе компиляции программы объединяет все сегменты кода в один. Директива BYTE не может быть использована в сегменте кода. Если в программе нет явного указания названия сегмента, по умолчанию считается, что это сегмент кода. Директива CSEG не имеет никаких параметров. Сегмент кода имеет свой счетчик слов. Директива-ORG может быть использована для размещения кода или констант в определенном программистом месте памяти программ.

Синтаксис:

.CSEG

Пример:

.DSEG; Начало сегмента данных

     vartab: BYTE 4; Резервируем 4 байта в SRAM

.CSEG; Начало сегмента кода

     const:.DW 2; Запишем число 0x0002 в память программ

     mov r1,r0; Что-нибудь сделаем


. DB — определить байты-константы в памяти программ или EEPROM.

Директива DB резервирует место в памяти программ или EEPROM. Для того чтобы иметь возможность обращаться к зарезервированному пространству, перед этой директивой следует ставить метку. Директива DB может быть расположена только в сегменте кода или EEPROM. Параметрами директивы DB является список выражений.

Список выражений представляет собой одно или несколько выражений, разделенных запятыми. Каждое выражение может быть равно числу от -128 до 255. Если выражение представляет собой отрицательное число, оно будет помещено в намять программ или EEPROM в дополнительном коде.

Если директива DB расположена в сегменте кода и имеет больше, чем одно выражение в списке параметров, выражения упаковываются таким образом, что два байта располагаются в одном слове памяти программ. Если число выражений нечетное, последнее выражение будет помещено в отдельное слово памяти программ, даже если после директивы DB следом расположена еще одна директива DB.

Синтаксис:

Метка:.DB список выражений

Пример:

.CSEG

     const:.DB 0, 255, 0Ь01011100, — 128,0хаа

.ESEG

      eeconst:.DB 0xff


.DEF — назначить регистру символьное имя.

Директива DEF позволяет назначить регистру символьное имя, что позволяет сделать программу гораздо понятнее и нагляднее. Можно назначить одному регистру несколько символьных имен. Символьное имя регистра может быть переопределено в последующем тексте программы.

Синтаксис:

.DEF символьное имя = регистр

Пример:

.DEF temp=r16.

.DEF for=r0


.CSEG

     ldi temp, 0xf0; Загрузить в регистр temp число 0xf0

     in ior, 0x3f; Прочитать содержимое SREG и записать в регистр ior

     еог temp, ior; Исключающее ИЛИ между регистрами temp и ior


.DEVICE — определяет тип целевого микроконтроллера.

Директива DEVICE позволяет программисту указать, на каком микроконтроллере будет выполняться программа. Если в тексте программы указана эта директива, транслятор ассемблера будет проверять текст программы на наличие недопустимых операций (например, не поддерживаемых выбранным микроконтроллером). В случае попытки использования большего размера SRAM или EEPROM памяти, чем имеется у выбранного микроконтроллера, также будет выдано предупреждение. Если директива DEVICE отсутствует в тексте программы, разрешены все команды семейства микроконтроллеров AVR, а размеры памяти не проверяются.

Синтаксис:

DEVICE AT9DS1200 | AT90S2313 | AT9DS2323 | AT90S2343 | AT90S4414 | AT90S8515 | ATMEGA103

Примечание. Появляются новые модели микроконтроллеров, поэтому при необходимости использовать более новый микроконтроллер следует самостоятельно отслеживать разрешенные инструкции в тексте программы (соответственно не применяя директиву DEVICE) либо воспользоваться обновленной версией транслятора ассемблера.

Пример:

.DEVICE AT90S1200; Используется микроконтроллер AT90S1200


.CSEG

     push r30; Эта запись вызовет сообщение о том, что выбранное устройство не поддерживает эту инструкцию


.DSEG — сегмент данных.

Директива DSEG определяет начало сегмента данных. В исходном тексте программы на ассемблере может быть несколько сегментов данных. В процессе трансляции все они будут объединены в один. Обычно сегмент данных содержит только директивы BYTE с метками. Сегмент данных имеет свой счетчик байтов. Директива ORG может быть использована для расположения переменных в конкретных местах SRAM. Директива DSEG не имеет параметров.

Синтаксис:

.DSEG

Пример:

.DSEG;Начало сегмента данных

     var1:.BYTE 1; Резервируем 1 байт для переменной var1

     table:.BYTE tab_size; Резервируем tab_size байт

.CSEG

     ldi r30,low(var1);Загружаем младший байт Z-регистра

     ldi r31.high(var1);Загружаем старший байт Z-регистра

     Id r1,Z ;Загрузить содержимое переменной var1 в r1


.DW — определение слов-констант в памяти программ или EEPROM.

Директива DW резервирует место в памяти программ или EEPROM. Для того чтобы иметь возможность обращаться к зарезервированному пространству, перед этой директивой следует ставить метку. Директива DW должна быть расположена в сегменте кода или EEPROM. Параметрами директивы DW является список выражений.

Список выражений представляет собой одно или несколько выражений, разделенных запятыми. Каждое выражение может быть равно числу от -32768 до 65535. Если выражение представляет собой отрицательное число, оно будет помещено в память программ или EEPROM в дополнительном коде.

Синтаксис:

Метка:.DW список выражений

Пример:

.CSEG

     varlist:.DW 0,56255, 0b0101110011101011, -12128, 0xaaff

.ESEG

     eevar:.DW 0xff17


.ENDMACRO — конец описания макрокоманды.

Директива ENDMACRO определяет конец описания макрокоманды. Директива не имеет параметров. Для получения информации о макрокомандах смотри директиву MACRO.

Синтаксис:

.ENDMACRD

Пример:

MACRO SUBI16; Начало определения макрокоманды

      subi r16,low(@0); Вычитаем младший байт

      sbci r17, high(@0); Вычитаем старший байт

.ENDMACRO; Конец определения макрокоманды


.SET — присвоить символьному обозначению выражение.

Директива SET присваивает символьному обозначению значение выражения. В дальнейшем это символьное обозначение может быть использовано в выражениях. Присвоенное значение — константа. В дальнейшем тексте программы это символьное выражение не может быть переопределено или изменено.

Синтаксис:

.EQU <символьное обозначение> = <выражение>

Пример:

.EQU io_offset = 0x23

.EQU porta = io_offset + 2


.CSEG; Начало сегмента кода

      clr r2; Очистить регистр r2

      out porta,r2; Записать в порт А


.ESEG — EEPROM сегмент.

Директива ESEG определяет начало EEPROM сегмента. В исходном тексте программы может быть несколько EEPROM сегментов. Транслятор ассемблера в процессе компиляции программы объединяет все EEPROM сегменты в один. Директива BYTE не может быть использована в EEPROM сегменте. Директива ESEG не имеет никаких параметров. Сегмент EEPROM имеет свой счетчик байтов. Директива. ORG может быть использована для размещения кода или констант в определенном программистом месте памяти EEPROM.

Синтаксис:

.ESEG

Пример:

.DSEG; Начало сегмента данных

     vartab:.BYTE 4; Резервируем 4 байта в SRAM

.ESEG

     eevar:.DW 0xff67; Инициализируем одно слово в EEPROM

.CSEG;Начало сегмента кода

     const:.DW 2;Запишем число 0x0002 в память программ

     mov r1,r0;Что-нибудь сделаем


.EXIT — конец текста программы.

Директива EXIT указывает транслятору ассемблера, что следует завершить трансляцию программы. При отсутствии этой директивы транслятор ассемблера работает до тех пор, пока исходный файл не закончится (EOF). Если директив EXIT встречается в файле, включаемом в текст директивой INCLUDE, транслятор ассемблера продолжит работу со строки, следующей после соответствующей директивы INCLUDE.

Синтаксис:

.EXIT

Пример:

.EXIT; Завершить обработку этого файла


.INCLUDE — вставить файл.

Директива INCLUDE указывает транслятору ассемблера на необходимость вставить в исходный текст программы другой файл. Реально при обработке этой директивы транслируется файл, указанный в директиве INCLUDE, после завершения его обработки (при достижении конца файла или директивы. EXIT) продолжается обработка основного файла. Вложенные файлы, в свою очередь, могут иметь директиву INCLUDE. Для облегчения понимания можно представить себе, что в текст программы вместо директивы INCLUDE вставляется соответствующий файл.

Синтаксис:

.INCLUDE "имя файла"

Пример:

; Файл iodefs.asm

.E0U sreg=0x3f; Регистр статуса

.EQU sphigh=0x3e; Старший байт стека

.EOU splow=0x3d; Младший байт стека


;Файл incdemo.asm

.INCLUDE "iodefs.asm"; Включить в текст программы файл incdemo.asm

     in r0.sreg; Прочитать содержимое регистра статуса


.LIST — включить генерацию листинга.

Директива LIST включает генерацию листинга. Ассемблер генерирует листинг, содержащий исходный текст на ассемблере, адреса и коды операций. По умолчанию генерация листинга включена. В комбинации с директивой NOLIST можно организовать печать только нужных фрагментов программы.

Синтаксис:

.LIST

Пример:

.N0LIST; Отключить генерацию листинга

.INCLUDE "macro.inc"; Включаемые файлы не будут

.INCLUDE “const.def"; показаны в листинге

.LIST; Включить генерацию листинга


.LISTMAC — включить раскрытие макрокоманд.

Директива LISTMAC указывает транслятору ассемблера на необходимость показа в листинге содержимого макрокоманд. По умолчанию в листинге показывается только название макрокоманды.

Синтаксис:

.LISTMAC

Пример:

MACRO МАСХ; Определить макрокоманду

     add r0,@0

     еог г1,@1

.ENDMACRO; Конец определения макрокоманды


.LISTMAC

      МАСХ r2,r1; Вызов макрокоманды. В листинге будет показан ее текст


.MACRO — начало определения макрокоманды.

Директива MACRO указывает транслятору ассемблера на начало определения макрокоманды. Параметром директивы MACRO является имя определяемой макрокоманды. В дальнейшем при обнаружении в тексте программы имени макрокоманды транслятор ассемблера будет фактически заменять это имя на содержание макрокоманды. Макрокоманда может иметь до 10 параметров. Эти параметры имеют фиксированные имена: @0…@9. При вызове макрокоманды параметры должны быть представлены в виде списка, разделенного запятыми. Определение макрокоманды завершается директивой ENDMACRO.

При определении новой макрокоманды нельзя использовать другие макрокоманды (т. е. нельзя использовать вложенные макрокоманды).

Макрокоманда должна быть определена в тексте программы до того, как ее используют.

По умолчанию в листинге генерируется только вызов макрокоманды. Чтобы получить в листинге содержимое макрокоманд, следует использовать директиву LISTMAC. Текст макрокоманды в листинге помечен символом «+».

Синтаксис:

.MACRO

Пример:

MACRO SUBI16; Начало определения макрокоманды

      subi r16,low(@0); Вычитаем младший байт

      sbci r17,hlgh(@0); Вычитаем старший байт

ENDMACRO; Конец определения макрокоманды


CSEG; начало сегмента кода

    SUBI16 9x1234,r16,r17; Вычесть 0x1234 из r17:r16

Примечание: r17:r16 в данном случае — пара регистров, содержащая 16-разрядное число.


.NOLIST — включить генерацию листинга.

Директива NOLIST выключает генерацию листинга. Ассемблер генерирует листинг, содержащий исходный текст на ассемблере, адреса и коды операций. По умолчанию генерация листинга включена. В комбинации с директивой LIST можно организовать печать только нужных фрагментов программы.

Синтаксис:

.NOLIST

Пример:

.NOLIST; Отключить генерацию листинга

.INCLUDE "macro.inc" ; Включаемые файлы не будут

.INCLUDE "const.def"; показаны в листинге

.LIST; Включить генерацию листинга


.ORG — установка значения счетчика расположения.

Директива ORG присваивает абсолютное значение счетчику. Параметром директивы является значение, которое должно быть присвоено счетчику. При использовании директивы ORG в сегменте данных будет определено значение, указывающее расположение и оперативной памяти SRAM. При использовании директивы ORG в сегменте кода будет определено значение, указывающее расположение в памяти программ. При использовании директивы ORG в сегменте EEPROM будет определено значение, указывающее расположение в памяти EEPROM.

Если перед директивой расположена метка (на этой же строке), метка получит значение параметра директивы. Значение по умолчанию для сегмента кода и EEPROM равно 0, а для SRAM — 32 (так как регистры занимают пространство с 0 до 31). Обратите внимание, что для EEPROM и SRAM отсчитываются байты, в то время как в памяти программ — слова.

Синтаксис:

.ORG выражение

Пример:

.DSEG; Начало сегмента данных (SRAM)

.ORG 0x37; Установить адрес SRAM 37Н

     variable:.BYTE 1; Зарезервировать 1 байт по адресу 37Н SRAM


.ESEG;Начало сегмента EEPROM

.ORG 0x20; Установить значение счетчика расположения

      eevar:.DW 0xf77a;Инициализировать слово в памяти EEPROM


.CSEG

.ORG 0x10; Установить счетчик на значение 0x10


mov r0,r1; Эта команда будет расположена в памяти; программ по адресу 0x10


.SET — присвоить символьному обозначению выражение.

Директива SET присваивает символьному обозначению значение выражения. В дальнейшем это символьное обозначение может быть использовано в выражениях. В дальнейшем тексте программы это символьное выражение может быть изменено.

Синтаксис:

.SET символьное обозначение = выражение

Пример:

SET io_offset = 0x23

.SET porta = io_offset + 2


CSEG; Начало сегмента кода

    clr r2; Очистить регистр г2

    out porta,r2; Записать в порт А


Выражения

Ассемблер позволяет использовать в тексте программы выражения. Они могут содержать операнды, операции и функции. Все выражения имеют разрядность 32 бита.

Операнды

Могут быть использованы следующие операнды:

• определенные программистом метки, имеющие значение счетчика, в зависимости от места своего расположения;

• переменные, определенные с помощью директивы SET;

• константы, определенные с помощью директивы EQU;

• целые константы:

— десятичные (по умолчанию): 10,255,

— шестнадцатеричные (два вида записи): 0x0а, $0а, 0xff, $ff,

— двоичные: 0Ь00001010, 0b11111111;

• коды символов ASCII: 'А', 'а';

• строки ASCII (без нуля в конце строки): «String»;

• PC — текущее значение счетчика команд в памяти программ.


Функции

LOW(выражение) — возвращает младший байт выражения;

НIGH(выражение) — возвращает старший байт выражения;

ВУТЕ2(выражение) — возвращает 2 байта выражения;

ВУТЕ3(выражение) — возвращает 3 байта выражения;

ВУТЕ4(выражение) — возвращает 4 байта выражения;

LWRD(выражение) — возвращает биты 0—15 выражения;

HWRD(выражение) — возвращает биты 16–31 выражения;

РАGЕ(выражение) — возвращает биты 16–21 выражения;

ЕХР2(выражение) — возвращает 2^ выражения;

LOG2(выражение) — возвращает целую часть lоg 2(выражение).


Операции

Ассемблер поддерживает различные операторы, описанные ниже. При их использовании можно применять скобки.

Логическое НЕ

Обозначение: !

Описание: унарный оператор, возвращает 1, если выражение равно нулю, и 0, если выражение было не равно нулю.

Приоритет: 14.

Пример: ldi r16,!0xf0; Загрузить в г16 0x00


Побитовое НЕ

Обозначение: ~

Описание: унарный оператор, который возвращает исходное выражение со всеми инвертированными битами.

Приоритет: 14.

Пример: ldi r16.~0xf0; Загрузить в r16 0x0f


Унарный минус

Обозначение:

Описание: возвращает число с измененным на противоположный знаком.


Умножение

Обозначение: *

Описание: возвращает результат умножения двух чисел. Приоритет: 13.

Пример: ldi r30,label*2; Загрузить в регистр r30 label*2


Деление

Обозначение: /

Описание: возвращает целую часть от деления левого параметра на правый.

Приоритет: 13.

Пример: ldi r30, label/2; Загрузить в регистр r30 label/2


Сложение

Обозначение: +

Описание: возвращает сумму двух чисел.

Приоритет: 12.

Пример: ldi г30,с1+с2; Загрузить в регистр r30 с1+с2


Вычитание

Обозначение: -

Описание: возвращает результат вычитания правого числа из левого.

Приоритет: 12.

Пример: ldi г17,с1-с2; Загрузить в регистр r30 с1-с2


Сдвиг влево

Обозначение: <<

Описание: возвращает значение левого числа, сдвинутое влево на число раз, равное правому числу.

Приоритет: 11.

Пример: ldi r17,1<<3; Загружает в регистр г17 число 1, сдвинутое влево на 3 бита


Сдвиг вправо

Обозначение: >>

Описание: возвращает значение левого числа, сдвинутое вправо на число раз, равное правому числу.

Приоритет: 11.

Пример: ldi r17,1>>2; Загружает в регистр r17 число 1, сдвинутое вправо на 2 бита


Меньше

Обозначение: <

Описание: возвращает 1, если первое число меньше второго, иначе— 0.

Приоритет: 10.

Пример: ori r18,bitmask*(c1<c2)+1


Меньше или равно

Обозначение: <=

Описание: возвращает 1, если первое число меньше второго или равно ему, иначе — 0.

Приоритет: 10.

Пример: ori r18,bitmask*(c<=c2)+1


Больше

Обозначение: >

Описание: возвращает 1, если первое число больше второго, иначе— 0.

Приоритет: 10.

Пример: ori r18,bitmask*(c1>c2)+1


Больше или равно

Обозначение: >=

Описание: возвращает 1, если первое число больше второго или равно ему, иначе — 0.

Приоритет: 10.

Пример: ori r18,bitmask*(c1>=c2)+1


Равно

Обозначение: ==

Описание: возвращает 1, если первое число равно второму, иначе — 0.

Приоритет: 9

Пример: andi г19, bitmask*(c1==c2)+1


Не равно

Обозначение: !=

Описание: возвращает 1, если первое число не равно второму, иначе — 0.

Приоритет: 9.

Пример:.SET flag=(c1!=с2)


Побитовое И

Обозначение: &

Описание: возвращает результат побитной операции «И» между операндами.

Приоритет: 8.

Пример: ldi r18,High(c1&c2)


Побитовое исключающее ИЛИ

Обозначение: ^

Описание: возвращает результат побитной операции «исключающее ИЛИ» между операндами.

Приоритет: 7.

Пример: ldi r18,Low(c1^c2)


Побитовое ИЛИ

Обозначение: |

Описание: возвращает результат побитной операции «ИЛИ» между операндами.

Приоритет: 6.

Пример: ldi ri8,Low(c2|c2)


Логическое И

Обозначение: &&

Описание: возвращает 1, если оба выражения не равны нулю, иначе — 0.

Приоритет: 5.

Пример: ldi r8,Low(ci&&c2)


Логическое ИЛИ

Обозначение: ||

Описание: возвращает 0, если оба выражения равны нулю, иначе — 0.

Приоритет: 4.

Пример: ldi r18,Low(ci||с2)


Описание программы WAVRASM

Здесь опишем специфические особенности применения транслятора ассемблера WAVRASM.


Открытие файла программы

Теоретически нет ограничений на количество одновременно oткрытых файлов исходных текстов. Размер каждого файла не должен превышать примерно 28 Кб. Для работы с файлами большего размера следует использовать версию ассемблера, работающую из командной строки MS-DOS — avrasm. Также можно разбить всю программу на несколько файлов и объединить их с помощью директивы INCLUDE.

Для каждого открытого файла создается окно с его текстом.

Для создания нового файла следует выполнить команду меню File>>New (быстрая комбинация клавиш: Alt-F N). Для открытия существующего файла следует выполнить команду меню File>>Open (быстрая комбинация клавиш: Alt-F О).


Встроенный текстовый редактор

Перемещение по тексту программы

Для перемещения по тексту программы можно пользоваться следующими командами:

вправо — стрелка вправо;

влево — стрелка влево;

вверх — стрелка вверх;

вниз — стрелка вниз;

в начало строки — Ноmе;

в конец строки — End;

в начало файла — Ctrl+Home;

в конец файла — Ctrl+End.


Редактирование текста

Для редактирования текста следует пользоваться клавишами:

— вставить пробел — пробел;

— завершить строку — Enter;

— удалить символ слева от курсора — Backspace;

— удалить символ справа от курсора — Del.

Для разбиения строки на две следует установить курсор на место разбиения и нажать Enter.

Для объединения двух строк следует установить курсор в начало второй строки и нажать клавишу Backspace.

Выделение текста, операции копирования, перемещения и удаления осуществляются так же, как в любой программе для Windows.


Установка опций программы

Некоторые установки транслятора ассемблера могут быть изменены. Для этого следует выполнить команду меню Options. Появится окно, подобное изображенному на рис. 4.4.



Рис. 4.4. Окно установки опций программы


В этом окне можно установить расширение файла, содержащего листинг программы и файла с оттранслированным кодом. Менять их не рекомендуется.

Также здесь можно указать, какого типа должен генерироваться выходной файл. Имеется три типа файлов: Generic, Motorola S-record и Intel HEX.

Обратите внимание, что объектный файл (который используется отладчиком) всегда имеет расширение obj. Также, если в программе инициализируются значения в памяти EEPROM, генерируется файл с расширением еер, используемый программатором для прошивки в микроконтроллер в процессе программирования. Этот файл генерируется в формате Generic.

Опция Wrap relative jumps — разрешить относительную адресацию переходов. Эта опция полезна для использования с микроконтроллерами, имеющими 4 К слов памяти программ.

Опция Save before assemble — сохранять исходный текст программы каждый раз перед ее ассемблированием.


Версия ассемблера для командной строки

Одновременно с установкой транслятора ассемблера для Windows, устанавливается версия для работы из командной строки MS-DOS. Эта версия транслятора не имеет никаких ограничений по объему транслируемой программы (т. е., в отличие от версии для Windows, размер файла может быть больше 28 кбайтов).

Вызывается программа следующим образом:

avrasm [-m|-i|-g] input.asm output.lst output.hex

В результате выполнения программы будет прочитан файл input.asm, сгенерирован файл листинга listfile.lst, файл скомпилированного кода для загрузки в память программ микроконтроллера output.hex и объектный файл *.obj, используемый отладчиком.


Назначение ключей программы

m — генерировать файл кода в формате Motorola S-Record;

i — генерировать файл кода в формате Intel HEX;

g — генерировать файл кода в формате Generic.

По умолчанию генерируется файл кода в формате Generic.


Для выбора типа файла следует уточнить, с каким типом файлов может работать программатор, которым программа будет заноситься в микроконтроллер.


Формат файлов, генерируемых транслятором ассемблера

Формат Generic

Рассматриваемый транслятор ассемблера может генерировать три различных типа файлов: Generic, Motorola S-Records и Intel HEX.

Рассмотрим один из этих форматов — Generic. Файлы этого формата — текстовые.

Структура файла очень проста. Каждая строка файла имеет вид: Адрес: код операции.

Здесь «Адрес» — 6 цифр (24 бита) шестнадцатеричного числа, и «код операции» — 4 цифры (16 битов) шестнадцатеричного числа. «Адрес» определяет адрес в памяти программ, а «код операции» — содержимое памяти по указанному адресу.

В качестве примера рассмотрим программу на ассемблере:

; Демонстрация формата Generic

         mov r0,r1

         inc r1

         call oursub

.org 0x50; Установить адрес в памяти программ на 0x50

oursub: add r1,r2

         ret

В результате трансляции этой программы будет получен файл gen_demo.rom следующего содержания:

000000:2с01

000001:9413

000002:940е

000003:0050

000050:0с12

000051:9508

Обратите внимание на то, что команды, состоящие из двух слов, размещаются в двух строках файла.

Если в программе был определен сегмент EEPROM, то генерируется файл для прошивки в EEPROM. Расширение этого файла еер. Этот файл всегда генерируется в формате Generic.


Формат объектного файла

Объектный файл содержит отладочную информацию и может быть использован отладчиком для проверки правильности работы программы.

Объектный файл имеет две части: record и trailer.

Заголовочная часть имеет следующий формат:

• смещение к исходным именам файлов (4 байга);

• смещение к объектным записям (4 байга);

• число байтов в каждой записи (1 байт);

• число имен файлов во второй части файла (1 байт);

• строку A VR Object File\0 (\0 означает, что строка завершена 0).

Длительность записей составляет 9 байтов каждая. Формат записи:

• адрес памяти программ (3 байта);

• код операции (2 байта);

• номер инструкции в исходном файле (1 байт, счет начинается с 0);

• номер строки в исходном файле (2 байга, счет начинается с 1);

• индикатор макроса (1 байт, 1 — если макрос, иначе — 0).


И наконец, trailer часть имеет следующий формат:

• имена файлов (заканчивающиеся на 0, число файлов в заголовке);

• ASCII 0.

Для примера рассмотрим программу (файл obj demo.asm):

; Демонстрация объектного формата

.equ const1=0x15

.equ const2=0x40


macro SWIN

      swap @0

      inc @0

.endmacro


start: ldi r16.const1

      SWIN r16

      ldi r16.const2

      SWIN r16

      rjmp start


.include "delay.asm"; Включение другого файла на ассемблере


Включаемый файл (delay.asm):

delay: dec r16

      breq delay

      ret

После трансляции будет получен объектный файл. Файл — бинарный. Для удобства рассмотрения он был переведен в 16-ричный формат, а столбцы были раздвинуты.

Смещение: Содержимое файла (в 16-ричном формате):

00000000: 00000074 Смещение к именам файлов

00000004: 0000001А

00000008: 09

00000009: 02

0000000A: 415652204F626A6563742046696C6500 Cтрока A0F

0000001А: 000000Е10500000В00 Первая запись

00000023: 000001950200000C01

0000002С: 000002950300000C01

00000035: 000003E40000000D00

0000003Е: 000004950200000Е01

00000047: 000005950300000Е01

00000050: 000006CFF900000F00

00000059: 000007950А01000400

00000062: 000008F3F101000500

0000006В: 000009950801000600 Последняя запись

00000074: 4F424A5F44454D4F2E41534D00 "0BJ_DEM0.ASH\0"

00000081: 44454С41592Е41534D00 "DELAY.ASM\0"

0000008В: 00 Конец объектного файла

4.2. Компилятор языка С CodeVision AVR

CodeVision представляет собой кросс-компилятор языка С, графическую оболочку и автоматический генератор программ, ориентированные на работу с семейством микроконтроллеров AVR фирмы Atmel. Внешний вид окна программы показан на рис. 4.5.



Рис. 4.5. Внешний вид окна программы CodeVision AVR


Программа представляет собой 32-разрядное приложение для работы в операционных системах Windows 95, 98, NT4.0 и 2000.

Кросс-компилятор включает в себя почти все элементы, соответствующие стандарту ANSI. Также в компилятор включены дополнительные возможности, ориентированные на использование архитектурных особенностей микроконтроллеров этого семейства и встроенных систем в целом.

Объектные файлы COFF позволяют осуществлять отладку программ с просмотром содержимого переменных. Для этого следует применять свободно распространяемый фирмой Atmel (www.atmel.com) отладчик AVR Studio debugger версии 3.5 или более поздний.

Для отладки систем, использующих последовательную передачу данных, в графической оболочке имеется встроенный Terminal.

Кроме стандартных библиотек языка С, компилятор имеет библиотеки для работы с:

• ЖКИ индикаторами со встроенным контроллером;

• шиной I2C фирмы Philips;

• датчиком температуры LM75 фирмы National Semiconductor;

• часами реального времени PCF8563 и РС8583 фирмы Philips, DS1302 и DS1307 фирмы Dallas Semiconductor;

• однопроводным протоколом фирмы Dallas Semiconductor;

• датчиками температуры DS1820 и DS1822 фирмы Dallas Semiconductor;

• датчиком температуры/термостатом DS1621 фирмы Dallas Semiconductor;

• памятью EEPROM DS2430 и DS2433 фирмы Dallas Semiconductor;

• шиной SPI;

• управлением режимами пониженного потребления энергии;

• временными задержками.

Также в CodeVision имеется автоматический генератор программ, который позволяет в течение считанных минут получить готовый код для следующих функций:

• настройка доступа к внешней памяти;

• определение источника прерывания Reset;

• инициализация портов ввода/вывода;

• инициализация внешних прерываний;

• инициализация таймеров/счетчиков;

• инициализация сторожевого таймера;

• инициализация UART;

• инициализация аналогового компаратора;

• инициализация встроенного АЦП;

• инициализация интерфейса SPI;

• инициализация поддерживаемых библиотеками CodeVision микросхем, работающих с однопроводным интерфейсом и шиной I2С;

• инициализация модуля ЖКИ-индикатора со встроенным контроллером.

Среда CodeVision AVR включает в себя программное обеспечение для работы с совместимым с платой STK200 программатором. После компиляции исходной программы на языке С полученный код может быть непосредственно запрограммирован в микроконтроллер. Этот программатор использует всего четыре сигнала: MOSI, MISO, SCK, RESET. Известно много простейших программаторов, соединяющихся с последовательным или параллельным портом IBM совместимого персонального компьютера.

Читателям предлагается на примере простейшей схемы познакомиться с применением демонстрационной версии компилятора языка С CodeVisionAVR, Для этого придется изготовить простой совместимый с STK200 кабель внутрисхемного программирования и несложную схему с микроконтроллером AT90S2313. В итоге проделанную работу можно будет проверить, запустив простую программу на языке С.


Изготовление кабеля для внутрисхемного программирования «STK200/300»

На рис. 4.6 показана электрическая принципиальная схема кабеля. Микросхема 74НС244 представляет собой буфер с тремя состояниями на выходах, что позволяет избежать влияния кабеля на схему после программирования микроконтроллера, не отключая кабеля.

Адаптер получил свое название от комплектующихся им отладочных плат фирмы Atmel для быстрого начала работы с микроконтроллерами At90s8515 и Atmega103 соответственно. На самом деле приведенная схема соответствует одновременно обеим адаптерам, в ней присутствуют перемычки для определения наличия как адаптера STK200 (выводы 2-12 разъема XI), так и STK300 (выводы 3-11).

Разводка колодки Х2 на приведенной схеме соответствует принятой фирмой Atmel для производимых ею плат.



Рис. 4.6. Простой кабель для внутрисхемного программирования


Простая демонстрационная схема на микроконтроллере AT90S8535

Чтобы проверить эту схему в работе, вам нужно иметь только один микроконтроллер AT90S2313, источник питания +5 В и кварцевый резонатор частотой 4 МГц. Кроме этого, потребуется несколько пассивных элементов — конденсаторов и резисторов. Электрическая принципиальная схема устройства изображена на рис. 4.7.

Для управления светодиодом в схеме использован всего один вывод микроконтроллера — PD1.



Рис. 4.7. Простейшая схема с микроконтроллером AT90S2313


Пример программы

Для проверки работы кабеля внутрисхемного программирования и демонстрационной схемы предлагается несложная программа, которая заставляет мигать светодиод. Оттранслированный код для этой программы можно найти на прилагаемом к книге компакт диске в файле blink.hex.

Текст программы:

// blink.с

#include <90s2313.h>

#include <delay.h>


void main()

{

// инициализация порта D

DDRD=0xff; // Порт D работает на вывод

PORTD=0x00;


while(1)

{

   PORTD.1=0;

   delay_ms(1000);

   PORTD.1=1;

   delay_ms(1000);

} // while(1)


// main


Использование встроенного программатора CodeVision

Простейший способ работы с прорамматором — использование команды меню Project, подменю CONFIGURE. Если осуществить указанные на рис. 4.8 установки, оттранслированный код программы будет загружен в микроконтроллер непосредственно после успешной компиляции.



Рис. 4.8. Окно настройки проекта


Перед работой следует указать тип используемого программатора. На рис. 4.9 показан вид окна выбора типа программатора.



Рис. 4.9. Окно выбора типа программатора


После успешной трансляции должно появиться окно, подобное показанному на рис. 4.10. Для занесения программы в микроконтроллер, следует нажать кнопку «Program».



Рис. 4.10. Окно, появляющееся после успешной трансляции программы


Примеры программ для компилятора CodeVision AVR С

Процедуры работы со встроенным АЦП AT90S8535 без прерываний

Текст программы:

// В данном примере определяются две функции для работы с АЦП:

// void ImtADC(void) инициализация АЦП

// int fieadADC(unsigned char) чтение значения напряжения на заданном входе

#include <ioB535.h>


void InitADC(void)

{

    ADMUX = 0; // выбрать вход номер 0

    ADCSfi = 0xC0; // включить АЦП и запустить первое "пустое" преобразование

}


int ReadADC(unsigned char channel)

{

    int i;


    ADMUX = channel; // Выбрать номер входа


    ADCSR |= 0x40; // Начать преобразование

    while (!(ADCSR & 0x10)); // Проверка завершения преобразования


    ADCSR |= 0x10; //Очистка бита "Преобразование завершено" при помощи записи в него "1"

    i = ADCL; // Чтение младших 8 битов ПЕРВЫМИ

   i += (int)ADCH << 8; // Чтение старших 2 битов, умножение их на 256 и сложение с младшим байтом


    return i;

}


void main(void)

{

    unsigned int temp;

    InitADC(); // Инициализация АЦП

    temp=ReadADC(0); // Измерить напряжение на нулевом входе АЦП (линия РАО порта А)

}


Пример вызова написанных на ассемблере функций из С программы

Материал взят из демонстрационной версии компилятора CodeVisionAVR С Compiler, автором которого является Pavel Haiduc, HP InfoTech S.R.L.

Текст программы:

// Определение функции на ассемблере. Эта функция возвращает а+Ь+с

#pragma warn- // Запретить предупреждения

int sum_abc(int a, int b, unsigned char с) {

#asm

    ldd r30, у+3;R30=LSB а

    Idd r31,у+4;R31=MSB а

    Idd r26,у+1;R26=LSB b

    Idd r27,у+2;R27=MSB b

    add r30,r26;(R31,R30)=a+b

    adc r31,r27

    Id r26,у;R26=c

    clr r27; Преобразование с типа unsigned char в тип int

    add r30,r26; (R31,R30)=(R31,R30)+C

    adc r31,r27

#endasm

}

#pragma warn+ // Разрешить предупреждения


void main(void) {

int r;

// Теперь вызовем функцию и сохраним результат в r

r=sum_abc(2,4,6);

}


Некоторые пояснения.

Компилятор передает параметры функции с помощью стека данных. Первым он передаст целый параметр а, затем b и в завершение с типа unsigned char. При каждой передаче регистровая пара Y увеличивается на размер параметра (4 для типа long, 2 для int, 1 для char).

В случае параметров, состоящих из нескольких байтов, первым передается старший байт. Как вы видите, стек растет вниз. После того как все параметры функции были записаны в стек (pushed), регистр Y указывает на последний параметр с, поэтому мы можем прочитать его значение в R26, воспользовавшись командой Id r26,у.

Параметр b был записан в стек перед с, поэтому он находится по более высокому адресу в стеке данных. Мы можем прочитать его значение, воспользовавшись командами ldd r27,у+2 (старший байт) и ldd r26,у+1 (младший байт).

Старший байт был записан в стек первым, поэтому он находится по более высокому адресу.

Параметр а был записан в стек перед Ь, поэтому он находится по более высокому адресу в стеке данных. Мы можем прочитать его значение, воспользовавшись командами ldd r27,у+4 (старший байт) и ldd r26,у+3 (младший байт).

Старший байт был записан в стек первым, поэтому он находится по более высокому адресу.

Функции возвращают свои значения в следующих регистрах:

R30 для типов char & unsigned char;

R30, R31 для типов int & unsigned int;

R30, R31, R22, R23 для типов long & unsigned long.

Поэтому наша функция должна вернуть ее результат в регистрах R30, R31.

После возвращения из функции компилятор автоматически генерирует код, освобождающий стек от параметров функции, поэтому можно не задумываться об этом.

Директива #pragma warn запрещает компилятору генерировать предупреждения о том, что функция не возвращает результат.

Это необходимо, потому что компилятору не известно, что мы делаем в нашей написанной на ассемблере функции.


Использование встроенного EEPROM

Материал взят из демонстрационной версии компилятора CodeVisionAVR С Compiler, автором которого является Pavel Haiduc, HP InfoTech S.R.L.

Текст программы:

// Контроллер: AT90S2313

// Модель памяти: TINY

// Размер стека данных: 64 bytes


flash char f[]="This is a test";

#pragma warn-

eeprom char e[16];


#pragma warn+

char r[16];


void main (void)

{

Char flash *ptr_to_flash;

char eeprom *ptr_to_eeprom;

char *ptr_to_ran;


// Копировать строку f из FLASH в

// Строку e в EEPROM

ptr_to_flash=f;

ptr_to_eeprom=e;

while (*ptr_to_flash)

     *ptr_to_eeprom++=*ptr_to_flash++;


// Копировать строку e из EEPROM в

// строку г в оперативной памяти

ptr_to_eeprom=e;

ptr_to_ram=r;

while (*ptr_to_eeprom)

     *ptr_to_ram++=* ptr_to_eeprom++;


// Стоп (бесконечный цикл)

while (1);

}


Работа с клавиатурой 4x4

Материал взят из демонстрационной версии компилятора CodeVisionAVR С Compiler, автором которого является Pavel Haiduc, HP InfoTech S.R.L.



Рис. 4.11. Схема соединения клавиатуры 4x4


Для индикации использован 2х16 алфавитно-цифровой ЖКИ, подсоединенный к порту PORTC следующим образом:



Текст программы:

#asm

.equ __lcd_port=0x15

#endasm


#include <lcd.h>

#include <stdio.h>

#include <delay.h>

#include <90sB515.h>


// Частота кварцевого резонатора [Гц]

#define F_XTAL 4000000L

// Линии PINDO…3 будут входами строк

#define KEYIN PIND

// Линии PORTD4..7 будут выходами столбцов

#define KEYOUT P0RTD


// Инициализация использованного таймера TIMER0

#define INIT_TIMER0 TCNT0=0x100L-F_XTAL/64L/500L

#define FIRST_COLUMN 0x80

#define LAST_COLUMN 0x10


typedef unsigned char byte;

// Здесь в виде бита сохраняется состояние каждой нажатой клавиши,

// бит 0 будет KEY0, бит 1 KEY1….

unsigned keys;

// Буфер ЖКИ-индикатора

char buf[33];


// Прерывание по таймеру TIMER 0 каждые 2 мс

interrupt [TIM0_OVF] void timer0_int(void)

{

static byte key_pressed_counter=20;

static byte key_released_counter,column=FIRST_COLUMN;

static unsigned row_data,crt_key;

// Перезагрузить таймер TIMERO

INIT_TIMER0;

row_data<<=4;

// Получить группу из 4 клавиш в переменной row_data

row_data|=¯KEYIN&0xf;

column>>=1;

if (column==(LAST_C0LUHN>>1))

   {

   column=FIRST_COLUHN;

   if (row_data==0) goto new_key;

   if (key_released_counter) — key_released_counter;

   else

     {

     if (-key_pressed_counter==9) crt_key=row_data;

     else

        {

        if (row_data!=crt_key)

          {

          new_key:

          key_pressed_counter=10;

          key_released_counter=0;

          goto end_key;

          };

        if (!key_pressed_counter)

          {

          keys=row_data;

          key_released_counter =20;

          };

        };

     };

   end_key:;

   row_data=0;

   };

// Выбрать следующий столбец, входы будут притянуты к 5 В

KEY0UT=¯column;

}


// Проверить, были ли нажаты клавиши

unsigned inkey(void)

{

unsigned k;

if (k=keys) keys=0;

return k;

}


void init_keypad(void)

{

DDRD=0xf0;

INIT_TIHERO;

TCCR0=3;

TIMSK=2;

#asm("sei")

}


main() {

unsigned k;

init_keypad();

lcd_init(16);

lcd_putsf("CVAVR Keypad");

// Читать состояние клавиш и индицировать код клавиши

while (1)

     {

     lcd_gotoxy(0,1);

     if (k=inkey())

        {

        sprintf(buf,“Key code=%Xh“,k);

        lcd_puts(buf);

        }

     else lcd_putsf("NO KEY ");

     delay_ms(500);

  }

}


Работа с алфавитно-цифровым ЖК-индикатором 2x16

Материал взят из демонстрационной версии компилятора CodeVisionAVR С Compiler, автором которого является Pavel Haiduc, HP InfoTech S.R.L.

Использован ЖК-индикатор со встроенным контроллером, подсоединенный к порту PORTC следующим образом:



Текст программы:

// ЖК-индикатор подсоединен к выходам порта P0RTC

// смотри файл lcd.h в директории..\inc

#asm

.equ __lcd_port=0x15;PORTC

#endasm


// Включить в состав программы описания и процедуры для работы с ЖК-индикатором

#include <lcd.h>


void main(void)

{

// Инициализировать ЖК-индикатор для работы

// с 2 строками по 16 символов

lcd_init(16);


// Перейти на 2-ю строку ЖК-индикатора

lcd_gotoxy(0,1);


// Отобразить сообщение

lcd_putsf("Hello world'');


// Остановиться (бесконечный цикл)

while (1);

}


Использование определенных пользователем символов при работе с ЖК-индикатором со встроенным контроллером

Материал взят из демонстрационной версии компилятора CodeVisionAVR С Compiler, автором которого является Pavel Haiduc, HP InfoTech S.R.L.

Использован алфавитно-цифровой ЖК-индикатор. Соединения между ЖК-индикатором и платой со схемой должны быть как можно короче.

Текст программы:

// Включить в программу определения и процедуры для работы со ЖК-индикатором

// в плате STK200/300

#include <lcdstk.h>


typedef unsigned char byte;


// Таблица для определенного пользователем символа

// стрелка, указывающая на верхний правый угол

flash byte char0[8]={

0b0000000,

0Ь0001111,

0b0000011,

0b0000101,

0b0001001,

0b0010000,

0b0100000,

0b1000000};


// Функция, использованная для определения заданного пользователем символа

void define_char(byte flash *рс. byte char_code)

{

byte i,a;

a=(char_code«3)|0x40;

for (i=0; i<8; i++) lcd_write_byte(a++,*pc++);

}


void main(void)

{

// Инициализация ЖКИ для работы

// с 2 строками по 16 символов в строке

lcd_init(16);


// Определить символ 0

define_char(char0,0);


// Переключиться в режим записи в память отображения (Display RAM)

lcd_gotoxy(0,0);

// Отобразить определенный пользователем символ

lcd_putsf("User defined\nchar 0:");

// Отобразить определенный пользователем символ 0

lcd_putchar(0);


// Стоп (бесконечный цикл)

while (1);

}


Бегущий огонь на светодиодах

Материал взят из демонстрационной версии компилятора CodeVisionAVR С Compiler, автором которого является Pavel Haiduc, HP InfoTech S.R.L.

8 светодиодов соединены с выходами порта PORTB и +5 В через резисторы сопротивлением 270 Ом, ограничивающие гок. Аноды светодиодов соединены с линией +5 В.

Текст программы:

// Определение регистров ввода-вывода для ATS0S8515

#include <90sS815.h>


// Частота кварцевого резонатора [Гц]

#define xtal 4000000

// Частота переключения светодиодов [Гц]

#define fmove 2


// Включить светодиод на линии 0 порта P0RTB

unsigned char led_status=0xfe;


// Процедура обработки прерывания по переполнению таймера TIMER1

// вызывается каждые 0,5с


interrupt [TIM1_OVF] void timer1_overflow(void)

{

// preset again TIMER1

TCNT1=0x10000-(xtal/1024/fmove);

// move the LEO

led_status<<=1;

led_status|=1;

if (led_status==0xff) led_status=0xfe;

// turn on the LED

P0RTB=led_status:

}


void main(void)

{

// Инициализация портов ввода-вывода

// Все выводы порта PORTB настроены на вывод информации

DDRB=0xff;

// Включить первый светодиод

PORTB=led_status,


// Инициализация таймера TIMER1

// Таймер TIHER1 отсоединен or линии OC1

// не включен режим широтно-импульсной модуляции PWM

TCCR1А=0;

// Частога таймера TIMER1 xtal/1024

TCCR1B=5;

// Предустановим значение таймера TIMER1

TCNT1=0x10000-(xtal/1024/fmove);

// Очистить флаги прерываний по таймеру

TIMER1 TIFR=0;

// Разрешить прерывания по переполнению таймера TIMER1

TIMSK=0x80;

// Все остальные виды прерываний запрещены

GIMSK=0;


// Разрешение глобальных прерываний

#fasm

sei

#endasm


// Бесконечный цикл, при этом возможно возникновение прерываний по переполнению таймера TIMER1

while (1);

}


Цифровой вольтметр с использованием АЦП фирмы Maxim типа МАХ1241

Измеренное значение передается с помощью интерфейса RS232. Параметры интерфейса: 9600 8N1.

Материал взят из демонстрационной версии компилятора CodeVisionAVR С Compiler, автором которого является Pavel Haiduc, HP InfoTech S.R.L.

Частота кварцевого резонатора: 4,000 МГц.

Подсоединение МАХ 1241 KAT90S8515.



Программатор после программирования контроллера должен быть отсоединен.

Текст программы:

#include <90s8515.h>

// Стандартная библиотека ввода/вывода

#include <stdio.h>

// Библиотека SPI-функций

#include <spi.h>

// Библиотека для формирования задержек

#include <delay.h>

// Опорное напряжение для МАХ1241 [мВ]

#define VREF 5000

// Определение управляющих сигналов для МАХ1241

#define NSHON P0RTB.0

#define NCS P0RTB.1

#define DOUT PINB.6


union adcu

{

unsigned char byte[2];

unsigned int word;

};


// Произвести одно аналого-цифровое преобразование и

// вернуть его результат unsigned

int max1241_read(void)

{

union adcu adc_data;

// Вывести микросхему MAX1241 из режима shutdown

NSHDN=1;

// Подождать 5 мкс для приведения МАХ1241 в рабочее состояние

delay_us(5);

// Теперь выбрать чип для начала преобразования

NCS=0;

// Ждать, пока преобразование не завершится

// DOUT будет равен 0 в процессе преобразования

while (DOUT==0);

// DOUT=1 —> преобразование завершено

// Прочитать младший байт (MSB)

adc_data.byte[1]=spi(0);

// Прочитать старший байт (LSB)

adc_data.byte[0]=spi(0);

// Снять сигнал выбора чипа

NCS=1;

// Перевести АЦП в режим shutdown

NSHDN=0:

// Форматировать результат преобразования и возврат результата

return (adc_data.word»3)&0xfff;

}


void main(void)

{

// Переменная для хранения результата преобразования

unsigned n;

// Инициализация портов ввода/вывода


// Port А

DDRA=0x00;

P0RTA=0x00;


// Port В

// Линия /SS установлена на вывод информации

// на уровне 1, это необходимо для работы

// SPI-порта в режиме мастер

DDRB=0xA3;

P0RTB=0x12;


// Port С

DDRC=0x00;

P0RTC=0x00;


// Port D

DDRD=0x00;

P0RTD=0x00;


// Инициализация UART (интерфейс RS-232)

// Параметры интерфейса: 8 битов данных, 1 стоп бит, без проверки четности

// приемник UART: отключен

// передатчик UART: включен

UCR=Ox08;

// Скорость передачи данных: 9600

UBRR=0x19;


// Инициализация SPI

// Режим работы SPI: мастер

// Тактовая частота SPI: 1000 000 кГц


// Порядок передачи данных: младший бит первый

SPCR=0x50;


putsf("MAX1241 Demo using the CodeVisionAVR С Compiler");

pUtSf ("*******************************************\n");


// Произвести аналого-цифровое преобразование и передать результаты

// через интерфейс RS-232

while (1)

     {

     n=max1241_read();

     printf("HAX1241-> N=%4u U=964umV\r\n",n,(unsigned) ((long) n*VREF/4096));

     // 0.3 sec. delay

     delay_ms(300);

     };

}


Использование ЖК-индикатора МТ10Т7-7

Микроконтроллер: AT90S8535-8PI.

Кварцевый резонатор: 4 МГц.

Подсоединение индикатора к порту Port С:



Текст программы:

void delay(void)

{

asm("del1: ldi r24,0x01");

asm("dl: dec r24");

asm('brne dl");

asm("dec r25");

asm("brne del1");

}


void STR0B_WR1(void)

{

asm("sbi 0x18,5");

delay();

asm("cbi 0x18,5");

}


void STR0B_ADR(void)

{

   asm("cbi 0x18,4"):

   delay();

   asm("sbi 0x18,5");

   delay();

   asm("cbi 0x18,5");

   delay();

   asm("sbi 0x18,4");

}


void Set_Bus(unsigned char A)

{

   If ((A&0x01)==0x01) asm("sbi 0x18,0");

                             else asm("cbi 0x18,0");

   If ((A&0x02)==0x02) asmC'sbi 0x18,1");

                             else asm("cbi 0x18,1");

   if ((А&0х04)==0х04) asm("sbi 0x18,2");

                             else asm("cbi 0x18,2");

   if ((А&0х08)==0х0в) asm("sbi 0x18,3");

                             else asmC'cbi 0x18,3");

}

void Init_LCD(void)

{

unsigned char temp;

   Set_Bus(0x0f);

   STR0B_ADR();

   Set_Bus(0x01);

   STR0B_WR1();


   Set_Bus(0);

   STR0B_ADR();

   for (temp=0;temp<20;temp++) STR0B_WR1();

}


unsigned char code7(unsigned char code)

{

   switch(code)

       {

            case 0: return 0xee;

            case 1: return 0x60;

            case 2: return 0x2f;

            case 3: return 0x6d;

            case 4: return 0xe1;

            case 5: return 0xcd;

            case 6: return 0xcf;

            case 7: return 0x68;

            case 8: return 0xef;

            case 9: return 0xed;

            case 10: return 0;

       }

return 0;

}

void out(unsigned char num)

{

   num=code7(num);

   Set_Bus(num);

   STR0B_WR1();

   delay0;

   asm("swap %num"); Set_Bus(num);

   STR0B_WR1();

   delay();

}

void display(unsigned int N, unsigned int N1, unsigned int N2)

{// NN N1N1N1N1 N2N2N2N2

   Set_Bus(0);

   STR0B_ADR();


   out((unsigned int)(N/10)-10*(unsigned int)(N/100));

   out(N-10*(unsigned int)(N/10));


   out((unsigned int)(N1/1000)-10*(unsigned int)(N1/10000));

   out((unsigned int)(N1/100)-10*(unsigned int)(N1/1000));

   out((unsigned int)(N1/10)-10-(unsigned int)(N1/100));

   out(N1-10*(unsigned int)(N1/10));


   out((unsigned int)(N2/1000)-10*(unsigned int)(N2/10000));

   out((unsigned int)(N2/100)-10*(unsigned int)(N2/1000));

   out((unsigned int)(N2/10)-10*(unsigned int)(N2/100));

   out(N2-10*(unsigned int)(N2/10));

}

«include <io8535.h>


void main()

{

          DDRB = 0xFF; /* Port С настроен на вывод */

          P0RTB = 0xff; /* Все линии порта С = 1 */

          Init_LCD();

          display(0,1,7);

          while(1);

}


Динамическая индикация

Динамическая индикация с применением прерывания по переполнению таймера Timer 0. Вывод на индикатор происходит каждые 65 мс. Прерывания по таймеру 1 происходят с периодом примерно 1 с. При этом на единицу увеличивается значение на индикаторе. При достижении значения 20 происходит обнуление значения для вывода.

Микроконтроллер: AT90S2313.

Кварцевый резонатор: 4 МГц.


Текст программы:

#include <90s2313.h>

#include "HG.h"


// Timer 0 overflow interrupt service routine interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void)

{

// Reinitialize Timer's 0 value

TCNT0=0xFF;

// Place your code here

HG12();

}


// Timer 1 overflow interrupt service routine

interrupt [TIM1_0VF] void timer1_ovf_isr(void)

{

// Reinitialize Timer's 1 value

TCNT1H=0xf0;

TCNT1L=0xbe;

// Place your code here

N++;

if (N==20) N=0;


// Declare your global variables here


void main(void)

{

unsigned int temp,temp1,temp2;

// Input/Output Ports initialization

// Port В

P0RTB=0x00;

DDRB=0xFF;


// Port D

P0RTD=0x00;

DDRD=0x00;


// Timer/Counter 0 initialization

// Clock source: System Clock

// Clock value: 3906 kHz

// Mode: Output Compare

// OCD output: Disconnected

TCCR0=0x05;

TCNT0=0xFF;


// Timer/Counter 1 initialization

// Clock source: System Clock

// Clock value: 3,906 kHz

// Mode: Output Compare

// OC1 output: Discon.

// Noise Canceler: Off

// Input Capture on Falling Edge

TCCR1A=0x00;

TCCR1B=0x05:

TCNT1H=0xf0;

TCNT1L=0xbe;

0CR1H=0x00;

0CR1L=0x11;


// External Interrupt(s) initialization

// INT0: Off

// INT1: Off

GIMSK=0x00;

MCUCR=0x00;


// Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization

TIMSK=0x82;


// Analog Comparator initialization

// Analog Comparator: Off

// Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off

ACSR=0x80:


// Global enable interrupts

#asm("sei")

init_HG();

while (1)

    {


    };

}


Звуковой генератор на частоту 1000 Гц

К нулевой линии порта В подсоединен транзисторный ключ, управляющий динамической головкой.

Микроконтроллер: AT90S2313.

Кварцевый резонатор: 4 МГц.

#include <90s2313.h>

// Процедура обработки прерывания Timer 1 по переполнению

interrupt [TIM1_0VF] void timer1_ovf_isr(void)

{

// Перезагрузить значение Timer 1

TCNT1H=0xff;

TCNT1L=0xfd;

if (PINB. 0–0) PORTB. 0=1; else P0RTB.0=0;

}


void main(void)

{


// Инициализация портов ввода/вывода

// Port В

DDRB=0xFF;

P0RTB=0x00;


// Port D

PORTD=0x00:

DDRD=0x00;

// Инициализация Timer 1

// Clock source: System Clock

// Clock value: 3906 kHz

// Mode: Output Compare

// OC1 output: Discon.

// Noise Canceler: Off

// Input Capture on Falling Edge

TCCR1A=0x00;

TCCR1B=0x05;

TCNT1H=0xff;

TCNT1L=0xfd;

0CR1H=0x00;

0CR1L=0x00;


// Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization

TIMSK=0x80;


P0RTB=0x00;


while (1);


}


Модель светофора

К линиям 0, 1 и 2 порта В подсоединены соответственно красный, желтый и зеленый светодиоды.

Микроконтроллер: AT90S2313.

Кварцевый резонатор: 4 МГц.


Текст программы:

#include <90s2313.h>

// Timer 1 overflow interrupt service routine

interrupt [TIM1_0VF] void timer1_ovf_isr(void)

{

// Reinitialize Timer's 1 value

TCNT1H=0xb3;

TCNT1L=0xb5;

// Place your code here

P0RTB=P0RTB<<1;

if (PINB,2==1) P0RTB=0x01;

}


// Declare your global variables here


void main(void)

{

// Declare your local variables here

// Input/Output Ports initialization

// Port В

DDRB=0xFF;

P0RTB=0x00;


// Port D

P0RTD=0x00;

DDRD=0x00;

// Timer/Counter 1 initialization

// Clock source: System Clock

// Clock value: 3906 kHz

// Mode: Output Compare

// OC1 output: Discon.

// Noise Canceler: Off

// Input Capture on Falling Edge

TCCR1A=0x00;

TCCR1B=0x05;

TCNT1H=0xb3;

TCNT1L=0xb5;

0CR1H=0x00;

OCR1L=0x00;


// Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization

TIMSK=0xB0;


P0RTB=0x01;


while (1);


}

4.3. Компилятор Imagecraft С

Очень интересен для рассмотрения С компилятор фирмы ImageCraft. Этот оптимизирующий компилятор достаточно компактен: дистрибутив имеет объем всего 2,5 Мбайт. После установки на диск компилятор занимает чуть больше 4 Мбайт. Несмотря на скромные размеры, он позволяет создавать вполне серьезные программы. Интегрированная среда разработки (IDE) работает в среде Windows 95/98/NT и включает в себя текстовый редактор с полноценной поддержкой русского языка и подсветкой синтаксиса программ, и менеджер проекта. Компилятор поддерживает работу практически со всеми AVR-микроконтроллерами, в том числе с новыми ATmega161/163 и FPSLIC АТ94. Для микросхем семейства ATtiny и AT90S1200, не имеющих внутреннего ОЗУ, имеется пакет ICC Tiny AVR. Опции компиляции можно выбрать из стандартного набора или установить самостоятельно, выбрав в поле «тип микросхемы» — custom device. Компилятор позволяет получить стандартный НЕХ-файл для загрузки в микросхему, и файл в формате COFF, необходимый для работы с отладчиком AVR Studio. Компилятор совместим со стандартом ANSI С. В исходном тексте можно использовать вставки на ассемблере.

Библиотеки, поставляемые в комплекте с компилятором, включают достаточно большое количество функций, в том числе специализированных, ориентированных на специфические особенности микроконтроллеров, такие как доступ к ЭСПЗУ, АЦП и SPI-интерфейсу. В интегрированной среде имеется достаточно подробно написанный help-файл, практически полностью повторяющий содержание книги, входящей в комплект поставки компилятора. Есть очень полезная возможность обратиться за помощью непосредственно на фирму ImageCraft, написав письмо по адресу info@imagecraft.com. В отличие от многих других производителей программного обеспечения, эта фирма достаточно оперативно отвечает на вопросы пользователей. Несомненным преимуществом работы с компилятором ImageCraft С является возможность полноценной работы до приобретения С-компилятора. Последняя демо-версия пакета доступна на сайте производителя программы по адресу http://www.imagecraft.com, причем эта версия максимально дружелюбна: пользователь может работать с исходными текстами неограниченной длины и компилировать файл для любой микросхемы. Единственным ограничением является время работы — 30 дней. Его достаточно для разработки даже крупного проекта. По истечении месяца пользователь должен принять решение: или переформатировать винчестер, чтобы еще раз установить демо-версию, либо приобрести официальный дистрибутив и право на техническую поддержку. Демонстрационная версия этого компилятора имеется на компакт-диске, прилагаемом к книге.

Ниже приведен пример простейшей программы для компилятора Imagecraft. Эта программа заставляет мигать восемь светодиодов, подключенных к порту В.

Текст программы:

// Микроконтроллер: A190S2313

#include <io2313.h>

#include «macros.h>


// Инициализация портов ввода/вывода

void init_ports(void)

{

   DDRB = 0xFF; // Порт В работает на вывод

   PORTB = 0xFF;

   DDRD = 0x00; // Порт D работает на ввод

   PORTD = 0x00;

}


// Временная задержка

void delay()

          {

          unsigned char a, b;


for (a = 1; a; a++)

          for (b = 1; b; b++):

          }

void main(void)

{

   init_ports(); // Инициализация портов


   PORTB = 0xff; // Погасили все светодиоды

   delay();

   PORTB = 0x00; // Зажгли все светодиоды

   delay();

}

4.4. Компилятор языка С AVR GCC

Этот компилятор принципиально отличается от описанных выше тем, что он бесплатно распространяется, но при этом не имеет вообще никаких ограничений. Дело в том, что первоначальный вариант компилятора существовал (и существует) для операционной системы Линукс, практически, это — тот же компилятор, адаптированный для работы в среде Windows. По этой причине им несколько непривычно пользоваться, но он имеет достаточно неплохие характеристики.

Нижеприведенные программы идут в комплекте с свободно распространяемым компилятором AYR GCC.


Мигание светодиодами

Автор: Volker Oth.

Мигает светодиодами на плате STK200.


Текст программы:

#include <io.h>


typedef unsigned char u08;


int main(void)

{

   u08 led, i, j, k;


   outp(0xff.DDRB); /* Все выводы порта В работают на вывод


   led = 1; /* Инициализировать начальное состояние */


   for (;;) {

       outp("led, PORTB); /* Инвертировать выход. 0 — светодиод включен */

       led <<= 1; /* К следующему светодиоду */

       if (!led) /* Переполнение: снова начать с линии В0 */

          led = 1;

       for (i=0; i<255; i++) /* Цикл формирования временной задержки */

           for(j=0; j<255;j++) /* Вложенный цикл формирования временной задержки */

               k++; /* Произвольное действие чтобы чем-то "занять" микроконтроллер */

      }

}


Мигание светодиодами с использованием таймера 0

Автор: Volker Oth.

Мигает светодиодами, подключенными к порту В под управлением таймера 0.


Текст программы:

#include <io.h>

#include <interrupt.h>

#include <signal.h>


unsigned char led;


SIGNAL(SIG_OVERFLOW0) /* Обработчик прерывания переполнения таймера 0 */

{

   outp("led, PORTB); /* Инвертировать выходные линии. 0 — светодиод горит */

   led <<= 1; /* К следующему светодиоду */

   if (!led) /* Переполнение; начать снова с линии В0 */

      led = 1;

   outp(0, TCNT0); /* Сбросить таймер, для возможности повторного «прерывания */

}


int main(void) {

{

   outp(0xff,DDRB); /* Все выводы порта В работают на вывод */


   outp((1<<TOIE0), TIMSK); /* Разрешить прерывание по переполнению таймера 0 */

   outp(0, TCNT0); /* Сбросить (обнулить) TCNTO */

   outp(5. TCCR0); /* Включить предварительное деление СК/1024 */


   led = 1; /* Инициализация начального состояния светодиодов» */

   sei(); /* Разрешить прерывания «/

   for (;;) {} /* Бесконечный цикл */


Иллюстрация использования внешних прерываний INT0 и INT1 и препроцессора

Автор: Volker Oth.


Текст программы:

#include <io.h>

#include <signal.h>

#include <interrupt.h>


#ifdef AVR_ATmega103

   #define AVR_MEGA 1

#else

   #ifdef AVR_ATmega603

      #define AVR_MEGA 2

   #else

     #ifdef AVR_ATmega161

       #define AVRMEGA 3

     #else

       #define AVR_MEGA 0

     #endif

   #endif

#endif


typedef unsigned char u08;


SIGNAL(SIG_INTERRUPTO) /* Обработчик внешнего прерывания into */

{

    register u08 led = mp(PORTB);


      if (led & 1)

         led &=  ~0x0f; else

      led |= 0x0f;

      out(led, PORTB); /* Зажечь светодиоды */

}


SIGNAL(SIG_INTERRUPT1) /* Обработчик внешнего прерывания int1 */

{

   register u08 led = inp(PORTB);


   if (led & 0x80)

      led &= ~0xf0;

   else

      led |= 0xf0;

   outp(led, PORTB); /* Зажечь светодиоды */

}


int main(void)

{

   outp(0xff, DDRB); /* Все линии порта В на вывод (светодиоды) */

   outp(0x00, DDRD); /* Все линии порта D на ввод (кнопки) */

#if AVR_MEGA

   outp((1<<INT0)|(1<<INT1),EIMSK); /* Разрешить внешние прерывания into, inti */

#else

   outp((1<<INT0)|(1<<INT1),GIMSK); /* Разрешить внешние прерывания into, inti */

   outp((1<<ISC01)|(1<<ISC10)|(1<<ISC11),MCUCR); /* По спаду: int0, no нарастанию: int1 */


#endif

   sei(); /* Разрешить прерывания */

   for (;;) {} /* Бесконечный цикл */

}


Иллюстрация применения UART

Автор: Volker Oth.

Иллюстрация применения UART. Работает совместно с программой terminal или подобной.

Формат UART: 9600 бод, 8 битов, 1 стоп-бит, без проверки четности.


Текст программы:

#include <io.h>

#include <interrupt.h>

#include <signal.h>


#define F_CPU 4000000 /* 4 МГц */

#define UART_BAUD_RATE 9600 /* 9600 бод */


#define UART_BAUD_SELECT (F_CPU/(UART_BAUD_RATE*161)-1)


typedef unsigned char u08;

typedef char s08;

typedef unsigned short u16;

typedef short s16;


static volatile u08 *uart_data_ptr;

static volatile u08 uart_counter;


SIGNAL(SIG_UART_TRANS) /* Обработчик прерывания UART txd готов */

{

   uart_data_ptr++;


   if (--uart_counter)

       outp(*uart_data_ptr, UDR); /* Записать байт в буфер данных */

}


SIGNAL(SIG_UART_RECV) /* Обработчик прерывания "прием завершен" */

{

    register char led;


   led = inp(UDR); /* Прочитать байт из буфера данных UART */

   outp(~led, PORTB); /* Отобразить полученный байт на светодиодах, подключенных к порту В */

}


void uart_send(u08 *buf, u08

{

   if (!uart_counter) { «Записать первый байт в буфер данных */

      uart_data_ptr = buf;

      uart_counter = size;

      outp(*buf, UDR);

   }

}


void uart_init(void) /* Инициализировать UART */

{ /* разрешить прерывания RxD/TxD */

    outp((1<<RXCIE)|(1<<TXCIE)I(1<<RXEN)|(1<<TXEN),UCR);

    /* установить скорость */

    outp((uD8)UART_BAUD_SELECT, UBRR);

}


int main(void)

}

   outp(0xff,DDRB); /* Все линии порта В на вывод */

   outp(0x00, PORTB); /* Зажечь светодиоды */


   uart_init();

   sei(); /* Разрешить прерывания */


   for (;;) { /* Бесконечный цикл */

       uart_send("Serlal Data from AVR received###", 32);

   }

}


Работа с EEPROM и UART

Автор: Volker Oth.

Читает и записывает EEPROM. При возникновении прерывания UART «передача завершена», содержимое EEPROM пересылается на компьютер. После получения байта от компьютера прерывание «прием завершен» отображает полученный байт на светодиодах и сохраняет его в EEPROM. Формат UART: 9600 бод, 8 битов, 1 стоп-бит, без проверки четности.

Текст программы:

#include <io.h>

#include «interrupt. h>

#include «signal. h>

#include «eeprom.h>


#define F_CPU 4000000 /* 4 МГц */

#define UART_BAUD_RATE 9600 /* 9600 бод */


#define EEPR0M_SIZE (E2END+1)

#define UART_BAUD_SELECT (F_CPU/(UART_BAUD_RATE*161)-1)


typedef unsigned char u08;

typedef char s08;

typedef unsigned short u16;

typedef short s16:


u16 read_counter; u16

write_counter;


SIGNAl(SIG_UART_RECV) /* Обработчик прерывания “прием завершен" */

{

   register u08 ee_write;


   ee_write = inp(UDR); /* Прочитать байт из буфера данных UART */

   outp(~ee_write, PORTB); /* Отобразить байт на светодиодах */

   eeprom_wb(write_counter, ee_write); /* Записать байт в EEPROM»/

   if (++write_counter >= EEPR0M_SIZE) /* Переполнение: установить смещение 0 */

      write_counter = 0;

}


SIGNAL(SIG_UART_TRANS) /* Обработчик прерывания "передача завершена" */

{

   register u08 ee_read;


   ee_read = eeprom_rb(read_counter); /* Прочитать следующий байт из EEprom */

   outp(ee_read, UDR); /* Записать байт в буфер данных UART */

   if (++read_counter >= write_counter) /* Переполнение: начать с 1-го символа */

      read_counter = 0;

}

int main(void)

{

   outp(0xff,DDRB); /* Все линии порта В на вывод */

   outp(0x00, PORTB); /* Зажечь все светодиоды */


   /* Разрешить прерывания RxD/TxD */

   outp((1<<RXCIE)|(1<<TXCIE)|(1<<RXEN)|(1<<TXEN),UCR);

   /* Установить скорость 9600 */

   outp(UART_BAUD_SELECT, UBRR);


   sei (); /* разрешить прерывания */


   read_counter = 0; /* Начать читать с первого байта в EEPROM */

   write_counter = 0; /* Начать запись с первого байта в EEPROH */

   outp('#', UDRi); /* Записать 1-й байт в буфер данных UART */


    for (;;) {} /* Бесконечный цикл */

}


Демонстрирует использование библиотеки вычислений с плавающей запятой

Автор: Volker Oth.

Демонстрирует использование библиотеки вычислений с плавающей запятой. Выполняет 4 основных арифметических операции. Результаты преобразуются в 16-битовый формат с фиксированной точкой и передаются на настольный ПК с помощью UART. Результаты могут быть просмотрены с помощью программы terminal или подобной:

$0000 (start identifier)

$006b = 107 = 10.0*(7.5+3.2)

$002b = 43 = 10.0*(7.5–3.2)

$00f0 = 240 = 10.0*(7.5*3.2)

$0017 = 23 = 10.0*(7.5/3.2)


Текст программы:

#include <io.h>

#include <interrupt.h>

#include <signal.h>


#define F_CPU 4000000

#define UART_BAUD_RATE 9600

#define UART_BAUD_SE LEOT (F_CPU/(UARr_BAUD_RATE*161)-1)


typedef unsigned char u08;

typedef char s08;

typedef unsigned short u16;

typedef short s16;


u08 uart_ready;

U08 *uart_data_ptr;

s08 uart_counter;

s16 result_buf[5]; /* Буфер результата */

float a_buf[2] = {7.};


SIGNAl(SIG_UART_TRANS) /* Обработчик прерывания uart txd готов*/

{

   uart_data_ptr++;

   uart_counter-;


   if (uart_counter>0)

      outp(*uart_data_ptr, UDR); /* Записать байт в буфер данных */

   else

       uart_ready = 1; /* Готов отсылать */

}


void uart_send(u08 *buf, u08 size) /* Послать буфер на uart */

{ /* Записать первый байт в буфер данных */

   if (!uart_ready) return;

   uart_ready = 0; /* Не готов отсылать */

   uart_data_ptr = buf;

   uart_counter = size:

   outp(*buf, UDR);

}


void calc(float a, float b)

{

   result_buf[0] = 0;

   result_buf[1] = (a+b)*10.0;

   result_buf[2] = (а-Ь)*10.0;

   result_buf[3] = (a*b)*10.0;

   result_buf[4] = (а/Ь)*10.0;

}


int main(void)

{

   / Разрешить прерывания RxD/TxD */

   outp((1<<RXCIE)|(1<<TXCIE)|(1<<TXEN),UCR);

   /«Установить скорость */

   outp((u08)UART_BAUD_SELECT, UBRR);


   uart_ready =1; /* Готов отсылать */

   sei(); /* Разрешить прерывания */


   for (;;) { /* Бесконечный цикл */

      calc(7.5, 3.2);


      uart_send((u08*)result_buf, 5*sizeof(s16));

   }

}


Простейшие приемы печати и чтения UART

Автор: Volker Oth.

Назначение: демонстрирует простейшие приемы печати и чтения UART.


Текст программы:

#include "uart.h"

#include <progmem.h>


int main(void)

{

   u08 data;

   UART_Init(); /* Инициализация UART */


   PRINT(“Hello World!");

   EOL();


   for (;;) { /* Бесконечный цикл */

      PRINT("Press any key…");

      EOL();


      data = UART_ReceiveByte();


      PRINTC'You pressed "');

      UART_SendByte(data);

      PRINT("' whicn is 0x");

      UART_Printfu08(data);

      PRINT(" in hexadecimal.");

      EOL();

   }

}


Получение доступа к данным в памяти программ

Текст программы:

#include <io.h>

#include <progmem.h>


typedef unsigned char u08;


u08 __attribute__ ((progmem)) leds[]={0xff, 0xe7, 0хс3, 0x81, 0x00, 0x81, 0хс3, 0xe7};


int main(void)

{

   u08 i, j, k, l


   outp(0xff.DDRB); / Все выводы порта В на вывод */

   for (;;) {

      for (1=0; l<< sizeof(leds);l++) {


         outр(PRG_RDB(&leds[1]), PORTB):


         for (i=0; i<255; i++) /* Цикл временной задержки */

            for(j=0; j<255;j++) /* Вложенный цикл временной задержки */

               k++; /* Любая операция (чтобы "занять" процессор) /

      }

   }

}

4.5. Программатор

Одним из самых необходимых устройств для работы с микроконтроллерами является программатор. Это специальный прибор, позволяющий оттранслированную программу занести непосредственно в память микроконтроллера. Без него вся работа будет только теорией.

Существуют различные виды программаторов. Различаются они по сложности, цене, программному обеспечению для работы. Для микроконтроллеров семейства AVR можно выделить наиболее удачные программаторы — AS1 производства фирмы Аргуссофт, и AVReAl — самодельный, сконструированный Александром Редчуком. Последний отличается исключительной простотой в изготовлении и качеством работы, не уступающим промышленным программаторам.

В этой главе читатели могут познакомиться со схемой программатора, которая может работать с программой AVReAl, и научиться пользоваться этим программатором.

Программа avreal.exe с авторским описанием работы с ней находится на компакт-диске, прилагаемом к книге.

Программатор AVReAl может работать с различными схемами программаторов. Остановимся на схеме, совместимой с использованной в стартовой плате STK200 фирмы Atmel. Почему именно эта схема? Потому что она же может работать совместно с компилятором языка С CodeVision AVR.

Схема программатора показана на рис. 4.12.



Рис. 4.12. Схема программатора ATMEL STK200/STK300


Легко увидеть, что схема действительно предельно проста. Тем не менее она позволяет осуществлять все необходимые операции: проверять память микроконтроллера на наличие в ней программы, стирать ее содержимое, зашивать новую программу и т. д.

Внешний вид собранного программатора показан на рис. 4.13.



Рис. 4.13. Внешний вид программатора


Программатор работает с портом LPT1, 2 или 3. Если у вас порт LPT занят (например, принтером), можно купить на радиорынке отдельную плату с LPT-портом от старого компьютера, настроить ее на адрес порта LPT2 или 3 и подключать программатор к ней.

Следует иметь в виду, что длина проводов, соединяющих программатор и схему с микроконтроллером, не должна превышать 15…20 см. При большей длине начинают очень сильно влиять наводки на провода и возникают ошибки при работе программатора. Для удобства работы следует приобрести удлинитель порта LPT и подключить программатор к нему.

В качестве разъема для программирования рекомендую разъем типа LDC10. На рис. 4.14 изображен внешний вид этого разъема и его цоколевка. Номера выводов на схеме программатора соответствуют номерам на этом разъеме.



Рис. 4.14. Разъем IDC10


Следует стараться использовать на всех своих схемах с микроконтроллерами AVR один тип разъема программирования и его цоколевку — в этом случае можно будет пользоваться одним программатором для любых схем.


Описание программатора avreal

Автор программатора и настоящего описания: Александр Редчук.

(E-mail: real@real.kiev.ua).

AVReAl — программатор At90sXXXX через LPT.

Новые версии, описание и FAQ лежат на

http://www.ln.com.ua/~real/avreal;

http://www.chat.ru/~avreal.

Компилируется в следующих вариантах: 16-битовом DOS, для работы на процессорах начиная с 286; 32-битовом WIN32, для работы необходимы файлы: для Windows 95/98 — DLportIO.DLL, для Windows NT — LportIO.DLL и DLportIO.sys.

Это файлы из комплекта DriverLINX от Scientific Software Tools, Inc. (http://www.sstnet.com). Его поставка достаточно громоздкая, с примерами работы на С и VisualBASIC, автоматической инсталляцией DLportlO.SYS для Windows NT и т. д. — итого файл port95nt.exe имеет размер 1,6 Мб.

В переупакованном виде p95nt.zip лежит у автора на

http://www.ln.com.ua/~real/avreal/p95nt.zip.

Также существует вариант программатора для LINUX, но он еще недостаточно оттестирован.

Подключение LPT к чипу осуществляется через Altera ByteBlaster (ключ -ab) или через адаптер, совместимый с платами STK200/STK300 (ключ -as).

Подключение выводов процессоров:



При использовании буферированных адаптеров (Altera ByteBlaster, Atmel STK*00) программа рассчитана на работу в схеме с «родными» питанием и кварцем. Возможна генерация XTAL1 по линии LED в STK*00 и по дополнительной линии, выведенной на контакт 8 в ByteBlaster.

Программа использует файлы в формате INTEL HEX (avrasm -i). При этом она загружает файл прошивки не в массив, а в список. То есть различается ситуация «байт 0xFF в. hex» и «непомянугый байт». В результате есть возможность шить только то, что надо, остальное только проверять при необходимости (см. ключ — v+).

Для любителей патчить прямо по НЕХ-файлу: если не совпадает контрольная сумма строки, то задается вопрос: «игнорировать?». При ответе 'Y' (или 'у') эта и все остальные ошибки CSUM игнорируются (но сами символы контрольной суммы должны присутствовать, иначе программа завершит работу еще раньше по недопустимому символу в строке).

Для облегчения таких патчей (особенно «форматных» записей в EEPROM) реализована возможность, подсмотренная у программы от VMK@real.kiev.ua для программирования PIC через Tait-совместимое железо: перед анализом строки из нее убираются пробелы и табуляции. В итоге можно дать:

:08 0001 00 00 01 0203 0405 0 6 0 7 DB

Также игнорируются пустые строки и строки, начинающиеся с '#', последнее предназначено для помещения комментариев о версии непосредственно в НЕХ-файлы.

Проверяется верхний адрес в НЕХ-файле, если не помещается в опознанный чип, то никаких действий (кроме выдачи сообщений) не осуществляется. Проверяется перекрытие адресов записей в НЕХ-файле. При нахождении первого перекрытия производится выход из программы с указанием диапазона адресов перекрывающихся данных.

Для mega103 необходим расширенный формат НЕХ-файла (обычный не поддерживает объем больше 64 Кб). Запись прочитанных данных в файл всегда производится с дополнительными записями типа '04'-Extended Linear Address Record, как не имеющими разночтений. Чтение из НЕХ-файла записей типа '02' Extended Segment Address Record производится в соответствии с формированием их в AVRASM by Atmel (без предусмотренного документацией Intel сворачивания адреса смещения по модулю 64 Кб).

Вызов программы

avreal [ключи] [[-с] имя_файла_кода [[-d] имя_файла_данных]]

или

avreal [ключи] -d имя_файла_данных (когда нет желания трогать код)

При пустой командной строке (ни имен, ни ключей) не делается никаких операций с портами/чипом. Если есть только имена файлов, но нет относящихся к ним ключей (-г -w -v), то файлы игнорируются. Подробнее про работу с файлами и про ключи -с, -d рассказано после описания остальных ключей. Признак ключа — символ или V, регистр букв не важен.


Ключи

-? (-h) — выдать ключи и перечень поддерживаемых кристаллов.

avreal +name -?

(+name должен быть задан _раньше_ ключа -?) выдает список fuses, поддерживаемых в режиме ISP для чипа name.

+name — установить тип кристалла, <name> задается без префикса 'At', например, 90sl200, 90s8515, mega103 (т. е. в том виде, в котором имена выдаются по /h, регистр букв не важен).

Обязательный ключ, никаких действий по умолчанию не производится.

Если задан только чип (больше нет ни ключей, ни имен файлов), то чип будет сброшен и выдана информация о нем (наличие, если есть доступные по ISP fuses — их состояние).

-р<число1>[,<число2>]

«число 1», шестнадцатеричное.

set Port 1, 2, 3 — номер LPT-порта, >0x100 — базовый адрес порта, если задан номер — адрес из BIOS MEMORY (не работает для Win32 и linux версий, там принято, что LPT1/2/3 это 378/278/3BC). Адрес в виде — рЗВС и в виде — р0х3ВС воспринимается как HEX число, если задан адрес — «сами попросили» — по умолчанию — р2 (LPT2).

«число2», с плавающей точкой, необязательный параметр, если указан, то не производится настройка на скорость порта, время обращения принимается равным <число2> микросекунд.

В Win32 версии настройка не производится никогда, если не указано — считается, что обращение к порту не быстрее 1 мкс.

-а<буква> — группа ключей «адаптер»;

-ab — работа через Altera ByteBlaster;

-as — работа через адаптер Atmel STK*00;

-аа — автоматический выбор ByteBlaster/STK;

-az — пытаться переводить выходы LPT в Z-состояние для «отключения» программатора от схемы («byte-blaster для ленивых»);

-аr — инверсия полярности сброса (например, для подачи его через резистор в базу присутствующего в схеме транзистора);

-ai# — установить время неактивного Reset после стирания равным #mS. Необходимо устанавливать большим времени задержки снятия сброса присутствующим в схеме с супервизором;

-ар — подавать питание чипа через свободные выходы данных LPT (несовместимо с — ab).

Рекомендуется поближе к чипу установить блокировочный конденсатор по питанию.

-о<число> задать частоту установленного кварца для настройки скорости SPI.

<число>=<частота в килогерцах>, по умолчанию 800 (0,8 МГц).

0 означает необходимость генерации XTAL из программы.

Работает со всеми адаптерами. У STK*00 для генерации XTAL используется линия LED. Байт-бластер должен быть доработан, см. http://www.ln.com.Ua/~real/avreal/adapters.html#ABB.

-n[<число>] — использовать последние 2 байта кода как счетчик стираний.

Если указано <число>, то для записи счетчика используется оно, а не инкрементированное прочитанное значение.

При -ewn если последние 2 байта заняты кодом, то — n игнорируется.

При -w если в чипе записан счетчик, а последние 2 байта заняты кодом, то производится насильное стирание.

-е[-] — стереть чип.

'-' задает сохранение содержимого EEPROM способом прочесть/стереть/записать. Даже для megaX03 применяется этот способ, если хочется пользоваться имеющимся fuse EESAVE, следует установить его (-fe) отдельным запуском avreal.

-1, -2, -3, -4, -5 — увеличить задержки на программирование в 1, 5, 2, 3, 4, 5 раз соответственно (для программирования при пониженном напряжении).

— проверить на чистоту.

-r — прочитать из чипа в файл[ы].

-W[+] — записать в чип. Дополнительный '+' — если чип в этом задании не стирался и задана запись в EEPROM, то прописать FF в ячейки EEPROM, не заданные в HEX. Верификация этих ячеек на значение FF будет производиться, даже если был задан просто -v, а не — v+ (мы же эти ячейки писали).

-v[+] — верифицировать (только то, что есть в hex).

Дополнительный ’+’ вызывает проверку на FF «свободных» с точки зрения НЕХ-файла позиций.

-1[+]# -1# — установить уровень защиты # = 1 or 2.

-1+# — то же самое, только lock биты прошиваются до зашивки fuses (необходимо для включения BODEN и залочки 90s4433 в одном цикле подачи питания).

-f<fuselist> — список fuses для тех чипов, в которых они шьются по ISP.

<fuselist> выглядит как fusename=value,fusename=value,alias,alias…

value — ШЕСТНАДЦАТЕРИЧНОЕ значение без префиксов и суффиксов.

Для однобитовых fuse добавлены значения ON и OFF (прошить и стереть, 0 и 1 соответственно).

alias'bi — это однобуквенные сокращения для fusename=value, соответствующие буквенным обозначениям в версиях avreal до 1.22.

При наличии «противоречивых» fusename=val и/или alias выдается сообщение об ошибке.

В целях совместимости с предыдущими версиями оставлена возможность перечисления alias-ов без разделения запятыми.

Перечень fusename с диапазоном value и комментарием, а также Допустимые alias'bi для конкретного чипа можно получить при помощи avreal +chipname -?

Если работа с fuses по SPI поддерживается, то их состояние сообщается при любой операции с чипом, задание ключа — F необязательно.

OSCCAL (Tiny12, Tiny15, Mega163) рассматривается как Read-Only fuse;-)

В случае наличия — F<fuselist> при — V производится верификация fuses.

Не упомянутые fuse остаются неизменными (кроме BLB для megal61, megal63, так как они могут быть стерты по — Е).

AVReAl обеспечивает также расширенную поддержку osccal (см. ниже)

Группа BLB относится скорее к lock-битам, записать 1 поверх уже запрограммированной в 0 fuse невозможно. Если запрошена такая операция и чип не стирался, то программа завершает работу с соответствующим предупреждением.

Для tiny12, tiny15 поддерживается программирование SPIEN и RSTDSBL, будьте осторожны, SPIEN по умолчанию запрограммировано, ключ — fspien=1 (-fspien=off) _сотрет_ SPIEN и запретит дальнейшее низковольтное программирование. То же произойдет и при _программировании_ RSTDSBL (-frstdsbl=0 или — frstdsbl=0).

-% — выдавать по ходу дела дополнительную информацию (производимые действия и ответы чипа). Внутри. bat-файпов следует писать — %% (пожалуй, это был неудачный выбор — символ, имеющий особый смысл в bat-файлах, но меняться уже не будет).

-! — делать, что велено, даже если чип не распознан (или распознан «не так», как задано в +<имя чипа>), а также, если не обнаружен указанный в командной строке адаптер. Попытка стереть нераспознанный (возможно, просто залоченный) чип при наличии команды стирания производится и без - после чего проводится повторное детектирование чипа.


Возможны осмысленные комбинации:

/vw — записать, проверить;

-e-wv+ — понятно;

-bw — проверить на чистоту, если не пустая — завершить работу, иначе записать.

После ключа -d идет имя файла данных, после — с — имя кода, в этом случае порядок файлов не важен. Пробел между ключами -c/-d и именами не обязателен, т. е. допустимо как -cfoo.hex, так и -с foo.hex.

Если дано два имени файла без ключей -с и -d, то первое имя — файл кода, второе — файл данных (EEPROM).

Если имя одно и нет ключей -c/-d, то этот файл содержит данные для кода, и если он содержит информацию после верхнего адреса FLASH для заданного кристалла, то эта информация используется для программирования EEPROM данных. То есть если, например, для 90s2313 hex-файл содержал данные в адресах от 0x800 до 0x87F, то эти данные будут записаны в EEPROM по адресам 0x00-0x7F.

Для Mega163 и Tiny12 поддерживаются особые формы ключей - с и -d для записи значения OSCCAL по адресу offset (шестнадцатеричное значение без префиксов и суффиксов). Байт (слово для '?') по offset должен существовать в исходном НЕХ-файле. Используется адрес байта, а не слова, в том числе и при обращении ко flash коду.

— d*osccal=offset — как байт в EEPROM данных;

— c*osccal=offset — как байт во FLASH коде (под команду LPM);

— c?osccal=offset — врезать OSCCAL как часть команды LDI по ofFset,ofFset+1.


Например:

public osccal_ldi

osccal_ldi:

ldi R16,0xFF

out OSCCAL,R16

Далее смотрим по MAP-файлу значение osccal ldi, например, оно вышло 0x120

avreal +tiny12 -ewv -с foo.hex -c?osccal=120

Группа ключей может задаваться как одним аргументом (-wv)? так и раздельно (-v -w). Ключ с параметром (-р -с -d) может стоять в группе только последним. То есть допустимо, скажем, такое:-) — wddata.hex -bv+c prog.hex -ер1

Порядок ключей не важен, выполнение производится в порядке Е B W V L.

Если проверка (В, V) дала отрицательный результат, то дальнейшая работа не производится. То есть — ebwv12

Стереть, если стерлась — писать, если верифицировалась — залочить.

+tiny12 -w -с foo.hex -c*osccal=1f3 -fcks=3,boden=0

Для tiny12 записать во флэш кода файл foo.hex, по адресу 0x1F3 занести прочитанное из чипа значение OSCCAL, запрограммировать fuse boden и установить fuse CKSEL в бинарное значение 0011.


Возвращаемый код ошибки:

0 — все заказанное сделалось;

10 — not blank при — В, несравнение при — V[+];

20 — невозможность осуществить запрошенную операцию НЕХ-кода или перечень данных слишком большой для распознанного чипа.

Запрошенное для записи состояние BLB нельзя записать, не стерев чип (а команды стирания не было);

30 — не распознан конкретный чип (бывает при защищенном чипе, поэтому при — Е все равно делается попытка стереть, и если после этого тоже не распознан — программа завершает работу);

40 — адаптер не подключен (не удалось войти в программирование по алгортиму для At90s);

50 — ошибка при чтении (не найден, «не те» символы, не совпала контрольная сумма, ошибка чтения…) или записи (есть защищенный от перезаписи с таким же именем…) НЕХ-файла;

60 — недостаточно памяти для списков кода/данных;

70 — недопустимая командная строка (в том числе задан номер отсутствующего LPT).


При обнаружении ошибок просьба сообщать версию программы и очень желательно отослать копию расширенной выдачи программы по ключу — % (перенаправив выдачу в файл) по адресу real@real.kiev.ua.


Один из вариантов использования программатора

Программы командной строки удобны для использования в какой-либо системе автоматизации проектирования программ. Большинство IDE имеют настраиваемое меню TOOLS, в которое можно вставить вызов программы и передать ей аргументы, например, имя текущего файла, имя проекта и др.

Многие программисты пользуются для сборки проекта утилитой make даже в том случае, если пакет имеет интегрированную оболочку, но содержит и компилятор/линкер командной строки.

Для использования avreal с такими программами необходимо один раз правильно сформировать строки для вызова avreal и поместить их в соответствующие позиции меню TOOLS используемого IDE или как команды соответствующих целей в makefile.

При использовании avreal для работы с кристаллами «вручную» неудобно каждый раз набирать всю командную строку. Для упрощения работы можно заготовить командные файлы с постоянно используемыми ключами и в командной строке задавать только название контроллера и имена файлов.

Ниже приведены примеры таких командных файлов, написанные в предположении, что:

• используется адаптер Atmel STK200 или STK300 (ключ -as), подключенный к порту LPT1 (ключ -p1). *.Ьаt-файлы должны находиться в одной папке (директории) с программой avreal.exe;

• тактовая частота контроллера не ниже 3,686 МГц (3686 кГц, ключ — о3686). Без этого ключа avreal будет предполагать, что тактовая частота может быть ниже, вплоть до 0,8 МГц, что приведет к существенному увеличению времени работы.

При использовании avreal для Win32 необходимо в командном файле указать avreal32 либо переименовать avreal32.exe в avreal.exe.

--------------------

erase.bat


@if '%v'==' goto help

@avreal -as -р1 -0З686 +%1 -e

@goto exit

: help

@echo erase.bat — стирание AVR-контроллера

@echo Вызов:

@echo erase cpuname.

@echo где cpuname — имя используемого процессора

: exit

--------------------

erasen.bat


@if '#1'==' ' goto help

@avreal -as -р1 -0З686 +%1 -en

@goto exit

:help

©echo erasen.bat — стирание AVR-контроллера

©echo с записью в верхние два байта flash-числа стираний

©echo Вызов:

©echo erasen cpuname,

©echo где cpuname — имя используемого процессора

: exit

--------------------

write.bat


©if '%1'==" goto help

©avreal -as -р1 -0З686 +%1 -w %2 %3

©goto exit

:help

©echo write.bat — запись AVR-контроллера

©echo Записывается flash кода и, если задан файл, EEPROM данных

©echo Вызов:

©echo write cpuname codename dataname,

©echo где cpuname — имя используемого процессора

©echo codename — имя файла кода

©echo dataname — имя файла данных (необязательный параметр)

:exit

--------------------

writed.bat


©if '%1'==' ' goto help

©avreal -as -р1 -0З686 +%1 -wd %2

@goto exit: help

©echo writed.bat — запись AVR-контроллера

©echo Записывается только EEPROM данных

©echo Вызов:

©echo writed cpuname dataname,

©echo где cpuname — имя используемого процессора

©echo dataname — имя файла данных

:exit

--------------------

read.bat


©if '%1'==' ' goto help

©avreal -as -р1 -0З686 +%1 -r %2 %3

©goto exit: help

©echo read.bat — чтение из AVR-контроллера

©echo Считывается flash кода и, если задан файл, EEPROM данных

©echo Вызов:

©echo read cpuname codename dataname,

©echo где cpuname — имя используемого процессора

©echo codename — имя файла кода

©echo dataname — имя файла данных (необязательный параметр)

:exit

--------------------

readd.bat


©if #1'==' ' goto help

©avreal -as -р1 -0З686 +%1 -rd %2

©goto exit: help

©echo readd.bat — чтение из AVR-контроллера

©echo Считывается только EEPROM данных

©echo Вызов:

©echo readd cpuname dataname,

©echo где cpuname — имя используемого процессора

©echo dataname — имя файла данных

:exit

--------------------

verify.bat


©if #1'==' ' goto help

©avreal -as -р1 -0З686 +%1 -v %2 %3

©goto exit

:help

©echo verify.bat — верификация AVR-контроллера

©echo Проверяется flash кода и, если задан файл, EEPROM данных

©echo Вызов:

©echo verify cpuname codename dataname,

©echo где cpuname — имя используемого процессора

©echo codename — имя файла кода

©echo dataname — имя файла данных (необязательный параметр)

:exit

--------------------

verifyd.bat


©if '%1’==“ goto help

©avreal -as -р1 -0З686 +%1 -vd %2

©goto exit: help

©echo verifyd.bat — верификация AVR-контроллера

©echo Проверяется только EEPROM данных

©echo Вызов:

©echo verifyd cpuname dataname,

©echo где cpuname — имя используемого процессора

©echo dataname — имя файла данных

:exit

--------------------

check.bat


©if '%1’==' ' goto help

©avreal -as -р1 -0З686 +%1 -bn

©goto exit: help

©echo check.bat — проверка AVR-контроллера на чистоту (стертость)

©echo Если при стирании контроллера был использован файл erasen.bat,

©echo то будет сообщено число стираний контроллера, в противном

©echo случае будет сообщение "Number of erases not initalised",

©echo означающее, что верхние два байта flash тоже содержат 0xFF

©echo Вызов:

©echo verifyd cpuname dataname,

©echo где cpuname — имя используемого процессора

©echo dataname — имя файла данных

:exit

--------------------

lock, bat


©if ’%1'==' ' goto help

©avreal -as -р1 -0З686 +%1 -12

©goto exit

: help

©echo lock.bat — защита AVR-контроллера от чтения

©echo Вызов:

©echo lock cpuname

©echo где cpuname — имя используемого процессора

: exit

--------------------


lockv.bat

©if '%1'==" goto help

©avreal -as -pi -0З686 +%1 -v12 %2 %3

©goto exit

:help

©echo lockv.bat — защита AVR-контроллера от считывания с предварительной

©echo верификацией (при несовпадении содержимого защита не устанавливается)

©echo Вызов:

©echo lockv cpuname codename dataname,

©echo где cpuname — имя используемого процессора

©echo codename — имя файла кода

©echo dataname — имя файла данных (необязательный параметр)

:exit

--------------------

fuses.bat


@if '%1'==" goto help

©avreal -as -р1 -0З686 +%1 -wvf%2

©goto exit: help

©echo fuses.bat — запись fuses AVR-контроллера

©echo Вызов:

©echo fuses cpuname fuselist

@echo где cpuname — имя используемого процессора

@echo fuselist — перечисленные через запятую fuses, состояние

@echo которых следует изменить. Более подробно см.

©echo описание avreal

:exit

-

Примечания.

Имя используемого процессора задается так, как оно выглядит в списке поддерживаемых кристаллов при вызове avreal -h, например, 90s8515 или mega 103. Допускается также указывать имена с префиксом 'АТ', например, at90s8515 или atmegal03. Регистр букв значения не имеет.

Запись fuses достаточно произвести один раз, стирание кристалла их не стирает (за исключением boot lock bits в кристаллах с boot sector во flash, рассматриваемых программой avreal как fuses).

Неуказанные в команде fuses не изменяются.

Записанное состояние fuse — '0', стертое — '1'. Для уменьшения вероятности ошибки следует пользоваться мнемоническими обозначениями ON и OFF соответственно.

При записи fuses следует быть осторожным с изменением состояния SPIEN и RSTDSBL для тех кристаллов, у которых эти fuse доступны в режиме низковольтного программирования.

Контроллеры AVR поставляются с SPIEN=0(ON), RSTDISBL=1 (OFF). Эти значения необходимы для low voltage ISP.



Еще один вариант использования программатора

Идея очень простая — обычно в процессе проектирования схемы и написания для нее программы тип чипа и название файла программы (т. е. и кода) выбираются один раз в начале работы и в дальнейшем изменяются очень редко.

В начале работы создается подобный файл с указанием типа кристалла (в этом файле AT90S2313) и имени файла, и при дальнейшей работе при необходимости запрограммировать кристалл просто запускается этот *.Ьаt-файл.

Кстати, запускать его можно не только из командной строки MS-DOS, но и из среды Windows 95/98. В последнем случае удобно сделать ярлык для этого файла.

При выполнении этого командного файла производятся следующие действия: проверяется наличие адаптера, совместимого с STK200, наличие подключенного микроконтроллера. Содержимое памяти микроконтроллера стирается, осуществляется проверка на успешное завершение операции стирания, после чего в кристалл записывается *.hex-файл, указанный в командной строке (в этом примере test2313.hex):

avreal.exe +90s2313 -р378 -as -ebvw -с test2313.hex

Конкретный пример. Изготовьте простейшую конструкцию на микроконтроллере AT90S2313. Ее схема изображена на рис. 4.15.



Рис. 4.15. Схема на микроконтроллере AT90S2313


Эта схема управляет двумя светодиодами, подсоединенными к линиям РВ2 и РВ4 микроконтроллера. Файл прошивки памяти программ для этой схемы имеется на компакт-диске, прилагаемом к книге. При правильной сборке и программировании схемы светодиоды должны поочередно мигать.

Для каждого проекта следует заводить отдельную папку (директорию), в которой располагать все файлы, относящиеся к проекту.

Итак, для того чтобы, например, занести код, находящийся в файле test2313.hex в память программ микроконтроллера AT90S2313, необходимо:

1) скопировать программу avreal.exe в папку проекта;

2) оттранслировать текст программы, чтобы получить файл *.hex. В нашем случае файл test2313.hex имеется готовый на компакт-диске, прилагаемом к книге. Его следует скопировать его в папку проекта;

3) создать текстовый файл с именем test2313.bat, в котором должна быть строка

avreal.exe +90s2313 -р378 -as -ebvw -с test2313.hex

4) подключить программатор к порту LPT и разъему ISP (программирования) схемы на микроконтроллере AT90S2313;

5) включить питание схемы на микроконтроллере;

6) запустить файл test2313.bat.

Обратите внимание — файлы avreal.exe, *.bat (в нашем примере test2313.bat) и *.hex (в нашем случае test2313.hex) должны находиться в одной папке.

Если все было проделано верно, программа должна быть занесена в микроконтроллер, и светодиоды начнут мигать.

Если необходимо заносить код не только в память программ, но и в EEPROM, в конце строки в *.bat-файле следует добавить — d и название файла с прошивкой EEPROM.

Глава 5 Основные схемные решения интерфейсов

5.1. Параллельные выходы

Одним из наиболее простых, но одновременно и наиболее важных и частых применений параллельных портов микроконтроллера можно назвать управление различными устройствами. В данном случае речь пойдет об управлении типа «включить/выключить».

В качестве выходов параллельные порты могут применяться для управления реле, симисторами, светодиодными индикаторами и т. д.


Управление светодиодами или оптронами

Управление светодиодами — самое простое, что может встретиться при изготовлении схем на микроконтроллерах. Как известно, светодиоды потребляют достаточно маленький ток — в зависимости от типа светодиода этот ток может составлять от 3 до 20 мА. Рабочее напряжение светодиодов составляет примерно от 1,5 до 4 В.

Так как ток, который микроконтроллеры семейства AVR могут отдавать при напряжении «логический ноль» на выходной линии, может достигать 20 мА, можно управлять светодиодом просто подключив его к выходной линии порта последовательно с ограничивающим ток резистором. Второй вывод этой цепочки следует подсоединить к положительной линии питания.

Стоит обратить внимание на то, что подключать следует именно таким образом — при напряжении «логическая единица» микроконтроллер может отдавать гораздо меньший ток. А значит, его нельзя будет применить для управления светодиодом напрямую. Более подробно можно узнать величины допустимых токов, воспользовавшись фирменной документацией на микроконтроллеры.

Управлять светодиодом предельно просто: так как один его вывод подключен к положительному проводу питания, для того, чтобы он стал светиться (т. е. падение напряжения на нем стало достаточным для зажигания), нужно сформировать на втором выводе цепочки со светодиодом напряжение низкого уровня «О». Говоря проще, для того, чтобы зажечь светодиод, надо записать в выходной порт значение «О». Чтобы погасить — записать «1».

На рис. 5.1 изображена простая схема с двумя светодиодами.



Рис. 5.1. Простейшая схема для управления двумя светодиодами


Таким же образом можно подсоединить и большее количество светодиодов — вплоть до того, что ко всем линиям портов ввода/вывода. Однако следует иметь в виду очень важный факт — хотя каждый выход микроконтроллера может управлять нагрузкой до 20 мА, общий потребляемый ток от всех линий портов ввода/вывода не должен превысить определенного значения. В зависимости от типа корпуса микроконтроллера и числа его линий портов ввода/вывода его величина может быть различной. Точно это значение можно узнать в фирменной документации на микроконтроллер.

Например, для микроконтроллера AT90S2313 имеются следующие ограничения: суммарный ток нагрузки при «0» на выходах не Должен превышать 200 мА, причем суммарный ток линий D0-D5 не более 100 мА и суммарный ток линий В0-В7 и D6 также не должен превышать 100 мА. Легко увидеть, что если нагрузить все выходы по 20 мА, можно превысить допустимый ток, что может повредить Микросхему.

Аналогично можно управлять оптопарами, ведь по-существу, они представляют собой размещенные в одном корпусе напротив друг друга светодиод и фоточувствительный элемент — фоторезистор, фототранзистор, и т. д. Например, используя оптопару со встроенным фотосимистором можно управлять высоковольтной нагрузкой. При этом достигаются такие важные цели, как гальваническая развязка высоковольтных цепей и схемы управления, отсутствие искрового промежутка.


Управление реле

Для питания обмотки реле требуется ток, превышающий 20 мА, поэтому напрямую подключить к микроконтроллеру его нельзя. Для управления реле, можно применять простейший усилитель — транзисторный ключ. На рис. 5.2 показан пример схемы с реле. Обратите внимание на наличие диода, подключенного параллельно обмотке реле — он нужен для защиты схемы от ЭДС самоиндукции, появляющейся в процессе коммутации обмотки.



Рис. 5.2. Использование реле


Совершенно аналогично можно включать не реле, а какую-либо другую нагрузку, например, лампу накаливания и т. д.

В случае, если необходимо управлять большим числом реле, или других мощных нагрузок, удобно применять микросхемы ULN2003 или ULN2803. Эти микросхемы содержат соответственно, 7 и 8 транзисторных ключей на составных транзисторах (схема Дарлингтона). Они позволяют управлять нагрузкой до 500 мА при напряжении до 50 В. При этом входы этих микросхем можно подключать непосредственно к линиям портов ввода/вывода микроконтроллера. Внутри микросхем уже имеется встроенный защитный диод, который можно подключать или отключать, осуществляя внешние соединения. На рис. 5.3 показан пример схемы с использованием микросхемы ULN2003.



Рис. 5.3. Применение микросхемы ULN2003


Для включения нагрузки следует сформировать на соответствующем выводе микроконтроллера уровень «1». При этом ток, потребляемый от вывода порта микроконтроллера, не превышает допустимый, в то же время, как осуществляется управление достаточно мощной нагрузкой.


Управление светодиодными цифровыми индикаторами

Так как светодиодные цифровые индикаторы, по-существу, представляют собой набор светодиодов специальной формы, расположенные так, чтобы при зажигании различных их комбинаций, получались цифры, управление ими принципиально не отличается от управления отдельными светодиодами. На рис. 5.4 изображен пример схемы управления семисегментным светодиодным индикатором.



Рис. 5.4. Управление цифровым индикатором


Легко увидеть, что если потребуется управлять большим числом индикаторов, количества выводов портов ввода/вывода будет недостаточно. Для преодоления этого препятствия применяется динамическая индикация. На рис. 5.5 показан пример схемы динамической индикации. Идея, лежащая в основе работы этой схемы очень проста — человеческий глаз достаточно инерционен, поэтому можно зажигать не все индикаторы одновременно, а только один из них, потом через короткое время другой и так далее. Так как переключение индикаторов происходит достаточно быстро, человеку кажется, что все индикаторы горят.



Рис. 5.5. Динамическая индикация

5.2. Параллельные входы

Параллельные входы обычно применяются для контроля состояния различных коммутационных элементов: кнопок, переключателей, блока контактов и т. д. Также можно проверять состояние некоторых видов датчиков, но при этом может потребоваться дополнительная схема, преобразующая состояние датчика к логическим уровням (например, уровень воды в баке ниже или выше определенной высоты и т. д.). Очень часто входы параллельных портов применяются для контроля состояния кнопок управления устройством.


Кнопки и переключатели

Проверять состояние кнопок или выключателей достаточно просто. Достаточно подсоединить, например, кнопку одним выводом к общему проводу, а другим — ко входной линии порта ввода/вывода, настроенной для работы в режиме чтения. Также эта линия должна быть соединена через резистор сопротивлением примерно 4,7—100 кОм с проводом «+» питания. При большем сопротивлении меньше суммарный потребляемый ток.

При разомкнутых контактах, на соответствующем выводе микроконтроллера будет «1», при замыкании контактов — «0».

Все механические выключатели имеют недостаток — при работе с ними наблюдается так называемый дребезг контактов, при котором при нажатии на кнопку происходит много замыканий и размыканий контактов из-за того, что они как правило, пружинят. Длительность периода дребезга зависит от качества контактов и обычно составляет от 10 до 100 мс. Бороться с этим эффектом проще программным способом. На рис. 5.6 показаны графики, иллюстрирующие дребезг контактов, а на рис. 5.7 приведена простейшая схема с кнопкой.



Рис. 5.6. Явление «дребезг контактов»



Рис. 5.7. Подключение кнопки к микроконтроллеру


Для реализации большого числа кнопок управления используют матричную схему соединения клавиатуры. Пример подобной схемы изображен на рис. 5.8.



Рис. 5.8. Использование матричной клавиатуры

Глава 6 Практические примеры применения микроконтроллеров AVR

6.1. 10-разрядный светодиодный индикатор на AT90S1200

Данное устройство предназначено для замены ЖК-индикатора со встроенным контроллером, аналога НТ1611, применяемого в телефонных аппаратах, на светодиодный индикатор с общим катодом. При применении десяти знаков ЖК-индикатора реализуется полная совместимость с НТ1611 (за исключением режима часов и таймера). Частота мерцания индикатора близка к 100 Гц, что практически незаметно даже боковым зрением. Ток через сегмент ограничен 20 мА самим микроконтроллером, что позволяет выровнять свечение при разном количестве зажженных сегментов. При программировании контроллера есть возможность постоянно зажечь запятые в нужных разрядах и исключить неиспользуемый знак при применении 9-знакового ЖКИ (который показан на схеме).

Сигналы Clk и Data должны соответствовать питанию 5 В, т. е. логическая единица должна быть 3…5 В. После проверки правильности монтажа подаем и проверяем питание +5 В на 20-м выводе панельки под DD1. Вставляем микроконтроллер — на экране после включения питания появятся 1234567890, что записано в программе. Если нет — проверить колебания с частотой 4,000—4,005 МГц на выводе 4. При подаче внешних сигналов Clk и Data индицироваться будет входящая информация. Общее потребление — 65…250 мА. Микросхему AT90S1200-12PC можно заменить на AT90S1200-12PI, а также AT90S1200-4PC и AT90S1200-4PI. Светодиодный индикатор — AJIC318A, ТОТ — 3361 AG-1 (три штуки), от АОНа или любой другой с общим катодом, можно набрать из одиночных, сдвоенных, строенных и т. п.



Рис. 6.1.Электрическая принципиальная схема


Программа для AT90S1200: lcd.zip, находится на компакт-диске, прилагаемом к книге.

Автор: Дергаев Э. Ю., UA4NX (E-mail: ua4nx@ezmail.ru).

6.2. Управление синтезатором частоты радиостанции «Маяк»

Данное устройство позволяет управлять частотой радиостанции «Маяк» в диапазоне 144,5—146,0 МГц. В режиме репитера и антирепитера индицируется частота передачи. Программа хранит в энергонезависимой памяти 63 частоты каналов и одну VFO, включая репитерный разнос +600 кГц, антирепитерный разнос — 600 кГц, с шагом перестройки 25 кГц. Запись частот в каждую ячейку памяти гарантируется 100 000 раз. В режиме SCAN происходит сканирование с 53-го по 63-й канал памяти, в режиме DUAL — сканирование между любым каналом памяти и VFO. При понижении напряжения источника питания на индикаторе отображаются прочерки. При выключении питания или нажатии клавиши CLOCK индикатор переходит в режим часов. Подтверждением нажатия клавиш служит короткий звуковой сигнал высокого тона.

Принципиальная схема на рис. 6.2. Микроконтроллер DD1 AT90S2313 управляет работой синтезатора радиостанции, передавая в блок приемопередатчика на DD4 и DD5 последовательный код частоты, анализирует состояние клавиатуры, нажатие тангенты РТТ, состояние шумоподавителя BUSY, напряжение питания радиостанции и передает информацию на жидкокристаллический 10-разрядный индикатор DD3 НТ1611. Питание стабилизировано DD2 78L05, напряжение — 5 В. Для питания ЖКИ используется отдельный источник питания+1,5 В, (для установки и коррекции времени используются кнопки S1 и S2). Питание на DD4 и DD5 подается с блока синтезатора +9 В, туда же желательно установить и плату с ними. Вариант 1 соответствует синтезатору на трех К561ИЕ11. Вариант 2 — синтезатор с дополнительной платой на К155РЕЗ. Если у вас другой синтезатор, установите перемычками 125,000 МГц и подключите остальные шины по «весу». Сигналы с контроллера подаются по кабелю, соединяющему пульт управления и приемопередатчик, используются свободные А0, A1, А2 (последним можно продублировать «землю»). Сам контроллер встраивается в пульт управления, питание +13,8 В. Сигнал BUSY снимается с D16 K561ЛA7 вывод 4, сигнал TX/RX с переключателя S8 (выводы на схеме 55). Выход SOUND подключается к собственному динамику (телефон из трубки) или УНЧ-приемника, регулируется подбором R6 (не забывайте, что УНЧ блокируется шумоподавителем). Кнопки управления — любые. Индикатор — любой аналог НТ1611, используемый в АОНах. Так как индикатор имеет горизонтальное положение, то устанавливать его придется на корпус сверху.


Режим VFO. На индикаторе F145025

Нажимая Н или L, на один шаг увеличиваем или уменьшаем частоту.

При их удержании частота начинаег изменяться с шагом 100 кГц.

Нажимая S/D, включаем режим DUAL.



Рис. 6.2. Электрическая принципиальная схема управления синтезатором частот на AVR микроконтроллере фирмы АТМЕ2


Нажимая F, переходим в режим SERVIS.

Прц выключении питания частота VFO сохраняется.


Режим MEMORY. На индикаторе 1Р 145750

Нажимая Н или L, увеличиваем или уменьшаем канал памяти на один.

При удержании клавиш — непрерывное изменение номера канала.

Нажимая S/D, включаем режим SCAN.

Нажимая дважды F, записываем в память частоту, набранную в VFO.


Режим SERVIS

Нажимая Н или L, переходим между:

S — режим частота RX — ТХ совпадает;

S Р — режим репитера;

S Р — режим антирепитера.

При включении питания устанавливается режим совпадения RX — ТХ. Для включения режима репитера необходимо выйти в SERVIS, выбрать режим, например репитер, и выйти из SERVIS, нажав F. То есть при нажатии на F выбранная на экране информация записывается в память.


Изменение частоты

Перейдем в режим VFO. Нажимая Н или L, на один шаг увеличиваем или уменьшаем частоту на заданный шаг. Затем можно включить режим репитера, антирепитера, перейти в режим MEMORY, выбрать канал и, нажав F, два раза записать содержимое VFO в память.


Режим SCAN

Сканируются каналы памяти 53–63. При появлении несущей сканирование приостанавливается, а при пропадании — через 3 секунды возобновляется. Для выхода из режима надо нажать любую клавишу или РТТ.


Режим DUAL

Сканируются канал памяти и VFO. При появлении несущей сканирование приостанавливается, а при пропадании — через 3 секунды возобновляется. Для выхода из режима надо нажать любую клавишу Или РТТ.


Режим LOCK

В режиме, передачи нажимая на Н, блокируем клавиатуру. Для снятия блокировки нажимаем на «L» в режиме передачи.


Настройка

После проверки правильности установки всех деталей подается питание. Уровень срабатывания индикации пониженного напряжения — R5, на выводе 12 DD1 порог около 2,5 В.


Возможная замена деталей

DD1 AT90S2313-4РС, AT90S2313-4PI, AT90S2313-10PC, AT90S2313-10PI. Перечисленные типы микроконтроллеров отличаются максимальной тактовой частотой (соответственно 4 и 10 МГц). Так как в схеме применен кварцевый резонатор на частоту 4 МГц, для схемы годится любой из них. VD1 — любой красный светодиод, можно уменьшить R1 до 470…910 Ом и вывести светодиод на переднюю панель как индикатор питания. VD2, VD3 — любые диоды. Кварц в пределах 2000…6000 кГц, но желательно ближе к 4 МГц, резисторы с допуском 20 %.

Программа для AT90S2313 находится на компакт-диске, прилагаемом к книге.


Пособие по отладке

1. Монтируем плату микроконтроллера (без 561ИР2). Достаем из панельки контроллер, если он был вставлен. Включаем «Маяк». Измеряем напряжение тестером. На ножке 1 должно быть 3,45…3,5 В. Светодиод должен быть красным. На ножке 20 должно быть 5 В. Выключаем питание. Вставляем в панельку контроллер. Включаем питание. Слышим телефонную трель в излучателе, подключенному к Sound. На индикаторе появляются 0-00 — это таймер, а затем первый канал памяти (1Р 145125, например). Проверяем все кнопки (на них должно быть 5 В, а при нажатии — 0 В). Проверяем работу программы, набирая кнопками частоты, и т. п.

2. Если все нормально, монтируем плату с 561ИР2, соединяем с контроллером и синтезатором. Питание на 561ИР2 должно быть 9,0 В, а лучше его понизить на 0,7 В, подав питание через диод в прямом включении. В некоторых синтезаторах напряжение на плате существенно выше, так что придется поставить несколько диодов или светодиод. Далее можно пройти по всем частотам и убедиться в правильности распайки синтезатора.

3. Если что-то не так, проверьте на 4-м выводе контроллера высокоомным щупом с делителем осциллографа наличие 4 МГц прямоугольников.

4. Если вы прошиваете микроконтроллер в плате — отключите светодиод на время программирования с компьютера.

Автор: Дергаев Э. Ю., UA4NX (E-mail: ua4nx@ezmail.ru).

6.3. Синтезатор частоты для УКВ ЧМ-радиостанции

Данное устройство позволяет управлять частотой радиолюбительской радиостанции в диапазоне 144… 146 МГц. В режиме репитера и антирепитера индицируется частота передачи. Программа хранит в энергонезависимой памяти 31 частоту каналов и одну VFO, включая репитерный разнос +600 кГц, антирепитерный разнос -600 кГц, с шагом перестройки 5, 10 и 25 кГц. Запись частот в каждую ячейку памяти гарантируется 100 000 раз. В режиме SCAN происходит сканирование с 21-го по 31-й канал памяти, в режиме DUAL — сканирование между любым каналом памяти и частотой VFO. При понижении напряжения источника питания на индикаторе отображаются прочерки. Для индикации «захвата» синтезатора служит светодиод VD4. При выключении питания или нажатии клавиши CLOCK индикатор переходит в режим часов. Подтверждением нажатия клавиш служит короткий звуковой сигнал высокого тона. Возможна блокировка клавиатуры.

Принципиальная схема на рис. 6.3.



Рис. 6.3. Электрическая принципиальная схема синтезатора частот УКВ радиостанции


Микроконтроллер DD2 AT90S1200 управляет работой синтезатора DD1 1508ПЛ1, переключает приемный (VT2) и передающий (VT5) генератор, управляемый напряжением (ГУН), анализирует состояние клавиатуры, нажатие тангенты РТТ, состояние шумоподавителя BUSY, напряжение питания радиостанции и передает информацию на жидкокристаллический 10-разрядный горизонтальный индикатор DD4 НТ1611. Питание стабилизировано DD3 78L05, напряжение — 5 В. Для питания ЖКИ используется отдельный источник питания +1,5 В (для установки и коррекции времени используются кнопки S1 и S2). В режиме передачи ГУН ТХ работает на частоте 144,5…145,8 МГц, модуляция подается на вход MOD, а в режиме приема ГУН RX — на частоте 133,3…135,3 МГц, для ПЧ — 10,7 МГц. В случае другой ПЧ необходимы изменения в программе (обращайтесь к автору).

Через буферные каскады VT4 и VT6 сигнал с ГУНов поступает| далее. Напряжение на них подается через 1 кОм для приемного^ (VT4) и 330 Ом для передающего (VT6) с соответствующих коммутируемых шин питания приемника и передатчика, сигнал снимается через емкость 47…68 пФ.

Остановимся на работе программы. Существует два основных режима работы — VFO и MEMORY. Они переключаются соответствующей клавишей V/M.

Режим VFO. На индикаторе F 145025

Нажимая Н или L, на один шаг увеличиваем или уменьшаем частоту.

При их удержании частота начинает изменяться с шагом 100 кГц.

Нажимая S/D, включаем режим DUAL.

Нажимая F, переходим в режим SERVIS.

При выключении питания частота VFO сохраняется.


Режим MEMORY. На индикаторе 1Р 145750

Нажимая Н или L, увеличиваем или уменьшаем канал памяти на один.

При удержании клавиш — непрерывное изменение номера канала.

Нажимая S/D, включаем режим SCAN.

Нажимая дважды F, записываем в память частоту, набранную в VFO.


Режим SERVIS

Нажимая Н или L, переходим между:

S — режим частота RX — ТХ совпадает;

S Р — режим репитера;

S Р — режим антирепитера;

S 5 — шаг 5 кГц;

S 10 — шаг 10 кГц;

S 25 — шаг 25 кГц.

При включении питания устанавливается шаг 25 кГц и режим совпадения RX — ТХ. Для изменения шага и включения режима репитера необходимо выйти в SERVIS, выбрать шаг, например 5 кГц, выйти из SERVIS, нажав F, затем снова зайти в SERVIS, выбрать режим, например репитер, и выйти из SERVIS, нажав F. То есть при нажатии на F выбранная на экране информация записывается в память.


Изменение частоты

Перейдем в режим VFO. Нажимая Н или L, на один шаг увеличиваем или уменьшаем частоту на заданный шаг. Затем можно включить режим репитера, антирепитера, перейти в режим MEMORY, выбрать канал и, нажав F два раза, записать содержимое VFO в память.


Режим SCAN

Сканируются каналы памяти 21–31. При появлении несущей сканирование приостанавливается, а при пропадании — через 3 секунды возобновляется. Для выхода из режима надо нажать любую клавишу или РТТ.


Режим DUAL

Сканируются канал памяти и VFO. При появлении несущей сканирование приостанавливается, а при пропадании — через 3 секунды возобновляется. Для выхода из режима надо нажать любую клавишу или РТТ.


Режим LOCK

В режиме передачи, нажимая на Н, блокируем клавиатуру. Для снятия блокировки нажимаем на L в режиме передачи.


Настройка

После проверки правильности установки всех деталей подается питание. Подключается частотомер к выводу 7 DD1. Конденсатором С13 выставляется частота 4 000 000 Гц, с точностью до герца. Подключаются выходы буферов ГУНов к радиостанции и к частотомеру.

Контурами L1 и L2 ГУНы вгоняются в диапазон, емкостями С5, С17 достигается перекрытие 2,0…2,8 МГц. Ка коллекторе VT4 желательно иметь 2,5…3 В — R12. Уровень модуляции — R39. Уровень срабатывания индикации пониженного напряжения — R25, на выводе 12 DD2 порог около 2,5 В. Выход SOUND подключается к УНЧ-приемника, регулируется R33, при данных номиналах R33, R34 — размах 1,5 В. Уровни сигналов:

BUSY — «1» — несущая в канале, «0» — нет несущей;

RX/TX — «1» — режим приема, «0» — режим передачи.

Уровни, подаваемые на BUSY и RX/TX, не должны превышать 5 В!!! Катушки L1 и L2 бескаркасные, содержат 4…6 витков провода ПЭВ или ПЭЛ диаметром 0,4…0,8 мм и намотаны на оправке диаметром 4,5 мм. После настройки они заливаются прозрачным термоклеем. Подстройка после заливки производится паяльником, разогревая и сдвигая крайний виток. Также заливаются С5—С9, С17—С21, Cl 1, С12, С14 и кварц.

Замена DD1 — 1508ПЛ11, 1508ПЛ11А; DD2 — AT90S1200-4PI, AT90S1200-12РС, AT90S1200-12PI, а также AT90S2313-4PC, — 4PI, — 10РС, — 10PI, у последней число каналов памяти 63+1 VFO, КВ 109А — на КВ 132.

Плата должна экранироваться, для чего паяется коробочка из жести высотой 20–30 мм.

Данное устройство встраивается в радиостанцию, поэтому не имеет собственных защит от переполюсовки и перенапряжений, будьте внимательны!!!

Программы для AT90S1200 и для AT90S2313 находятся на компакт диске, прилагаемом к книге.

Автор: Дергаев Э. Ю., UA4NX (E-mail: ua4nx@ezmail.ru).

6.4. Телеграфный манипулятор

Для передачи азбуки Морзе в небольших объемах (10–20 групп), можно применить данный манипулятор. Он может манипулировать CW-передатчик и передавать звуковой тон в SSB- и FM-передатчиках. Рассмотрим принципиальную схему на рис. 6.4.



Рис. 6.4. Электрическая принципиальная схема телеграфного манипулятора


После подачи напряжения манипулятор начинает передавать записанную в него информацию азбукой Морзе. На выходах появляется информация:

1. CW-key (прямой телеграфный выход) — для включения передатчика;

2. CW-key (инверсный телеграфный выход) — для выключения передатчика;

3. SOUND — подключение динамика или УНЧ;

4. LED — подключение светодиода на корпус, ток до 10 мА задается R4.

Общее потребление — 10… 15 мА.

Микросхему AT90S1200-4PC можно заменить на AT90S1200-4PI, AT90S1200-12PC, AT90S1200-12PI. При необходимости больших объемов можно использовать AT90S2313-4PC, AT90S2313-4PI, AT90S2313-10PC, AT90S2313-10PI.

Данное устройство работает: на «Маяке» UA4NX/a (CW-пepeдатчик 144,199 МГц), на «Маяке» UA4NM (CW-передатчик 28,302 МГц), в карте DX-связей на Станции юных техников. Возможности можно существенно расширить, например переключать мощность передатчика и сообщать об этом, переключать антенны и т. п.

Программы для AT90S1200 и для AT90S2313 имеются на компакт-диске, прилагаемом к книге.

Автор: Дергаев Э. Ю., UA4NX (E-mail: ua4nx@ezmail.ru).

6.5. Частотомер до 7200 кГц

Предназначен данный прибор для измерения частот до 7,2 МГц с точностью 10, 1 и 0,1 Гц. Рассмотрим принципиальную схему на рис. 6.5.



Рис. 6.5. Электрическая принципиальная схема частотомера


Для согласования уровней до 1,5 В используются делители на R2…R7. Кварц на частоту 16000 кГц. Индикатор — аналог НТ1611, применяемый в АОНах. К сожалению, эти индикаторы производятся для горизонтального положения. Запятые наклеиваются переводным шрифтом или ставятся черным маркером. При замыкании клавиши F появляется значение грубой коррекции частоты от 0 до 255, что соответствует частоте кварца примерно +120 кГц, точно подстраивают С2. Для этого подают на вход формирователя (на схеме не показан) сигнал 5000 кГц от поверенного промышленного частотомера, подбирают коррекцию и подстраивают С2. Значение коррекции записывается в EEPROM автоматически. Нажимая S1 или S2, изменяют предел измерения в сторону увеличения или уменьшения соответственно (одну кнопку можно не ставить).

Перспективы: переход на универсальный индикатор МЭЛТ МТ10Т7-7, появится возможность устанавливать его вертикально, что сделает возможным доработку до частотомера — шкалы с записью ПЧ, увеличения верхней частоты до 40 МГц (добавлением одной микросхемы), возможностью подключения внешних делителей с учетом их коэффициентов деления.

Общее потребление— 10…15 мА.

Микросхему AT90S1200-4PC можно заменить на AT90S1200-4PI, AT90S1200-12РС, AT90S1200-12PI.

Программа для AT90S1200 имеется на компакт диске, прилагаемом к книге (файл).

Автор: Дергаев Э. Ю., UA4NX (E-mail: ua4nx@ezmail.ru).

6.6. Частотомер (шкала для UW3DI)

Данное устройство предназначено для измерения частоты ГПД (5500…6000 кГц) и отображения реальной частоты трансивера с учетом 1-го и 3-го гетеродинов. Частота измеряется 10 раз в секунду. Точность измерения — 20 Гц, причем программным способом полностью устранено «перескакивание» младшего и других знаков. Для переключения диапазонов (их может быть 12 плюс режим частотомера) соответствующие выводы микроконтроллера замыкаются на корпус галетным переключателем (рис. 6.6).



Рис. 6.6. Принципиальная электрическая схема частотомера


Монтаж производится на макетной плате, под микроконтроллер устанавливается панелька. Плата помещается в полностью экранированный корпус, например из жести. Все соединяющие провода — экранированные (в том числе и идущие на переключатель диапазонов). Транзистор VT2 (вместе с R11, R12 и С8) выносится к ГПД. Так как индикатор предназначен для горизонтального положения, на переднюю панель его разместить проблематично.


Настройка

Проверяется напряжение на 20-м выводе контроллера, должно быть +5 В, на первом +3,5 В (±0,2 В), на VDD индикатора +1,5…1,6 В. Напряжение на коллекторе VT1 должно быть 2,5 В, подбирается резистором R9. Вставляем контроллер, если нет ошибок в монтаже и исправен кварц — шкала должна работать. Если нет проверить колебания частотой 16,000—16,012 МГц на выводе 4. Подстроечный конденсатор С2 должен быть в среднем положении. Далее подаем на вход формирователя шкалы сигнал частотой 5000 кГц, с любого промышленного частотомера, предварительно прогрев его и шкалу. Переводим шкалу в режим частотомера. Нажимая клавиши Up и Down, добиваемся показаний как можно ближе к истине, затем точно корректируем подстроечным конденсатором С2. (Если показания неустойчивые — регулируем усиление резистором R10). Отключаем генератор. Подключаем вход формирователя к выходу ГПД. Уровень сигнала с ГПД регулируется резистором R10. На коллекторе VT1 добиваемся синусоиды размахом 3…4,5 В, во всем диапазоне перестройки. Далее подстраиваем частоты на всех диапазонах: подключаем промышленный частотомер к выходу передатчика, слабо связав его с антенной или через нагрузку и аттенюатор. Даем несущую и, сравнивая показания шкалы и частотомера, нажатием клавиш Up и Down добиваемся совпадения показаний. И так на всех диапазонах. (Можно использовать «не круглые» кварцы в первом гетеродине). Детали: VD1 любой красный светодиод, падение на нем должно быть 1,5 В. Диоды VD2…VD9 — любые, монтируются прямо на переключателе навесным монтажом, если данных диапазонов в трансивере нет, то и ставить их не надо. С1 — желательно марки КМ, КД, КТ1; С2 — КТ4-21. Кварц на 16 ООО кГц, а не 16 МГц, последний, скорее всего, гармониковый, может запустится на 1-й гармонике. Кварц жестко закрепить или приклеить силиконовым термоклеем. Микросхему AT90S1200-12PC можно заменить на AT90S1200 — 12PI. Кнопки S1 и S2 — любые, расположены прямо в корпусе шкалы, так как требуются только для корректировки.

Микросхему AT90S1200-4РС можно заменить на AT90S1200-4PI, AT90S1200-12РС, AT90S1200-12PI.



Так как практически первый гетеродин не работает ниже 7 МГц, то в диапазоне 10 МГц используется не верхняя боковая (кварц 4 МГц), а нижняя, для телеграфного диапазона это не существенно.

Общее потребление — 10…15 мА.

Программа для AT90S1200 находится на компакт-диске, прилагаемом к книге.

Автор: Дергаев Э. Ю., UA4NX (E-mail: ua4nx@ezmail.ru).

6.7. Книгочей

Разработка этого устройства была вызвана желанием читать книги в электронном виде не только дома, с помощью настольного компьютера, но и в прочих местах — там же, где можно прочитать и обычную бумажную книгу.

Устройство предназначено для прочтения текстовой информации, записанной по COM-порту во flash-память AT49F040, на алфавитно-цифровом индикаторе с контроллером HD44780 фирмы Hitachi и русифицированным знакогенератором. Размер памяти 1 Мбайт, это позволяет записать 8 книг с возможностью оставить закладку на каждую книгу. Также предусмотрена возможность пролистывания книги — на случай, если закладка не была положена, а питание устройства было отключено. Выбор функций и чтение происходит по нажатию трех клавиш: выбор, вверх и вниз. Размер дисплея 40 х 2 строчки, что, как показала практика, вполне достаточно для восприятия смысла написанного.

Схема устройства приведена на рис. 6.7.



Рис. 6.7. Электрическая принципиальная схема


«Сердцем» его является микроконтроллер AT90S8515, управляющий шинами адреса-данных, принимающий команды от компьютера и выводящий на индикатор. Для защелкивания младших 8 битов адреса служит регистр КР1533ИРЗЗ (аналог 74ALS573). Для преобразования уровней RS-232C служит также хорошо известная микросхема ADM202 фирмы Analog Devices.

Не связанное с компьютером устройство может только считывать записанную в него книгу. Для стирания памяти либо записи в нее надо выбрать пункт меню «Связь с ЭВМ», непосредственно затем послать либо число 0х5е, либо 0хе5. В первом случае устройство перейдет в командный режим, во втором — в отладочный, когда принимаемый от компьютера символ будет просто отображаться на экране.

Команды, подаваемые на устройство, таковы:

10 — стереть первую МС памяти;

20 — стереть вторую МС памяти;

30 — записать в память данные;

40 — считать из памяти начиная с текущего адреса;

50 — выставить текущий адрес.

Последние две команды являются также отладочными и не используются в обычном нормальном функционировании устройства. Первые две не требуют никаких дальнейших действий, кроме ожидания сообщения на экране устройства, что память стерта. Команда записи в память потребует сначала ввести заголовок данной книги (т. е. автора и название, это нужно для дальнейшей идентификации текста при использовании устройства), завершив его посылкой символа 0x07, а затем передать массив текста. После окончания цикла записи символа в память устройство подтверждает прием, посылая этот же символ в компьютер, что позволяет контролировать скорость передачи данных и не потерять данные при записи. Передача текста также финишируется посылкой кода 0x07. Этот код был выбран потому, что является управляющим и обозначает звонок, писк на динамике компьютера (bell), т. е. принципиально не может встретиться в текстовых файлах.

На компакт диске, прилагаемом к книге, имеется файл resource.zip, в котором находятся следующие файлы:

reader.asm — содержит собственно код для AT90S8515;

rus.inc — содержит эквиваленты русских букв (AVR Studio традиционно некорректно работает с неанглийскими символами);

reader.hex — откомпилированный код, прошивка того, что получилось;

reader.cpp — пример программы для компьютера, написанной на языке Си под DOS, позволяющей записывать текстовые файлы; reader.exe — это соответственно откомпилированный reader.cpp; reader.ini — файл настроек для программы. Настроек, собственно, две: это на какой порт подключено устройство (в примере поддерживаются только СОМ 1 и COM2, впрочем, легко добавить в исходник программы и остальные порты) и кодировка записываемого текста (WIN или DOS). Само устройство отображает текст, который записан в него только в кодировке WIN, но поскольку очень много текстов в Интернете, доставшихся в наследство еще от FIDO, имеют кодировку DOS, то программа позволяет перекодировать при записи, на лету, освобождая пользователя от этой предварительной процедуры. Также программа отфильтровывает «лишние» пробелы, получившиеся при форматировании текста, убирает переносы, оставляя нетронутыми дефисы и тире перед фразами речи. Для программы при запуске существуют два возможных параметра — либо reader.exe е, означающий стирание памяти, либо reader.exe w <имя_файла>, позволяющее записать файл. При записи программа попросит ввести имя автора и название книги, причем для удобства выведет первые строчки текста (что, однако, удобно только для DOS-файлов. В случае win-кодировки на экран выведется бессмыслица).

И напоследок немного о кнопках. Это действительно тяжелая проблема, поскольку когда автор конструкции поставил «красивые» разноцветные кнопочки, они не выдержали интенсивного нажимания (все-таки двустрочный дисплей, нажимать где-то раз в секунду приходится), сдав за две недели, поэтому пришлось поставить произведение отечественной «оборонки» — кнопки на основе концевиков — КМ1-1. И в итоге ни дребезга, ни залипания. Уже полгода успешно работают в довольно интенсивном режиме.

Автор: Александр Корниленко (E-mail: seagull@mail.ru).

6.8. Преобразование DTMF-сигнала в импульсный

Устройство предназначено для детектирования введенного DTMF-методом номера телефона и последующего его набора пульсовым методом. Пример: с радиотелефона входим в телефонную линию, послав в качестве телефона цифру 8. База набирает «8» и подключает трубку. После подсоединения к междугородней телефонной станции абонент набирает код города и телефонного абонента методом DTMF, нажимает «*». Нажатие «#» приводит к сбросу набранного номера. Устройство набирает телефон пульсовым методом и засыпает.

Канал шунтирования разговорного узла при наборе номера в прошивке не задействован, так как не хватает мощности, запасенной конденсатором.



Рис. 6.8. Электрическая принципиальная схема


Устройство не допускает набора более 12 цифр.

Если набран код, содержащий ведущую «8», то после нее делается пауза 4 секунды, что позволяет выходить на межгород, просто набрав телефон и установив метод набора dtmf.

В случае, если активность не наблюдается в течение 10 секунд, устройство засыпает до следующего hung-up.

Конденсатор разряжается более 2 секунд, поэтому при малой паузе между звонками устройство может быть невосприимчиво.

Залипание телефонной линии, с точки зрения автора, невозможно, так как используется нормально замкнутое оптоуправляемое реле и при пропадании питания реле замкнуто.

Качество определения dtmf достаточно неплохое.

Автор схемы: Алексей Кургузов (E-mail: mandigit@chat.ru).

6.9. Многоточечный термометр

Проект родился в рамках изучения протокола сети MicroLan и возможности построения на ее основе автономных сетей, ориентированных на сбор данных, принятие решений и управление разнообразными объектами.

В качестве управляющего был использован микроконтроллер AT90S2313, индикация — ЖК-индикатор.

Применение преобразователя напряжения позволило создать автономное устройство с единственным источником питания 1,5 В. Большую часть времени устройство спит, просыпаясь на небольшие промежутки времени, чтобы найти новые устройства на шине, вывести информацию на индикатор, измерить температуру.

Устройство способно обслуживать до 16 датчиков типа DS18B20.



Рис. 6.9. Внешний вид конструкции



Рис. 6.10. Электрическая принципиальная схема цифрового термометра


Измерение температуры происходит примерно 1 раз в минуту, что накладывает ограничения на сферу применения прибора.

Устройство автоматически определяет количество подключенных датчиков, проводит измерения и отображает температуру, последовательно для каждого датчика, в порядке возрастания s/n.

Измерение потребляемой прибором мощности не производилось. Расчетно — 750 мкВт (ток около 500 мкА).

Устройство имеет защиту от КЗ.

Файлы, относящиеся к проекту, находятся на компакт диске, прилагаемом к книге.

Автор: Алексей Кургузов (E-mail: kurguzov@unact.ru).

6.10. Ключ для защиты от копирования

Описываемая здесь схема предназначена для защиты программ от нелегального копирования. Ее использование позволяет практически полностью исключить эту возможность, так как часть защищаемой программы можно хранить в микроконтроллере с установленным битом защиты, не позволяющим ее считать, а значит, и скопировать. Ключ подключается к параллельному порту и может работать одновременно с принтером. Сразу замечу, что эта схема имеет два ограничения. Во-первых, программа микроконтроллера ничего не делает, кроме получения данных от компьютера, их хранения и отправки обратно. Этого достаточно, чтобы программно определить наличие или отсутствие ключа, но, если в микроконтроллер записать часть программы или перед возвращением данных их шифровать, степень защиты значительно увеличится. Я думаю, границей между двумя этими вариантами является цена защищаемой программы в несколько сотен долларов. И во-вторых, эта схема не всегда позволяет работать принтеру, подключенному к тому же порту. Epson Stylus Color 600 прекрасно работал и даже автоматически определился, а Epson LX 1050+ нет. Для исправления этого надо немного переделать схему. Но и этот вариант можно использовать с некоторыми принтерами или, если принтер нужен и он не работает, подключить переключатель порта DataSwitch. Если принтер не подключен, схема устойчиво работает.

Схема конструкции показана на рис. 6.11.



Рис. 6.11. Электрическая принципиальная схема


Комментарии к схеме

В целях уменьшения размера и стоимости устройства использован микроконтроллер AT90S1200 с внутренним RC-генератором. Это позволяет спокойно разместить всю собранную схему внутри

разъема или переходника, подключенного к порту, а стоимость не превышает примерно 100 рублей. Для обмена данными применяется синхронный последовательный интерфейс, назначение линий приведено в таблице:



Питание берется с того же порта, при работающем принтере микросхема почти всегда находится в режиме Power Down и потребляет меньше 1 мА, для ее питания достаточно единицы на одном из выводов шины данных. В активном режиме на выводы данных должны быть программно выставлены единицы, благодаря чему обеспечивается ток, достаточный для питания микроконтроллера. Желательно использовать германиевые диоды, так как падение напряжения на них меньше. Есть два исполнения микросхемы AT90S1200 с максимальными частотами 4 или 12 МГц и минимальными напряжениями питания соответственно 2,7 и 4 В. Лучше применять первое, так как из-за существующего разброса параметров параллельных портов на разных компьютерах может оказаться, что на питание микросхемы будет подано напряжение менее 4 В. Например, AT90S1200A-4PC.

Программа микроконтроллера

.INCLUDE "1200def.inc"; AT90S1200 @ 1 МГц

.CSE6


.DEF Byte=r16

.DEF LoopCounter=r18

.DEF Byte0=r19

.DEF Byte1=r20

.DEF Byte2=r21

.DEF Byte3=r22

.DEF Byte4=r23

.DEF Byte5=r24

.DEF Byte6=r25

.DEF Byte7=r26


.ORG 000

          rjmp RESET; Reset Handler.

.ORG 001

          rjmp EXT_INT0; IR00 Handler


RESET:

          ; Настраиваем направление работы портов

         ; Все линии портов после сброса настроены на рабoту в качестве входов; а на неиспользуемых включены pull-up резисторы

          cli

          ldi r31,0

          out DDRB,r31

          out DDRD,r 31

          ldi r31,$ff

          out PORTB.r31

          ldi r31,$72

          out P0RTD,r31

          ; Ждем прихода импульса на вход INTO, находясь в режиме Power Down

          ldi r31.$40

          out GIMSK,r31 ldi

          r31,$30

          out HCUCR,r31

UnLoop: sei

          sleep

          rjmp UnLoop

EXT_INT0:

          ; Если PD3=0, данные относятся к принтеру

          sbis PIND,3

          reti

          ; Включение ключа

          ldi r31,$02

          out DDRD,r31

          ldi Byte0,$31

          ldi Byte1,$32

          ldi Byte2.$33

          ldi Byte3,$34

          ldi Byte4,$35

          ldi Byte5,$36

          ldi Byte6,$37

          ldi Byte7,$38

MainLoop:

          rcall

          Byte8Exchange

          ; Здесь должен быть код, заменяющий часть защищаемой программы или шифрование данных

          sbis PIND.3

          rjmp RESET; Работа с ключом завершена, переполнение стека допустимо

          rjmp MainLoop


Byte8Exchange:

         mov Byte,Byte0

         rcall ByteExchange

         mov Byte0,Byte

         mov Byte,Byte1

         rcall ByteExchange

         mov Bytel,Byte

         mov Byte,Byte2

         rcall ByteExchange

         mov Byte2,Byte

         mov Byte,Byte3

         rcall ByteExchange

         mov Byte3,Byte

         mov Byte,Byte4

         rcall ByteExchange

         mov Byte4,Byte

         mov Byte,Byte5

         rcall ByteExchange

         mov Byte5,Byte

         mov Byte,Byte6

         rcall ByteExchange

         mov Byte6.Byte

         mov Byte,Byte7

         rcall ByteExchange

         mov Byte7.Byte

         ret


ByteExchange:;Обмен одним байтом данных

         ldi LoopCounter,8

         ; Обработка положительного фронта сигнала синхронизации

Loop8: sbrs Byte,7; Вывод бита

         cbi PORTD,1

         sbrc Byte,7

         sbi PORTD, 1

Wait1: sbls PIND,2; Ждем прихода положительного фронта;

         rjmp Waltl sec; c=1

         sbis PIND,0

         clc;c=0

         rol Byte

Wait0: sbic PIND,2; Ждем прихода отрицательного фронта

         rjmp Wait0

         ; Цикл для 8 битов байта

         dec LoopCounter

         brne Loop8

         ret

EXIT


Программа PC

Исходник на С примера, проверяющего наличие ключа.

#include

#include

#include

char SendByte(char ByteOut)

{

  int i.j; long li;

  unsigned char ByteOutCpy, Byteln = 0;

  ByteOutCpy = ByteOut;

  for (i=0; i<B; i++)

  {

    Byteln = (Byteln <<1) + ((inportb(0x379)&0x80)==0);

    outportb(0x37A,0x021(((128&Byte0utCpy)==0)));

    for (li=0; li<20001; li++);

    outportb(0x37A,0x001(((12B&Byte0utCpy)==0)));

    for (li=0; li<20001; li++);

    outportb(0x37A,0x021(((128&Byte0utCpy)==0)));

    ByteOutCpy = ByteOutCpy <<1;

    for (li=0; 1К20001; li++);

  }

  return Byteln;

}


void KeyOn(void)

{

  int i;

  long li;

  for (i=0; i<64; i++)

  {

    outportb(0x37A,0x00);

    for (li=0; li<200001; li++);

    outportb(0x37A.0x03);

    for (li=0; li<200001; li++);

  }

  delay(100);

}


void KeyOff(void)

{

  int i;

  long li;

  for (i=0; i<128; i++)

  {

    outportb(0x37A,0x0B);

    for (li=0; li<20001: li++):

    outportb(0x37A.0x08);

    for (li=0; 1K20001: li++);

  }

}


void Riain()

{

  Key0n(); // Включение ключа

  printf("%02X",SendByte(0)); // Отправка 8 байтов.

  printf("%02X",SendByte(1))

  printf("%02X",SendByte(2));

  printf("%02X",SendByte(3));

  printf("%02X",SendByte(4));

  printf("%02X",SendByte(5));

  printf("%02X",SendByte(6));

  printf("%02X",SendByte(7));

  printf("\n");

  printf(''%02X",SendByte(7)); // Отправка следующих 8 байтов и одновременное

  printf(”%02X",SendByte(6)); // получение байтов, отправленных раньше

  printf("%02X",SendByte(5));

  printf("%02X",SendByte(4));

  printf("%02X",SendByte(3));

  printf("%02X",SendByte(2));

  printf("%02X",SendByte(1));

  printf(:%02X".SendByte(0)):

  printf("\n");

  printf("%02Х''.SendByte(0xF0)); // Отправка следующих 8 байтов и одновременное

  ргintf("%02Х",SendByte(0xF1)); // получение байтов, отправленных раньше

  printf("%02Х",SendByte(0xF2));

  printf("%02X",SendByte(0xF3));

  printf("%02X",SendByte(0xF4));

  printf("%02X",SendByte(0xF5));

  printf("%02X",SendByte(0xF6));

  printf("%02X", SendByte(0xF7));

  printf("\n");

  printf("\n');

  KeyOff(); // Отключение питания ключа

Автор: Сафонников В. В. (E-mail: svv@ufanet.ru).

6.11. Кодовый замок

1. Назначение и описание устройства

Схема предназначена для работы в качестве электронного кодового замка, музыкального звонка и устройства регистрации.

Секретный код состоит из 5 десятичных цифр и набирается на 11-кнопочной клавиатуре; дополнительная кнопка используется как сброс в случае, если была нажата неверная клавиша. Предусмотрена возможность ввода нового кода с этой же клавиатуры.

При нажатии на кнопку звонка микроконтроллер проигрывает мелодию или выдает звуковой сигнал, напоминающий звонок телефонного аппарата. Первый вариант выбирается в случае, если первая цифра секретного кода четная, а второй — если нечетная.

При проигрывании мелодии останавливается вывод данных во внешний компьютер, поэтому, если шел прием данных и был нажат звонок, потребуется дополнительное время на исправление возникшей ошибки. При проигрывании простого сигнала такого не происходит. Кроме того, для правильного воспроизведения мелодии желательно использовать внешний кварц вместо внутреннего RC-генератора микросхемы.

Микроконтроллер имеет 64 байта энергонезависимой памяти (EEPROM), которая используется для записи происходящих событий. Есть 3 типа событий: включение питания, правильный набор кода и неправильный набор кода. Одновременно с событием записывается время, прошедшее после предыдущей записи. Точность записи времени около 8 минут. Если время между записями превысило 50 суток, дальнейший счет времени останавливается. Естественно, что для точного счета времени надо использовать кварцевый, а не встроенный RC-генератор.

Содержимое энергонезависимой памяти постоянно побитно, с частотой 3815 Гц выводится на один из выводов микроконтроллера и может быть считано для контроля внешним компьютером. Объем памяти позволяет хранить 30 записей по 2 байта. Число циклов записи в EEPROM ограничено, поэтому для увеличения срока службы используется специальный формат записи, разобраться в нем можно по исходному коду программы. После включения питания секретный код равен числу 23232. Для его изменения надо: 1) набрать старый код, при этом сработает соленоид, открывающий замок; 2) в момент отключения соленоида должна быть нажата кнопка 2 — это переведет устройство в режим ввода нового пароля; 3) ввести новый пароль, при ошибке можно пользоваться клавишей сброса.

Все нажатия на клавиши и некоторые другие действия озвучиваются короткими звуковыми сигналами.


2. Схема



Рис. 6.12. Электрическая принципиальная схема кодового замка


3. Комментарии к схеме

Питание на микроконтроллер подается постоянно, поэтому желательно использовать сетевой блок питания, а не батарейки.

В качестве исполнительного устройства проще всего использовать подходящий электромагнит. Но можно и электродвигатель, тогда надо добавить небольшую схему на основе выключателей, которая должна обеспечивать открытие замка при единице на соответствующем выводе микроконтроллера и закрытие при нуле.

4. План

Управляющую программу для чтения информации из EEPROM автор не написал, но возможность чтения заложена в программе микроконтроллера, так что, если найдутся желающие, автор будет только рад.

5. Программа

Программа относительно сложная, и автор не рекомендовал бы использовать ее для изучения ассемблера AVR, но тем не менее разобраться можно.

Текст программы:

.INCLUDE "1200def.inc"; AT90S1200 @ 1 МГц

.CSEG


.EQU evReset=1

.EQU evPassed=3

.EQU evDenied=5

.EQU KeyRing=1; Код клавиши звонка

.EQU KeyEnter=9; Код клавиши сброса

.EQU NewPassKey=2; Код клавиши, нажимаемой для ввода нового пароля

.EQU KeyLen=5; Длина секретного кода не должна быть больше 5 цифр

.EQU FreqKeyPressed=50; Константа частоты для выдачи писка при нажатии кнопок


.EQU Note_1=227; Константы частот и длительности нот

.EQU Note_la0 = Note_1

.EQU Note_2=202

.EQU Note_ci0 = Note_2

.EQU Note_3=191

.EQU Note_do1 = Note_3

.EQU Note_4=170

.EQU Note_re1 = Note_4

.EQU Note_5=152

.EQU Notejni.1 = Note_5

.EQU Note_6=143

.EQU Note_fa1 = Note_6

.EQU Note_7=128


.EOU Note_sol1 = Note_7

.EOU Note_8=114

.EOU Note_la1=Note_8

.EOU Note9=101

.EOU Sote_ci1=Note_9

.EOU Note_10=96

.EOU Note_do2 = Note_10

.EGU Note_11=85

.EOU Note_re2 = Note_11

.EOU Note_12=76

.EOU Note_mi2 = Note_12

.EOU Note_13=72

.EOU Note_fa2 = Note_13

.EOU Note_14=64

.EOU Note_sol2 = Note_14

.EOU DURATION = 350


.EOU Time_1=1000/Note_1

.EOU Time_2=1000/Not e_2

.EOU Time_3=1000/Note_3

.EOU Time_4=1 000/Not e_4

.EOU Tinve_5=1000/Note_5

.EOU Time_6=1000/Note_6

.EOU Time_7=1000/Note_7


.DEF KeyPass=r0

.DEF tmp=r0

.DEF KeyPass1=r1

.DEF KeyPass2=r2

.DEF KeyPass3=r3

.DEF KeyPass4=r4

.DEF KeyPass5=r5

.DEF SSRE6=r6

.DEF DelayVar=r7

.DEF IntUse0=r8

.DEF LastKey=r9

.DEF ZerReg=r10


.DEF Time0=r16; Время, увеличивается 3815 раз в секунду

.DEF Time1=r17; Время, увеличивается раз в 67 секунд

.DEF Time2=r18; Время, увеличивается раз в 47721 час,

; насыщается за 50 суток

.DEF EEadr=r20; Адрес для записи в EEPROM, равен 255.

; если в текущий момент запись не производится

.DEF EventType=r21

.OEF BeepVar=r21


.DEF TimerEEByte=r22

.DEF TimerEEBit=r23

.DEF Key=r24

.DEF BeepDuration=r25

.DEF FreqConst=r26

.DEF IntUse1=r27


;.DEF PassLoopCounter=r28

.DEF Flags=r29

; bit 0 — Password accepted


.ORG 000

          clr ZerReg

          rjmp RESET

.ORG 002

;======================

; Здесь оказываемся при возникновении прерывания от таймера 3 раза в секунду

;======================

; Таймер используется как RTC и для вывода информации EEPR0N

; Увеличение счетчика времени

         in SSREG.SREG

         subi Time0,1

         adc Time1,ZerReg

         абс Time2,ZerReg

         brcc TimeOk

         com Time1; Если проело переполнение, счетчик времени остановлен

         com Time2


TimeOk:

;Чтение данных из EEPROM и выдача на внешний порт.

;Процедура обработки прерывания будет вызвана не раннее, чей через 300-3∙4 мс

;после последнего обращения к EEPROM, поэтому проверка готовности EEPROM не

;производится, она должна быть уже готова.

         andi TimerEEByte,$3F

         out EEAR,TiirerEEByte

         sbi EECR,EERE;set EEPROH Read strobe

         sbi EECR,EERE;set EEPROH Read strobe 2nd time

         in IntUse0,EEDR;get data

         andi TimerEEBit,7

         brne Bitlop

         inc TimerEEByte

Bitlop: inc TimerEEBit; =1.8

         mov IntUsel, TimerEEBit

         rol IntUse0

BitShift:; Выбираем посылаемый бит

         ror IntUse0; Используется как текущий считанный EEPROM байт

         dec IntUse1; Используется как счетчик

         brne BitSbift

         in IntUse1,PORTD

         bst IntUse0,0

         bid IntUse1,0

         out PORTD,IntUsel

         out SREG.SSREG

         reti

;===============

;Здесь оказываемся при включении питания схемы

;===============

RESET:

;Настройка микросхемы и программы.

         Idi r31,$8F; Настраиваем направление работы портов

         out DDRB,r31

         ldi r31,$03

         out DDRD,r31

         ldi r31,$05; Настраиваем таймер

         out TCCRO,r31

         ldi r31,$02

         out TIMSK,r31; Разрешаем прерывания при переполнении таймера

         ldi r31.2

         mov KeyPass1,r31 ; Загружаем пароль по умолчанию

         ldi r31,3

         mov KeyPass2,r31

         ldi г31.2

         mov KeyPass3,r31

         ldi r31,3

         mov KeyPass4,r31

         ldi r31,2

         clr Time1; Сбрасываем счетчик времени

         clr Time2

         rcall WrireEEPROM

         sei; Разрешаем прерывания


Mainloop:

         ; Подготавливаемся к вводу пароля.

         clr r30,0

         clr r31,0

         ori Flags,1; При предъявлении пароля пока ошибок не было

         clr KeyPass

         clr LastKey


Passloop:; Цикл ввода пароля

         rcall GetKey; Записывает в переменную Key код нажатой клавиши

         brtc Passloop; и устанавливает бит Т, если клавиша нажата

         cp Key,LastKey

         breq Passloop; Если предыдущая клавиша еще не отпущена

         cpi Key,KeyEnter

         breq MainLoop; Если нажат сброс, начинаем ввод строки с начала

         ldi FreqConst,FreqKeyPressed

         ldi BeepDuration,5

         rcall Beep; Выдача короткого звукового сигнала

         mov LastKey,Key


         inc r30

         ld KeyPass.Z

         cpse Key,KeyPass; Сравниваем введенную цифру и цифру пароля из ОЗУ.

         andi Flags,~1; если ошибка, сбрасываем бит успешности пароля.


         cpi r30,Keylen; Длина секретного кода.

         brne PassLoop


         ; Вывод бита на внешний вывод порта и запись события в EEPROM

         ldi EventType,evDenied

         bst Flags,0

         brtc PasswordDenied

         sbi PORTD,1; Если пароль совпал, включаем соленоид

         ldi EventType,evPassed

PasswordDenied:

         rcall WrireEEPROW


          ; Открытие двери при совпадении кода или цикл ожидания при ошибке

          ldi Key,5

Openloop:

          rcall Delay100

          ldi BeepDuration,Time_7/2

          ldi FreqConst,Note_7

          rcall Beep

          dec Key

      sbic PIND,2; Если сработал концевик (открылась дверь), то выходим

          brne Openloop; или выходим из цикла по тайм-ауту

          cbi PORTD,1; Отключаем соленоид


          ; Нажатие на клавишу NewPassKey в этой месте приводит к загрузке

          rcall GetKey; нового секретного кода

          brtc NainLoop

          cpi Key,NewPassKey

          brne Mainloop

          sbrs Flags,0; Если старый был предъявлен верно

          rjmp Mainloop


;Ввод нового, секретного кода,

          ldi FreqConst,Note_3;Проигрывание "приглашения" для изменения пароля

          ldi BeepDuration,20

          rcall Beep

          ldi FreqConst,Note_5

          ldi BeepDuration,20

          rcall Beep

          ldi FreqConst.Note_7

          ldi BeepDuration,20

          rcall Beep

          rcall Delay100


NewPassword:

          clr LastKey

          clr r30

          clr r31


NewPassLoop:

          rcall GetKey

          brtc NewPassLoop; Ожидаем нажатия клавиши

          cp Key,LastKey

          breq NewPassLoop; Если клавиша еще не отпущена, продолжаем цикл

          cpt Key,KeyEnter

          breq NewPassword; Если сброс, начинаем ввод строки с начала

          mov LastKey,Key

          ldi BeepDuration,2*10

          ldi FreqConst,2*FreqKeyPressed

          rcall Beep; Удлиненный звуковой сигнал


          inc r30

          St Z,Key; Сохраняем введенную цифру


          cpi r30,Keylen; Длина секретного кода

          brne NewPassLoop


          rcall Delay100

          ldi FreqConst,Note_7; Проигрывание мелодии, говорящей об

          ldi BeepDuration,20; успешной изменении пароля

          rcall Beep

          ldi FreqCoost, Note_5

          ldi BeepDuration,20

          rcall Beep

          ldi FreqConst,Note_3

          ldi BeepDuration,20

          rcall Beep

          rjmp MainLoop

;==============

;Дальше идут процедуры, вызываемые из основной программы

;==============

Веер:; Выдача звукового сигнала

          ldi BeepVar,20

Beep1: mov DelayVar.FreqConst

Delay2: rjmp NopJmp1; 2 +

NopJmp1:dec DelayVar; 1 + = 5 мкс

          brne Delay2;2 +

          sbi P0RTB.7

          mov DelayVar.FreqConst

Delay3: rjrep NopJmp2

NopJmp2:dec DelayVar

          brne Delay3

          cbi P0RTB.7

          dec BeepVar

          brne Beep1

          dec BeepDuration

          brne Beep

          sei

          ret


;================

; Задержка на время порядка секунды

Delay100:

          ldi BeepOuration,3

D100_3: clr FreqConst

D100_2: clr DelayVar

D100_1: dec DelayVar

          brne D100_1

          dec FreqConst

          brne D100_2

          dec BeepDuration

          brne D100_3

          ret


;================

; проверка приема данных от клавиатуры

GetKey:

          clt; Сброс признака, что была нажата клавиша

          ldi r31,$0Е; Младшая тетрада — запрос в порт, старшая -

          rcall GetKeyAnswer; смещение ответа

          brne KeyPressed

          ldi r31,$3D

          rcall GetKeyAnswer

          brne KeyPressed

          ldi r31,$6B

          rcall GetKeyAnswer

          brne KeyPressed

          ldi r31,$97

          rcall GetKeyAnswer

          brne KeyPressed

          ret

KeyPressed:

          set

          swap r31

          andi r31,$0F

          swap Key

          andi Key,$07

CCFind: inc r31; Поиск, какой конкретно бит установлен

          lsr Key

          brcc CCFind

          breq NoMu1

          clt; Если нажато несколько клавиш, то не нажата ни одна

NoNul: mov Key,r31

; Проверка, нажата ли кнопка Ring, если нажата, то будет выдан звуковой сигнал

; без сообщения об этом вызывающей функции

          cpi Key,KeyRiog

          breq Ring

          rjmp NoRing

Ring: sbrc KeyPass1,0; Выбор типа мелодии в зависимости от четности

          rjmp SimpleRing; старей цифры секретного кода

          rcall Delay100


;Проигрываем сложную мелодию (Отговорила роща золотая)

;1 ми 1/8

          ldi FreqConst,Note_mi1

          ldi BeepDuration,2*DURATI0N/Note_mi1

          rcall Beep_Del

;1 ми 1/8

          ldi F reqConst,Note_mi1

          ldi BeepDuration,2*DURATION/Note_mi1

          rcall Beep_Del

; 1 ми 1/8

          ldi FreqConst,Notejnii

          ldi BeepDuration.2*DURATION/Note_mi1

          rcall Beep_Del

;1 фа 3/8

          Idi FreqConst,Note_fa1

          ldi BeepDuration,6*DURATI0N/Note_fa1

          rcall Beep_Del

;1 ми 1/8

          ldi F reqConst,Note_mi1

          ldi BeepDuration,2*DURATION/Note_mi1

          rcall Beep_Del

;1 фа 3/8

          Idi FreqConst,Note_fa1

          ldi BeepDuration,6*DURATI0N/Note_fa1

          rcall Beep_Del

;1 ми 1/16 (1/8)

          ldi FreqCoost,Note_mi1

          ldi BeepDuration,2*DURATI0N/Note_mi1

          rcall Beep_Del

;1 ре 1/8

          ldi FreqConst,Note_re1

          ldi BeepDuration,2*DURATlON/Note_re1

          rcall Beep_Del

;1 до 1/8

          ldi FreqConst,Note_do1

          ldi BeepDuration,2*DURATION/Note_do1

          rcall Beep_Del

;1 си 1/4

          ldi FreqConst,Note_ci0

          ldi BeepOuration,4*DURATION/Note_ci0

          rcall Beep_Del

; 1 фа 3/8

          ldi FreqConst.Note_fa1

          ldi BeepDuration,6*DIRATION/Note_fa1

          rcall Beep_Del

;1 Фа 1/8

          ldi FreqConst,Note_fa1

          ldi BeepDuration,2*DURATION/Note_fa1

          rcall Beep_Del

; 1 ми 3/8

          ldi FreqConst.Note_mi1

          ldi BeepDuration,6*DURATIOIN/Note_mi1

          rcall Beep_Del

;1 ми 1/6

          ldi FreqConst.Note.mil

          ldi BeepDoration. 3*DURATI0N/Note_mi1

          rcall Beep_Del

; 1 ми 1/8

          ldi FreqConst.Note_mi1

          ldi BeepDuration,2*DURATIOIN/Note_mi1

          rcall Beep_Del

;1 Фа 1/8

          ldi FreqConst,Note_fa1

          ldi BeepDuration,2*DURATION/Note_fa1

          rcall Beep_Del

;1 си 1/8

          ldi FreqConst,Note_ci0

          ldi BeepOuration,2*DURATION/Note_ci0

          rcall Beep_Del

;1 ре 1/8

          ldi FreqConst,Note_re1

          ldi BeepDuration,2*DURATlON/Note_re1

          rcall Beep_Del

;1 Фа 1/8

         ldi FreqConst,Note_fa1

         ldi BeepDuration,2*DURATION/Note_fa1

         rcall Beep_Del

; 1 ми 5/8

         ldi FreqConst.Note_mi1

         ldi BeepDuration,10*DURATIOIN/Note_mi1

         rcall Beep_Del

         rjmp EndRing

SimpleRing:; Проигрываем простую мелодию

         ldi F reqConst,Note_7

         ldi BeepDuration,1

         rcall Beep

         ldi FreqConst,Note_5

         ldi BeepDuration,1

         rcall Beep

         ldi FreqConst,Note_3

         ldi BeepDuration,1

         rcall Beep

         ldi FreqConst,Note_5

         ldi BeepDuration,1

         rcall Beep

EndRing:

         clt; Сбрасываем флаг нажатия клавиши

NoRing:

         ret

;===================

Beep_Del:; Короткая пауза перед нотой и сама нота

         ldi BeepVar,50

Del2: clr DelayVar

Del1: dec DelayVar

         brne Del1

         dec BeepVar

         brne Del2

         cli

         rjmp Beep

;===================

; Сканирование клавиатуры: установка на выходных линиях заданного кода и прием

; ответа вызывается из функции GetKey

GetKeyAnswer:

        mov Key,r31

        andi Key,$0F

        out PORTB,Key

        clr DelayVar

Delay1: dec DelayVar

        brne Delay1

        in Key,PINB

        com Key

        andi Key,$70;Если что-то было найдено, флаг Z не нулевой

        ret


;===================

; Запись события EventType в текущую ячейку EEPR0M памяти и обнуление времени

WrireEEPROM:

        ; Поиск последней записи

        clr tmp

        ldi EEadr,2

FincNextAdr:

        out TCNTO,ZerReg; Пока не сработал таймер, читающий из EEPROM (через 300 мс). все операции должны быть завершены

        subi EEadr, — 2

        cpi EEadr,62

        brne EERead

        ldi EEadr,4; Если дошли до 64-ro адреса, начинаем с начала

EERead

        sbic EECR,EEWE; Ждем обнуления бита EEWE

        rjmp EERead

        out EEAR,EEadr; Подготавливаем адрес

        sbi EECR,EERE; Устанавливаем бит для синхронизации

        sbi EECR,EERE; Дважды

        in r31,EEDR; Читаем данные

        dec tirp; Если было 256 неудачных попыток найти бит

       breq NoZav; признак последней записи, значит, его нет вообще, значит, пишем по любому адресу


        sbrs r31,0

        rjmp FindNextAdr

NoZav: andi r31,$FE

EEWrite0:; Запись дня сброса флага, указывающего на последнюю запись

        sbic EECR,EEWE

        rjmp EEWrite0

        out EEAR,EEadr

        out EEDR,r31

        sbi EECR,EEWE

        inc EEadr

EEWrite1:; Запись старшего байта времени

        sbic EECR,EEWE

        rjmp EEWrite1

        out EEAR,EEadr

        out EEDR,Time2

        sbi EECR,EEWE

        inc EEadr

EEWrite2:; Запись времени, типа события и флага последней записи

        sbic EECR,EEWE

        rjmp EEWrite2

        out EEAR,EEadr

        mov r31,Time1

        andi r31,SF8

        or r31,EventType

        out EEDR,r31

        sbi EECR,EEWE

        clr Time1; Счетчик считает время между записями в EEPROM,

        clr Time2; поэтому сбрасываем его

        ret

.EXIT


; Таблица использования линий микроконтроллера

; Порт В используется для подключения клавиатуры и динамика

; PORTB,7 — вывод на динамик

; PORTB,0…3 — выходы на сканирование клавиатуры

; PORTB,4…6 — входы от 12-клавишной клавиатуры, подключены к +5 В через резисторы

; Порт D используется для управления замком, выдачи информации и проверки двери

; PORTD.0 используется для вывода информации из ЕЕРАОН, на нем с частотой

; 3815 Гц (@ 1МГц) побитно выводится все ее содержимое

; PORTD.1 Подключен на электромагнит или двигатель, единица разрешает открытие

; PORTD.2 Подключен на концевику, срабатывающему (=0) при открытии

Автор: Сафонников В. В. (E-mail: sw@ufanet.ru).

6.12. Музыкальный звонок

1. Краткое описание

Эта схема музыкального звонка собрана на микроконтроллере, может быть, это похоже на «забивание гвоздей логарифмической линейкой», тем не менее у нее есть некоторые преимущества. Во-первых, используется всего одна микросхема, благодаря чему, кроме традиционных преимуществ вроде увеличения надежности, уменьшения потребления энергии, появляется принципиальная возможность разместить всю схему в очень небольшом объеме, например оформив в виде музыкальной поздравительной открытки.


2. Схема



Рис. 6.13. Электрическая принципиальная схема музыкального звонка


Благодаря использованию микроконтроллера схема предельно упрощается, необходимо только подключить питание (от 2,7 до 6 В), кварцевый резонатор и, если необходимо, усилитель низкой частоты, собранный на транзисторе КТ815. Если предполагается, что ток через нагрузку не будет превышать 20 мА (например, при использовании пьезоизлучателя), можно обойтись без усилителя.

Следует заметить, что 20 мА — это максимальный ток логического нуля, т. е. второй вывод звукового излучателя следует подключать к плюсу питания.

Кнопка звонка должна иметь нормально замкнутые контакты, при нажатии на нее схема обесточивается, а при отпускании на нее подается питание и происходит автоматический сброс микроконтроллера.

Сразу же после сброса начинает работать программа, проигрывающая заданную мелодию. После завершения мелодии микроконтроллер переходит в режим пониженного энергопотребления Power Down и находится в нем до следующего нажатия на кнопку.

Частоту кварца можно выбрать практически любую в диапазоне от 32 768 кГц до 10 МГц. Схема была проверена на частоте 10 МГц. Если вы хотите использовать кварц на меньшую частоту (при этом уменьшится и потребляемый ток схемы), необходимо пропорционально уменьшить коэффициенты таблицы SoundTab и длительности звучания всех нот.


3. Программа

Эта программа написана на ассемблере для AT90S2313, таблица нот рассчитана для работы процессора на максимальной частоте 10 МГц, вместо мелодии используется проигрывание гаммы от более низких нот к более высоким и обратно. Текст программы:

.INCLUDE "2313def.inc"


.DEF Step=r20

.DEF Freqlndex=r21

.DEF FreqDelay=r22

.DEF SSREG=r23


.CSEG


.ORG 0

         rjmp Reset


.ORG OVFOaddr

         in SSREG,SREG

         dec FreqDelay

         out SREG,SSREG

         reti


Reset:

         ldi r30,$DF

     out SPL,r30

         ; Настройка направления работы линий порта В

         ldi r30,$08

         out DDRB,r30

         ; Режим работы таймера 0 с максимальным предварительным делением

         ; Здесь же разрешаем прерывания

         ldi г30,$05

         out TCCR0,r30

         ldi r30,$02

         out TIMSK,r30

         sei

         ; Режим работы таймера 1 на переключение внешнего вывода,

         ; выбор коэффициента предварительного деления тактовой частоты 1:1

         ; и автоматический сброс таймера при совпадении

     ldi r30,$40

     out TCCR1A,r30

     ldi r30,$09

     out TCCR1B,r30

         ; Установка номера шага на начало

         clr Step

ReadNote:; Чтение длительности и номера одной ноты

         ldi r31,High(2*ProgramTab); Freqlndex = Lo ProgramTab[Step]

         ldi r30,Low(2*ProgramTab); FreqDelay = Hi ProgramTab[Step]

         mov r0,Step; Step++

         lsl r0

         add r30,r0

         inc Step

         lpm

         mov Freqlndex,r0

         inc r30

         lpm

         sbrc r0,7

         rjmp SleepReset; Если старший бит установлен, то

         mov FreqDelay,r0; это означает, что мелодия закончилась


SetFreq:; Настройка таймера 1 на вывод частоты текущей ноты

         ldi r31,High(2*SoundTab); OCR1A = SoundTab[FreqIndex]

         ldi r30,Low(2*SoundTab)

         lsl Freqlndex

      add r30,FreqIndex

      lpm

      out OCR1AL,r0

         inc r30

       lpm

       out OCR1AH,r0


Wait: tst FreqDelay ; Ожидаем заданное время, пока проигрывается

          brne Walt; текущая нота

          rjmp ReadNote


SleepReset:

      ldi r30,$3F ; Подготовка к переходу в режим Power Down

     out MCUCR,r30

         sleep; Отключение микроконтроллера

         rjmp Reset; Эта команда в данной версии программы не должна исполняться никогда


.ORG $100

SoundTab:

; Таблица констант соответствующим нотам

; Желательно выровнять таблицу по границе 256 байтов, чтобы упростить программу, отказавшись от операций с 16-битовыми словами.

.DW 11364,10292,9322,8443,7647,6926,6273; 440 Гц — нота "ля"

.DW 5682,5146,4661,4222,3824,3463,3137: вторая октава

.DW 2841,2573,2330,2111,1912,1732,1568; третья октава

; При необходимости таблицу можно продолжить


ProgramTab:

; Таблица последовательности нот,

; формат таблицы: байт длительности/кода операции, байт номера частоты

; В этом примере записано проигрывание гаммы

.DW $1001, $1002, $1003, $1004, $1005, $1006, $1007

.DW $1008, $1009, $100А, $100В, $10 °C, $100D, $100Е

.DW S200D, $2006, $2009, $2007, $2005, $2003, $2001

.DW $8000

EXIT

Автор: Сафонников В. В. (E-mail: sw@ufanet.ru).

6.13. Универсальный расширитель последовательного порта

Назначение

Схема предназначена для управления с помощью компьютера различными устройствами: бытовыми электроприборами, шаговыми двигателями, электромагнитами и т. д. Можно ее также использовать как основу для программирования микросхем памяти, микроконтроллеров или других разработок. Для подключения к внешним устройствам имеются 24 универсальных выхода, совместимых с TTL, состояние и режим работы каждого из них можно задать с помощью управляющей программы. Она может быть написана на любом языке, поддерживающем технологию COM (ActiveX), например Delphi, MS Visual C++, MS Visual Basic, JavaScript, VBS и т. д.



Основу схемы составляет микроконтроллер AT90S8515, он подключен к компьютеру через последовательный порт, а для управления внешними устройствами используются выводы трех свободных портов — А, В и С. Для упрощения схемы данные передаются только в одну сторону — от компьютера к микроконтроллеру, никаких подтверждений не возвращается, запросить состояния выводов компьютер тоже не может, хотя программа микроконтроллера поддерживает такой режим работы.



Рис. 6.14. Нагрузочные характеристики выводов микросхемы



Рис. 6.15. Электрическая принципиальная схема


Уровни последовательного порта преобразуются в TTL с помощью схемы на транзисторе VT1. Если вы собираетесь использовать эту схему для управления устройствами, работающими с высоким напряжением, вместо транзистора следует использовать оптопару.

При работающей программе микроконтроллера на выводе 17 должны быть импульсы с частотой около мегагерца — это сделано для упрощения отладки.

После включения питания все порты переводятся в третье состояние.

Комплект программ для этой конструкции находится на компакт диске, прилагаемом к книге.

Автор: Сафонников В. В. (E-mail: sw@ufanet.ru).

6.14. Таймер

1. Краткое описание и назначение прибора

Таймер представляет собой электронное устройство для включения и выключения в заданное время в соответствии с расписанием подключенных к нему электроприборов. Расписание набирается с помощью специальной программы на компьютере, а затем загружается в таймер через последовательный порт. В качестве корпуса лучше всего подходит удлинитель с несколькими розетками.

2. Схема конструкции показана на рис. 6.16.



Рис. 6.16. Электрическая принципиальная схема


3. Программа

Для компилирования программы использовался AVR macro assembler version 1.21 и файл 2313def.inc с описанием периферии микроконтроллера, оба они доступны на сайте Atmel. Программа может быть перенесена для работы с другими микроконтроллерами семейства AVR. Для этого замените файллпс, а константе ENDJDATAAREA присвойте новое значение в соответствии с размером доступной памяти.

Текст программы:

INCLUDE "2313def.inc"; @ 8 МГц


.DEF tmp=r0

.DEF SSREG=r1

.DEF tem=r25

.DEF temp=r26

.DEF TheByte=r27

.DEF Time0=r16

.DEF Time1=r17

.DEF Time2=r18

.DEF TimeA=r19

.DEF TimeB=r20

.DEF Flags=r21

.EQU END_DATA_AREA=$DB; 41 запись общей длиной 123 байта


.CSEG


.ORG 0

         rjmp Reset

.ORG OC1addr; $0004

         nop

.ORG OVF1addr; $0005

         in SSREG,SREG


         inc Time0

         brne NoOvf

         inc Time1

         brne NoOvf

         inc Time2

NoOvf: ldi r30,$60

         ldi r31,0

LoopCheck:; Loop of verify time for all records

         set ; Флаг T указывает на совпадение текущего и заданного

         Id tmp,Z+; Чтение младшего байта времени

         cp tmp,Time0

         breq E1

         clt

Е1:    Id tmp,Z+; Чтение среднего байта времени

         cp tmp,Time1

         breq E2

         clt

Е2:    Id tmp,Z+; Чтение последней тетрады времени (биты 0–3)

         brtc NoMath; и типа события (биты 4–7)

         mov tem,tmp

         eor tem,Time2

         andi tem,15

         brne NoMath


          mov tem,tmp; Время совпало, выполняем заданное действие

          bndi tem,$F0

          cpi tem,$00

          brne Off0

          cbi PORTB,0; Отключение канала 0

Off0:  cpi tem,$10

          brne On0

          sbi PORTB,0; Включение канала 0

On0:   cpi tem,$20

          brne Off1

          cbi PORTB,1: Отключение канала 1

Off1:  cpi tem,$30

         brne On1

         sbi PORTB,1

On1:  cpi tem,$40

         brne Off2

         cbi PORTB,2

Off2: cpi tem,$50

         brne On2

         sbi PORTB,2

On2:  cpi tem,$60

         brne Off3

         cbi PORTB, 3

Off3: cpi tem,$70

         brne On3

         sbi PORTB,3

On3:  cpi tem,$80

         brne Off4

         cbi PORTB,4

Off4: cpi tem,$90

         brne On4

         sbi PORTB,4

On4:  cpi tem,$A0

         brne Off5

         cbi PORTB,5; Отключение канала 5

Off5: cpi tem,$60

         brne On5

         sbi PORTB, 5; Включение канала 5

On5:  cpi tern,SC0

         brne Off6

         andi Flags,$FE; Отключение канала 6 (используется как будильник)

Off6: cpi tem,$D0

         brne On7

         ori Flags,1;Включение канала 6

On7:  cpi tem,$E0

         breq TimeReset; Обнуление счетчика времени

         cpi tem,$F0

         brne NoMath


TimeReset:;Если биты 4–7 равны 1, то сбрасываем счетчик времени

         clr Time0

         clr Time1

         clr Time2


NoMath:

         cpi r30,END_DATA_AREA

         breq Loop_Check

         rjmp LoopCheck

Loop_Check:

         ; Включение секундного светодиода

         clr TimeB

         sbi PORTB,7

         out SREG,SSREG

         reti


Reset:

         ; Установка указателя стека на максимальный адрес SRAM

         ldi r30,$DF

    out SPL,r30

         ; Настройка направления работы линий порта В

         ldi r30,$FF

         out DDRB,r30

         ldi r30,$7Е

         out DDR0,r30

         ; Режим работы таймера 1 со сбросом и прерыванием при совпадении

         ; Частота прерываний равна 8 000 000 / 256 / 31250 (7А12) = 1 Гц

         ldi r30,12

         ut TCCR1B,r30

         ldi r30,$7A

         out OCR1AH,r30

         ldi r30,$12

         out OCR1AL,r30

         ldi r30,$CO

         out TIMSK,r30

         ; Настройка WDT на 2 секунды

         ldi r30,S0F

         out WDTCR,r30

         ; Настройка UART на прием с параметрами 9600 8N1

         ldi r30,$18

         out UCR,r30

         ldi r30,$33

         out UBRR,r30

         ; Обнуление счетчика времени

         clr Time0

         clr Time1

         clr Time2


; Задание тестовых точек включения (после отладки схемы убрать)

         ldi r30,$05

         sts $60,r30

         ldi r30,$00

         sts $61,r30

         ldi r30,$10

         sts $62,r30


         ldi r30,$07

         sts $63,r30

         ldi r30,$00

         sts $64,r30

         ldi r30,$00

         sts $65,r30


         ldi r30,$0F

         sts $66,r30

         ldi r30,$00

         sts $67,r30

         ldi г30,$10

         sts $68,r30


         clr Flags

         sei


UnlessLoop:

         rcall GetByte; Прием сообщения говорящего о начале данных

         cpi TheByte, 'T'

         brne UnlessLoop

         rcall GetByte

         cpi TheByte,'i'

         brne UnlessLoop

         rcall GetByte

         cpi TheByte,'m'

         brne UnlessLoop

         rcall GetByte

         cpi TheByte,'e'

         brne UnlessLoop

         rcall GetByte

         cpi TheByte,'r'

         brne UnlessLoop


         clr Time0; Обнуление счетчиков времени

         clr Time1

         clr Time2

         ldi r28,$60

         ldi r29,0

LoopRX:

         rcall GetByte:; Чтение байта данных

         St Y+,TheByte; Сохранение считанного байта

         cpi r28,END_DATA_AREA

         brlo LoopRX

         rjmp UnlessLoop

         ser Time0 ; Обнуление счетчиков времени

         ser Time1

         ser Time2

     ldi r28,$10

     out TCNT1L,r28

     ldi r28,$7A

     out TCNT1H,r28


; Процедура чтения байта с UАRТ

; Программа все свое свободное время находится внутри нее

GetByte:

         wdr; Сброс сторожевого таймера

         inc TimeA; Увеличение асинхронного счетчика времени

         brne Early

         inc TimeB

         brne Early

         cbi PORTB,7 ; Выключение секундного светодиода


Early:

         sbrs Flags,0

         rjmp NoBell

         mov temp,TimeB; Звуковой сигнал включен

         andi temp.$E7

         breq NoBell

         sbis PORTB,6; Инвертирование состояния вывода PB.6

         rjmp NoCBI

         cbi PORTB,6

         rjmp NoBell

NoCBI: sbi PORTB.6


NoBell:

         sbis USR,RXC

         rjmp GetByte

         in TheByte,UOR

         ret


; Протокол управления таймером

; Формат загрузки расписания управления каналами от компьютера

; * Настройки порта 9600 8N1

; * Загрузка производится одним блоком, состоящим из 41-й записи

; * Перед блоком с записями надо отправить строку Timer

; * Каждая запись состоит из 3 байтов, сначала передается младший байт времени

; включения, затем средний, затем байт, состоящий из двух частей: младшие

; 4 бита — это самая старшая тетрада времени, бит 4 — это состояние, в которое

; будет переведен канал, и оставшиеся 3 бита — это номер канала. Если номер

; канала равен 7, то будет обнулен внутренний счетчик времени таймера и

; выполнение программы начнется сначала

; * Время считается с момента загрузки новой программы в секундах


. EXIT


4. Технические характеристики

Максимальное количество нагрузок, поддерживаемое программой — 7, но оно может быть меньше, в зависимости от конкретной реализации схемы. Седьмой канал, в отличие от остальных, при срабатывании выдает не постоянное напряжение единицы, а импульсы звуковой частоты. Это позволяет использовать его, например, в качестве будильника. Допустимая мощность нагрузок тоже определяется схемой, например если используются симисторы КУ208, установленные на радиатор, то она составляет 1 кВт на каждый канал.

Память микроконтроллера, установленного внутри таймера, позволяет хранить расписание, состоящее из 41-го (для AT90S2313) события. Максимальное время от загрузки расписания до выполнения события не может быть больше 220 секунд (немного больше 7 дней). Точность задания времени события 1 секунда.

В схеме таймера предусмотрен автономный источник питания, который позволяет сохранить загруженное в него расписание и продолжать считать точное время даже при отсутствии напряжения в питающей сети. Ток, потребляемый от батареек, в этом режиме составляет около 3 мА.


5. Управляющая программа и инструкция (рис. 6.17)



Рис. 6.17. Вид окна управляющей программы


Программе не требуется для работы дополнительных библиотек,

для хранения некоторых настроек используется системный реестр, расписание хранится в файле Timer.sav в текущем каталоге (текстовый файл).

Дополнительная информация о работе с программой и о самом устройстве находится в файле справки.

Комплект программ для проекта находится на компакт диске, прилагаемом к книге.

Автор: Сафонников В. В. (E-mail: sw@ufanet.ru).

6.15. Универсальный параллельный адаптер

1. Краткое описание

Универсальный параллельный адаптер предназначен для подключения к компьютеру различных устройств с цифровыми входами. Например, он может использоваться для записи информации в ПЗУ, прямого управления шаговыми двигателями, для налаживания различных электронных схем в качестве эмулятора и т. д. При наличии соответствующего программного обеспечения многие из перечисленных задач можно выполнить, используя только порт компьютера, но при этом возникает вполне реальный риск выхода порта из строя, так как его выходы не имеют защиты и рассчитаны на подключение только одного вывода, а для ремонта может потребоваться замена материнской платы. Кроме того, для подключения к параллельному порту чего-либо необходимо предварительно выключить компьютер. Адаптер устраняет эти проблемы и позволяет думать в первую очередь о разрабатываемой схеме, а не о том, как бы в процессе ее создания не спалить компьютер.


2. Схема



Рис. 6.18. Электрическая принципиальная схема адаптера


Идея использовать параллельный порт для выдачи и приема цифровых сигналов с TTJI-уровнями не нова. Предлагаемый здесь адаптер отличается простотой, при возможностях достаточных для большого количества применений. К тому же, если вам через какое-то время понадобится увеличить количество входов-выходов, можно просто собрать такую же схему и подключить ее по приведенной ниже таблице. Хотя если предполагается, что выводов одной схемы сразу будет недостаточно, лучше использовать более мощный вариант.

Схема состоит из трех регистров и одного мультиплексора. Все регистры включены по одинаковой схеме, за исключением третьего, его выходы могут быть переведены в высокоомное состояние, поэтому к нему также подведен управляющий сигнал разрешения включения выходов ОЕ. Информационные входы всех регистров объединены и подключены к соответствующим выходам параллельного порта компьютера, так как используется ТТЛШ серия, то допустимо нагружать один выход порта на несколько входов микросхем. Для стробирования используются управляющие линии порта, подключенные ко входам С регистров. Для увеличения количества входов используется мультиплексор D4.


3. Подключение к компьютеру и внешнему устройству

Схема подключается к параллельному порту, также необходимо подвести питание +5 В к микросхемам, лучше всего для этого использовать блок питания компьютера. В моем варианте собранная схема находится внутри компьютера, подключается к внутреннему разъему LPT-порта на системной плате, для питания использует 4-контрактный разъем, а рабочие выходы выведены на 32-контактный разъем, вмонтированный в заглушку от отсека 5,25 на передней панели. На этот же разъем выведены напряжения питания +5, +12 В.

При необходимости увеличить количество выводов можно собрать второй такой же блок и подключить его в соответствии с приведенной ниже таблицей к первому, подключенному к компьютеру. При этом появятся дополнительно несколько входов и выходов, но время доступа увеличится.





Для подключения к внешнему устройству используются цепи O1—O24, из них O1…O16 являются обычными выходами, а O17…O24 могут использоваться как входы или выходы. Цепь O16 параллельно используется для внутренних нужд.


4. Программирование

Программа должна писаться для каждого конкретного случая использования устройства отдельно, поэтому автор не приводит здесь никаких вариантов, а только рассматривает основные принципы программного управления схемой.

Практически любой язык программирования имеет функции, позволяющие записать число по заданному адресу в порт ввода-вывода. Управление схемой осуществляется через вызовы таких функций. Для записи 8-битового числа в буферный регистр схемы необходимо записать его в регистр данных параллельного порта, затем записать в регистр управления любое число, имеющее в соответствующем разряде единицу (соответствующем выводу С выбранного буферного регистра), и затем в него же ноль. Для чтения 4 битов данных достаточно просто прочитать регистр состояния порта, для чтения остальных битов предварительно измените состояние линии 016. Необходимо учитывать, что некоторые входные и выходные линии порта проинвертированы.

Адреса регистров для LPT1 приведены в таблице (верно для большинства компьютеров, но для корректного определения адресов следует использовать данные BIOS):

Регистр данных… 378h

Регистр состояния… 379h

Регистр управления… 37Ah

Автор: Сафонников В. В. (E-mail: sw@ufanet.ru).

6.16. Электронные часы с будильником на AT90S2313-10PI

В данном проекте описаны электронные часы с будильником, выполненные на AVR-микроконтроллере типа AT90S2313-10PI. Часы имеют светодиодный индикатор отображения текущего времени и встроенный аккумулятор для поддержания хода при пропадании сетевого напряжения, что очень актуально в условиях непрекращающегося экономического кризиса. Устройство содержит минимум комплектующих и имеет несложную электрическую схему. Часы были испытаны автором на протяжении нескольких месяцев, что показало их надежность и работоспособность.



Рис. 6.19. Электрическая принципиальная схема


Краткое описание устройства часов

Предлагаемый вашему вниманию проект был выполнен «по ходу дела» при освоении автором микроконтроллеров семейства AVR фирмы Atmel. Один из этих «жучков» и был использован при разработке часов. Выбор именно AT90S2313-10PI объясняется широкой доступностью и невысокой ценой этого кристалла, а также наличием в нем памяти программ объемом 2 Кб и программно реализованного стека.

Как видно, микроконтроллер является основной и единственной микросхемой, используемой в данной разработке. Для задания тактовой частоты контроллера используется кварцевый резонатор на 10 МГц, но управляющую программу очень легко переделать и для резонаторов с другими частотами. В качестве устройства отображения использованы два индикатора красного цвета свечения с общим анодом, каждый индикатор состоит из двух цифр с десятичными точками. Цифры имеют отдельные аноды. Можно применить любые индикаторы с общим анодом, лишь бы ток сегмента не превышал 20 мА и каждая цифра имела бы собственный анод. Рекомендуется выбирать индикаторы с большими цифрами, тогда часы будут хорошо видны в темноте.

Индикация текущего времени осуществляется динамически, в данный конкретный момент времени отображается лишь одна цифра, что позволяет значительно снизить аппаратные затраты. Происходит это так. Аноды каждой из четырех цифр обоих индикаторов являются раздельными, что позволяет в данный момент времени подключить к источнику питания только один анод и отобразить одну цифру. Для этого часы имеют четыре транзисторных ключа, выполненных на транзисторах типа КТ361Е (VT1…VT4), и резисторах (R2…R9). Ключи управляются микроконтроллером, причем соответствующий ключ открыт, если на выводе контроллера присутствует логический ноль. Одноименные сегменты всех четырех цифр соединены вместе и через токоограничивающие резисторы R21…R27 подключены к выводам порта В (выводы РВ.0…РВ.6). Десятичная точка не используется, она «принесена в жертву» добавленному в часы будильнику и всегда выключена. Управляющая программа один за другим подключает цифры к источнику питания, и одновременно на соответствующие выводы порта В выставляется код отображаемой цифры. Поскольку сканирование индикатора происходит очень быстро, мерцание цифр становится незаметным.

Для перевода минут, часов и установки будильника используются кнопки S1…S3. Обновление показаний индикатора происходит каждую секунду. При нажатии более чем на одну кнопку управляющая программа игнорирует нажатие кнопок. Для установки будильника следует нажать кнопку ALARM и подождать двукратного звукового сигнала (не более секунды) для входа в режим будильника. Для перехода обратно в режим часов кнопку ALARM нужно удерживать до подачи однократного сигнала. В качестве выхода для сигнала будильника используется вывод РВ.7 порта В, а в качестве усилителя — схема на транзисторе VT5. В роли сигнализатора применен звонок от импортных часов сопротивлением около 15 Ом. Для отключения будильника используется выключатель S4 (лучше всего — кнопка с фиксацией).

Питаются часы от стабилизированного источника напряжением 6 В. Причем индикация работает только при работе часов от сети. Ток потребления при наличии индикации — около 80 мА. При работе от аккумуляторов (четыре аккумулятора типа Д-0,26) индикация отключается, но часы продолжают идти и функционирует будильник. Диоды D5…D7 обеспечивают правильное использование источников питания при работе от сети и от аккумуляторов, сами же аккумуляторы при работе часов от сети заряжаются через резистор R10. Поскольку при отсутствии индикации часы потребляют ток около 6 мА, предложенный UPS способен поддерживать работу часов более суток, что чрезвычайно удобно. Лично я не люблю наводить часы всякий раз после броска сетевого напряжения. Кстати, это явилось одной из движущих сил данного проекта.


Краткое описание управляющей программы

Управляющая программа часов написана на ассемблере.

Сразу после включения часов программа разрешает прерывания, настраивает порты контроллера соответствующим образом и устанавливает указатель стека на старшие адреса внутренней памяти данных (стек растет «сверху вниз», как в семействе 80X86). Далее программа переводит устройство в режим часов, настраивает будильник на 6 часов 55 минут, после чего запускает цикл сканирования индикатора и цикл счета времени. Вся дальнейшая работа программы состоит в реализации пустого цикла, из которого ее выводят запросы прерываний от таймеров-счетчиков и в который она снова возвращается после завершения обработчика.

Основой программы являются два обработчика прерываний от таймеров. Обработчик прерывания от таймера-счетчика Т/С0 используется для динамической индикации, а обработчик от таймера-счетчика Т/C1 считает время. Естественно, можно было бы организовать сканирование индикатора и без привлечения прерывания от таймера и применить более дешевый кристалл, например AT90S1200. Но непривычность работы с аппаратным стеком (автор много лет до этого занимался 80X86), недостаточный объем памяти и незначительное отличие между этими контроллерами в цене говорят явно не в пользу такого решения.

Обработчик счета времени вызывается каждую секунду. Он является более приоритетным, чем обработчик сканирования индикатора. В этом обработчике также выполняется определение состояния клавиш часов и при необходимости — перевод времени, переход в режим часов/будильника, а также проверяется равенство текущего времени установкам будильника. Обработчик сканирования индикатора вызывается около 1600 раз в секунду и по очереди отображает каждую из цифр текущего времени, т. е. каждая цифра появляется на индикаторе примерно 400 раз в секунду. Кстати, изменяя в разумных пределах частоту сканирования, легко регулировать яркость свечения индикатора.

Дальнейшие пояснения работы программы вы сможете получить, просмотрев ее текст с подробными комментариями.


Резюме

К сожалению, автору не удалось численно определить точность хода часов. Можно сказать лишь одно — за месяц часы отстали примерно на минуту, что, согласитесь, вполне приемлемо для устройства такого класса.

Файлы, относящиеся к проекту, находятся на компакт-диске, прилагаемом к книге.

Автор: Игорь Коваль (E-mail: kovigor@yahoo.com).

6.17. Подключение внешнего статического оперативного запоминающего устройства

Разработчики устройств на микроконтроллерах постоянно сталкиваются с задачей временного хранения данных, однако объема внутреннего SRAM (Static Random Access Memory — статическое запоминающее устройство с произвольным доступом, далее — память) зачастую недостаточно.

Для облегчения решения такой задачи микроконтроллер AT90S8515 (AT90LS8515) снабжен интерфейсом для подключения внешней памяти объемом до 64 Кбайт.


Интерфейс для подключения внешней памяти

Интерфейс включает в себя:

• порт А: шина младшего байта адреса / шина данных;

• порт С: шина старшего байта адреса;

• контакт ALE (Address Latch Enabled): разрешение фиксации адреса;

• контакты RD и WR: стробы записи и считывания.

Для инициализации работы интерфейса надо установить (в единицу) бит SRE (Static RAM Enable — разрешение работы с внешней памятью) регистра MCUCR (MCU Control Register — регистр управления микроконтроллера). Теперь при использовании стандартных команд работы с памятью (команды LD, LDD, LDS, ST, STD и STS) микроконтроллер может обращаться к ячейкам памяти, адреса которых лежат в диапазоне $0060…$FFFF (знак «$» используется в тексте для обозначения шестнадцатеричных чисел, так же, как это должно быть записано в программе на Ассемблере для AVR Studio; указанный диапазон адресов в десятичной форме будет иметь вид 96…65535).

Свободно размещать данные в памяти микроконтроллера AT90S8515 можно, начиная с адреса $0060, как при работе с внутренней оперативной памятью, так и при использовании интерфейса внешней памяти, поскольку адреса оперативной памяти $0000…$001F заняты регистрами общего назначения r0…r31 (десятичное число 31 равно шестнадцатеричному числу $001F), адреса $0020…$005F отведены для регистров ввода-вывода.

Замечание.

Если до инициализации интерфейса линии порта А, порта С и контакты PD6 (WR) и PD7 (RD) порта D были запрограммированы как линии ввода или вывода, установка бита SRE перепрограммирует эти линии для работы с внешней памятью.

Если бит SRE сбросить (в ноль), работа с внешней памятью прекращается, устанавливается обычный режим работы портов А, С и контактов PD6 и PD7 порта D, а область оперативной памяти, к которой может обращаться микроконтроллер AT90S8515 ограничивается диапазоном S0060…S025F (всего 512 байт).

Примечание. При работе в диапазон адресов, например, S2220…S222F количество адресуемых ячеек не 15 ($222F-$2220=$F), а 16 ($F+1), так как обращение происходит и к ячейке с адресом $2220.


Порт А служит как для формирования младшего байта адреса, так и для передачи данных, в то время, как порт С поддерживает на своих линиях старший байт адреса в течение всего цикла обращения к внешней памяти.

Для фиксации младшего байта адреса необходимо использовать дополнительный элемент хранения с записью положительным уровнем. Для этого подойдет 8-разрядный регистр 74HCT573N. При высоком уровне сигнала на контакте ALE младший байт адреса, сформированный на восьми линиях порта А, записывается в регистр. При низком уровне на контакте ALE через порт А передаются данные. Сигналы на контактах WR и RD микроконтроллера активны только во время обращения к внешней памяти.

Обращение к внутренней памяти происходит за три цикла микроконтроллера.

Обращение к внешней памяти происходит за три цикла микроконтроллера, однако можно удлинить время обращения на один дополнительный цикл, установив бит SRW (External SRAM Wait State — состояние ожидания внешней памяти) в регистре MCUCR.


Пример подключения внешней оперативной памяти к микроконтроллеру AT90S8515

Фрагмент схемы, в котором реализовано подключение внешней памяти 8Кх8 (8 Кбайта) к микроконтроллеру, приведен на рис. 6.20. Для подключения с минимальным количеством дополнительных элементов пригодны микросхемы памяти, имеющие двунаправленную 8-разрядную шину данных (D0…D7), шину адреса и инверсные входы управления записью и считыванием (WE, ОЕ).

На фрагменте схемы к микроконтроллеру AT90S8515 (DD2) подключена микросхема внешней памяти НМ62256 (DD5) с организацией 32Кх8, из которых используется только 8Кх8, что требует использования тринадцати линий адреса (А0…А12) из пятнадцати имеющихся. Свободные контакты А13 и А14 шины адреса микросхемы DD5 соединены с общим проводом. Замечу, что эти контакты можно было соединить и с линией питания, что никак не сказалось бы ни на работе, ни на программе, физически использовалась бы другая область ячеек микросхемы памяти.

Не использующиеся в приведенной схеме для работы с внешней памятью линии адреса микроконтроллера А13, А14 и А15 могут использоваться, скажем, для обращения к дополнительным регистрам, обеспечивающим передачу данных к внешним устройствам.



Рис. 6.20. Подключение внешней памяти


Установка адреса

По высокому уровню сигнала на контакте ALE микроконтроллера в регистр 74НСТ573 (DD3) производится запись младшего байта адреса, сформированного микроконтроллером на линиях A/D0…A/D7. Записанный в регистр младший байт адреса появляется на выходах регистра, соединенных с адресными входами микросхемы памяти (линии А0…А7).

На контактах порта С микроконтроллера формируется старший байт адреса (линии А8…А15).

Регистр 1533HP33 является функциональным аналогом регистра 74НСТ573, однако они выполнены по разной технологии. Опыт использования регистра 1533ИРЗЗ для фиксации младшего байта при работе микроконтроллера с внешней памятью показал, что при записи — считывании массива (0, 1…., 254, 255) появляются сбои, число которых сокращается при подключении конденсатора (десятки пикофарад) между контактом С регистра и общим проводом, использование же регистра 74НСТ573 полностью решало проблему и без конденсатора. Поэтому следует аккуратно относиться к заменен регистра.

Для качественного тестирования памяти удобно использовать подключение контроллера к компьютеру, используя UART микроконтроллера (Universal asynchronous receiver-transmitter — универсальный асинхронный приемопередатчик).


Считывание данных из внешней памяти

Если производится считывание данных из внешней памяти, то после того, как адрес установлен, линии порта А переводятся в режим ввода данных в микроконтроллер, на линии RD микроконтроллер формирует импульс отрицательной полярности. По сигналу RD шина данных D0…D7 микросхемы памяти DD5 переводится в режим вывода данных, и по линиям A/D0…A/D7 из адресуемой ячейки в порт А микроконтроллера передаются хранимые данные.


Запись данных во внешнюю память

Для записи данных во внешнюю память, после того, как адрес установлен, линии порта А переводятся в режим вывода данных из микроконтроллера, на линии WR микроконтроллер формирует импульс отрицательной полярности. По сигналу WR шина данных D0…D7 микросхемы памяти DD5 переводится в режим ввода данных, и по линиям A/D0…A/D7 из порта А микроконтроллера в адресуемую ячейку внешней памяти передаются данные для хранения.


Программный доступ к оперативной памяти

Начнем с простой программы обращения к оперативной памяти. Для этого необходимо, чтобы на вашем компьютере была установлена среда разработки AVR Studio корпорации Atmel (http://www.atmel.com), в которой создаются и отлаживаются программы для микроконтроллеров AVR.

Кроме того, в любую программу обязательно включается файл, определяющий регистры и имена битов микроконтроллера, для которого пишется программа. Для микроконтроллера AT90S8515 — это файл 8515def.inc, для AT90S4433 — файл 4433def.inc. Все файлы с расширением. inc на момент написания главы хранились в самораспаковывающемся файле avr000.exe.

Найти ссылки на файл для установки AVR Studio 3.хх и на файл avr000.exe можно по адресу: http://www.atmel.com/atmel/products/prod203.htm.

Инструкции и картинки, размещенные далее, соответствуют версии AVR Studio 3.51.

Создайте директорию, в которой будут размещаться файлы вашего проекта, например, C: \Avr\Try. Запустите скачанный файл avr000.exe, а появившийся в результате распаковки файл 8515def.inc скопируйте в созданную директорию C: \Avr\Try.

Запустите AVR Studio, на экране появится окно AVR Studio (обрамленное сверху синей полосой окно с надписью AVR Studio).

Создадим новый проект: Project | New.

Запись вида «Project | New» обозначает, что надо установить указатель мышки на меню Project, расположенном в первой строке окна AVR Studio, в открывшемся окне установить указатель мышки на слове New и нажать левую клавишу мышки. Далее вместо слов «нажать левую клавишу мышки» будем употреблять слова «щелкнуть» или «выбрать»; если требуется нажатие правой клавиши мышки — будем использовать слова «щелкнуть правой клавишей мышки».

Начальная строка окна содержит его наименование (AVR Studio…), только следующая строка доступна при работе, ее будем считать первой строкой окна.

В появившемся окне Select new project (рис. 6.21):

• введите имя проекта в строке ввода Project name (например, Memory);

• впишите вручную созданную в Windows директорию для проекта C: \Avr\Try в строку ввода Location или найдите эту директорию в дереве каталога, щелкнув по кнопке справа от строки ввода;

• выберите строку AVR Assembler для определения типа проекта в окне Project type;

• щелкните мышкой по кнопке ОК.



Рис. 6.21. Окно Select nez project


Теперь на экране активно окно Project: Memory (рис. 6.22).



Рис. 6.22. Окно Project


Создадим новый файл, который будет содержать программу на Ассемблере:

• щелкните правой клавишей мышки в окне Project: Memory;

• в появившемся окне выберите строку Create New File;

• в строку Name открывшегося окна Create new file (рис. 6.23) введите имя файла программы, например, SRAM.asm, затем щелкните по кнопке ОК.



Рис. 6.23. Окно Create new file


В появившемся окне SRAM.asm наберите следующую программу, не игнорируя знаков препинания в начале строк.

Команды лучше писать строчными буквами, тогда они выделяются цветом. В тексте программы команды и метки выделены прописными буквами только для снижения вероятности ошибок при наборе программы. В AVR Studio 3.51 нет различия между прописными и строчными буквами. Между меткой, командой и ее операндами удобно вставлять знак табуляции вместо пробела, тогда программа лучше читается.

; Программа SRAM.asm

; Обращение к внешней памяти

; =================


.INCLUDE "8515def.inc"

; Вставка содержимого файла 6515def.inc в нашу программу

; Файл 8515def.inc не обязательно располагать в директории

; проекта тогда следует указать и путь к нему, например:

;.include "d:\Def_dir\8515def.inc"


.DEF tmp =r16; Регистру r16 присвоить имя tmp

; (значение переменной tmp будет храниться в

; регистре общего назначения r16)


.DEF cnt =r16; Переменная cnt — счетчик цикла

; Замечание: одному регистру в программе могут присваиваться

; разные имена, хотя в данном случае в этом и не было

; необходимости, микроконтроллер имеет 32 регистра, но; переменных в программе обычно гораздо больше


.EQU ArSize =10

; Константа ArSize=10 — используем эту константу

; для определения размера массива, записываемого в память


.EOU aArBgn =$0170

; Используем константу аАгВhn как адрес начальной ячейки; для хранения массива


RESET: IN tmp,HCUCR

; Ввод содержимого регистра MCUCR в регистр tmp. Физические

; адреса регистров MCUCR,ZL,ZH и константы SRE и SRW,

; используемые в программе, определены в файле 8515def.inc

; если по директиве. include файл 8515def.inc не будет найден,

; команды с операндами MCUCR,ZL,ZH,SRE и SRW дадут ошибки


          ORI tmp,(1<<SRE)+(1<<SRW)

; Операция V (логическое ИЛИ) содержимого регистра и константы.

; Для работы с внешней памятью надо установить

; биты SRE и SRW в регистре MCUCR (установка SRW — если

; нужно продлить состояние ожидания; для "медленной" микросхемы памяти).

; Открыв файл 8515def.inc, мы обнаружим, что SRE=7, SRW=6,

; значит величина, которую надо занести; в регистр MCUCR в двоичном коде: 11bb bbbb,

; Ь — это значения битов, которые мы не должны изменять; запись (1<<SRE)+(1<<SRW) равна сумме

; единицы, сдвинутой влево SRE (или 7) раз (=1000 0000),

; и единицы, сдвинутой влево SRW (или 6) раз (0100 0000)

; Сумма 1000 0000+0100 0000=1100 0000

; операция V (bbbb bbbb VI100 0000 =11bb bbbb)

; дает нужный результат


          OUT MCUCR,tmp;

Вывод содержимого регистра tmp в регистр MCUCR


          LDI ZL,low(aArBgn)

          LDI ZH,high(aArBgn)

; LDI — операции загрузки в регистр однобайтной константы

; аАгВgn — двухбайтная константа — должна быть загружена

; в пару однобайтных регистров ZH: ZL, которые составляют

; двухбайтный регистр Z. Регистр Z и аналогичные ему двухбайтные

; регистры X и Y используются в операциях с памятью (st,Id….).

; aArBgn=$0170, в ZL загрузится low($0170), т. е., младший байт $70

; в ZH загрузится high($0170), то есть, старший байт $01

; в Z (или в ZH: ZL) образуется двухбайтное слово $01:$70.

; то есть, адрес, выбранный для начальной ячейки массива


           LDI cnt,ArSize; Загрузить в cnt размер массива


NEXT: ST Z+,cnt

; ST — операция записи содержимого регистра cnt в ячейку памяти,

; адрес которой — в регистре Z, знак "+" после Z — значит

; с последующим увеличением адреса в регистре Z на единицу.

; В первом цикле данные занесутся по адресу $0170, a Z = $0171:

; во втором цикле — по адресу $0171, Z = $0172 и т. д.

; в память пишется состояние счетчика циклов

            DEC cnt

; Уменьшить содержимое регистра cnt на единицу


            NOP; Команда добавляет один пустой цикл

            NOP; То же


            BRNE NEXT


; Если бит (флаг) Z в регистре состояния процессора SREG

; (не путать бит Z регистра SREG с регистром адреса Z)

; не установлен (не равен) — перейти на команду с меткой NEXT:

; последняя команда, воздействующая на бит Z

; регистра SREG — DEC cnt. Команды N0P введены для

; демонстрации отсутствия их влияния на бит Z

; если вместо них вставить, например, команду INC tmp, влияющую

; на состояние бита Z, работа программы будет нарушена


; Далее — блок считывания данных из памяти:

           LDI ZL,low(aArBgn)

           LDI ZH.high(aArBgn)

           LDI cnt.ArSize

RD_BLK:

           LD tmp, Z+


; Здесь какие-то действия с tmp, например,

; передача в компьютер через UART

           DEC cnt

           BRNE RD_BLK


           RJMP RESET; Перейти на команду с меткой RESET:


Вы заметили, что имена регистров и константы, определенные во включаемом в программу файле 8515def.inc довольно длинны? Не думайте, что, сокращая используемые имена до одной-двух букв, можно сэкономить время: через пару недель вы не разберетесь в собственной программе! А вот имена MCUCR, SRE, являясь сокращениями английских наименований MCU control register и Static RAM Enable, быстро запоминаются. Те же рекомендации можно предложить и для определяемых вами имен: и в чужой программе можно понять, что ArSize это Array Size (размер массива), a aArBgn — начальный адрес массива.


Отладка программы

Ассемблируем программу: Project|Assemble. Обращайте внимание на наличие горячих клавиш: на строке Assemble указана горячая клавиша F7. Так как эта операция повторяется часто, удобнее пользоваться именно клавишей F7.

При первом ассемблировании автоматически открывается окно Simulator options. В строке Device этого окна надо выбрать микроконтроллер, на который ориентирована программа, в нашем случае это AT90S8515 with external SRAM. Затем нажмите кнопку ОК.

Замечание: для микроконтроллеров с программно-аппаратной поддержкой подключения внешней памяти симулятор программируется как для поддержки внешней памяти (выбрать AT90S8515 with external SRAM), так и для работы только с внутренней памятью (выбрать AT90S8515). Последовательность команд в программе, задающая режим работы с внешней памятью, достаточна лишь для самого микроконтроллера; на работу в режиме отладки в AVR Studio влияет именно выбор устройства в окне Simulator options.

В окне Simulator options следует установить частоту кварцевого резонатора, использующегося вместе с микроконтроллером. Частоту можно либо выбрать из предлагаемого списка, либо ввести вручную, если надо задать точное значение, например, 6,425 МГц. Это позволит симулятору корректно выводить время работы программы не только в циклах микроконтроллера, но и в единицах времени.

Вызвать окно Simulator options вновь можно только после успешного ассемблирования в режиме отладки (переход в режим отладки — по нажатию клавиши F11).

В результате ассемблирования появится окно Project output.

Если программа набрана без ошибок, а файл 8515def.inc находится в рабочей директории проекта — в последней строке окна Project output будет сообщение об отсутствии ошибок (Assembly complete with no errors).

Интересной информацией в этом окне является:

• сообщение о включении файла 8515def.inc в программу;

• предостережение: C: \Avr\Jry\SRAM.asm(15): warning: Register already defined by the.DEF directive — предупреждение о том, что в строке (15) программы директивой. DEF назначается имя регистру, которому уже назначено другое имя; хотя программа невелика, считать строки нет необходимости, достаточно щелкнуть мышкой на любой строке, чтобы увидеть ее номер, а также номер колонки, в правом нижнем углу всего окна AVR Studio: Lnl5, Со15;

• общий объем памяти, занимаемый программой (Total). Обратите внимание на то, что объем занимаемой памяти указывается в словах (words), каждое слово в памяти программы микроконтроллера двухбайтное, поэтому размер программы в байтах будет в два раза больше.


Займемся пошаговой отладкой программы: Debug|Trace into (F11).

Замечание. При отладке (смотрите меню Debug) удобно пользоваться горячей клавишей F11, когда требуется пошаговая отладка каждой команды, если Вы уже отладили часть программы в предыдущих сеансах работы, установите курсор на команду, с которой хотели бы продолжить отладку и нажмите Ctrl+F10.

На левой границе окна против команды, которая будет выполняться, устанавливается стрелка — указатель выполнения команд.

Первая команда:

in tmp.MCUCR

Для просмотра содержимого MCUCR выполнить: View|New IO view, в открывшемся окне IO выполнить: CPU | Control register (щелкнуть по знаку «+» слева в строке CPU, затем щелкнуть по знаку «+» слева в открывшейся строке Control register).

В строке Control register индицируется состояние этого регистра 0x00 и адрес этого регистра в оперативной памяти микроконтроллера 0x35 (это одна из форм записи шестнадцатеричного числа, соответствующая записи $35). Ниже можно увидеть состояние интересующих нас битов SRE и SRW, а при необходимости установить состояние какого-либо бита прямо здесь, например, бита SM (sleep mode), состояние которого не влияет на работу этой программы. Для этого установите галочку (щелкните) в квадратике, помеченном цифрой 4, находящемся правее слова SM. Заметьте, состояние регистра (строка Control register) изменилось на 0x10.

Для проверки состояния регистра tmp выполним:

• Watch|Add watch;

• в строке ввода появившегося окна Watch введите tmp.

Дважды щелкнув по величине, хранимой в регистре (0x00), можно ввести с клавиатуры новое значение. Щелкнув правой клавишей мышки в окне Watch на имени переменной tmp, можно изменить формат вывода состояния регистра на десятичный, добавить новую переменную для просмотра или удалить выделенную переменную.

Теперь, когда отладка началась, можно изменить опции симулятора: Options|Simulator options. После их изменения программу надо вновь ассемблировать (F7) и перейти к пошаговой отладке (F11).

Выполним команду, нажав кнопку F11 на клавиатуре. Состояние переменной tmp (окно Watches) стало равным состоянию регистра MCUCR (0x10). Если окно Watches развернуть, то можно увидеть тип переменной, а также в каком регистре она хранится.

Следующий шаг (нажать F11 — далее просто нажать F11) — в переменной tmp величина 0xD0 или 1101 0000 в двоичном представлении, два старших бита установлены, остальные биты остались без изменения.

Нажать F11 — теперь в MCUCR установлены биты SRE и SRW, работа с внешней памятью разрешена.

Добавим две переменные ZH и ZL в окно переменных (Выполнить Watches|Add (или в открытом ранее окне Watches щелкнуть правой клавишей мышки, в появившемся окне выбрать Add watch), ввести имя ZH, повторить процедуру, введя имя ZL).

Откроем окно просмотра состояния процессора: View | Processor.

Дважды нажать F11, наблюдая за изменением переменных ZH и ZL в окне Watches. В окне Processor наблюдайте состояние Z-register.

Замечание. В окне Watches удобно группировать переменные в соответствии с размещением их в программе. Для одной части программы переменные можно разместить в группе, выбрав страницу окна Watch 1 (смотрите нижнюю строку окна Watches), для другой части программы разместите переменные на странице Watch2 и т. д.

Если вы вводите группу переменных, после набора имени первой переменной дважды нажмите клавишу ENTER — теперь можно вводить имя следующей переменной, после набора имени последней переменной нажмите ENTER один раз.

Добавить переменную cnt в окно Watches, нажать F11.

Ввод имени константы в окно Watches в AVR Studio 3.51 может привести к неустранимой ошибке (например, константа aArBgn из нашей программы). То же может произойти, если Вы будете удалять переменные, пользуясь клавишей Del. Это внутренние ошибки AVR Studio 3.51.

Следующая часть программы — это цикл записи элементов массива в память. Откроем окно просмотра содержимого памяти (выполнить View|New memory view). В появившемся окне Memory будем просматривать оперативную память (выбрать режим Data в первой строке окна слева). В первой строке окна справа установлен адрес ячейки оперативной памяти 0x0060, расположенной в первой строке области просмотра памяти. Наша программа должна записывать массив, начиная с адреса 0x0170, для того, чтобы в окне Memory было удобно наблюдать занесение данных в память, переместим просматриваемую область памяти так, чтобы область просмотра памяти начиналась адресом 0x0170. Для этого в адресе 0x0060 в первой строке окна справа заменим 0060 на 0170, либо воспользуемся вертикальным скроллером окна Memory.

Теперь на экране находятся четыре окна, которые нам надо контролировать. Чтобы видеть все окна, надо выбрать их размеры и место размещения. Место размещения можно изменять, для чего, установив указатель мышки на наименование окна (например, Watches), нажать левую клавишу мышки и, не отпуская нажатую клавишу, перемещать мышку, передвигая окно по экрану к нужной позиции. Переместив окно, клавишу мышки отпустить.

Выбор размера окна, например, для окна Watches, начнем с уменьшения ширины колонок. Установите указатель мышки в первой строке окна на вертикальной разграничительной линии между наименованиями колонок Watch и Value. При попадании на разделительную линию форма курсора изменится, приобретя вид жирной вертикальной линии с горизонтальными стрелками, направленными вправо и влево, как на рис. 6.24. Нажмите левую клавишу мышки и, не отпуская нажатую клавишу, перемещайте вместе с мышкой вертикальную разделительную линию влево, пока колонка не сузится до минимально необходимой ширины. На рисунке третья колонка, не представляющая интереса в данной программе, максимально сужена. Установите указатель мышки на любую стенку или любой угол окна (при этом должны появиться стрелки, направленные в противоположные стороны), манипулируя мышкой так же, как при перемещении разделительной линии, измените размер окна. Если окно развернуто полностью, изменить его размеры можно после нажатия кнопки «Восстановить» (в строке наименования окна средняя кнопка справа, помечена квадратами).



Рис. 6.24. Вид окна


На рис. 6.25 представлены окна, использующиеся при отладке программы SRAM.asm. Размеры и размещение окон позволяют одновременно наблюдать происходящие в них изменения.



Рис. 6.25. Вид окна


Все до сих пор выполнявшиеся команды занимали по одному циклу микроконтроллера, мы выполнили 6 команд, что соответствует состоянию счетчика циклов (Cycle counter 00000006) в окне Processor.

Нажмите F11. В ячейку памяти 0x0170 записалось число $0А (окно Memory). Состояние счетчика циклов увеличилось лишь на два (окно Processor). Для команды ST такое увеличение соответствует обращению лишь к внутренней памяти микроконтроллера. В нашем случае обращения к внешней памяти количество циклов должно было увеличиться на четыре, так как один дополнительный цикл требуется для обращения к внешней памяти и еще один цикл, так как мы задали режим работы с дополнительным циклом ожидания установкой бита SRW в регистре MCUCR.

При обращении к внешней памяти количество циклов, подсчитанное симулятором, оказывается ошибочным.

Нажмите F11 четыре раза, наблюдая за состоянием счетчика циклов. При выполнении условия команды BRNE (если бит Z в окне Processor | Flags сброшен) состояние счетчика циклов увеличивается на два. Обратите на это внимание, так как в описании для этой команды указано число циклов 1/2 (один или два). Один цикл потребуется при невыполнении условия команды (смотрите ниже).

Теперь мы перешли ко второму циклу записи массива в память. Ничего нового в каждом отдельном цикле мы не увидим, поэтому воспользуемся сочетанием клавиш Ctrl+F10 (нажать клавишу Ctrl, не отпуская ее, нажать F10).

По каждому нажатию Ctrl+F10 контролируйте переменную cnt в окне Watches. Число нажатий — пока переменная cnt не станет равной единице. При каждом нажатии можно также следить за записью данных в память (окно Memory), адресом, по которому производится запись (окно Processor|Z-register и переменные ZH, ZL в окне Watches).

Если в окне Processor | Stop watch нажать кнопку Clear, то после следующего нажатия Ctrl+F10 правее кнопки Clear появится информация о длительности одного цикла.

Теперь, когда мы снова остановились на команде ST, a cnt=1, воспользуемся клавишей F11.

Дважды нажать F11. Выполнение команды DEC привело к нулевому результату в регистре cnt, поэтому бит Z установлен (окно Processor | Flags).

Дважды нажать F11. Состояние бита Z не изменилось, так как команды NOP не влияют на него.

Нажать F11. Так как бит Z установлен, выполнение команды BRNE не приводит к переходу на метку NEXT, выполняется переход к следующей команде. Состояние счетчика циклов при невыполнении условия команды BRNE (когда бит Z в окне Processor|Flags установлен) увеличивается на единицу.

Замечание. Команду BRNE лучше ставить непосредственно за командой, определяющей, как работать команде BRNE (в нашем случае правильнее было бы разместить перед ней команду DEC cnt).

Отладка блока считывания данных из памяти не отличается от отладки блока записи в память. Вы можете самостоятельно отладить эту часть программы.

Замечу лишь, что блок будет отлаживаться нормально, так как в память записывалось состояние счетчика циклов cnt. Попробуйте перед началом отладки блока считывания из памяти занесенное в ячейку 0x0170 значение 0А заменить вручную на значение 01 и отладить программу. Выполнится лишь один цикл считывания, так как переменные cnt и tmp хранятся в одном регистре r16.

До начала цикла в регистр r16 командой LDIcnt,ArSize записывается начальное состояние счетчика циклов (10 или $0А). Затем в тот же регистр r16, как в переменную tmp, из памяти считывается значение 01 (команда LDtmp,Z+), далее содержимое регистра r16, как переменной cnt, декрементируется (DECcnt), становясь равным нулю и приводя к завершению цикла.

При присвоении одному регистру нескольких имен переменных, исключайте использование этих имен в одних и тех же блоках программы.

Завершая работу, закрываем окно AVR Studio, в ответ на запрос «Сохранить изменения в проекте Метогу. арr?» нажимаем кнопку Да.

Теперь в директории C: \Avr\Try\ находится файл проекта Метогу. арг, файл программы SRAM.asm, включенный в проект, файл 8515def.inc, а также файл SRAM.hex, который может быть загружен с помощью программатора и соответствующего программного обеспечения во флеш-память микроконтроллера.

При следующем запуске AVR Studio наш проект можно вызвать из меню File. Здесь можно выбрать один из файлов, с которыми мы уже работали. Для нашего проекта следует выбрать строку C: \Avr\Try\Memory.apr. Другой вариант — выполнить Project|Open и в появившемся каталоге выбрать необходимый файл проекта (Метогу. арг). В открывшемся окне Project дважды щелкните на имени файла программы SRAM.asm. Теперь все готово к новому сеансу работы с нашим проектом.

Подключение буферов вывода с использованием адресного пространства внешней памяти микроконтроллера AT90S8515.

В предыдущем примере рассматривалось подключение внешней памяти к AT90S8515. Из четырех портов микроконтроллера порты А и С, а также два контакта порта D заняты обслуживанием внешней памяти.

Как быть, если в дополнение к подключению внешней памяти необходимо организовать передачу полутора — двух десятков управляющих сигналов от микроконтроллера к внешним устройствам? Возможный вариант — использование необходимого количества 8-разрядных регистров (буферов) с обращением к ним, как к ячейкам памяти, расположенным в общем адресном пространстве внешней памяти. На рис. 6.26 — фрагмент схемы, реализующий такое подключение. Данный фрагмент и фрагмент, изображенный на рис. 6.20, являются частями одной схемы, а шина BUS1 является общей для обоих рисунков.

Три адресные линии А13…А15 остались свободными при подключении внешней памяти объемом 8Кх8, используем их для записи данных в три 8-разрядных регистра DD6…DD8.

Использование дополнительной микросхемы дешифратора адреса А13…А15 позволило бы подключить до восьми (23) регистров.

Входные контакты D0…D7 регистров DD6…DD8 подключены к порту А микроконтроллера (линии A/D0…A/D7). К выходным контактам 00…07 регистров можно подключить до 24-х линий внешних устройств (линии В0…В23). Выходы регистров всегда активны и не переводятся в третье состояние, поэтому контакты ЕО регистров соединены с общим проводом.



Рис. 6.26. Электрическая принципиальная схема


Запись данных в регистры происходит при появлении высокого уровня на их контактах С. Микроконтроллер же формирует низкий уровень записи во внешнюю память (сигнал WR). В схеме для формирования сигнала записи высокого уровня применены элементы ИЛИ-HE (микросхема DD4).

В этой схеме сигнал высокого уровня на линии WB3 для записи данных в регистр DD6 образуется при низких уровнях сигналов на линиях А15 и WR. То есть, чтобы запись произошла в один регистр DD6, необходимо, чтобы на линиях WR и А15 был низкий уровень, на линиях А13 и А14 — высокие уровни.

Одновременное присутствие низких уровней на всех четырех линиях (WR, А13…А15) вызовет параллельную запись данных в три регистра.

Приведенная схема подключения регистров требует тщательного подхода к выбору адресов при написании программы.

Запись в регистр DD6 должна происходить при А15=0, А14=1 и А13=1, то есть, в двоичном коде адрес

регистра DD6: 011х хххх хххх хххх,

регистра DD7: 101х хххх хххх хххх,

регистра DD8: 110х хххх хххх хххх.

Для того, чтобы данные не записывались в регистры, адрес должен иметь вид:

111х хххх хххх хххх, где х — состояние бита (0 или 1) не имеет значения.

Хотя состояния битов х не имеют значения, они должны быть определены. Это значит, что при записи в какой-либо регистр на контактах А0…А12 микросхемы памяти (рисунок bvn_Pic1.gif) будет сформирован адрес, а в ячейку с этим адресом будет произведена запись того же значения, которое посылается в регистр. Надо позаботиться, чтобы ячейка с таким адресом не использовалась для хранения данных.

Удобно определить все биты х равными единице. Тогда адреса регистров примут вид:

адрес DD6: 0111 1111 1111 1111 или $7FFF,

адрес DD7: 1011 1111 1111 1111 или SBFFF,

адрес DD6: 1101 1111 1111 1111 или SDFFF,

а в ячейке памяти с адресом xxx1 1111 1111 1111 нельзя хранить данные, линии адреса А13…А15, соответствующие битам ххх в этом адресе, к микросхеме памяти не подключены.

Поэтому, какими бы они ни были, запись производится в одну и ту же ячейку. Однако при записи в память ххх следует определить как 111 для того, чтобы не произошло параллельной записи в регистры. Значит, данные нельзя хранить в ячейке 1111 1111 1111 1111 или SFFFF.

Для хранения данных доступны ячейки памяти с адресами

1110 0000 0000 0000… 1111 1111 1111 1110 или $E000…$FFFE.

В разделе «Интерфейс микроконтроллера AT90S8515 для подключения внешней памяти» была обозначена нижняя граница доступной для безопасного хранения данных области памяти: адрес $0060.

С учетом этого ограничения для безопасного хранения данных доступны ячейки памяти с адресами $E060…$FFFE.

Есть более привлекательный вариант распределения памяти: при записи в регистр параллельно производить запись в соответствующую этому регистру ячейку памяти. При этом всегда можно проверить, что именно записывалось в регистр, считав данные из ячейки памяти.

Выберем для регистров следующие адреса:

адрес DD6: 0111 1111 1111 1101 или $7FFD,

адрес DD7: 1011 1111 1111 1110 или $BFFE,

адрес DD6: 1101 1111 1111 1111 или $DFFF.

Теперь для безопасного хранения данных доступны ячейки памяти с адресами $E060…$FFFC, а из ячеек с адресами $FFFD, $FFFE и $FFFF можно считать данные, которые были записаны в регистры DD8, DD7 и DD6 соответственно.

Считывая данные из ячеек, соответствующих регистрам, мы получаем информацию о том, что записывалось в эти регистры. Следовательно, считывание данных правомерно только после первой записи в регистры. Поэтому рекомендую в начале программы записать исходные данные в регистры.

Состояние выходов регистров может не соответствовать считанным из соответствующих ячеек памяти данным

• из-за неисправности регистров;

• из-за возможного соединения выхода регистра с общим проводом во внешнем устройстве.

Создадим новую директорию C: \Avr\Buff\. В AVR Studio создадим новый проект, назовем его Buffers, воспользуемся уже созданной директорией C: \Avr\Buff\, в проекте создадим новый файл BUFSRAM.asm, в котором напишем следующую программу.

; Программа BUF_SRAM.asm

; обращение к внешней памяти, запись данных в буферы

; ========================


.INCLUDE "С: \Avr\Try\8515def.inc”

; Вставка содержимого файла 8515def.inc, находящегося

; в директории C: \Avr\Try в нашу программу


.DEF tmp=r16; Регистру r16 присвоить имя tmp

; (значение переменной tmp будет храниться в

; регистре общего назначения г16)


.DEF cnt = r17; Переменная cnt — счетчик цикла


RESET:   IN tmp,MCUCR

             ; Ввод содержимого регистра MCUCR в регистр tmp


             ORI tmp,(1<<SRE)

             ; Установка бита SRE (режим работы с внешней памятью)

             ; Бит SRW не устанавливаем; (работа без дополнительного цикла ожидания)


             OUT MCUCR,tmp

             ; Вывод содержимого регистра tmp в регистр MCUCR


;=========ЗАГРУЗКА ДАННЫХ В БУФЕРЫ

.EQU wrBuf1=$7FFD

             ; Адрес для записи данных в буфер 1 (по схеме — элемент DD6)

.EQU wrBuf2=$BFFE

             ; Адрес для записи данных в буфер 2 (DD7)

.EQU wrBuf3=$DFFF

             ; Адрес для записи данных в буфер 3 (DD8)

.EQU rdBuf1=$FFFD

             ; Адрес для считывания данных из ячейки, соотв. буферу 1

.EQU rdBuf2=$FFFE

             ; Адрес для считывания данных из ячейки, соотв. буферу 2

.EQU rdBuf3=$FFFF

             ; Адрес для считывания данных из ячейки, соотв. буферу 3

             LDI tmp,$AA; Загрузка константы в tmp

             STS wrBuf1, tmp

; Сохранение содержимого регистра tmp в буфере 1

             LDI tmp, $55; Загрузка константы в tmp

             STS wrBuf2, tmp

             LDI tmp,$71; Загрузка константы в tmp

             STS wrBuf3, tmp


;======ЧТЕНИЕ / ИЗМЕНЕНИЕ ДАННЫХ В БУФЕРАХ

            LDS tmp, rdBuf1

                  ; Передача данных из ячейки с адресом rdBuf1 в регистр tmp

            ORI tmp, (1<<7)+(1<<6)+(1<<5)+(1<<4); Установка битов 4.. 7

            STS wrBuf1, tmp

; Сохранение содержимого регистра tmp в буфере 1


            LDS tmp, rdBuf2

            ORI tmp, 0b11110000

                  ; Установка тех же битов, что и для буфера 1,

                  ; только константа представлена в двоичной форме,

                 ; для обозначения двоичной константы 1111 0000; перед ней ставят символы "ноль” и “Ь”

            STS wrBuf2, tmp

            ; Сохранение содержимого регистра tmp в буфере 2


            LDS tmp, rdBuf3

            ANDI tmp, 0b11110000; сброс тех же битов

            STS wrBuf3, tmp

            ; Сохранение содержимого регистра tmp в буфере 2


; ===== ЗАГРУЗКА В ПАМЯТЬ ПЕРВОГО МАССИВА

.EQU ArSize =10; Размеры массивов


.EQU aArBgn1 =$Е060

            : Используем константу аАrВgn как адрес начальной ячейки для хранения массива 1


            LDI ZL,low(aArBgn1)

            LDI ZH,high(aArBgn1)

            ; Загрузка в регистр Z адреса начала массива 1


            LDI cnt,ArSize; Загрузка в cnt размера массива

            LDI tmp,$FF; Загрузка константы в tmp


ARR1:        ST Z+, tmp;

                 ; Запись содержимого регистра tmp в ячейку памяти,

                 ; адрес которой — в регистре Z,

                 ; с последующим увеличением на 1 адреса в регистре Z

                 ; В первом цикле содержимое tmp запишется

                 ; по адресу aArBgn1 ($Е060), во втором цикле —

                 ; по адресу aArBgn1+1 ($Е061) и т. д.


           INC tmp; Увеличить содержимое tmp на единицу

           DEC cnt; Уменьшить содержимое счетчика циклов на единицу


           BRNE ARR1

; Если бит (флаг) Z в регистре состояния процессора SREG

; не установлен — перейти на команду с меткой ARR1:


; ======ЗАГРУЗКА В ПАМЯТЬ ВТОРОГО МАССИВА

.EQU   аАгВgn2 =$FFFC

           ; Используем константу аАгВgn2 как адрес последней ячейки

           ; для хранения массива 2


           LDI ZL,lоw(аАгВgn2+1)

           LDI ZH,high(aArBgn2+1)

                 ; Загрузка в двухбайтный регистр Z адреса конечного

                 ; элемента массива 2, увеличенного на единицу

           LDI cot,ArSize; Загрузка в cnt размера массива

           LDI tmp,$03; Загрузка константы в tmp


ARR2:        ST -Z, tmp;

                 ; Сначала уменьшается на единицу адрес,

                 ; хранящийся в регистре Z (поэтому в Z загружался

                 ; адрес, увеличенный на единицу), затем по новому

                 ; адресу запишется содержимое регистра tmp

                 ; В первом цикле содержимое tmp запишется; по адресу (аАrВgn2+1)-1, то есть, по адресу аАrВgn2

                 ; во втором цикле — по адресу аАrВgn2-1, и т. д.


           DEC tmp; Уменьшить содержимое tmp на единицу


           DEC cnt; Уменьшить содержимое счетчика циклов на единицу


           BRNE ARR2

; Если бит (флаг) Z в регистре состояния процессора SREG

; не установлен — перейти на команду с меткой ARR2:


STOP: RJMP STOP; Зацикливание программы

                          ; (перейти на команду с меткой STOP:)


Ассемблируем программу (клавиша F7). При обнаружении ошибок проверьте правильность набора программы в строках, содержащих ошибки — номера строк с ошибками и комментарии к этим ошибкам выводятся в окне Project output, появляющемся после ассемблирования.

Директивой. INCLUDE в программу вставлен файл 8515def.inc, использовавшийся в предыдущем примере и находящийся с проектом в разных директориях. Поэтому ассемблирование пройдет нормально, если файл c: \avr\try\8515def.inc еще существует.

Начнем отладку программы, нажав клавишу F11. В появившемся окне Simulator options выберем микроконтроллер: Device | AT90S8515 with External SRAM.

Для контроля отладки вызовем окна переменных, процессора и памяти: View | Watches, View | Processor и View | New Memoiy view.

В окно Watches введем переменные tmp и cnt.

Первые три команды были отлажены в проекте Memory.apr, поэтому переместим курсор на первую команду ЗАГРУЗКИ ДАННЫХ В БУФЕР: LDItmp,$AA и нажмем Ctrl+F10.

Нажмем F11 — в переменную tmp (смотрите в окне Watch) загрузилась константа $АА.

В окне просмотра памяти Memoiy перейдем на адрес S7FFD (адрес wrBuf1), для этого в окне ввода, расположенном в первой строке окна справа, заменим 0x0060 на 0x7FFD. Жмем F11 — в ячейке с адресом 7FFD появились данные АА.

Таким же способом переходим к ячейке SBFFE (wrBu£2), дважды жмем F11, проверяем состояние ячейки, оно равно 55.

Повторяем действия для ячейки SDFFF — ее состояние станет равным 71.

Теперь указатель выполнения команд находится на первой команде ЧТЕНИЯ/ИЗМЕНЕНИЯ ДАННЫХ В БУФЕРАХ:

LDS tmp, rdBuf1

К сожалению, отладчик не позволит правильно отобразить процессы, происходящие в нашей схеме из-за того, что симулятор предполагает подключение к микроконтроллеру лишь внешней памяти размером 65536 Кбайт, поэтому параллельная запись данных в буфер и в соответствующую ячейку памяти никак не отражается симулятором.

Возможный выход — до выполнения команды LDS вручную загрузить в ячейки с адресами rdBuf1, rdBuf2 и rdBuf3 данные, которые должны были в них загрузиться при записи в буферы 1…3 ($АА, $55 и $71 соответственно).

Итак, в окне Memory перейдем к ячейке с адресом $FFFD (rdBuf1). В этом случае удобнее воспользоваться скроллером, переместив его в самый низ, так как интересующие нас ячейки с адресами $FFFD, $FFFE, $FFFF (rdBuf1, rdBuf2 и rdBuf3 соответственно) являются тремя последними ячейками, которые могут отображаться в окне Memory.

Щелкнем на третьей от конца ячейке — ее адрес в виде 0xFFFD отобразится в окошке адреса (справа в первой строке окна Memory). Вместо содержимого этой ячейки (скорее всего 00) введем АА, курсор автоматически перейдет на следующую ячейку с адресом 0xFFFE, введем в нее значение 55, в ячейку OxFFFF — значение 71.

Второй вариант (здесь не реализован, проверьте его отладку самостоятельно): после команд записи типа

STS wrBuf1,tmp

добавлять команды

STS rdBuf1.tmp

то же для буферов 2 и 3. Что при этом произойдет?

В реальной схеме:

• при выполнении первой из команд запись произойдет как в буфер, так и в микросхему памяти (подробности смотрите в описании схемы);

• вторая команда еще раз запишет те же данные в ту же ячейку микросхемы памяти.

При отладке: одинаковые данные запишутся в два адреса: один — имитирующий ячейку микросхемы памяти, второй — имитирующий буфер.

При этом программа несколько удлиняется. Однако после отладки дополнительные команды можно удалить.

Продолжим отладку. Следя за ячейками памяти wrBuf1 wrBuf1 и wrBu3, а также за переменной tmp, выполним 9 команд (9 нажатий F11).

Теперь указатель выполнения команд находится на первой команде ЗАГРУЗКИ В ПАМЯТЬ ПЕРВОГО МАССИВА.

Интерес в записи первого массива в память представляет первый цикл.

В окне Memoiy перейдем к ячейке с адресом 0хЕ060 (aArBgn1). Переведем курсор на команду NCtmp и нажмем Ctrl+F10. В ячейке с адресом 0хЕ060 появился байт данных FF, соответствующий значению переменной tmp.

Нажмем F11 — выполнение команды INC привело к тому, что переменная tmp стала равна нулю, в результате чего установился бит Z (окно Processor). Поэтому если бы команда INC стояла перед командой BRNE, выполнился бы лишь один цикл записи элементов массива в память.

Замечание: SFF+1 = $100, результат — двухбайтная величина, но поскольку регистр может хранить только один байт, в нем остается младшая часть, то есть, ноль. Аналогичным образом $00-1 = $FF, при этом вычитание происходит как бы из двухбайтного числа $100.

Жмем F11 — выполнение команды DEC уменьшило до 9 значение переменной cnt, то есть, результат не нулевой, поэтому флаг Z сбросился (окно Processor).

Отладка аналогичного цикла уже комментировалась, поэтому можно установить курсор на команде с меткой ARR2: и нажать Ctrl+F10. Заметьте, в регистр Z (окно Processor) записался адрес OxFFFD, соответствующий константе aArBgn2+1.

В окне Memoiy перейдем к ячейке 0xFFFD, жмем F11: запись содержимого регистра tmp произошла в ячейку с адресом OxFFFC (aArBgn2), как и было необходимо.

Отладка цикла не требует комментариев.

Установим курсор на последней команде программы и нажмем Ctrl+F10. Проконтролируйте содержимое ячеек памяти, в которые записался массив 2.

Что будет, если убрать последнюю команду? Вообще-то для проверки удобнее заменить ее командой NOP. Ассемблируем программу, нажмем FI 1, установим курсор на последней команде NOP. В окне Processor | Cycle counter заметим число циклов процессора (153). Нажмем F11: выполнение программы опять началось с первой команды, но посмотрите на число циклов процессора: их стало 4206! После того, как все команды нашей программы были извлечены из памяти программ и выполнены, продолжался поиск команд в свободной части памяти программ, при переходе к новой свободной ячейке счетчик циклов процессора увеличивал свое состояние, а вместе с ним и счетчик команд (Processor | Program counter). Максимальное значение, которое может храниться в этом счетчике для микроконтроллера AT90S8515, равно 4095, следующее значение — снова ноль, поэтому и произошел переход в начало программы, а к содержимому счетчика циклов процессора добавились циклы загрузки отсутствующих команд.

Обычно микроконтроллеры работают в бесконечном цикле. Если программа завершила свое выполнение и ожидает прерывания, установите в конце команду зацикливания на себя:

Stop: ijmpStop

Автор: Баранов Вадим Николаевич (E-mail: bvnl23@bk.ru).


Подключение внешней памяти 512 Кбайт к микроконтроллеру AT90S8535

На момент написания книги лишь два микроконтроллера серии АТ90 были снабжены интерфейсом подключения внешней памяти: AT90S4414 и AT90S8515. К тому же первый из них уже снят с производства.

В этой же серии есть микроконтроллеры со встроенным аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Часто встречающаяся задача, возлагаемая на такие микроконтроллеры, — преобразование аналоговых сигналов в код с записью кода в память в реальном времени. Однако внутренней памяти микроконтроллеров для этого обычно не достаточно, интерфейса для подключения внешней памяти они не имеют.

Здесь представлен возможный вариант подключения внешней памяти большого объема к микросхеме AT90S8535. Микроконтроллер снабжен встроенным 10-разрядным АЦП с восемью входами, коммутируемыми программно. В качестве входов АЦП в микроконтроллере используются контакты порта А, поэтому не будем задействовать этот порт для организации связи с внешней памятью.

На рис. 6.27 представлен фрагмент схемы, реализующий подключение микросхемы статической памяти K6T4008CIB-GB55 (DD5) к микроконтроллеру AT90S8535 (DD6).



Рис. 6.27. Подключение микросхемы статической памяти К6Т4008CIB-GB55


Микросхема памяти K6T4008CIB-GB55 производства фирмы Samsung Electronics по своим функциям не отличается от аналогичной микросхемы НМ62256, использованной в схеме подключения внешней памяти к микроконтроллеру AT90S8515 (смотрите предыдущий пример). Процедура записи и считывания данных для обеих микросхем одинакова.

Одинаково функционируют их двунаправленные 8-разрядные шины данных (контакты IO0…IO7), а также линии

• записи (контакт WR);

• управления шиной данных (контакт ОЕ);

• выбора микросхемы (контакт CS).

Отличие состоит в объеме памяти: 19-разрядная шина адреса (контакты А0…А18) микросхемы K6T4008CIB-GB55 обеспечивает обращение к 219 ячейкам памяти, это значит, что в микросхеме можно хранить до 512 Кбайт данных (512К х 8).


Описание схемы

В таблице описаны линии, по которым микроконтроллер производит управление микросхемой памяти.



В исходном состоянии микроконтроллер устанавливает высокие уровни на линиях WR и RD, низкие уровни на линиях BUF1 и BUF2.

Программно память как бы разбита на 8 страниц по 64 Кбайт в каждой. Три бита адреса из 19-ти микроконтроллер формирует на линиях AR0…AR2, выбирая одну из страниц памяти.

Адрес внутри страницы формируется двумя 8-разрядными регистрами 74НСТ573 (DD3 и DD4).

С этой целью на шину данных (линии В0…В7) через порт В микроконтроллера (контакты РВ0…РВ7) выводится младший байт адреса, после чего микроконтроллер устанавливает высокий уровень на линии BUF2 для записи младшего байта адреса в регистр DD3. Затем на линии BUF2 устанавливается низкий уровень.

Далее на шину данных через порт В выводится старший байт адреса, запись которого в регистр DD4 происходит по установке микроконтроллером высокого уровня на линии BUF1. После записи на линии BUF1 устанавливается низкий уровень.

Теперь на линиях А0…А18, следовательно, и на контактах А0…А18 микросхемы памяти адрес ячейки памяти установлен, можно производить запись или считывание.

Некоторое смущение может вызвать то, что к контактам микросхемы памяти А0…А19 подсоединены линии адреса с другими именами (к контакту А17, например, линия А14). Это сделано для удобства трассировки печатной платы, на которой размещены детали схемы. Для микросхемы памяти безразлично, в какой последовательности выбираются ячейки, последовательность же выбора при записи и при считывании будет одинаковой.

Если вы занимаетесь трассировкой, то представляете, как были перепутаны дорожки до оптимизации соединений линий адреса с контактами адреса микросхемы памяти.


Запись в ячейку

После формирования адреса микроконтроллер выводит через порт В на шину данных В0…В7 байт информации. Затем микроконтроллер устанавливает низкий уровень на линии WR, что приводит к записи байта информации в ячейку памяти. После записи на линии WR устанавливается высокий уровень.


Считывание из ячейки

После формирования адреса микроконтроллер переводит порт В в режим ввода данных в микроконтроллер. Затем на линии RD микроконтроллер устанавливает низкий уровень, что приводит к выводу данных из адресуемой ячейки памяти на шину данных В0…В7. Микроконтроллер через порт В считывает байт данных, установленный на линиях В0…В7, после чего устанавливает высокий уровень на линии RD. Обратите внимание на резисторы R43 и R44.

При программировании линии портов микроконтроллера находятся в высокоимиедансном состоянии, а поскольку входы WE и ОЕ микросхемы памяти также имеют высокий импеданс, наводки на подключенных к ним линиях могут привести как к записи в произвольную ячейку памяти, так и к выводу данных из произвольной ячейки на линии В0…В7. Последняя ситуация опасна, так как запись программы в микроконтроллер производится с использованием линий В5…В7 (разъем для подключения программатора ХР1 изображен справа на схеме). Поэтому возможны сбои при программировании (наблюдались в отсутствие резистора R43), выход из строя программатора (маловероятно из-за достаточной стойкости используемой в нем микросхемы) или микросхемы памяти (вполне возможно).

Установка резистора R43, подключенного к источнику питания +5 В, создает в описанной ситуации на линии RD высокий уровень и переводит выходы Ю0…Ю7 микросхемы памяти в высокоимпедансное состояние, исключая подобную ситуацию, резистор R44 устраняет возможность хаотичной записи при программировании. В обычном режиме работы эти резисторы не мешают микроконтроллеру управлять микросхемой памяти.


Программа записи данных в ОЗУ 512 Кбайт

В рабочей программе, взятой за основу для нашего примера, АЦП микроконтроллера производил группу преобразований, результаты которых записывались во внутреннюю оперативную память микроконтроллера. Результаты группы преобразований обрабатывались и также записывались во внутреннюю оперативную память в виде массива размером в 45 байтов, начиная с ячейки с адресом аРаск. Этот массив переносился во внешнюю память для хранения. АЦП выполнял новую группу преобразований, которые тем же способом обрабатывались, а очередной массив размером в 45 байтов добавлялся во внешнюю память. Процесс продолжался до заполнения страницы внешней памяти (64 Кбайт), после чего вся информация со страницы внешней памяти через микроконтроллер передавалась в компьютер.

Представленная программа включает в себя подпрограммы, взятые из рабочей программы, оттуда же заимствовано распределение внутренней оперативной памяти микроконтроллера, а также имена констант и переменных.

Создадим новую директорию c: \Avr\Ram512, поместим в нее файл 8535def.inc, полученный при распаковке файла avr000.exe (ищите его там же, где распаковался файл 8515def.inc). В директории c: \Avr\Ram512 создадим проект Ram512 с новым файлом программы Ram512.asm, в который следует перенести следующую программу.

; Подключение 03У512К к AT90S8535

;================================

.include "с: \atmel\8535def.inc"

.equ RamH =$16а; Адрес ячейки внутренней SRAM, хранящей

; старший байт адреса страницы внешней памяти

.equ RamL =$16b; Адрес ячейки внутренней SRAM, хранящей

; младший байт адреса внешней памяти


; Три старших бита адреса внешней памяти

; (номер страницы внешней памяти):

.equ Ar0 =PC0

.equ Ar1 =PC1

.equ Ar2 =PC2


.equ Wr =PC4; Управление записью во внешнюю память

.equ Rd =PC3; Управление считыванием из внешней памяти


.equ Buf1 =PD3; Управление записью в буфер 1

.equ Buf2 =PD4; Управление записью в буфер 2


.equ aADC =$60; Адрес для переноса массива из внешней памяти во внутреннюю SRAM

.equ aPack =$Ь0; Адрес 45-байтового массива во; внутренней SRAM микроконтроллера


.def tm =r16

.def cnt =r19

;====


RESET:

ldi    tm, (1<<Wr)+(1<<Rd); Устанавливаем высокие уровни

        out PORTC,tm; на линиях WR и RD

        ldi tm,$ff; контакты порта С -

        out DDRC,tm; в режиме выходов


        clr tm; На линиях порта D низкие уровни

        out PORTD,tm; (в том числе BUF1, BUF2=0)

        ldi tm,$ff; контакты порта D -

        out DDRD,tm; в режиме выходов


        ser tm; Установка регистра tm (tm=$ff)

        out DDRB,tm; вывод в порт DDRB содержимого tm

                           ; контакты порта В — в режиме выходов


        ldi tm,low(RAMEND)

; Стек — начиная с конца внутренней SRAM

        out SPL,tm

        ldi tm,high(RAMEND)

        out SPH,tm


; Загрузка во внутреннее ОЗУ микроконтроллера,

; начиная с ячейки с адресом аРаск

; 45-ги байтов массива: $20, $21, $22….

        ldi XL,low(aPack)

        ldi XH,high(aPack)

        ldi tm,$20

        ldi cnt,45

StRAM:

st     X+,tm

        inc tm

        dec cnt

        brne StRAM


; Перепишем этот массив во внешнюю память на страницу № 2

; (старшие биты адреса внешней памяти AR2 AR1 AR0 = 101)

        in tm,PORTC

        andi tm, $ff-((1<<AR2)+(1<<AR1)+(1<<AR0))

                ; очистка битов AR2, AR1, AR0

                ; 1111 1000 = $ff-@K0D = ((K<AR2)+(1«AR1)+(1«AR0))

        ori tm, (1<<AR1)

                ; Установка бита AR1(aдpec страницы 010

                ; (страница № 2))

        out PORTC,tm; Вывод в порт С содержимого tm

        clr tm; Очистка содержимого tm (tm=0)

        sts RamH,tm; Сохранение в ячейке RamH содержимого tm

        sts RamL,tm

        rcall St45bt; Вызов подпрограммы St45bt


; Скопируем массив из внешней памяти на странице № 2

; (старшие биты адреса внешней памяти AR2 AR1 AR0 = 101)

; во внутреннее ОЗУ микроконтроллера

         clr tm; Очистка содержимого tm (tm=0)

         sts RamH,tm; Сохранение в ячейке RamH содержимого tm

         sts RamL,tm

         rcall DOutPrp


cycle: rjmp cycle


; Подпрограммы:

; ==============

Копирование массива из внутренней во внешнюю память

St45bt:

         ldi ZL,low(aPack)

         ldi ZH,high(aPack)

         ldi cnt,45

mSt45:

         rcall SetAddr

         rcall DataSt

         dec cnt

         brne mSt45

         ret


; ======

; Подпрограмма копирования 45 байтов из внешней памяти во внутреннее ОЗУ

DOutPrp:

ldi     ZL,low(aADC)

         ldi ZH,high(aADC)

         ldi cnt,45

DOut1:

         rcall SetAddr

         rcall DataLd

         dec cnt

         brne DOut1

         ret

; ========

; Подпрограмма установки

SetAddr:

Ids     XL,RamL; Скопировать содержимое ячейки RamL в XL

         Ids XH,RamH

         out PORTB,XL; Вывести в порт В содержимое XL

         nop; Задержка 156 нc

         nop; Задержка 156 нc

         sbi PORTD,Buf1; Установить бит Buf1 порта D

         nop

         nop

         cbi PORTD,Buf1; Сбросить бит Buf1 порта D

         nop

         nop

         out PORTB,XH; Вывести в порт В содержимое ХН

         nop

         nop

         sbi PORTD,Buf2; Установить бит Buf2 порта D

         nop

         nop

         cbi PORTD,Buf2; Сбросить бит Buf2 порта D

         adiw XL,1; Увеличить содержимое пары XH:

         sts RamH,XH; Сохранить содержимое ХН в ячейке RamH

         sts RamL,XL

         ret; Возврат из подпрограммы


; =========

Подпрограмма копирования байта из внутреннего ОЗУ во внешнюю память

DataSt:

         Id tm,Z+

         out PORTB,tm

         nop

         nop

         cbi PORTC,Wr

         nор

         nор

         sbi PORTC,Wr

         ret


; ==========

; Подпрограмма копирования байта из внешней памяти во внутреннее ОЗУ

DataLd:

         clr tm; Очистка tm

         out DDRB,tm; Контакты порта В в режиме входов

         cbi PORTC,Rd; Сбросить бит Rd порта С

         nор

         nор

         in tm,PINB ; Считать данные на контактах порта В в tm

         sbi PORTC,Rd; Установить бит Rd порта С

         St Z+, tm; Сохранить содержимое tm в ячейке ОЗУ

         ser tm; Установить tm

         out DDRB,tm; Все контакты порта В в режиме выходов

         ret


Отладка программы

После ассемблирования (клавиша F7) при отсутствии ошибок приступим к отладке (клавиша F11), в появившемся окне Simulator options | Device выберем микроконтроллер AT90S8535.

Рассмотрим определение констант в программе. Ячейки внутренней памяти микроконтроллера с адресами RamH и RamL хранят старший и младший байты адреса внешней памяти. То есть, в этих ячейках будет отражаться информация об адресе внешней памяти, которая выводится в буферы адреса (регистры DD3 и DD4 по схеме электрической).

Константа AR0 равна константе РС0; РС0 в свою очередь определена в файле, вставляемом в программу директивой. include.

Остальные константы, не определенные в тексте программы, также определяются в файле 8535def.inc.

Нажмем F11. Выполним View | New 10 view, в открывшемся окне выполним PortB | +, здесь же выполним PortC | + и PortD | + для контроля информации, выводимой на контакты портов В, С и D, а следовательно и на шину данных нашей схемы (порт В), и на линии управления внешней памятью (соответствующие контакты портов С и D).

Замечание. Имена констант в программе соответствуют именам линий управления внешней памятью на электрической схеме.

Переносим курсор на команду ldiXL,low(aPack) блока загрузки внутренней SRAM массивом в 45 байтов и жмем Ctrl+F10.

Произошла инициализация портов В, С и D, а также установлен начальный адрес стека.

Проверяем состояние линий портов в окне 10. Порт В инициализирован для вывода данных из микроконтроллера. Линии РС4 и РСЗ порта С установлены (в электрической схеме на соответствующих линиях WR и RD будут высокие уровни). На линиях PD3 и PD4 порта D (соответствуют линиям BUF1, BUF2 в схеме) — низкие уровни. В этом же окне 10 выполняем CPU | + и проверяем состояние регистров указателя стека SPH и SPL.

Для имитации массива, получаемого в результате одной группы преобразований АЦП, в область памяти, начинающуюся адресом аРаск, записывается простой массив размером в 45 байтов.

Вызовем окно Memory, выполнив View | New memory view, перенесем курсор на команду, следующую за циклом записи массива (команда intm,PINC) и нажмем Ctrl+F10. Во внутренней памяти микроконтроллера создан массив, первый байт которого ($22) находится в ячейке с адресом аРаск (0х00В0).

Жмем FI 1 пять раз, проверяем состояние порта С в окне 10. Линии РС2 PCI РС0 приобрели состояние 010, таким же будет состояние трех старших линий адреса (AR2 AR1 AR0), определяющих номер рабочей страницы внешней памяти.

Трижды жмем F11, очищаем старший и младший адреса внешней памяти в ячейках RamH, RamL.

Указатель выполнения команд остановился на команде вызова подпрограммы переноса данных во внешнюю память. В окне Memory перейдем в самый конец внутренней памяти, переместив скроллер окна вниз до конца, выполним View | Processor, в открывшемся окне процессора заметим состояние счетчика команд (0x00001D — это номер команды rcall, которая будет выполняться) и указателя стека (=0x000025F).

Нажмем F11. Указатель выполнения команд перескочил на команду с меткой St45bt: (окно программы), в счетчике команд — номер команды с этой меткой. Во внутренней памяти по адресу 25F находится двухбайтный номер команды, на которую надо вернуться после выполнения подпрограммы (001Е — именно эта команда cледует за командой с номером 001D, и именно адрес 001Е загрузится в счетчик команд после выполнения подпрограммы). Указатель стека сместился на две ячейки влево (25D), если внутри нашей подпрограммы будет подпрограмма следующего уровня вложения, в ячейки 25D:25C запишется двухбайтный адрес возврата из этой подпрограммы.

Устанавливаем курсор на команду с меткой mSt45:, жмем Ctrl+F10. Регистр Z содержит адрес начала массива во внутренней оперативной памяти микроконтроллера. Указатель выполнения команд находится в начале цикла побайтного копирования данных из внутренней оперативной памяти микроконтроллера во внешнюю память. Отличие цикла от уже рассматривавшихся в этой главе циклов — в наличии двух вызовов подпрограмм. Первый из них: rcall SetAddr записывает младший и старший байты адреса внешней памяти в два буфера (по электрической схеме — в регистры DD3 и DD4). Второй вызов подпрограммы rcallDataSt извлекает из ячейки внутренней оперативной памяти микроконтроллера (внутреннего ОЗУ) байт данных и записывает его в ячейку внешней памяти.

Наблюдая содержимое счетчика команд и указателя стека в окне Processor, а также изменения в окне Memory (последняя строка, начинающаяся адресом 0x025F), нажимаем F11, указатель выполнения команд перемещается на первую команду подпрограммы установки адреса внешней памяти.

Подпрограмма установки адреса SetAddr:

• из ячеек RamH, RamL внутреннего ОЗУ в регистры ХН, XL загружаются младший и старший байты адреса внешней памяти (две команды Ids);

• младший байт адреса выводится на шину данных В0…В7 (смотрите схему) через порт В (команда out PORTB,XL);

• после задержки, необходимой для завершения переходных процессов (две команды пор), на линии BUF1 устанавливается высокий уровень (команда sbi PORTD,BUFl), по которому в регистр DD4 записывается информация, установленная на шине данных;

• после задержки (две команды пор) на линии BUF1 устанавливается низкий уровень (команда cbi PORTD,BUFl), запись в регистр завершена;

• старший байт адреса выводится на шину данных В0…В7 через порт В (команда out PORTB,ХН);

• после задержки на линии BUF2 устанавливаегся высокий уровень (команда sbi PORTD,BUF2), по которому в регистр DD3 записывается информация, установленная на шине данных;

• после задержки (две команды пор) на линии BUF2 устанавливается низкий уровень (команда cbi PORTD,BUF2), завершая запись в регистр DD3;

• команда adiw увеличивает содержимое пары регистров XH: XL, теперь в них хранится адрес следующей ячейки внешней памяти, запись в нее будет произведена в следующем цикле установки адреса.

Проведите пошаговую отладку подпрограммы установки адреса, наблюдая за тем, какие данные выводятся в порты. Сопоставьте эти данные с состояниями, которые должны устанавливаться на соответствующих линиях электрической схемы. При выполнении команды выхода из подпрограммы (ret) наблюдайте за изменением состояний счетчика команд и указателя стека. Постарайтесь понять, где хранился адрес возврата из подпрограммы, на какой адрес возврата установлен указатель стека теперь.

В регистре ввода-вывода PORTC хранится то, что программа вывела в порт, в регистре ввода — вывода PINC — то, что присутствует на контактах порта (так в PORTC можно вывести байт 11111111, контакты микроконтроллера РСО и РС2 соединить с общим проводом, тогда состояние PORTC останется без изменений, состояние PINC станет равным 11111010). Для команд типа out PORTC,tm в окне Ю информация появляется сначала в строке Port С Data (PORTC), а после выполнения следующей команды — в строке Input pins (PINC).

Перед входом в цикл, начинающийся меткой mSt45:, в регистр Z был занесен адрес начала массива во внутреннем ОЗУ микроконтроллера.

Подпрограмма копирования байга из внутреннего ОЗУ DataSt.

• первая команда подпрограммы (Id tm,Z+) копирует первый байт массива из ячейки, адрес которой хранится в регистре Z, в регистр tm, затем адрес, хранящийся в регистре Z, увеличивается на единицу, теперь Z указывает на следующий элемент массива;

• элемент массива выводится на шину данных через порт В (команда out PORTB,tm);

• после задержки (команды пор) на линии WR устанавливается низкий уровень (команда cbi PORTC,Wr), информация, установленная на шине данных, записывается в ячейку внешней памяти, адрес которой был определен при выполнении подпрограммы SetAddr;

• после задержки (команды пор) на линии WR устанавливается высокий уровень (команда sbi PORTC,Wr), копирование байта данных во внешнюю память завершено;

• выполняется возврат из подпрограммы.

Выполните один раз пошаговую отладку подпрограммы DataSt. Отладка цикла, в котором находится эта подпрограмма, не представляет интереса.

Отследить состояние внешней памяти с занесенным в нее массивом мы не сможем, так как наш вариант подключения внешней памяти к микроконтроллеру не предусмотрен симулятором AVR Studio.

По этой же причине мы не сможем полностью провести отладку копирования массива из внешней памяти во внутреннее ОЗУ микроконтроллера, однако можно воспользоваться приемами, которые предлагались в предшествующем примере:

• отразить массив в области внутреннего ОЗУ специально для отладки;

• или после команды ввода в порт информации с шины данных вводить эти данные в порт вручную.

Воспользуемся вторым приемом при отладке подпрограммы копирования данных из внешней памяти во внутреннее ОЗУ микроконтроллера DataLD.

Переместите курсор на команду rcall DoutPrp и нажмите Ctrl+F10.

Первая пара команд подпрограммы загружает в регистр Z адрес новой области внутреннего ОЗУ микроконтроллера для массива, копируемого из внешней памяти.

Далее выполняется команда загрузки счетчика циклов, затем цикл, начинающийся меткой Dout1:.

Цикл не отличается от ранее рассматривавшихся циклов. Подпрограмма SetAddr рассматривалась ранее. Поэтому, доходя до команды вызова этой подпрограммы, нажимайте клавишу F10, чтобы не производить повторную отладку.

В результате выполнения подпрограммы SetAddr на линиях адреса внешней памяти сформирован адрес.

Подпрограмма копирования данных из внешней памяти во внутреннее ОЗУ DataLd.

В порт DDRB выводится нулевое значение, переводящее порт В на прием информации (все контакты порта В работают как входы).

На линии RD устанавливается низкий уровень (команда cbi PORTC,Rd), поэтому из ячейки внешней памяти, адрес которой сформирован при выполнении подпрограммы SetAddr, на шину данных выводится информационный байт.

После задержки (команды пор) через порт В с шины данных в регистр микроконтроллера tm считывается байт информации (команда in tm, PINB).

На линии RD устанавливается высокий уровень (команда sbi PORTC,Rd), контакты микросхемы памяти IO0…IO7 переводятся в высокоимпедансное состояние.

Данные из регистра tm переносятся в ячейку внутреннего ОЗУ микроконтроллера, адрес которой хранится в регистре Z, после чего содержимое Z увеличивается на единицу, теперь регистр Z указывает на следующую ячейку ОЗУ, в которую будет произведена запись в следующем цикле (команда stZ+,tm).

Порт В переводится в режим вывода данных (все контакты порта — выходы).

Возврат из подпрограммы.

Переводить порт В из режима передачи данных (выход) в режим приема (вход) только на время выполнения подпрограммы DataLd удобно, так как в других подпрограммах порт В должен всегда находиться в режиме передачи.

При отладке подпрограммы DataLd перед командой in tm,PINB для имитации ввода данных установите какие-нибудь флажки в строке Input pins для окна Ю | Port В, тогда соответствующие данные будут занесены в ячейку внутреннего ОЗУ микроконтроллера.

В заключение следует заметить, что приведенные программы адаптированы для лучшего понимания работы устройства, программы и отладчика. Однако считать их завершенными, а файлы hex, полученные при их ассемблировании, загружать в микроконтроллер не следует. В реальной рабочей программе сторожевой таймер (Watch dog timer) должен периодически программно сбрасываться командами wdr, размещенными по всей программе, иначе программа будет регулярно сбрасываться этим таймером, возвращаясь на метку RESET. В приведенных примерах программ не размещены векторы прерываний, являющиеся неотъемлемой частью практически любой программы. Перечисленные темы в этой главе не рассматриваются.

Автор: Баранов Вадим Николаевич (E-mail: bvnl23@bk.ru).

Глава 7 Идеи для проектов

В этой главе описываются интересные идеи конструкций на микроконтроллерах.

Автор сразу хотел бы ответить на вопрос о некоторых из конструкций, описанных здесь: «А зачем это делать на микроконтроллерах?» или: «А кому это устройство нужно?» и т. д. Описанные здесь идеи конструкций предназначены в первую очередь для приобретения практического опыта проектирования и изготовления различных схем на микроконтроллерах. Преимущества — многие устройства достаточно простые, что позволяет их быстро изготовить. При этом, однако, в каждом есть своя изюминка — где-то придется разобраться, как микроконтроллер может определять положение переменного резистора, где-то приобрести полную ясность, что такое дребезг контактов, и т. д. И самое главное, каждая схема — простейшее, но законченное устройство. А сделать что-то работающее и имеющее определенное назначение обычно интереснее, чем просто решить задачку.

Итак, ниже приведены описания конструкций, своего рода домашняя работа для терпеливых читателей, поставивших перед собой цель научиться полноценно использовать микроконтроллеры семейства AVR.


Самодельный калькулятор с реализацией вычисления специфических функций для какой-либо специальности (например, расчеты с комплексными числами или расчет значений для записи в регистры микроконтроллеров семейства AVR для формирования заданного временного интервала с помощью таймера и т. д.).

Счетчик витков с автоматическим определением направления вращения.

Электронная записная книжка с ЖКИ-индикатором.

Универсальный контроллер для управления различными устройствами — 8 дискретных входных и 8 дискретных выходных линий.

Усовершенствованный автомат световых эффектов — увеличено число управляемых линий, усложнены реализуемые эффекты.

Прибор для проверки цифровых микросхем — увеличено число типов проверяемых микросхем.

Электронные часы-будильник — введена возможность заводить его на несколько времен (например, на 6, 8 и 10 часов).

Электронные измерительные приборы — омметр, амперметр, вольтметр.

Электронный частотомер с расширенным диапазоном измеряемых частот.

Управляющий микрокомпьютер для детской игрушки, позволяющий задать с помощью специальной клавиатуры с названиями действий и цифрами последовательность действий и их количество, после чего запустить их на выполнение. Пример управляющей последовательности: вперед 4, включить фары, звуковой сигнал 2, погасить фары.

Цифровой ПИД-регулятор — ввод параметров регулятора с помощью клавиатуры, они записываются во флэш-память данных и сохраняются при выключении регулятора. Индикация текущего состояния и сообщений при вводе параметров регулятора — с помощью символьного ЖКИ-индикатора 2 строчки по 16 символов.

Прибор для проверки целостности и маркировки проводов многожильного кабеля.

Прибор для снятия характеристик биполярных транзисторов — характериограф с генерацией видеосигнала снятой характеристики для получения картинки на любом телевизоре.

Простой логический анализатор. Отображение состояния 8 линий на графическом ЖКИ-индикаторе 128 х 64 точки. Время измерения зависит от интервала между измерениями.

Прибор для снятия характеристик стабилитронов с отображением характеристики на графическом ЖКИ.

Генератор сигналов произвольной формы.

Прибор велосипедиста — измеритель пройденного пути, спидометр.

Измеритель частоты оборотов — тахометр.

Простейший цифровой осциллограф с индикацией на графическом ЖКИ индикаторе 128х64.

Генератор испытательных сигналов для настройки и ремонта телевизоров.

Кодовый замок.

Электронные «крестики-нолики».

Электронный тренажер велосипедиста. Тренировка велосипедистов, особенно в зимнее время, проводится на специальных велосипедных станках, которые часто не имеют каких-либо средств контроля. Это затрудняет работу тренера и не позволяет оценить результаты тренировки. Предлагаемое устройство позволяет при тренировках на любом велосипеде или велосипедном станке определять эквивалентный пройденный путь, фиксировать время прохождения этого пути, а также определять скорость прохождения пути.

Датчиком прибора является фотоэлектрическое устройство, состоящее из инфракрасного светодиода и фотодиода. Его следует установить таким образом, чтобы при вращении колеса велосипеда луч прерывался.

Измеритель скорости реакции человека. Реакция человека — действие в ответ на определенный раздражитель (сигнал). В жизнедеятельности человека, быстрота реакции имеет немаловажную роль. Люди с замедленной реакцией не могут быстро, а иногда и безопасно выполнять некоторые работы. Например, водители с замедленной реакцией чаще всего совершают дорожные аварии.

Время реакции человека непостоянно. Оно зависит от состояния нервной системы и многих других факторов. В значительной мере на замедление реакции (увеличение времени на ответные действия) влияют переутомление, употребление алкоголя, отрицательные эмоции и т. д. Прибор позволяет определить время реакции человека на световой и звуковой сигналы. В приборе имеются лампочки (или светодиоды) трех цветов и звуковой излучатель. Перед началом испытания следует нажать кнопку «Старт».

После ее нажатия через произвольное время в интервале 10–15 с включится звуковой или световой сигнал. Испытуемый должен нажать кнопку, соответствующую поданному сигналу. При этом производится отсчет времени, прошедшего с момента подачи сигнала и нажатия соответствующей кнопки. Измеренное время высвечивается на индикаторе. Для проведения нового испытания следует снова нажать кнопку «Старт».

Простой одноголосный электромузыкальный инструмент. Представляет собой программно реализованный генератор звуковых прямоугольных импульсов. Микроконтроллер проверяет нажатие кнопок клавиатуры и в соответствии с нажатой клавишей формирует звуковой сигнал нужной частоты.

Игра «Красный или зеленый». Внешне игра состоит из кнопок «Красный», «Зеленый» и двух светодиодов — красного и зеленого. После того как включена схема, судья дает команду, и каждый из двух игроков старается быстрее нажать свою кнопку. При этом игра реагирует на нажатие только одной кнопки, при этом загорается соответствующий ей светодиод.

Внимание, реакция и чувство ритма. Прибор имеет светодиодный индикатор, переменный резистор для установки частоты смены цифр на индикаторе, кнопки «Зажечь/погасить индикатор» и «Фиксация». После включения прибора на индикаторе будут поочередно появляться числа от 0 до 9. Скорость их изменения зависит от положения переменного резистора. Одно нажатие на кнопку «Зажечь/погасить» индикатор включает, а следующее — выключает. Счет при этом продолжается. Работают с прибором вдвоем. Проверяющий включает прибор и вращением переменного резистора устанавливает частоту смены цифр на индикаторе, а затем предлагает испытуемому непрерывно фиксировать нажатием кнопки «Фиксация» какую-нибудь одну цифру. При этом счет останавливается до тех пор, пока он не отпустит эту кнопку. Чтобы усложнить задачу, проверяющий может на время отключать индикатор или менять частоту смены импульсов переменным резистором. При любом способе контроля реакцию можно оценивать по соотношению количества удачных попыток к их общему числу. Можно делать это вручную, а можно усовершенствовать прибор, добавив в него возможность счета удачных и неудачных ответов и средства индикации результата.

Модель светофоров на перекрестке. Это может быть простейшая модель одного светофора, а может быть модель сложного перекрестка. Информацию о его работе несложно получить, просто понаблюдав за сменой сигналов светофора на перекрестке.

Двухтональный электронный звонок.

Цифровой регулятор мощности для нагрузок при напряжении 220 В с гальванической развязкой силовой части и цепей управления.

Автоматическое зарядное устройство, проверяющее ток зарядки, напряжение на аккумуляторах, длительность зарядки и температуру аккумуляторов.

Простой метроном с регулированием скорости подачи звуковых сигналов двумя кнопками — «Быстрее» и «Медленнее».

Камертон музыканта — звуковой генератор, воспроизводящий ноту «ля» — звуковой сигнал с частотой ровно 440 Гц.

Сложный проект, но достаточно интересный — микрокомпьютер карманного формата. Индикация может быть как на знаковых ЖКИ-индикаторах со встроенным контроллером, так и на графических ЖКИ-индикаторах, клавиатура — 64 клавиши, звуковой излучатель, COM-порт, позволяющий обмениваться информацией с настольным ПК. Можно добавить LPT-порт для подключения к принтеру. Для хранения информации можно предусмотреть специальный разъем для подключения электрически перепрограммируемой микросхемы постоянной памяти для хранения программ для микрокомпьютера. Современные микросхемы позволяют сделать такой микрокомпьютер достаточно компактным, быстрым и экономичным. Самое сложное в его разработке — написание программного обеспечения.

Приложение 1 Вопросы и ответы

Вопрос 1

Есть микроконтроллер AT90S2313 и реле коммутирующее 220 В индуктивную нагрузку (50 Вт сетевой трансформатор от другого устройства). Реле управляется через микросхему ULN2803. В момент переключения реле AVR перезапускается с вероятностью 80 %, причем происходит это чаще всего в момент отключения нагрузки. Реле на плате стоит рядом с микроконтроллером. Если я экранирую реле, то становится лучше, но не совсем. Конденсаторы по питанию, супервизор, диод на обмотке реле и т. д., как обычно, на месте. Разводка печатной платы тоже вроде нормальная. Что делать?

Ответ 1

1) Раз микроконтроллер перезапускается — скорей всего помеха наводится на вывод Reset. Рецепт общеизвестен: если Reset глобальный, и бегает по всей плате, то вход микроконтроллера надо от него отвязать резистором (~1 кОм), и со входа на «земляную ногу» микроконтроллера навесить керамический конденсатор 10—100 нФ. Если Reset локальный — то стоит проверить разводку печатной платы, и опять — же керамический конденсатор.

2) Супервизор — не панацея от помех, при коротких помехах на шине питания он сам может генерировать ложный сигнал сброса. Поэтому супервизору на питание нужен индивидуальный развязывающий керамический конденсатор, вплотную к его ножкам.

3) Может ресетиться по WDT. Зависание микроконтроллера довольно часто случается, если помеха наводится на кварцевый генератор. Конденсаторы кварцевого резонатора следует подключить к земляной ноге микроконтроллера напрямую, и больше к этой дорожке ничего не подключать.

4) Контакты реле должны быть зашунтированы искрогасящими цепочками. Просто конденсатор я бы не советовал, т. к. не всякие контакты такое выдерживают. Навскидку можно посоветовать конденсатор 100 нФ (сертифицированный на работу Vac = 250 В) последовательно с проволочным или объемным углеродным резистором 10…100 Ом (чем меньше тем лучше, но контакты при малых сопротивлениях могут потихоньку портиться). Кроме этого, не помешает зашунтировать обмотку трансформатора MOV-варистором на Vac = 275 В, причем MOV лучше отнести как можно ближе к нагрузке (трансформатору).

5) Обмотка реле должна быть зашунтирована диодом (одним).

6) Остальное — разводка. Возможно, есть где-то проводок, к которому и AVR подключен, и ток с реле или нагрузки бегает. Проверяется просто: AVR запитывается от батарейки, отключаются от схемы с AVR все внешние соединения кроме одного провода земли и оптронной развязки на реле. Важно: заземление только в одном месте одним проводом, лучше всего от GND вывода микроконтроллера на ввод питания остальной схемы. Будет сбоить, тогда похоже это электромагнитное излучение, но почти наверняка не будет. Тогда надо подключать назад и искать, где ошибка.


Вопрос 2

Почему программа, написанная для AT90S1200, не работает на AT90S2313?

Ответ 2

Если пробовать использовать код, написанный для AT90S1200, для микроконтроллера AT90S2313, он часто не работает, даже если в исходном тексте был изменено название файла определений 1200.def на 2313.def. Признаки могут быть следующие: неожиданный сброс микроконтроллера или он может вообще не запускаться. Часто программа при ее отладке в программе-симуляторе работает правильно, а в собранной схеме — не работает. Простые программы работают на обоих микроконтроллерах, а ваше приложение — нет.

Решение проблемы

Микроконтроллер AT90S1200 не имеет встроенной оперативной памяти данных (SRAM), поэтому для работы подпрограмм используется 3-х уровневый аппаратный стек. Его не нужно инициализировать в начале программы. Микроконтроллер AT90S2313 (и многие другие) имеет оперативную память данных, и его стек расположен в этой памяти. Для правильной работы в начале программы этот стек должен быть инициализирован.

Так как стек растет вниз, наиболее удобно располагать стек в конце оперативной памяти данных.

Пример для AT90S2313:

ldi rTEMP,RAMEND

out SPL,rTEMP

Микроконтроллеры с большим объемом оперативной памяти данных, такие как AT90S8515, имеют два регистра для указателя стека.

Пример для AT90S8515:

ldi rTEMP,low(RAMEND)

out SPL,rTEMP

ldi rTEMP,high(RAMEND)

out SPH,rTEMP

Простейшие программы могут работать без инициализации стека в том случае, если они не используют ни одной команды, для которой нужен стек (вызова подпрограмм и т. д.).


Вопрос 3

Когда я использую встроенный UART, могу ли я использовать все таймеры микроконтроллера?

Ответ 3

Да, можете, т. к. UART имеет свой отдельный таймер для формирования необходимой для работы частоты.


Вопрос 4

Где я могу найти фирменные описания микроконтроллеров?

Ответ 4

На официальном сайте фирмы Atmel: www.atmel.com


Вопрос 5

Какие особенности имеют микроконтроллеры семейства AVR по сравнению с традиционными?

Ответ 5

Более эффективная система команд, позволяющая получить более компактный код, особенно при программировании на языке С. В 4–5 раз большая скорость работы. Перепрограммируемая в системе флеш память программ и данных. Маленькое потребление энергии.


Вопрос 6

Почему для каждого порта ввода/вывода имеется 3 регистра?

Ответ 6

Для того, чтобы позволить реализовать действительно безопасную систему, AVR позволяет организовать работу с портами по принципу «прочел-модифицировал-записал». Если Вы хотите прочитать физическое состояние выводов микроконтроллера, следует прочитать значение из регистра PINx. В случае, когда нужно обновить данные на выходе линий, следует прочесть содержимое регистра PORTx. При этом будет считано число, которое было выведено в порт. После модификации его можно снова записать в этот же регистр. Этот метод позволяет получать верные результаты независимо от физического состояния выводов микроконтроллера. Кроме того, эта особенность микроконтроллеров семейства AVR позволяет избавиться от необходимости хранить копию содержимого регистра ввода/вывода в памяти.

При использовании команд SBI и CBI, следует использовать PORTx.

Приложение 2 Полезные ссылки в Интернет

Фирма Atmel — производитель микроконтроллеров семейства AVR:

http://www.atmel.com

Русская страничка Atmel:

http://www.atmel.ru

Страничка компилятора AVR GCC, а также примеры программ:

http://www.avrfreaks.com

Страничка Peter Fleury:

http://www.mysunrise.ch/users/pfleury/index.html

Страница финальных проектов Cornell University:

http://instructl.cit.cornell.edu/courses/ee476/FinalProjects

«Телесистемы». Здесь можно найти очень интересные конференции:

http://www.telesys.ru/


Оглавление

  • Введение
  • Глава 1 Микроконтроллер
  •   1.1. Знакомство с микроконтроллером
  •   1.2. Разработка конструкций на микроконтроллерах
  •   1.3. Микроконтроллеры семейства AVR
  • Глава 2 Описание микроконтроллера AT90S2313 фирмы Atmel
  •   2.1. Описание выводов
  •   2.2. Обзор архитектуры AT90S2313
  •   2.3. Перезапуск микроконтроллера (сброс) и обработка прерываний
  •   2.4. Обработка прерываний
  •   2.5. Режимы пониженного энергопотребления
  •   2.6. Таймеры/счетчики
  •   2.7. Чтение и запись в энергонезависимую память
  •   2.8. Универсальный асинхронный приемопередатчик
  •   2.9. Аналоговый компаратор
  •   2.10. Порты ввода/вывода
  •   2.11. Программирование памяти
  •   2.12. Параметры микроконтроллера AT90S2313
  •   2.13. Набор команд AT90S2313
  • Глава 3 Особенности использования микроконтроллеров семейства AVR
  •   3.1. Источник питания
  •   3.2. Внешние элементы тактового генератора
  •   3.3. Цепь сброса
  • Глава 4 Программы и инструменты
  •   4.1. Ассемблер
  •   4.2. Компилятор языка С CodeVision AVR
  •   4.3. Компилятор Imagecraft С
  •   4.4. Компилятор языка С AVR GCC
  •   4.5. Программатор
  • Глава 5 Основные схемные решения интерфейсов
  •   5.1. Параллельные выходы
  •   5.2. Параллельные входы
  • Глава 6 Практические примеры применения микроконтроллеров AVR
  •   6.1. 10-разрядный светодиодный индикатор на AT90S1200
  •   6.2. Управление синтезатором частоты радиостанции «Маяк»
  •   6.3. Синтезатор частоты для УКВ ЧМ-радиостанции
  •   6.4. Телеграфный манипулятор
  •   6.5. Частотомер до 7200 кГц
  •   6.6. Частотомер (шкала для UW3DI)
  •   6.7. Книгочей
  •   6.8. Преобразование DTMF-сигнала в импульсный
  •   6.9. Многоточечный термометр
  •   6.10. Ключ для защиты от копирования
  •   6.11. Кодовый замок
  •   6.12. Музыкальный звонок
  •   6.13. Универсальный расширитель последовательного порта
  •   6.14. Таймер
  •   6.15. Универсальный параллельный адаптер
  •   6.16. Электронные часы с будильником на AT90S2313-10PI
  •   6.17. Подключение внешнего статического оперативного запоминающего устройства
  • Глава 7 Идеи для проектов
  • Приложение 1 Вопросы и ответы
  • Приложение 2 Полезные ссылки в Интернет