Ústav radioelektroniky. Mikroprocesorová technika a embedded systémy. doc. Ing. Tomáš Frýza, Ph.D

´ Ustav radioelektroniky Vysok´ e uˇ cen´ı technick´ e v Brnˇ e

Programov´ an´ı mikrokontrol´ er˚ u Mikroprocesorov´ a technika a embedded syst´ emy Pˇredn´ aˇska 3

doc. Ing. Tom´ aˇs Fr´ yza, Ph.D. ˇr´ıjen 2012

Obsah pˇredn´ aˇsky

Typy adresov´ an´ı Registrov´ e, pˇr´ım´ e, nepˇr´ım´ e, bezprostˇredn´ı Vˇ etven´ı programu Programov´ yˇ c´ıtaˇ c Vol´ an´ı podprogramu, z´ asobn´ık Obsluha pˇreruˇsen´ı Extern´ı poˇzadavek na pˇreruˇsen´ı Vnitˇrn´ı struktura a vyuˇ zit´ı z´ akladn´ıch perif´ eri´ı Vstupnˇ e/v´ ystupn´ı port Pˇr´ım´ e pˇripojen´ı, maticov´ e, pomoc´ı pomocn´ ych obvod˚ u ˇ Casovaˇ c/ˇ c´ıtaˇ c Uk´ azka programu v JSA a v jazyce C pro ATmega16 Obsluha pˇreruˇsen´ı



Typy adresov´ an´ı I

I

Proces adresov´ an´ı zpˇr´ıstupˇ nuje data z programov´ e a datov´ e pamˇ eti, pˇr´ıp. ze I/O jednotky. Terminologie: I I

I

pˇr´ım´ e adresov´ an´ı – adresa je souˇ c´ ast´ı instrukce. Pˇr´ımo lze adresovat pracovn´ı registry, ˇr´ıdic´ı (I/O) registry, datovou i programovou pamˇ et’, nepˇr´ım´ e adresov´ an´ı – adresa nen´ı souˇ c´ ast´ı instrukce. Adresa je uloˇzena v nˇ ekter´ em z ukazatel˚ u. Vyuˇz´ıv´ a se k opakovan´ emu pˇr´ıstupu k jedn´ e nebo k posloupnosti nˇ ekolika pamˇ et’ov´ ych bunˇ ek.

Mikroprocesorov´ e syst´ emy umoˇzn ˇuj´ı celou ˇradu zp˚ usob˚ u adresov´ an´ı operand˚ u. Z´ akladn´ı zp˚ usoby jsou: (1) registrov´ e adresov´ an´ı: zdrojem informace (operand) je registr(y). Napˇr.: MOV Rd, Rr. Obecné pracovní registry

15

10 9 8

OP kód

r

4 3

Rd

0

Rr

R0 R1

R25 R26 (XL) R27 (XH) R28 (YL) R29 (YH) R30 (ZL) R31 (ZH)

0x00

Obecné pracovní registry 15

9 8

OP kód

4 3

Rd

0

OP

0x1F

Obr´ azek: Adresov´ an´ı dvou (ADD Rd, Rr) a jednoho (DEC Rd) registru.

R0 R1


0x00

0x1F

Typy adresov´ an´ı, pokraˇ cov´ an´ı I

Z´ akladn´ı zp˚ usoby adresov´ an´ı, pokraˇ cov´ an´ı: (2) pˇr´ım´ e adresov´ an´ı: operandy jsou pˇr´ımo urˇ ceny konkr´ etn´ı adresou. Napˇr.: CALL k, (3) nepˇr´ım´ e adresov´ an´ı: adresa operandu je uloˇzena v tzv. ukazateli, napˇr. registrov´ y p´ ar X, Y nebo Z (X – R26:R27; Y – R28:R29; Z – R30:R31). Napˇr. instrukce: IJMP, ST X, Rr. Obecné pracovní registry 15

12 11

OP

8 7

K

4 3

Rd

0

K

R0 R1


0x00

0x1F

Obr´ azek: Bezprostˇredn´ı adresov´ an´ı 8bitov´ e konstanty (LDI Rd, K).

I

Z´ akladn´ı zp˚ usoby adresov´ an´ı, dokonˇ cen´ı: (4) bezprostˇredn´ı adresov´ an´ı: hodnota operandu je pˇr´ımo obsaˇzena v instrukci. Napˇr.: LDI Rd, K.

I

V´ıcebitov´ e procesory (DSP, . . .) obsahuj´ı dalˇs´ı typick´ e zp˚ usoby adresov´ an´ı operand˚ u. R˚ uzn´ e zp˚ usoby adresov´ an´ı zvyˇsuj´ı moˇznosti mikroprocesor˚ u.



Vˇ etven´ı programu

program. pamˇet’

datov´ a pamˇet’

program. ˇc´ıtaˇc

kontroln´ı registry

ukazatel na z´ asobn´ık

R0

adresn´ı sbˇernice, 16 bit˚ u

instrukˇcn´ı dekodér ˇr´ıdic´ı sign´ aly

datov´ a sbˇernice, 8 bit˚ u

instrukˇcn´ı registr

R1

I

Podle von Neumannovy koncepce procesoru jsou instrukce vykon´ av´ any sekvenˇ cnˇ e, tj. tak jak jsou uloˇzeny v programov´ e pamˇ eti.

I

Adresu instrukce, kter´ a se bude vykon´ avat specifikuje programov´ yˇ c´ıtaˇ c (PC – Program Counter).

I

Pˇri startu syst´ emu je hodnota PC vynulov´ ana. D´ ale je zpravidla pouze inkrementov´ ana.

I

Pˇri podm´ınk´ ach, nepodm´ınˇ en´ ych skoc´ıch, vol´ an´ı podprogramu, obsluze pˇreruˇsen´ı doch´ az´ı ke skokov´ e zmˇ enˇ e hodnoty PC.

R31

ALU

stavový registr

Obr´ azek: Pozice programov´ eho ˇ c´ıtaˇ ce v j´ adˇre AVR.

Programov´ yˇ c´ıtaˇ c u AVR

15

14

13

−

−

−

PC7

PC6

7

6

12

11

10

9

8

PC12 PC11 PC10 PC9

PC8

PCH

PC5

PC4

PC3

PC2

PC1

PC0

PCL

5

4

3

2

1

0

Obr´ azek: Struktura programov´ eho ˇ c´ıtaˇ ce v AVR – registrov´ y p´ ar PCH:L.

I

Program Counter (PC) je u ATmega16 13bitov´ y (PC12:PC0), tj. m˚ uˇze adresovat celkem 213 =8 k slov (instrukc´ı).

I

PC je ukazatel na m´ısto v programov´ e pamˇ eti, tj. obsahuje adresu pr´ avˇ e vykon´ avan´ e instrukce.

I

K hodnot´ am PC nelze pˇr´ımo pˇristupovat (ˇ c´ıst, zapisovat), protoˇze tento ˇ c´ıtaˇ c nelze adresovat!! Zmˇ enu hodnoty prov´ ad´ıme pouze nepˇr´ımo vykonan´ ymi instrukcemi.

Podm´ınˇ en´ e skoky v programu I

Podm´ınˇ en´ y skok je reakc´ı na vyhodnocen´ı podm´ınky – TRUE/FALSE.

I

JSA umoˇzn ˇuje vyuˇzit´ı jen jednoduch´ ych podm´ınek. Dvˇ e kategorie instrukc´ı podm´ınˇ en´ ych skok˚ u:

I

Obr´ azek: Obecn´ a podm´ınka.

(1) pˇreskoˇ c n´ asleduj´ıc´ı instrukci (anglicky: Skip if . . .), CPSE Rd, Rr – pˇreskoˇ c, je-li Rd=Rr (ComPare, Skip if Equal), SBIC P, b – pˇreskoˇ c, je-li bit ”b” v I/O registru ”P” nulov´ y (Skip if Bit Is Cleared), SBIS P, b – pˇreskoˇ c, je-li bit ”b” v I/O registru ”P” nastaven (Skip if Bit Is Set), ...

(2) Skoˇ c na n´ avˇ eˇst´ı (anglicky: Branch if . . .); houfnˇ e se k tomu vyuˇz´ıvaj´ı pˇr´ıznakov´ e bity ze stavov´ eho registru, BREQ k – skoˇ c na n´ avˇ eˇst´ı ”k”, je-li Z=1 (BRench if EQual), BRNE k – skoˇ c na ”k”, je-li Z=0 (BRench if Not Equal), BRVS k – skoˇ c na ”k”, je-li V=1 (BRench if V is Set), V-overflow, BRVC k – skoˇ c na ”k”, je-li V=0 (BRench if V is Cleared), BRIE k – skoˇ c na ”k”, je-li I=1 (BRench if I is Enable), I-interrupt, BRID k – skoˇ c na ”k”, je-li I=0 (BRench if I is Disable), ...

Nepodm´ınˇ en´ e skoky v programu

I

I

Instrukce pro nepodm´ınˇ en´ e skoky pˇr´ımo zmˇ en´ı hodnotu v programov´ em ˇ c´ıtaˇ ci (PC) a t´ım se realizuje skok v programu. (Nen´ı uvaˇzov´ ana ˇz´ adna podm´ınka). Troj´ı typ instrukc´ı pro nepodm´ınˇ en´ y skok u AVR: (1) relativn´ı skok – RJMP k (Relative JuMP). Pozn.: M˚ uˇze skoˇ cit na adresu v rozsahu −2K ≤ k ≥ 2K (⇒ instrukce je 16bitov´ a, protoˇze obsahuje 12bitovou adresu), (2) nepˇr´ım´ y skok – IJMP (Indirect JuMP) – nepˇr´ım´ y skok na adresu v registrov´ em p´ aru ”Z”. Tj. registrov´ y p´ ar R31:30 je v tomto pˇr´ıpadˇ e zdrojem adresy, (3) pˇr´ım´ y skok – JMP k (direct JuMP). Pozn.: M˚ uˇze skoˇ cit na adresu v rozsahu 0 ≤ k ≥ 4M (⇒ instrukce je 32bitov´ a, protoˇze obsahuje 22bitovou adresu; plat´ı pro syst´ emy s 22bitov´ ym PC).

Ot´ azka Jak´ y je rozd´ıl mezi instrukcemi RJMP a JMP? (Obsazenost pamˇ eti, rychlost v´ ykonu.)

V´ yznam podprogramu, vol´ an´ı podprogramu

I

I

Podprogram je ˇ c´ ast k´ odu, kter´ a se ˇ casto opakuje; do strojov´ eho jazyka se pˇreloˇz´ı jen jednou. Spouˇst´ı se zaps´ an´ım adresy prvn´ı instrukce do programov´ eho ˇ c´ıtaˇ ce, tj. ”sk´ aˇ ce” se na nˇ ej. Troj´ı typ instrukc´ı pro vol´ an´ı podprogramu u AVR: (1) relativn´ı vol´ an´ı – RCALL k (Relative subroutine CALL). Pozn.: M˚ uˇze skoˇ cit na adresu v rozsahu −2K ≤ k ≥ 2K (⇒ instrukce je 16bitov´ a, protoˇze obsahuje 12bitovou adresu), (2) nepˇr´ım´ e vol´ an´ı – ICALL (Indirect CALL) – nepˇr´ım´ e vol´ an´ı podprogramu; adresa vˇzdy uloˇzena v ukazateli ”Z”, (3) pˇr´ım´ e vol´ an´ı – CALL k (direct subroutine CALL). Pozn.: M˚ uˇze skoˇ cit na adresu v rozsahu 0 ≤ k ≥ 4M (⇒ instrukce je 32bitov´ a, protoˇze obsahuje 22bitovou adresu; plat´ı pro syst´ emy s 22bitov´ ym PC).

I

Na rozd´ıl od (ne)podm´ınˇ en´ eho skoku dojde po ukonˇ cen´ı podprogramu k n´ avrat na instrukci n´ asleduj´ıc´ı po skoku do podprogramu!

Ot´ azka Jak ˇr´ıdic´ı jednotka pozn´ a, kam se vr´ atit??

Funkce z´ asobn´ıku k uloˇ zen´ı n´ avratov´ e adresy

Obr´ azek: Vnoˇren´ e vol´ an´ı dvou podprogram˚ u.

I

N´ avratov´ a adresa mus´ı b´ yt uloˇzena pˇred skokem do podprogramu do tzv. z´ asobn´ıku (anglicky: Stack). N´ avratov´ a adresa je adresa instrukce n´ asleduj´ıc´ı po instrukci volaj´ıc´ı podprogram.

I

N´ avrat z podprogramu (vyzvednut´ı n´ avratov´ e adresy ze z´ asobn´ıku a jej´ı zaps´ an´ı do PC) zajiˇst’uje instrukce RET (subroutine RETurn).

Z´ asobn´ık, ukazatel na z´ asobn´ık

I

I

Z´ asobn´ık je ˇ c´ ast pamˇ eti SRAM (m˚ uˇze t´ eˇz slouˇzit k z´ alohov´ an´ı obsahu pracovn´ıch registr˚ u). Mikrokontrol´ ery, kter´ e nemaj´ı intern´ı pamˇ et’ RAM maj´ı hardwarov´ y z´ asobn´ık s omezenou velikost´ı (napˇr. tˇri pozice u ATtiny11). Zapisovat/ˇ c´ıst lze ze z´ asobn´ıku pouze do/z jedin´ e pozice. Tu ud´ av´ a tzv. ukazatel na z´ asobn´ık (anglicky: SP – Stack Pointer). I

Ukazatel je 16bitov´ a hodnota uloˇzen´ a v registrov´ em p´ aru SPH:SPL. (Patˇr´ı mezi I/O registry.) 15

14

13

12

11

10

9

8

SP15 SP14 SP13 SP12 SP11 SP10

SP9

SP8

SPH

SP7

SP6

SP5

SP4

SP3

SP2

SP1

SP0

SPL

7

6

5

4

3

2

1

0

Obr´ azek: Struktura ukazatele na z´ asobn´ık u AVR – registrov´ y p´ ar SPH:L.

Ukazatel na z´ asobn´ık

program. pamˇet’

datov´ a pamˇet’

program. ˇc´ıtaˇc

kontroln´ı registry

ukazatel na z´ asobn´ık

R0

adresn´ı sbˇernice, 16 bit˚ u

instrukˇcn´ı dekodér ˇr´ıdic´ı sign´ aly

datov´ a sbˇernice, 8 bit˚ u

instrukˇcn´ı registr

R1

R31

ALU

stavový registr

Obr´ azek: Pozice ukazatele na z´ asobn´ık v j´ adˇre AVR.

Ukazatel na z´ asobn´ık

I

I

I

1 2 3 4 5

Hodnota ukazatele na z´ asobn´ık mus´ı b´ yt inicializov´ ana (tzv. definice z´ asobn´ıku). Definice se prov´ ad´ı jedenkr´ at a to hned na zaˇ c´ atku programu. Ukazatel se napln´ı adresou posledn´ı pamˇ et’ov´ e buˇ nky pamˇ et’ov´ eho segmentu urˇ cen´ eho pro z´ asobn´ık (z´ asobn´ık se z d˚ uvodu eliminace nechtˇ en´ eho pˇreps´ an´ı dat um´ıst’uje na konec pamˇ eti RAM). (Konstanta RAMEND obsahuje adresu posledn´ı buˇ nky pamˇ eti SRAM – je definov´ ana v souboru *.inc.)

s t a c k _ d e f inition : LDI R16 , LOW ( RAMEND ) OUT SPL , R16 LDI R16 , HIGH ( RAMEND ) OUT SPH , R16

Ot´ azka Co je to RAMEND?

; ; ; ; ;

definice z´ a sobn´ ı ku na konec pamˇ e ti SRAM do R16 uloˇ z niˇ zˇ s´ ı byte posledn´ ı adresy SRAM SPL ( niˇ zˇ s´ ı byte Stack Pointeru ) = R16 R16 = vyˇ sˇ s´ ı byte posledn´ ı adresy SRAM SPH ( vyˇ sˇ s´ ı byte Stack Pointeru ) = R16

ˇ ast v´ C´ ypisu definiˇ cn´ıho souboru m16def.inc

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

; ***** S p e c i f y D e v i c e .device ATmega16 ; ***** I /O R e g i s t e r D e f i n i t i o n s .equ SREG =$ 3f .equ SPH =$ 3e .equ SPL =$ 3d .equ OCR0 =$ 3c .equ GICR =$ 3b ; New name f o r GIMSK ... ; ***** B i t D e f i n i t i o n s ; GIMSK .equ .equ .equ .equ .equ ... .equ ...

/ GICR INT1 INT0 INT2 IVSEL IVCE

=7 =6 =5 =1 =0

RAMEND =$ 45F

Proces z´ apisu do z´ asobn´ıku

I

I

Z´ asobn´ık funguje jako LIFO syst´ em (Last In First Out – posledn´ı zaps´ an, prvn´ı ˇ cten). F´ aze z´ apisu 16bitov´ e adresy do 8bitov´ eho z´ asobn´ıku: (1) (2) (3) (4)

uloˇzen´ı niˇzˇs´ıho bytu adresy na pozici adresovanou SP, SP = SP - 1 (SP tak obsahuje adresu voln´ eho bytu, kam je moˇzn´ e d´ ale zapisovat), uloˇzen´ı vyˇsˇs´ıho bytu adresy na pozici adresovanou SP, SP = SP - 1 (po ukonˇ cen´ı procesu tedy SP vˇzdy obsahuje adresu voln´ eho bytu v z´ asobn´ıku).

Pˇr´ıklad Jak´ a data obsahuje z´ asobn´ık po vol´ an´ı dvou vnoˇren´ ych podprogram˚ u? Necht’ byly vol´ any z adres 0x0021 a 0x0028 instrukc´ı RCALL.

Proces ˇ cten´ı ze z´ asobn´ıku

I

F´ aze ˇ cten´ı adresy ze z´ asobn´ıku: (1) SP = SP + 1 (ukazatel tak obsahuje adresu posledn´ıho bytu uloˇzen´ eho v z´ asobn´ıku), (2) adresovan´ y vyˇsˇs´ı byte n´ avratov´ e adresy je pˇresunut do PC (nutnost maskov´ an´ı 3 nejv´ yznamnˇ ejˇs´ıch bit˚ u, protoˇze PC je pouze 13bitov´ y), (3) SP = SP + 1 (ukazatel adresuje pˇredposledn´ı uloˇzen´ e slovo), (4) adresovan´ y niˇzˇs´ı byte n´ avratov´ e adresy je pˇresunut do PC.

I

Uloˇzen´ e adresy ve Stacku z˚ ust´ avaj´ı, ale pˇri n´ asledn´ em vol´ an´ı podprogramu se pˇrep´ıˇs´ı nov´ ymi daty.

Pˇr´ıklad Jak´ a data obsahuje ukazatel na z´ asobn´ık a programov´ yˇ c´ıtaˇ c po n´ avratu ze dvou vnoˇren´ ych podprogram˚ u?

Z´ aloha pracovn´ıch registr˚ u do z´ asobn´ıku; instrukce PUSH, POP

I

Kromˇ e z´ alohy n´ avratov´ e adresy pˇri vol´ an´ı podprogramu, nebo pˇreruˇsen´ı, lze z´ asobn´ık vyuˇz´ıt tak´ e jako doˇ casn´ e odkladiˇstˇ e obsahu pracovn´ıch registr˚ u.

I

Pouˇzit´ı napˇr. pˇri vol´ an´ı podprogramu – z´ aloha potˇrebn´ ych reg.; na konci podprogramu hodnoty znovu naˇ c´ıst ze z´ asobn´ıku. F´ aze uloˇzen´ı obsahu 8bitov´ eho registru do z´ asobn´ıku – PUSH Rr, kde r = 0, 1, . . . , 31:

I

(1) uloˇzen´ı obsahu registru Rr na adresu definovanou SP, (2) SP = SP - 1. I

F´ aze naˇ cten´ı 8bitov´ e hodnoty ze z´ asobn´ıku do registru – POP Rd, kde d = 0, 1, . . . , 31: (1) SP = SP + 1, (2) naˇ cten´ı slova z adresy SP do registru Rd.

I

Instrukce pro z´ alohu registr˚ u maj´ı vˇsechny mikrokontrol´ ery (mohou m´ıt jinou syntaxi, ˇ ci omezen´ y poˇ cet vyuˇziteln´ ych reg.).

Rozd´ıl mezi podprogramem a makrem

Pˇr´ıklad Jak´ e jsou z´ akladn´ı rozd´ıly mezi podprogramem a makrem?



Obsluha pˇreruˇsen´ı

I

Bˇ eh programu (hodnota PC) je tak´ e ovlivniteln´ y pomoc´ı tzv. pˇreruˇsen´ı (anglicky: Interrupt).

I

V pˇr´ıpadˇ e, ˇze mikroprocesor obdrˇz´ı ˇz´ adost o obsluhu povolen´ eho pˇreruˇsen´ı, mus´ı pˇreruˇsit vykon´ avanou ˇ cinnost (hlavn´ı program) a spustit obsluˇzn´ y program, kter´ y je urˇ cen v´ yhradnˇ e pro zdroj pˇreruˇsen´ı.

I

Kaˇzd´ y procesor obsahuje sadu moˇzn´ ych pˇreruˇsen´ı intern´ıch i extern´ıch; zdroje pˇreruˇsen´ı z´ avis´ı na hardwarov´ em vybaven´ı MCU.

I

Obsluha kaˇzd´ eho pˇreruˇsen´ı je ovl´ ad´ ana tzv. vektorem pˇreruˇsen´ı v programov´ e pamˇ eti; jedn´ a se o adresu od kter´ e se zaˇ cne vykon´ avat konkr´ etn´ı obsluha.

I

Kaˇzd´ e pˇreruˇsen´ı m´ a sv˚ uj povolovac´ı bit; nav´ıc existuje jeden glob´ aln´ı povolovac´ı bit (u AVR je to bit I ve stavov´ em registru).

I

Jednotliv´ e pˇreruˇsen´ı maj´ı r˚ uznou prioritu; niˇzˇs´ı adresa ⇔ vyˇsˇs´ı priorita (viz dalˇs´ı slajd).

Vektory pˇreruˇsen´ı mikrokontrol´ eru ATmega16 ˇ C.

Adresa

Zdroj pˇreruˇsen´ı

Popis pˇreruˇsen´ı

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

0x0000 0x0002 0x0004 0x0006 0x0008 0x000A 0x000C 0x000E 0x0010 0x0012 0x0014 0x0016 0x0018 0x001A 0x001C 0x001E 0x0020 0x0022 0x0024 0x0026 0x0028

RESET INT0 INT1 TIMER2 COMP TIMER2 OVF TIMER1 CAPT TIMER1 COMPA TIMER1 COMPB TIMER1 OVF TIMER0 OVF SPI, STC USART, RXC USART, UDRE USART, TXC ADC EE RDY ANA COMP TWI INT2 TIMER0 COMP SPM RDY

Extern´ı reset, pˇripojen´ı nap´ ajen´ı. Extern´ı poˇzadavek na pˇreruˇsen´ı 0. Extern´ı poˇzadavek na pˇreruˇsen´ı 1. ˇ Casovaˇ c/ˇ c´ıtaˇ c 2 – shoda komparace. ˇ Casovaˇ c/ˇ c´ıtaˇ c 2 – pˇreteˇ cen´ı. ˇ Casovaˇ c/ˇ c´ıtaˇ c 1 – zachycen´ı. ˇ Casovaˇ c/ˇ c´ıtaˇ c 1 – shoda s kompar´ atorem A. ˇ Casovaˇ c/ˇ c´ıtaˇ c 1 – shoda s kompar´ atorem B. ˇ Casovaˇ c/ˇ c´ıtaˇ c 1 – pˇreteˇ cen´ı. ˇ Casovaˇ c/ˇ c´ıtaˇ c 0 – pˇreteˇ cen´ı. Dokonˇ cen´ı s´ eriov´ eho pˇrenosu SPI. USART – kompletn´ı pˇr´ıjem dat. USART – pr´ azdn´ y datov´ y registr. USART – kompletn´ı vysl´ an´ı dat. ADC – dokonˇ cen´ı A/D pˇrevodu. EEPROM – komunikace pˇripravena. Zmˇ ena v´ ystupu analogov´ eho kompar´ atoru. Ud´ alost na s´ eriov´ e sbˇ ernici I2C. Extern´ı poˇzadavek na pˇreruˇsen´ı 2. ˇ Casovaˇ c/ˇ c´ıtaˇ c 0 – shoda komparace. Uloˇzen´ı do programov´ e pamˇ eti pˇripraveno.

Vektory pˇreruˇsen´ı mikrokontrol´ eru ATtiny11

ˇ C.

Adresa

Zdroj pˇreruˇsen´ı


1 2 3 4 5

0x000 0x001 0x002 0x003 0x004

RESET INT0 I/O piny TIMER0 OVF ANA COMP

Extern´ı reset, pˇripojen´ı nap´ ajen´ı. Extern´ı poˇzadavek na pˇreruˇsen´ı 0. Zmˇ ena stavu I/O pinu. ˇ Casovaˇ c/ˇ c´ıtaˇ c 0 – pˇreteˇ cen´ı Zmˇ ena v´ ystupu analogov´ eho kompar´ atoru.

U ATmega16 je mezi jednotliv´ ymi vektory pˇreruˇsen´ı voln´ ych 32 bit˚ u (tj. dvˇ e pamˇ et’ov´ e pozice). U ATtiny11 jen 16 bit˚ u ⇒ pro samotnou obsluhu to nestaˇ c´ı. Pozn.: ATtiny11 neobsahuje datovou pamˇ et’, proto nen´ı moˇzn´ e definovat softwarov´ y z´ asobn´ık pro uloˇzen´ı n´ avratov´ ych adres. Obsahuje ale hardwarov´ y z´ asobn´ık, schopn´ y uchov´ an´ı 3 adres (ukazatel na z´ asobn´ık je 9bitov´ y @ 1kB Flash). I

Ot´ azka Proˇ c vektory pˇreruˇsen´ı u ATmega obsahuj´ı dvˇ e adresov´ e pozice a u ATtiny jen jednu?

Obsluha pˇreruˇsen´ı

I

Jednotliv´ e f´ aze obsluhy pˇreruˇsen´ı: (1) dokonˇ c´ı se v´ ykon pr´ avˇ e vykon´ avan´ e instrukce, (2) zak´ aˇze se obsluha pˇr´ıpadn´ ych n´ asleduj´ıc´ıch pˇreruˇsen´ı, (3) do z´ asobn´ıku se uloˇz´ı adresa n´ asleduj´ıc´ı instrukce v programov´ e pamˇ eti (z´ asobn´ık mus´ı b´ yt definov´ an), (4) podle zdroje pˇreruˇsen´ı se do PC naˇ cte vektor pˇreruˇsen´ı (napˇr.: PC=0x0002 pro INT0 u ATmega16), (5) vykon´ a se obsluha pˇreruˇsen´ı, tj. konkr´ etn´ı posloupnost instrukc´ı; do oblasti vektor˚ u pˇreruˇsen´ı se bˇ eˇznˇ e um´ıst’uj´ı pouze skoky na obsluˇznou funkci, (6) obsluha pˇreruˇsen´ı se ukonˇ c´ı instrukc´ı RETI (RETurn Interrupt); analogie s ukonˇ cen´ım podprogramu, (7) povol´ı se obsluha dalˇs´ıch pˇreruˇsen´ı, (8) do PC se naˇ cte uloˇzen´ a n´ avratov´ a adresa ze z´ asobn´ıku, (9) pokraˇ cuje se ve v´ ykonu hlavn´ıho programu.

Pˇr´ıklad obsluhy pˇreruˇsen´ı – extern´ı zdroj pˇreruˇsen´ı

Obr´ azek: Zdroje extern´ıho pˇreruˇsen´ı u mikrokontrol´ eru ATmega16.

Pˇr´ıklad obsluhy pˇreruˇsen´ı – extern´ı zdroj pˇreruˇsen´ı

I

Pˇreruˇsen´ı se vykon´ a (obslouˇz´ı) v pˇr´ıpadˇ e ˇze: (1) je povoleno konkr´ etn´ı pˇreruˇsen´ı, (2) je povoleno glob´ aln´ı pˇreruˇsen´ı (tj. bit I=1 v registru SREG). 7

6

5

4

3

2

1

0

I

T

H

S

V

N

Z

C

SREG

Obr´ azek: Struktura stavov´ eho registru SREG (Status Register). I

Pˇr´ıklad povolen´ı extern´ıho pˇreruˇsen´ı (External Interrupt) u AVR: I I I

ˇr´ıdic´ı registr GICR (General Interrupt Control Register) obsahuje povolovac´ı bity INT1, INT0, INT2 pro extern´ı zdroj pˇreruˇsen´ı 1, 0 a 2, pro povolen´ı je nutn´ e nastavit pˇr´ısluˇsn´ y(´ e) bit(y) na 1, povolit glob´ aln´ı pˇreruˇsen´ı v registru SREG instrukc´ı SEI (SEt Interrupt).

I

Konkr´ etn´ı nastaven´ı (n´ abˇ eˇzn´ a hrana, sestupn´ a, . . .) lze definovat v registru MCUCR (MCU Control Register).

I

Poˇzadavek na pˇreruˇsen´ı je pro CPU signalizov´ an pˇr´ıznakov´ ym bitem v registru GIFR (General Interrupt Flag Register).

ˇ ıdic´ı registry extern´ıho zdroje pˇreruˇsen´ı R´ 7

6

5

4

3

2

1

0

INT1

INT0

INT2

−

−

−

IVSEL

IVCE

GICR

Obr´ azek: Struktura ˇr´ıdic´ıho registru GICR (General Interrupt Control Register).

7

6

5

4

3

2

1

0

SM2

SE

SM1

SM0

ISC11

ISC10

ISC01

ISC00

MCUCR

Obr´ azek: Struktura ˇr´ıdic´ıho registru MCUCR (MCU Control Register).

7

6

5

4

3

2

1

0

INTF1

INTF0

INTF2

−

−

−

−

−

Obr´ azek: Struktura ˇr´ıdic´ıho registru GIFR (General Interrupt Flag Register).

GIFR

Moˇ znosti nastaven´ı extern´ıho pˇreruˇsen´ı Tabulka: Zp˚ usob spouˇstˇ en´ı extern´ıch poˇzadavk˚ u na pˇreruˇsen´ı INTn prostˇrednictv´ım kontroln´ıho registru MCUCR.

ISCn1:0 0b00 0b01 0b10 0b11

Popis funkce N´ızk´ au ´roveˇ n (log. 0) na pinu INTn generuje poˇzadavek. Jak´ akoliv zmˇ ena logick´ eu ´rovnˇ e na pinu INTn generuje poˇzadavek. Sestupn´ a hrana na pinu INTn generuje poˇzadavek. Vzestupn´ a hrana na pinu INTn generuje poˇzadavek.

Pˇr´ıklad Jakou hodnotu bude obsahovat registr MCUCR, poˇzadujeme-li generov´ an´ı extern´ıho pˇreruˇsen´ı INT1 pˇri pˇrechodu vstupn´ıho sign´ alu z vysok´ e do n´ızk´ eu ´rovnˇ e?

7

6

5

4

3

2

1

0

SM2

SE

SM1

SM0

ISC11

ISC10

ISC01

ISC00

Obr´ azek: Struktura ˇr´ıdic´ıho registru MCUCR (MCU Control Register).

MCUCR



I/O (paraleln´ı) port I

I I

I

I/O port obsahuje vstupnˇ e/v´ ystupn´ı piny, kter´ e zajiˇst’uj´ı komunikaci s extern´ım ”svˇ etem”. Jsou to nejvˇsestrannˇ ejˇs´ı I/O zaˇr´ızen´ı mikrokontrol´ eru. Poˇ cty pin˚ u koresponduj´ı s pouˇzit´ım mikrokontrol´ eru: 4 I/O piny (RS08KA, Freescale), 6 I/O pin˚ u (ATtiny12, Atmel), 32 I/O pin˚ u (ATmega16, Atmel), 48 I/O pin˚ u (ATmega103, Atmel), . . . U mikrokontrol´ er˚ u AVR jsou ke kaˇzd´ emu obousmˇ ern´ emu I/O portu asociov´ any 3 I/O (ˇr´ıdic´ı) registry: I I I

smˇ erov´ y registr DDRx (Data Direction Register), datov´ y (v´ ystupn´ı) registr PORTx (Data Register), vstupn´ı piny PINx (Port Input Pins),

Obr´ azek: Sch´ ematick´ a znaˇ cka mikrokontrol´ eru ATmega16.

ˇ ıdic´ı registry I/O port˚ R´ u

ˇ ıdic´ı registry I/O port˚ Obr´ azek: R´ u mikrokontrol´ er˚ u AVR.

Ovl´ ad´ an´ı I/O portu I

Smˇ erov´ y I/O registr DDRxn (x=A,B,C,D; n=0,1,. . .,7): I I I

hodnota 0 ↔ pin je definov´ an jako vstupn´ı, hodnota 1 ↔ pin je definov´ an jako v´ ystupn´ı, v kaˇzd´ em I/O portu je moˇzn´ e libovolnˇ e kombinovat vstupn´ı/v´ ystupn´ı piny. Smˇ er komunikace pinu lze bezprostˇrednˇ e mˇ enit bez ohledu na ostatn´ı. 7

6

5

4

3

2

1

0

DDC7

DDC6

DDC5

DDC4

DDC3

DDC2

DDC1

DDC0

Obr´ azek: Struktura smˇ erov´ eho registru DDRC (Port C Data Direction Register). I

V´ ystupn´ı I/O registr PORTxn : I I

v pˇr´ıpadˇ e definovan´ eho v´ ystupn´ıho pinu, ud´ av´ a hodnota bitu v registru logickou u ´roveˇ n na pinu. Hodnota 1 (DDRxn=1) ↔ pin je na vysok´ eu ´rovni, apod., v pˇr´ıpadˇ e vstupn´ıho pinu, ud´ av´ a hodnota bitu v registru aktivaci/deaktivaci pull-up rezistoru. Tabulka: Definice vstupnˇ e/v´ ystupn´ıho portu.

DDRxn

PORTxn

I/O

0 0 1 1

0 1 0 1

Vstupn´ı Vstupn´ı V´ ystupn´ı V´ ystupn´ı

Popis funkce Vysok´ a impedance. Aktivace pull-up rezistoru. N´ızk´ au ´roveˇ n. Vysok´ au ´roveˇ n.

DDR

Ovl´ ad´ an´ı I/O portu, pokraˇ cov´ an´ı

I

Vstupn´ı I/O registr PINxn : I I

hodnota 0 nebo 1 koresponduj´ıc´ı s u ´rovn´ı sign´ alu na vstupu, kop´ıruj´ı se zde tak´ e data zapsan´ a do v´ ystupn´ıho registru PORTxn !

I

Kaˇzd´ y pin obsahuje pˇrepˇ et’ovou ochranu (omezuj´ıc´ı diody) a moˇznost pˇripojen´ı pull-up rezistoru.

I

Vˇ etˇsina I/O pin˚ u umoˇzn ˇuje kromˇ e klasick´ e I/O komunikace tak´ e alternativn´ı funkci. Konkr´ etn´ı piny jsou tak vyuˇz´ıv´ any intern´ımi perif´ eriemi MCU. Tabulka: Nˇ ekter´ e alternativn´ı funkce I/O pin˚ u.

Pin

Alternativa

PA7:0 PB7:4 PC5:2 PC1:0 PD2 PD1:0

ADC SPI JTAG TWI INT0 USART

Popis funkce Vstup 10bitov´ eho A/D pˇrevodn´ıku, tj. 8 kan´ al˚ u. S´ eriov´ a komunikace pomoc´ı SPI. Programovac´ı/ladic´ı rozhran´ı JTAG. Dvouvodiˇ cov´ a s´ eriov´ a sbˇ ernice I2C. Zdroj extern´ıho pˇreruˇsen´ı 0. Vstup/v´ ystup s´ eriov´ e komunikace USART.

Alternativn´ı funkce I/O pin˚ u

Obr´ azek: Alternativn´ı funkce u mikrokontrol´ eru ATmega16.

Zapojen´ı jednoho I/O pinu Pouˇzité ˇr´ıdic´ı sign´ aly: DDA0

D

Q

WriteDA − z´ apis do registru DDRA

WriteDA

ReadDA

− ˇcten´ı obsahu registru DDRA

WriteRA − z´ apis do registru PORTA

ReadDA

ReadRA

− ˇcten´ı obsahu registru PORTA

ReadPA

− ˇcten´ı obsahu registru PINA

PA0 PORTA0

D

Q

WriteRA

ˇr´ıdic´ı sbˇernice

datov´ a sbˇernice

ReadRA

ReadPA Q

D

PINA0 clkI /O

Obr´ azek: Funkˇ cn´ı sch´ ema jednoho I/O pinu (nen´ı zakreslen pull-up, pˇrepˇ et’ov´ a ochrana, alternativn´ı funkce, synchronizace vstupu).

Zp˚ usoby nastaven´ı jednotliv´ ych I/O pin˚ u v JSA (1) Pomoc´ı kombinace instrukc´ı LDI (Load immediate) a OUT (Out port): 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

. include ... LDI OUT ... LDI OUT

... OUT

<m16def . inc>

; definiˇ c n´ ı soubor mikrokontrol´ e ru ATmega16

R16 , 0 b00011000 DDRB , R16

; R16 <− 24 ; definov´ a n´ ı v´ y stupn´ ı ch pin˚ u PB4 a PB3

R16 , (1<
; nastaven´ ı v´ y stupn´ ı ch hodnot portu B

(2) Pomoc´ı instrukc´ı SBI (Set bit in I/O register) a CBI (Clear bit in I/O register): 1 2 3 4 5 6

... SBI SBI CBI ... IN

DDRB , 0 x03 DDRB , 4 DDRB , 3

; definov´ a n´ ı v´ y stupn´ ı ho pinu PB3 ; definov´ a n´ ı v´ y stupn´ ı ho pinu PB4 ; definov´ a n´ ı vstupn´ ı ho pinu PB3

R16 , PINB

; naˇ c ten´ ı hodnot vstupn´ ı ho portu B

Zp˚ usoby nastaven´ı jednotliv´ ych I/O pin˚ u v jazyce C

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

#i n c l u d e // h l a v i ˇ ckov´ y soubor mikrokontrol´ eru ... // d e f i n o v ´ a n´ı v ´ y s t u p n´ıc h p i n˚ u PB4 a PB3 DDRB = 0 b00011000 ; // j i n ´ y z p˚ usob d e f i n o v ´ a n´ı v ´ y s t u p n´ıc h p i n˚ u PB4 a PB3 DDRB |= (1<
Ot´ azka Jak v jazyce C zajistit opakovan´ e kop´ırov´ an´ı vstupn´ıch dat z portu A na v´ ystupn´ı port D?

Pˇripojen´ı extern´ıch perif´ eri´ı

I

Pˇripojen´ı extern´ıch perif´ eri´ı (tlaˇ c´ıtko, LED, kl´ avesnice, . . .) je obecnˇ e moˇzn´ e realizovat tˇremi zp˚ usoby: (1) pˇr´ım´ e pˇripojen´ı – jeden I/O pin je vyuˇzit k pˇripojen´ı jednoho jednoduch´ eho zaˇr´ızen´ı (tlaˇ c´ıtko, LED, . . .), (2) maticov´ e uspoˇr´ ad´ an´ı – nˇ ekolik jednoduch´ ych zaˇr´ızen´ı je uspoˇr´ ad´ ano do matice, coˇz sniˇzuje poˇ cet potˇrebn´ ych I/O pin˚ u (maticov´ a kl´ avesnice), (3) pomoc´ı pomocn´ ych obvod˚ u/ˇradiˇ c˚ u: extern´ı zaˇr´ızen´ı pracuje nez´ avisle na ˇr´ıdic´ım mikrokontrol´ eru. V pˇr´ıpadˇ e ud´ alosti generuje poˇzadavek na pˇreruˇsen´ı, kter´ e zajist´ı naˇ cten´ı/vysl´ an´ı potˇrebn´ ych dat.

Jednoduch´ e oˇsetˇren´ı z´ akmit˚ u mechanick´ eho tlaˇ c´ıtka

I

I

Pˇri sepnut´ı mechanick´ eho tlaˇ c´ıtka doch´ az´ı k z´ akmit˚ um (nechtˇ en´ e impulsy zp˚ usobuj´ıc´ı nekorektn´ı v´ ykon programu). Tyto z´ akmity je nutn´ e vˇzdy oˇsetˇrit! Moˇzn´ y zp˚ usob oˇsetˇren´ı: I I I

I

pˇri stisku i uvolnˇ en´ı tlaˇ c´ıtka je vol´ ana funkce realizuj´ıc´ı zpoˇzdˇ en´ı, po stisku se testuje, zda jiˇz bylo tlaˇ c´ıtko uvolnˇ eno, teprve pak se pokraˇ cuje ve v´ ykonu programu, ’ v r´ amci prvn´ı zpoˇzd ovac´ı smyˇ cky (tj. pˇri sepnut´ı) je moˇzn´ e realizovat ”p´ıpnut´ı reproduktoru”, apod. (P´ıpnut´ı je reprezentov´ ano vys´ıl´ an´ım obd´ eln´ıkov´ eho sign´ alu o urˇ cit´ e frekvenci), pˇri vyuˇzit´ı extern´ıho zdroje pˇreruˇsen´ı nen´ı nutn´ e testovat stav tlaˇ c´ıtka – pˇred koncem obsluhy vynulovat pˇr´ısluˇsn´ y pˇr´ıznakov´ y bit (viz reg. GIFR, poˇ c´ıtaˇ cov´ a cviˇ cen´ı).

Pˇr´ıklad Nakreslete v´ yvojov´ y diagram jednoduch´ eho oˇsetˇren´ı tlaˇ c´ıtka.

Pouˇ zit´ı maticov´ e kl´ avesnice I

Maticov´ a kl´ avesnice 4 × 4 vyuˇz´ıv´ a jeden I/O port: I I

I

Zjiˇstˇ en´ı stisknut´ e kl´ avesy se prov´ ad´ı tzv. skenov´ an´ım kl´ avesnice, kdy jsou ve ˇ ctyˇrech kroc´ıch vysl´ any hodnoty na v´ ystupn´ı piny: (1) (2) (3) (4)

I

4 piny jsou definov´ any jako vstupn´ı (napˇr. PB3–PB0), 4 piny jsou v´ ystupn´ı (napˇr. PB7–PB4).

PB7:4 PB7:4 PB7:4 PB7:4

= = = =

0b1110, 0b1101, 0b1011, 0b0111.

Po kaˇzd´ em kroku se skenuj´ı vstupn´ı piny. Pokud je nˇ ekter´ y roven 0, bylo stisknuto pˇr´ısluˇsn´ e tlaˇ c´ıtko.

Obr´ azek: Pˇripojen´ı maticov´ e kl´ avesnice k I/O portu mikrokontrol´ eru.

Pˇr´ıklad Nakreslete v´ yvojov´ y diagram skenov´ an´ı maticov´ e kl´ avesnice.

Funkce intern´ıho ˇ casovaˇ ce/ˇ c´ıtaˇ ce

I

I

Kaˇzd´ y mikrokontrol´ er obsahuje perif´ erii umoˇzn ˇuj´ıc´ı odeˇ c´ıtat ˇ cas (ˇ casovaˇ c, anglicky: Timer), pˇr´ıp. naˇ c´ıtat vstupn´ı pulsy (ˇ c´ıtaˇ c, anglicky: Counter). Toho lze vyuˇz´ıt k jednoduch´ ym aplikac´ım: I I I

mˇ eˇren´ı kr´ atk´ ych interval˚ u, periodick´ e spouˇstˇ en´ı funkce, konstrukce jednoduch´ ych frekvenˇ cn´ıch ˇ c´ıtaˇ c˚ u, ...

I

Obˇ e funkce vyuˇz´ıvaj´ı registr(y), jehoˇz obsah se inkrementuje pomoc´ı hodinov´ eho, pˇr´ıp. extern´ıho sign´ alu.

I

Lze tak vyuˇz´ıt 8, 16 bitov´ eˇ casovaˇ ce/ˇ c´ıtaˇ ce.

Register and bit locations are listed in the “8-bit Timer/Counter Register Description” on

page e 83. Blokov´ e sch´ ma 8bitov´ eho ˇ casovaˇ ce/ˇ c´ıtaˇ ce 0 Figure 27. 8-bit Timer/Counter Block Diagram

TCCRn

count

TOVn (Int.Req.)

clear

Control Logic

direction

clk Tn

Clock Select Edge Detector

DATABUS

BOTTOM

Tn

TOP

( From Prescaler ) Timer/Counter TCNTn

=

=0

= 0xFF

OCn (Int.Req.)

Waveform Generation

OCn

OCRn

The Timer/Counter (TCNT0) Output Register Obr´ azek: Blokov´ e sch´ emaand ˇ casovaˇ ce/ˇ cCompare ´ıtaˇ ce 0 (oznaˇ cen´ı(OCR0) ”n” ud´ aare v´ aˇ c8-bit ´ıslo ˇ cregisters. ´ıtaˇ ce) Interrupt request (abbreviated to Int.Req. in the figure) signals are all visible in the Timer Interrupt Flag Register (TIFR). All interrupts are individually masked with the Timer Interrupt Mask Register (TIMSK). TIFR and TIMSK are not shown in the figure since these registers are shared by other timer units.

Blokov´ e sch´ ema 8bitov´ eho ˇ casovaˇ ce/ˇ c´ıtaˇ ce 0

I

ˇ c 0 je 8bitov´ C/ˇ y registr schopen inkrementovat (dekrementovat) svou hodnotu. Kˇ c/ˇ c 0 lze pˇristupovat pomoc´ı registr˚ u: I I I

I

TCNT0 (Timer/Counter0) – datov´ a hodnota ˇ casovaˇ ce/ˇ c´ıtaˇ ce 0, OCR0 (Output Compare Register) – hodnota pro neust´ al´ e porovn´ av´ an´ı s datov´ ym registrem, TCCR0 (Timer/Counter Control Register) – ˇr´ıdic´ı registr. Napˇr. nastaven´ı hodnoty pˇreddˇ eliˇ cky, povolen´ı pˇreruˇsen´ı, atd.

Moˇznost generov´ an´ı pˇreteˇ cen´ı: I I

pˇri pˇreteˇ cen´ı ˇ c/ˇ c (dosaˇzen´ı maxim´ aln´ı hodnoty a znovu n´ avrat k hodnotˇ e 0), pˇri rovnosti hodnoty datov´ eho registru a komparaˇ cn´ıho.

BOTTOM

The counter reaches the BOTTOM when it becomes 0x00.

The counter reaches its MAXimum when it becomes 0xFF (decimal 255). ˇ Casovaˇ c/ˇ c´ıtaˇ cMAX0, funkce ˇ casov´ an´ı (ˇ c´ıt´ an´ı) TOP

I

The counter reaches the TOP when it becomes equal to the highest value in the count sequence. The TOP value can be assigned to be the fixed value 0xFF (MAX) or the value stored in the OCR0 Register. The assignment is dependent on the mode of operation.

Vnitˇrn´ı sign´ aly:

r/Counter Clock I count: The Timer/Counter can be clocked by an internal or an external clock source. The clock inkrementace nebo dekrementace obsahu registru TCNT0, source is selected by the clock select logic which is controlled by the clock select ces I direction: v´ ybˇ elocated r mezi in inkrementac´ ı a dekrementac´ ı, (TCCR0). For details on (CS02:0) bits the Timer/Counter Control Register I clear: nulov´ an´ıand obsahu datov´ eho reg. TCNT0,and Timer/Counter1 Prescalers” on clock sources prescaler, see “Timer/Counter0 I clkpage hodinov´ y sign´ al ˇ c/ˇ c 0, T 0 - 87. I BOTTOM: signalizace dosaˇ zen´ı minim´ aln´ı hodnoty 0x00, I TOP: dosaˇ zen´ ı nejvyˇsˇs´ı hodnoty ˇ c´ıt´ an´ı 0xFF nebo hodnoty v komparaˇ cn´ım nter Unit The signalizace main part of the 8-bit Timer/Counter is the programmable bi-directional counter unit. Figure 28 shows a block diagram of the counter and its surroundings. registru. Figure 28. Counter Unit Block Diagram TOVn (Int. Req.)

DATA BUS

Clock Select count TCNTn

clear

Control Logic

clkTn

Edge Detector

direction ( From Prescaler ) BOTTOM

TOP

Signal description (internal signals): count

Obr´ aor zek: FunkceTCNT0 ˇ c´ıt´ an´by ıˇ c´1. ıtaˇ ce/ˇ casovaˇ ce. Increment decrement

direction

Select between increment and decrement.

clear

Clear TCNT0 (set all bits to zero).

clkTn

Timer/Counter clock, referred to as clkT0 in the following.

TOP

Signalize that TCNT0 has reached maximum value.

Tn

ˇ Casovaˇ c/ˇ c´ıtaˇ c 0, funkce ˇ casov´ an´ı (ˇ c´ıt´ an´ı) I

ˇ c 0 m˚ C/ˇ uˇze b´ yt ˇr´ızen vnitˇrn´ım zdrojem hodinov´ eho sign´ alu (lze zpomalit pomoc´ı pˇreddˇ eliˇ cky), nebo extern´ım sign´ alem pˇres pin T0. Tabulka: Nastaven´ı pˇreddˇ eliˇ cky 8bitov´ eho ˇ casovaˇ ce/ˇ c´ıtaˇ ce 0 v kontroln´ım registru TCCR0

CS02:0

Popis funkce

0b000 0b001 0b010 0b011 0b100 0b101 0b110 0b111

Hodinov´ y sign´ al odpojen, tj. ˇ casovaˇ c/ˇ c´ıtaˇ c 0 nepracuje. Bez pˇreddˇ eliˇ cky – fCPU . Pˇreddˇ eliˇ cka 8 – fCPU /8. Pˇreddˇ eliˇ cka 64 – fCPU /64. Pˇreddˇ eliˇ cka 256 – fCPU /256. Pˇreddˇ eliˇ cka 1 024 – fCPU /1 024. Extern´ı zdroj ˇr´ıdic´ıho sign´ alu, reakce na sestupnou hranu. Extern´ı zdroj ˇr´ıdic´ıho sign´ alu, reakce na n´ abˇ eˇznou hranu.

Ot´ azka Co je to pˇreteˇ cen´ı (anglicky: overflow)? Pˇr´ıklad Za jak dlouho dojde k pˇreteˇ cen´ı 8bitov´ eho ˇ c/ˇ c 0, je-li CS02:CS00=010 a fclk = 1 MHz?

ˇ Casovaˇ c/ˇ c´ıtaˇ c 0, funkce ˇ casov´ an´ı (ˇ c´ıt´ an´ı)

I

Doba pˇreteˇ cen´ı ”n” bitov´ eho ˇ casovaˇ ce tOVF , kde fCPU je frekvence hodinov´ eho sign´ alu j´ adra mikrokontrol´ eru a N je hodnota pˇreddˇ eliˇ cky: tOVF =

I

1 · N · 2n fCPU

(1)

Doba pˇreteˇ cen´ı ”n” bitov´ eho ˇ casovaˇ ce s nenulovou poˇ c´ ateˇ cn´ı hodnotou init: 1 tOVF = · N · (2n − init) (2) fCPU

agrams

shown as a clock enable signal in the following figures. The figures include information on when34. Interrupt Flags areTiming set. Figure 34 contains timing data for basic Timer/Counter Figure Timer/Counter Diagram, no Prescaling operation. The figure shows the count sequence close to the MAX value in all modes other than phase correct PWM mode.

V´ yznam pˇreddˇ eliˇ cky hodinov´ eho sign´ alu

clkI/O Figure 34. Timer/Counter Timing Diagram, no Prescaling clkTn

(clk clkI/O/1) I/O

TCNTn clkTn

MAX - 1

MAX

BOTTOM

BOTTOM + 1

MAX - 1

MAX

BOTTOM

BOTTOM + 1

(clkI/O /1)

TOVn TCNTn

TOVn35 shows the same timing data, but with the prescaler enabled. Figure Figure 35. Timer/Counter Timing Diagram, with Prescaler (fclk_I/O/8)

Figure 35 shows the same timing data, but with the prescaler enabled. clkI/O Figure 35. Timer/Counter Timing Diagram, with Prescaler (fclk_I/O/8)

clkTn

(clkI/O /8)

clkI/O

TCNTn clkTn

MAX - 1

MAX

BOTTOM

BOTTOM + 1

MAX - 1

MAX

BOTTOM

BOTTOM + 1

(clkI/O /8)

TOVn TCNTn

TOVn36 shows the setting of OCF0 in all modes except CTC mode. Figure

Obr´ azek: Rozd´ıl mezi rychlost´ı ˇ c´ıt´ an´ı bez pˇreddˇ eliˇ cky a s pˇreddˇ eliˇ cnou N = 8 Figure 36 shows the setting of OCF0 in all modes except CTC mode.

and waveform generation, see “Modes of Operation” on page 76. The Timer/Counter Overflow (TOV0) Flag is set according to the mode of operation ˇ by the WGM01:0 bits. TOV0acan used generating a CPU interrupt. Casovaˇ c/ˇ c´ıtaˇ c 0,selected funkce porovn´ v´ aben´ ı for(komparace)

Output Compare Unit

The 8-bit comparator continuously compares TCNT0 with the Output Compare Register

I

(OCR0). Whenever TCNT0 equals OCR0, the comparator signals a match. A match will Obsah registru OCR0 je pˇri kaˇzd´ e zmˇ enˇ e datov´ eho registru porovn´ av´ an pr´ avˇ e set the Output Compare Flag (OCF0) at the next timer clock cycle. If enabled (OCIE0 = Global Interrupt Flag in SREG is set), the Output Compare Flag generates an outs TCNT0. 1putandcompare interrupt. The OCF0 Flag is automatically cleared when the interrupt is

I

executed. Alternatively, the OCF0 Flag can be cleared by software by writing a logical Jestliˇze se obsahy obou registr˚ u rovnaj´ı, lze generovat pˇreruˇsen´ı (pokud je ˇr´ adnˇ e one to its I/O bit location. The waveform generator uses the match signal to generate an povoleno). output according to operating mode set by the WGM01:0 bits and Compare Output

I

for handling the special cases of the extreme values in some modes of operation (See Komparace lze snadno vyuˇz´ıt ke generov´ an´ı sign´ al˚ u, napˇr. pulsnˇ e ˇs´ıˇrkovou “Modes of Operation” on page 76.). modulaci (PWM – shows Pulse Width Figure 29 a block diagram Modulation). of the output compare unit.

mode (COM01:0) bits. The max and bottom signals are used by the waveform generator

Figure 29. Output Compare Unit, Block Diagram

DATA BUS

OCRn

TCNTn

= (8-bit Comparator ) OCFn (Int.Req.)

top bottom

Waveform Generator

OCn

FOCn

WGMn1:0

COMn1:0

Obr´ azek: Funkce porovn´ av´ an´ı ˇ casovaˇ ce/ˇ c´ıtaˇ ce. 2466M–AVR–04/06

73

ˇ Casovaˇ c/ˇ c´ıtaˇ c 0, funkce generov´ ani PWM

I I

Informace je PWM sign´ alem pˇren´ aˇsena promˇ ennou stˇr´ıdou obd´ eln´ıkov´ eho sign´ alu. Princip ˇ cinnosti: I I

pˇreteˇ cen´ı ˇ casovaˇ ce: vysok´ au ´roveˇ n generovan´ eho sign´ alu (zaˇ c´ atek periody), pˇri rovnosti datov´ eho a komparaˇ cn´ıho registru: n´ızk´ au ´roveˇ n (lze spouˇstˇ et pˇreruˇsen´ı).

255 OCR0

OCR0

TCNT0 0

OC0 (PB3) tOVF

tOVF

tOVF

tOVF

Obr´ azek: Princip generov´ an´ı PWM sign´ alu pomoc´ı zmˇ eny hodnoty komparaˇ cn´ıho registru 8bitov´ eho ˇ casovaˇ ce.

V´ ystupy generovan´ eho sign´ alu

Obr´ azek: Generov´ an´ı PWM sign´ alu u mikrokontrol´ eru ATmega16 – vliv pˇreddˇ eliˇ cky.



Obsluha pˇreruˇsen´ı v JSA

I

Pˇri pouˇzit´ı pˇreruˇsen´ı (i podprogram˚ u) je nutn´ e definovat z´ asobn´ık, tj. naplnit registrov´ y p´ ar SPH:SPL. Jedn´ a se o I/O registry (viz pˇredn´ aˇska o Instrukˇ cn´ı sadˇ e), proto se pouˇzije kombinace instrukc´ı LDI a OUT.

I

Bˇ eˇzn´ a praxe u ˇ c´ıslicov´ ych syst´ em˚ u: hlavn´ı ˇ c´ ast programu se zacykl´ı pomoc´ı nekoneˇ cn´ e smyˇ cky. Z n´ı se sk´ aˇ ce na obsluˇzn´ e programu pouze pˇri pˇr´ıchodu poˇzadavku na pˇreruˇsen´ı. Vektory pˇreruˇsen´ı pouˇzit´ e v uk´ azce – plat´ı pro ATmega16:

I

I I I

0x0000 – reset, 0x0002 – extern´ı poˇzadavek na pˇreruˇsen´ı INT0, 0x001C – byl dokonˇ cen A/D pˇrevod.

Obsluha pˇreruˇsen´ı v JSA

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

. include <m16def . inc> . cseg . org 0 x0000 RJMP reset . org 0 x0002 RJMP tlacitko . org 0 x001C RJMP ad_prevod

; ; ; ; ; ; ; ;

def . soubor mikrokontrol´ e ru ATmega16 pamˇ e t’ ov´ y segment Flash uloˇ z od adresy 0 x0000 skoˇ c na n´ a vˇ eˇ s t´ ı reset vektor pˇ r eruˇ s en´ ı INT0 skoˇ c na n´ a vˇ eˇ s t´ ı tlacitko vektor pˇ r eruˇ s en´ ı A / D pˇ r evodn´ ı ku skoˇ c na n´ a vˇ eˇ s t´ ı ad_prevod

. org 0 x002A reset : LDI R16 , high ( RAMEND ) ... ... SEI

; ; ; ;

loop : RJMP loop

; nekoneˇ c n´ a smyˇ c ka ; skok na n´ a vˇ eˇ s t´ ı loop

tlacitko : ... RETI

; obsluha pˇ r eruˇ s en´ ı INT0 ; ukonˇ c en´ ı obsluhy pˇ r eruˇ s en´ ı

ad_prevod : ... RETI

; obsluha pˇ r eruˇ s en´ ı A / D pˇ r evodn´ ı ku ; ukonˇ c en´ ı obsluhy pˇ r eruˇ s en´ ı

; uloˇ z od adresy 0 x002A definice dokonˇ c it naplnˇ e n´ ı glob´ a ln´ ı

z´ a sobn´ ı ku , tj . naplnˇ e n´ ı registr˚ u SPH : L definov´ a n´ ı z´ a sobn´ ı ku I / O registr˚ u pro INT a A / D povolen´ ı vˇ s ech pˇ r eruˇ s en´ ı

Obsluha pˇreruˇsen´ı v jazyce C

I

Pro vyuˇzit´ı pˇreruˇsen´ı v jazyce C je nutn´ e vloˇzit hlaviˇ ckov´ y soubor interrupt.h.

I

Nen´ı nutn´ e definovat z´ asobn´ık; respektive udˇ el´ a to pˇrekladaˇ c. Rovnˇ eˇz nen´ı nutn´ e zn´ at konkr´ etn´ı adresy vektor˚ u pˇreruˇsen´ı. Obsluhy pˇreruˇsen´ı pˇredstavuj´ı vˇzdy makra ISR (anglicky: Interrupt Service Routine) se vstupn´ım parametrem, kter´ y identifikuje zdroj pˇreruˇsen´ı:

I

I I I I

INT0 vect – extern´ı pˇreruˇsen´ı, ADC vect – pˇreruˇsen´ı od A/D pˇrevodn´ıku, ...

(Vˇsechny informace a uk´ azky vyuˇz´ıvaj´ı pˇrekladaˇ ce GCC s knihovnou avr-libc.)

Parametry makra obsluhy pˇreruˇsen´ı ISR() pro ATmega16 ˇ C.

Adresa

Parametr v C (GCC)


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

0x0000 0x0002 0x0004 0x0006 0x0008 0x000A 0x000C 0x000E 0x0010 0x0012 0x0014 0x0016 0x0018 0x001A 0x001C 0x001E 0x0020 0x0022 0x0024 0x0026 0x0028

INT0 vect INT1 vect TIMER2 COMP vect TIMER2 OVF vect TIMER1 CAPT vect TIMER1 COMPA vect TIMER1 COMPB vect TIMER1 OVF vect TIMER0 OVF vect SPI STC vect USART RXC vect USART UDRE vect USART TXC vect ADC vect EE RDY vect ANA COMP vect TWI vect INT2 vect TIMER0 COMP vect SPM RDY vect

Extern´ı reset, pˇripojen´ı nap´ ajen´ı. Extern´ı poˇzadavek na pˇreruˇsen´ı 0. Extern´ı poˇzadavek na pˇreruˇsen´ı 1. ˇ Casovaˇ c/ˇ c´ıtaˇ c 2 – shoda komparace. ˇ Casovaˇ c/ˇ c´ıtaˇ c 2 – pˇreteˇ cen´ı. ˇ Casovaˇ c/ˇ c´ıtaˇ c 1 – zachycen´ı. ˇ Casovaˇ c/ˇ c´ıtaˇ c 1 – shoda s kompar´ atorem A. ˇ Casovaˇ c/ˇ c´ıtaˇ c 1 – shoda s kompar´ atorem B. ˇ Casovaˇ c/ˇ c´ıtaˇ c 1 – pˇreteˇ cen´ı. ˇ Casovaˇ c/ˇ c´ıtaˇ c 0 – pˇreteˇ cen´ı. Dokonˇ cen´ı s´ eriov´ eho pˇrenosu SPI. USART – kompletn´ı pˇr´ıjem dat. USART – pr´ azdn´ y datov´ y registr. USART – kompletn´ı vysl´ an´ı dat. ADC – dokonˇ cen´ı A/D pˇrevodu. EEPROM – komunikace pˇripravena. Zmˇ ena v´ ystupu analogov´ eho kompar´ atoru. Ud´ alost na s´ eriov´ e sbˇ ernici I2C. Extern´ı poˇzadavek na pˇreruˇsen´ı 2. ˇ Casovaˇ c/ˇ c´ıtaˇ c 0 – shoda komparace. Uloˇzen´ı do programov´ e pamˇ eti pˇripraveno.

Obsluha pˇreruˇsen´ı v jazyce C

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

#i n c l u d e #i n c l u d e ...

// h l a v i ˇ ckov´ y s o u b o r p r o MCU // h l a v i ˇ ckov´ y s o u b o r p r o pˇr e r u ˇs e n´ı // pˇr´ıp a d n ´ e d a l ˇs´ı k n i h o v n y

ISR ( INT0_vect ) { ... }

// o b s l u h a e x t e r n´ıh o pˇr e r u ˇs e n´ı INT0 // k´ o d o b s l u h y pˇr e r u ˇs e n´ı

ISR ( ADC_vect ) { ... }

// o b s l u h a pˇr e r u ˇs e n´ı A/D pˇr e v o d n´ık u // k´ o d o b s l u h y pˇr e r u ˇs e n´ı

i n t main ( v o i d ) { ... sei ( ) ; while ( 1 ) ; return ( 1 ) ; }

// // // //

k´ o d h l a v n´ı f u n k c e glob´ a l n´ı p o v o l e n´ı vˇs e c h pˇr e r u ˇs e n´ı n e k o n eˇ cn´ a smyˇ c ka h l a v n´ı f u n k c e v r a c´ı h o d n o t u 1

Ústav radioelektroniky. Mikroprocesorová technika a embedded systémy. doc. Ing. Tomáš Frýza, Ph.D

Recommend Documents