7.4.4. Выполнение программы
При включении напряжения питания, а также после сброса микроконтроллера в счетчик команд PC автоматически загружается значение 0x0000- это адрес вектора сброса. По этому адресу в памяти программ находится команда безусловного перехода к инициализационной части программы - к подпрограмме обработки сброса, команды которой программно осуществляют сброс регистра состояния SREG и установку указателя стека SP. Если в программе не используются прерывания, то эта подпрограмма может начинаться непосредственно с адреса 0x0001. При нормальном выполнении программы содержимое счетчика команд автоматически увеличивается на 1 или 2 (в зависимости от выполняемой команды) в каждом машинном цикле.
Адрес команды, размещенный в счетчике команд PC (рис.7.2 ), выставляется на шину адреса и по этому адресу из памяти программ производится выборка кода команды. Код команды записывается в регистр команд и по адресному полю команды инициируется соответствующий РОН (или область памяти ОЗУ), операционное поле команды анализируется дешифратором со схемой управления выполнением команд и на этой основе формируются управляющие сигналы, поступающие через шину управления в обрабатывающую часть МК (АЛУ и др.). Как уже отмечалось, все РОН непосредственно доступны АЛУ. Такое решение позволяет АЛУ выполнять одну операцию (извлечение операнда из регистрового файла, выполнение команды и запись результата обратно в регистровый файл) за один машинный цикл T (рис. 7.15). Длительность машинного цикла составляет один период T системного тактового сигнала МК.
.
Рис. 7.15.
В
МК при выполнении программы реализован
так называемый двухуровневый конвейер.
Работа этого конвейера в течение машинных
циклов показана на рис. 7.16. Во время
первого машинного цикла происходит
вы-
Рис. 7.16
борка команды и ее декодирование. Во время второго цикла эта команда выполняется, а параллельно происходит выборка и декодирование второй команды и т. д. В результате фактическое время выполнения команды получается равным одному машинному циклу.
7.4.5. Порты ввода/вывода
Каждый порт МК (их всего семь) состоит из восьми выводов, через которые МК может осуществить прием и передачу сигналов. Задание направления передачи данных через любой контакт вывода может быть произведено программно в любой момент времени.
Обращение
к портам (рис. 7.12) производится через
регистры ввода/вывода. Под каждый порт
ввода-вывода PORTx
в адресном пространстве ввода/вывода
(рис. 7.14) зарезервировано 3 адреса, по
которым размещены следующие регистры:
регистр данных PORTx,
регистр направления данных DDRx
и регистр вывода PINx.
Действительные названия регистров
получаются подстановкой названия порта
вместо символа x,
соответственно регистры порта A
называются
PORTA,
DDRA,
PINA,
порта
B
- PORTB,
DDRB,
PINB
и т. д. Поскольку с помощью регистров
PINx
осуществляется доступ к физическим
значениям сигналов на выводах порта,
они доступны только для чтения, тогда
как остальные два регистра доступны и
для чтения и для записи. Упрощенная
структура одного из каналов порта
ввода-вывода приведена на рис. 7.17. Каждому
выводу n
порта PORTx
соответствуют три разряда
Рис. 7.17
регистров ввода/вывода: PORTxn, DDRxn и PINxn. Действительные названия разрядов регистров получаются подстановкой названия порта вместо символа x и номера разряда вместо символа n. Порядковый номер вывода порта соответствует порядковому номеру разряда регистров этого порта.
Разряд n регистра DDRx определяет направление передачи данных через контакт (вывод) Pxn. Если этот разряд установлен в «1», то вывод Pxn является выходом, если же сброшен в «0» - входом.
Разряд PORTxn регистра PORTx выполняет двойную функцию. Если вывод Pxn функционирует как выход (DDxn=1), этот разряд определяет состояние вывода порта PORTx, если разряд PORTxn, установлен в «1», на выводе Pxn устанавливается напряжение высокого уровня, если же разряд сброшен в «0», на выводе Pxn устанавливается напряжение низкого уровня.
Если же вывод Pxn функционирует как вход (DDRxn=0), то драйвер Dr переходит в так называемое высокоимпедансное состояние «z», при котором его выход как бы электрически изолируется от других участков цепи. Если в этом случае разряд PORTxn установлен в «1», то схема управления внутренним резистором R подключает его к напряжению источника питания Uи.п. и вывод Pxn становится источником тока.
Состояние вывода МК независимо от установок разряда DDRxn может быть получено путем чтения разряда PINxn регистра PINx.