Иванов, Югай. Микропроцессорные устроиства систем управления

чены для памяти .CSEG). Эти директивы необходимы в связи с использо­ ванием трех раздельных адресных пространств в памяти микроконтролле­ ров AVR. Вместе с директивой .ORG k определяют конкретные физиче­ ские адреса ячеек памяти для хранения кодов программы:

.ORG $090 repADl: nop

В приведенном примере коды будут записаны в памяти программ (.CSEG); метка more и код этой строки записываются по адресу $120, последующие коды - в следующие по порядку ячейки памяти. Вторая директива .ORG $090 указывает, что код, соответствующий метке repADl, компилятор должен разместить по адресу $090.

Директивы .DB (определить байты), .DW (определить слова) позволяют записать в память программ или EEPROM массивы однобайтных или двух­ байтовых констант соответственно. Могут использоваться метки для ссы­ лок на адреса памяти, по которым директивы записывают константы. Вме­ сте с директивой ORG позволяют задавать конкретные физические адреса памяти для хранения констант. Директивы DB и DW должны содержать список констант, разделенных запятыми:

.ESEG

const!: . DB 02, 255, ObOlOWlOl, -128, Охаа

.CSEG

.ORG $380

led:. DW $063/, $4f5b, 6d66, a77d, $0000

91

лические имена, назначаемые специальными файлами для каждой модели микроконтроллера.

Полезными при подготовке текстов программ могут быть директивы

.NOLIST (исключить из листинга), .LIST (включить в листинг). Эти ди­ рективы не содержат операндов и позволяют исключить из листинга про­ граммы текст, находящийся ниже директивы .NOLIST и выше директивы

.LIST. Например, целесообразно исключать из листинга программы файл определения стандартных символических имен 8535def.inc, так как он не содержит исполняемых кодов и занимает в листинге объем нескольких страниц текста.

Компилятор позволяет использовать в тексте программ выражения, ко­ торые могут состоять из операндов, операторов и функций. Формат выра­ жений - 4 байта, т.е. они могут содержать значения переменных, уклады­ вающихся в 4-х байтовый диапазон.

Операндами в выражениях могут быть числа; символические имена, оп­ ределенные директивами .SET и .EQU; метки программы (каждая метка в тексте программы соответствует определенному числу - физическому ад­ ресу памяти); PC - текущее состояние программного счетчика.

Над операндами в выражениях можно выполнять различные математи­ ческие операции, задаваемые операторами. Операторы имеют стандартные для компьютерных приложений обозначения:

•арифметические операторы: + , - , * , / ;

Элементы выражений (операнды с операторами) могут быть заключены в круглые скобки, как и в любых математических преобразованиях.

Выражения могут быть аргументами следующих функций:

•LOW(выpaжeниe) - младший байт выражения,

•НЮН(выражение) - второй байт выражения,

•ВУТЕ2(выражение) то же что и функция HIGH,

•ВYTE3(выражение) - третий байт выражения,

•ВУТЕ4(выражение) - четвёртый байт выражения,

•L\¥ЮЗ(выражение) - биты 0-15 выражения,

•Н\^1Ш(выражение) - биты 16-31 выражения,

•РАСЕ(выражение) - биты 16-21 выражения,

•ЕХР2(выражение) - 2 в степени (выражение),

•ЬОС2(выражение) - целая часть 1о§2(выражение).

93

Очевидно, что назначение команды с константой в форме выражения бо­ лее понятно, чем с константой в виде числа 0x11.

Для команды Ipm адрес FLASH указывается в регистре Z со сдвигом на 1 разряд, так как младший бит регистра Z определяет байт, который передается по этой команде из FLASH в гО (1 - старший байт, 0 - младший байт). Если адрес FLASH задан меткой (например, меткой ledbcd), про­ грамма чтения из FLASH будет следующая:

Примеры показывают, что использование выражений делает текст про­ граммы более наглядным и освобождает от необходимости вычисления па­ раметров для команд вручную.

94

5. РЕАЛИЗАЦИЯ ТИПОВЫХ ФУНКЦИЙ

При подготовке программ необходимо учитывать, что многие стандарт­ ные задачи могут решаться или встроенными аппаратными средствами микроконтроллера, или программно (процессором микроконтроллера под управлением соответствующей программы). В предыдущих главах приве­ дено описание всех устройств микроконтроллера и показано, что аппарат­ ные ресурсы, их режимы и параметры предназначены для выполнения опе­ раций преобразования и формирования сигналов, которые часто использу­ ются в задачах управления техническими объектами.

Использование аппаратных средств для реализации стандартных функ­ ций, как правило, намного эффективнее. Во-первых, ресурсы процессора освобождаются для реализации других необходимых функций, а это при­ водит и к повышению быстродействия, и к уменьшению объемов рабочих программ. Во-вторых, различные аппаратные средства работают парал­ лельно и независимо друг от друга, самостоятельно выполняя необходимые функции, и это также повышает быстродействие и существенно расширяет функциональные возможности. В-третьих, система векторных прерываний позволяет достаточно просто организовать корректное взаимодействие и управление всеми ресурсами из рабочей программы микроконтроллера.

При составлении алгоритмов решения задач рекомендуется придержи­ ваться следующей последовательности:

1.Определить функции и состав средств микроконтроллера, необходимых для решения задачи, отдавая предпочтение аппаратной реализации тре­ буемых функций.

2.Для выбранных средств реализации определить необходимые рабочие режимы, параметры этих режимов, процедуры инициализации, средства и процедуры организации взаимодействия, а также необходимые для управления и координации работы ресурсы.

3.В начальной части рабочей программы описать вектора прерываний и процедуры инициализации с указанием режимов и параметров для всех используемых аппаратных средств микроконтроллера.

4.В основной части программы организовать выполнение всех программ­ но реализуемых функций, включая процедуры взаимодействия как аппаратно реализуемых, так и программно реализуемых функций.

5.Дополнить основную программу подпрограммами обслуживания векто­ ров прерываний, необходимых для программной поддержки работы ап­ паратных средств.

6.Проверить корректность работы всех средств, используемых для реше­ ния задачи. Конфликты между параллельно работающими средствами микроконтроллера наиболее часто могут возникать из-за конкуренции

95

при использовании общих ресурсов (регистров общего назначения, яче­ ек памяти данных, времени работы процессора и т.п.).

Предварительная проверка рабочей программы производится компиля­ тором при ассемблировании и симулятором инструментального пакета AVR Studio. Необходимо учитывать, что компилятор проводит только син­ таксический контроль текста программы, а моделирование работы аппа­ ратных средств симулятором возможно в весьма ограниченных пределах.

5.1. Примеры программ для микроконтроллеров AVR

Далее приводятся примеры программ для реализации стандартных функций.

Пример 1. Передать в последовательном формате из микроконтроллера во внешний регистр 4 байта данных, находящихся в RAM по адре­ сам: $060, $061, $062, $063, с формированием для внешнего ре­ гистра сигнала завершения цикла передачи - load.

Вариант "а". Задачу передачи данных в последовательном формате можно решить использованием интерфейса микроконтроллера SPI, для ад­ ресации данных в ОЗУ целесообразно использовать один из регистров кос­ венной адресации, например, регистр X.

Для передачи данных необходимо определить в SPI режим master с формированием сигналов SCK (PB7), MOSI (PB5). Вход MISO (PB6) в дан­ ной задаче не используется, сигнал завершения цикла может быть сформи­ рован только программно на одном из выходов, например, РВ4. Регистр управления интерфейса SRCR должен быть инициализирован следующим образом: 0Ь01011100, старший бит SPIE этого регистра должен программно устанавливаться в начале цикла и очищаться в конце цикла. Необходимо также использовать вектор прерывания SPITC с адресом $00а.

В приведенном далее тексте программы начальная часть, как и во всех последующих примерах программ, содержит файл определения символиче­ ских имен и обязательную процедуру инициализации стека. Текст про­ граммы (и всех остальных программ) записан в соответствии с требова­ ниями компилятора.

; программа примера 1, вариант "а"

.NOLIST

.INCLUDE "8535def.inc"

.LIST

.DEFtemp = г 16 определить символическое имя temp регистру г16

.CSEG

.ORG $000

rjmp init прерывание по reset

.ORG $00a

96

;запуск цикла с выводом первого байта в последовательном формате

;бессодержательный бесконечный цикл, может быть заменен любой

;программой

В этом варианте программы в течение цикла выдачи 4-х байт данных в последовательном формате процессор используется для запуска цикла (метка start - 6 команд), три раза для обслуживания прерывания (метка spite - 5 команд) и для завершения цикла (метки spite, end - 6 команд). То есть для решения задачи требуется всего 27 команд, остальные операции реали­ зуется аппаратно.

97

Процедура вывода данных может быть запущена программно командой передачи управления на метку start в любой момент времени после завер­ шения цикла. Пока работает интерфейс SPI можно программно реализовать параллельное выполнение других функций. В приведенном примере это отражено бессодержательным циклом (метка main), который можно заме­ нить какой-либо прикладной программой.

Вариант "б". Задачу передачи данных в последовательном формате можно решить программно, передавая на те же выходы порта В программ­ но формируемые сигналы, для адресации данных в RAM также будем ис­ пользовать регистр косвенной адресации X.

; программа примера 1, вариант "б"

.NOLIST

.INCLUDE "8535def.inc"

.LIST

;запуск цикла с выводом первого байта в последовательном формате

98

; бессодержательный бесконечный цикл, может быть заменен любой про­ граммой

main: nop rjmpmain

В варианте программной реализации фрагмент программы для вывода ка­ ждого бита (метка bit - 9 команд) повторяется 32 раза, фрагмент запуска цикла (метка start - 3 команды) и завершения цикла (метка end - 4 коман­ ды) - 1 раз, фрагмент подготовки байта для вывода (метка byte - 2 коман­ ды) - 4 раза, т.е. необходимо выполнить 303 команды.

Таким образом, вариант программной реализации по объему операций, выполняемых процессором, существенно больше и, самое главное, полно­ стью загружает процессор, не позволял параллельно с выводом данных вы­ полнять какие-либо другие функции.

Пример 2. Выполнить преобразование аналоговых сигналов, поступающих на входы РАО, РА1, РА2 и РАЗ, в цифровой код; преобразовать выходные коды АЦП в 8-битовый формат, пренебрегая значе­ ниями младших разрядов; записать полученные коды в ОЗУ по адресам: $060, $061, $062, $063.

Для решения задачи будем использовать АЦП в режиме однократного преобразования с повышенной тактовой частотой, так как младшие разря­ ды выходного кода АЦП не используются. Вектор прерывания АЦП необ­ ходимо использовать для приема и обработки выходного кода АЦП. Номер бита порта А, с которого поступает сигнал для преобразования, определя­ ется регистром ADMUX. Для адресации будем использовать регистр X.

99