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 () 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.

 

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. 2.15. Косвенная 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

 

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

 

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.

.BYTE — резервирует 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

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 () 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 . 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 , 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: ).

AVReAl — программатор At90sXXXX через LPT.

Новые версии, описание и FAQ лежат на

;

.

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. (). 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

.

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 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, 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. .

-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).

-Ь — 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 — список fuses для тех чипов, в которых они шьются по ISP.

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 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 .

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.

 

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

 

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: ).

 

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: ).

 

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: ).

 

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: ).

 

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: ).

 

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: ).

 

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: ).

 

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: ).

 

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: ).

 

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: ).

 

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 Time 1; 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: ).