Mikroprocesory i Mikrosterowniki

Transkrypt

1 Mikroprocesory i Mikrosterowniki Wykład 1 Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki dr inż. Piotr Markowski Na prawach rękopisu. Na podstawie dokumentacji ATmega8535,

2 Konsultacje Pn, 11-13, 143/M11 Śr, 11-13, 143/M11

3 Materiały

4 Warunki zaliczenia odpowiedź ustna termin 0: test wyboru (warunek pozytywny wynik kartkówek)

5 Treść kursu Mikroprocesory i mikrokontrolery Programowanie mikrokontrolerów na przykładzie 8-bitowego układu ATmega8535 (ATMEL) Asembler

6 Literatura R. Pełka Mikrokontrolery architektura, programowanie, zastosowania P. Górecki Mikrokontrolery dla początkujących J.M. Sibigtroth Zrozumieć małe mikrokontrolery J. Doliński Mikrokontrolery AVR w praktyce R. Baranowski Mikrokontrolery AVR ATmega w praktyce (dokumentacja!)

7 Plan wykładu Mikroprocesory i mikrokontrolery Architektura mikrokontrolera na przykładzie AVR Lista instrukcji AVR Urządzenia peryferyjne AVR Wybrane interfejsy komunikacyjne Wybrane układy zewnętrzne

8 Mikrokontroler (mikrosterownik) definicja MCU (MicroController Unit) Jest scalonym układem cyfrowym, który oprócz wbudowanej jednostki centralnej CPU posiada zintegrowaną pamięć oraz układy wspomagające. Mikrokontroler stanowi całkowicie autonomiczny system mikroprocesorowy, który do pracy nie wymaga układów zewnętrznych. Ma rozbudowany system komunikacji z otoczeniem.

9 Mikrokontroler - zastosowania Mikrosystem Magistrala komunikacyjna Czujniki Mikrokontroler Magistrala komunikacyjna Aktuatory

10 Mikrokontroler - budowa CPU Central Processing Unit mikroprocesor jednostka centralna serce MCU mogą być różne CPU: architektury magistrale (8,16-bit...) rodziny MCU Pamięć: - programu - danych

11 Mikrokontroler - budowa Pamięć programu (dysk twardy MCU) program Pamięć danych (RAM) rejestry + RAM np. 8 kb 32 kb H A R V A R D np. 32 rej. uniwersalne 8-bitowe np. 64 rej. specjalne 8-bitowe np. 512 bajtów SRAM RAZEM 608 B

12 Mikrokontroler - budowa Porty WE / WY do komunikacji z otoczeniem np. 32 nóżki podzielone na 4 porty (4 x 8)

13 Mikrokontroler - budowa Układy peryferyjne Magistrala danych Magistrala instrukcji Magistrala sterująca ADC czujniki komparator obsługa przerwań interfejsy komunikac. pamięć ROM liczniki RTC WDT

14 Mikrokontroler - budowa RESET Układ taktujący K W A R C ZASILANIE

15 ATmega8535

16 Specyfikacja ATmega8535 Mikrokontroler 8-bitowy Architektura RISC 132 instrukcje w większości wykonywane w 1 cykl zegarowy 32 rejestry uniwersalne, 8-o bitowe - 64 rejestry specjalne do 16 MIPS przy 16 MHz wbudowany układ mnożący RISC (Reduced Instruction Set Computer) - architektura typu Harvard (oddzielone szyny danych i rozkazów) - przetwarzanie potokowe - zredukowana lista instrukcji - instrukcje mogą operować na dowolnym rejestrze uniwersalnym - ograniczenie komunikacji między pamięcią, a procesorem

17 Specyfikacja ATmega8535 c.d. Nieulotna pamięć programu i danych 8 KB pamięci Flash EEPROM Wytrzymałość: cykli zapis/odczyt Obszar pamięci boot-owalnej 512 bajtów EEPROM Wytrzymałość: cykli zapis/odczyt 512 Bytes Internal SRAM Programowalne zabezpieczenie kodu programu (Lock Bits) 32 programowalne wejścia/wyjścia (porty I/O)

18 Specyfikacja ATmega8535 c.d. Urządzenia peryferyjne Dwa 8-o bitowe liczniki (Timer/Counters) 2^8 Jeden licznik 16-o bitowy 2^16 Programowalny Watchdog (licznik specjalny) PWM (Pulse Width Modulation) 10-o bitowy konwerter analogowo-cyfrowy (ADC) Komparator analogowy Magistrala szeregowa Two-wire (I2C) Magistrala szeregowa USART Magistrala szeregowa SPI (tryby Master/Slave)

19 Specyfikacja ATmega8535 c.d. Opcje specjalne Brown-out Detector Wewnętrzny oscylator RC Możliwość taktowania ze źródła zewnętrznego Przerwania wewnętrzne i zewnętrzne Sześć trybów uśpienia Napięcia zasilania: V dla ATmega8535L V dla ATmega8535

20 Rejestry

21 Rejestry Podstawowe elementy mikrokontrolera. Każde urządzenie wewnętrzne µc ma przypisane do siebie specjalne rejestry sterujące jego pracą.

22 Rejestry Przykładowy rejestr specjalny: start/stop prescaler ExaReg on/off przerwanie on/off SREG = Status Register DDRA = Data Direction Register TCCR0 = Timer/Counter Control Register 0 GICR = General Interrupt Control Register

23 Rejestry uniwersalne Brak bezpośredniego dostępu do rej. specjalnych Dostęp pośredni przez dowolny rejestr uniwersalny rej. specjalny rej. uniwersalny wartość R0 R31 dowolny rejestr uniwersalny TCCR0 wybrany rejestr specjalny

24 Rejestry Rejestry specjalne: do sterowania urządzeniami wewnętrznymi - 64 szt. (str. 299) - nazwy to skróty (SREG = Status Register) Rejestry uniwersalne: - do wykonywania operacji (arytmetycznych, logicznych itp.) - 32 szt. - nazwy: R0 R31

25 Programowanie

26 Programowanie KOD MASZYNOWY ASEMBLER LDI R16, 100 LDI R17, 50 ADD R16, R17 OUT PORTA, R16 JĘZ. POZIOMU ŚRED. / WYS. PORTA:= R16+R17 (C, BASCOM) LISTA INSTRUKCJI µp.... asemblacja kompilacja

27 Programowanie PROGRAM (PC) Kompilacja Asemblacja µc FLASH EEPROM ELECTRICAL ERASABLE PROGRAMABLE READ ONLY MEMORY PAMIĘĆ PROGRAMU

28 Programowanie Kod op Arg. 1 (9) Arg. 2 RAM

29 Porty I/O

30 Porty I/O A: B: C: D: DDRA DDRB DDRC DDRD PORTA PORTB PORTC PORTD PINA PINB PINC PIND PA0 PA7,, PD0 PD7 DDR Data Direction Register ( 1 =WY, 0 =WE) PORT gdy WY (wysyłanie 1 lub 0 ) PIN gdy WE (tylko do odczytu)

31 Jak to zrobić, żeby: 1) wysłać z µc na zewnątrz sygnał (port C)? DDRC: PORTC: PINC: 2) sczytać sygnał podany z zewnątrz na port C? DDRC: PORTC: PINC: 3) ustawić 6 najstarszych jako WY, reszta jako WE; wysłać i sczytać PC0, PC1? DDRC: PORTC: PINC: zajrzeć do środka xx zajrzeć do środka

32 Porty I/O Port wejściowy (DDR 0) minimalna wydajność prądowa pobiera informacje wymaga zabezpieczenia przed zakłóceniami Port wyjściowy (DDR 1) wydajność prądowa 20 ma wysyła informacje

33 PULL-UP Wejścia są podciągnięte do 1 logicznej C: Vcc DDR 0 PORT DDRC PORTC pull-up register MCU PINC I/O logic

34 Lista instrukcji AVR (zob. wykład Instrukcje, tryby adresowania )

35 Przykładowe zagadnienia sprawdzające 1. Mikrokontroler definicja. 2. Mikrokontroler vs. Mikroprocesor różnice. 3. Mikrokontroler ogólna budowa wewnętrzna. 4. Rodzaje pamięci półprzewodnikowych (RAM, ROM, EEPROM, itp.), podstawowe cechy. 5. Podział pamięci w mikrokontrolerze: p. danych, p. programu, rejestry funkcje. 6. Rejestry mikrokontrolera podział, funkcje, cechy, sposoby dostępu, stos. 7. Funkcje wybranych rejestrów specjalnych (PC, SP, SREG, DDRx, PORTx, PINx). 8. PULL-UP. 9. Konwersja kodów liczbowych: NKB, U2, szesnastkowo-dziesiętny.