содержание .. 1 2 3 4 5 ..

Микроконтроллеры для систем автоматики - часть 4

Окончание табл. 3.1.

I/O адрес (SRAM

адрес)

Имя

Функция регистра

$18 ($38)

PORTB

Data Register, Port B

$17 ($37)

DDRB

Data Direction Register, Port B

$16 ($36)

PINB

Input Pins, Port B

$15 ($35)

PORTC

Data Register, Port C

$14 ($34)

DDRC

Data Direction Register, Port C

$13 ($33)

PINC

Input Pins, Port C

$12 ($32)

PORTD

Data Register, Port D

$11 ($31) DDRD

Data Direction Register, Port D

$10 ($30)

PIND

Input Pins, Port D

$0F ($2F)

SPDR

SPI I/O Data Register

$0E ($2E)

SPSR

SPI Status Register

$0D ($2D)

SPCR

SPI Control Register

$0C ($2C)

UDR

UART I/O Data Register

$0B ($2B)

UCSRA

UART Control and Status Register A

$0A ($2A)

UCSRB

UART Control and Status Register B

$09 ($29)

UBRR

UART Baud Rate Register

$08 ($28)

ACSR

Analog Comparator Control and Status Register

$07 ($27)

ADMUX

ADC Multiplexer Select Register

$06 ($26)

ADCSR

ADC Control and Status Register

$05 ($25)

ADCH

ADC Data Register High

Зарезервированные (не указанные в таблице) адреса при программировании

микроконтроллера ATmega163 использовать не допускается.

Е Г И С Т Р С О С Т О Я Н И Я

Регистр состояния (Status register) предназначен для хранения отдельных

признаков результата, полученного при выполнении различных арифметических и
логических

операций

арифметико-логическом

устройстве.

Регистр

обычно

рассматривается состоящим из отдельных бит (флагов), каждый из которых несет в себе
определенную информацию о каком либо одном признаке результата. Типовыми флагами
регистра состояния являются:

флаг переноса (Carry) – устанавливается при возникновении переноса из
старшего разряда результата;

флаг  переполнения  (Overflow)  – устанавливается  при  переполнении
разрядной  сетки;  при  алгебраическом  сложении  двух  двоичных  чисел
признаком  переполнения  является  наличие  переноса  в  знаковый  разряд
суммы  при  отсутствии  переноса  из  её  знакового  разряда  (положительное
переполнение)  или  наличие  переноса  из  знакового  разряда  суммы  при
отсутствии  переноса  в  её  знаковый  разряд  (отрицательное  переполнение);
если  и  в  знаковый,  и  из  знакового  разряда  суммы  есть  переносы  или  нет
этих обоих переносов, то переполнение отсутствует.

флаг  отрицательного  результата  (Negative) - устанавливается,  когда
результат  операции  является  отрицательным  числом;  отрицательным
обычно  считается  число,  содержащее  единицу  в  знаковом  (старшем)
разряде.

флаг нулевого результата (Zero) – устанавливается, когда результат
операции равен нулю;

флаг полупереноса (Half Overflow) – устанавливается при возникновении
переноса из младшей тетрады 8-битного числа в старшую (из третьего
разряда в четвертый).

Разрядность регистра состояния обычно равна разрядности ядра, но некоторые его

биты могут быть не задействованы или задействованы в работе других узлов ядра.

Например, 8-битный регистр состояния ядра AVR (SREG – Status register) размещен

в пространстве регистров ввода/вывода (табл. 3.1) по адресу $3F ($5F) и его биты
определяются в соответствии с рис. 3.4.

7 6 5 4 3 2 1 0

SREG $3F

($5F) I

Рис. 3.4. Регистр состояния ядра AVR

Бит 7 – I (Global Interrupt Enable) - бит разрешения глобального прерывания.
Для разрешения прерывания должен быть установлен в состояние 1. Работа
бита будет рассмотрена позднее.

Бит 6 – T (Bit Copy Storage) - бит сохранения копии. Ряд инструкций
копирования используют его как бит-источник или бит-приемник.

Бит 5 – H (Half Carry Flag) - флаг полупереноса.

Бит 4 – S (Sign Bit, S = N V) - флаг знака. Бит S всегда находится в
состоянии, определяемом операцией исключающего ИЛИ (exclusive OR)
между флагом отрицательного значения N и флагом переполнения V.

Бит 3 – V (Two’s Complement Overflow Flag) – флаг переполнения
(дополнения до двух).

Бит 2 – N (Negative Flag) - флаг отрицательного значения..

Бит 1 – Z (Zero Flag) - флаг нулевого значения.

Бит 0 – C (Carry Flag) - флаг переноса.

Т Е К

Стек – память данных, организованная по принципу: последний зашел – первый

вышел (LIFO - Last In - First Out). Такая память предназначается, обычно, для оперативного
сохранения содержимого отдельных регистров при переходах к подпрограммам. Одним из
таких регистров является программный счетчик. Извлечение из стека содержимого
регистров производится в порядке, обратном порядку записи. Запись в стек и извлечение из
стека не требует знания адреса ячеек памяти, в которые записываются данные.

Стек может быть организован либо в специально созданных в ядре ячейках памяти,

либо  в  области SRAM. В  последнем  случае  в  ядре  предусматривается  специальный
регистр – указатель  стека  (Stack Pointer).  Указатель  стека  хранит  адрес  последней
записанной  ячейки  памяти  в  области  стека.  Поскольку  при  последовательной  записи
адреса  ячеек  всегда  изменяются  последовательно  в  сторону  уменьшения,  а  при

изображении памяти SRAM ячейки с меньшими номерами рисуются сверху, то говорят, что
стек при записи растет вверх.

Количество ячеек памяти (количество уровней стека), которые используются в

стеке для хранения данных, именуется глубиной стека. Глубина стека в различных
архитектурах ядра может быть различна: от 2-х ячеек до размера SRAM. Например, в ядре
PIC12 фирмы Microchip заложен 2-х уровневый стек, разрядность ячеек которого равна
разрядности памяти программ (12 бит), а в ядре PIC16 той же фирмы - 8 уровневый стек с
разрядностью ячеек 13 бит.

В микроконтроллерах AVR стек организуется в памяти данных типа SRAM.

Например,  микроконтроллер  ATmega163  оснащен  16-разрядным  указателем  стека,
размещенным  в  двух  регистрах SPH (Stack Pointer High)  и SPL (Stack Pointer Low)
пространства  ввода/вывода  по  адресам $3E ($5E) и $3D ($5D). Поскольку
рассматриваемый микроконтроллер имеет SRAM с адресами от $000 до $045F (рис. 2.2), то
в нем используется только 11 бит указателя стека SP0….SP10 (рис. 3.5).

7 6 5 4 3 2 1 0

SPH $3E

($5E)

SP10

SP9

SP8

SPL

$3D ($5D)

SP7

SP6

SP5

SP4

SP3

SP2

SP1

SP0

Рис. 3.5. Регистры указателя стека микроконтроллера ATmega163

Указатель стека (SP) указывает на область в статической памяти данных, в которой

размещаются стек. Начальное значение указателя стека должно задаваться в программе
до  первого  вызова  подпрограмм.  Содержимое  указателя стека уменьшается на единицу,
при каждом занесении данных в стек, и на две единицы при занесении в стек содержимого
программного  счетчика.  Указатель  стека  увеличивается  на  единицу,  при  извлечении
данных  из  стека,  и  на  две  единицы  при  извлечении  из  стека содержимого программного
счетчика. Для работы со стеком в системе команд микроконтроллера предусматриваются
специальные инструкции.

3.2. Система команд

Н Е М О Н И Ч Е С К И Е О Б О З Н А Ч Е Н И Я

Каждая архитектура микроконтроллера имеет собственную систему команд.

Система  команд  микроконтроллера  описывается  на  специальном  языке  символического
кодирования.  При  этом  каждая  инструкция  из  системы  команд  представляется  простым
трех-  или  четырехбуквенным  мнемоническим  символом.  Мнемонические  символы
ассоциируются  с  функциями  команды  и  однозначно  соответствуют  действиям
процессорного  ядра  при  выполнении  этой  инструкции.  Каждая  архитектура  имеет
фиксированный набор символических команд, созданных и описанных его производителем.
Некоторые символические обозначения, используемые в системе команд ядра AVR:

º adc

add with carry

сложить с переносом,

º add

addition

сложить,

º and

and

операция И,

º clr

clear

очистить,

º dec

decrement

отнять 1,

º in

input

ввод,

º inc

increment

прибавить 1,

º jmp

jump

переход

º ldi

load immediate

загрузить непосредственно,

º mul

multiply

умножить,

º or

or операция ИЛИ,

º out

output

вывод,

º ret

return

возврат,

º sub

subtract

вычесть.

Программа, записанная на языке символического кодирования, процессорным

ядром  не  воспринимается.  При  вводе  её  в  память  программ  осуществляется  перевод
каждой инструкции в двоичные коды. При этом каждая символическая команда заменяется
её  двоичным  эквивалентом.  Эту  операцию  можно  сделать  вручную,  используя  таблицы
машинных  кодов  микроконтроллера  или  на  компьютере  по  специальной  программе -
ассемблер. Ассемблер сравнивает каждую мнемоническую команду со списком команд и
заменяет её двоичным кодом. Процесс преобразования программы с языка символического
кодирования в двоичные коды называется компиляцией.

Д Р Е С А Ц И Я Д А Н Н Ы Х

Адреса операндов, задействованных в выполнении любой инструкции программы,

в явном или в неявном виде должны быть указаны в коде этой инструкции. Операнды могут
находиться  в  ячейках  памяти  данных,  в  регистрах  общего  назначения,  в  регистрах
ввода/вывода и даже в ячейках памяти программ. В системе команд микроконтроллера, как
правило,  различные  способы  данных,  позволяющие  программисту  задавать  адреса
операндов  в  разнообразных  инструкциях.  В  зависимости  от  архитектуры  код  инструкции
может  занимать  одну  или  несколько  ячеек  программной  памяти.  При  этом  для хранения
адресов могут отводиться отдельные биты в ячейке или целые ячейки.

Например, в архитектуре AVR большинство команд занимает только одну ячейку

памяти  программ.  В  этой  16-битной  ячейке  содержится  двоичный  код  операции  (OP -
Operand)  и  адрес  регистра  или  ячейки  памяти,  задействованных  при  выполнении  этой
операции.  Вместе  с  тем,  ряд  инструкций  имеют  размерность 32бита.  В  этом  случае  16-
битный адрес одного из операндов хранится в 16 младших разрядах кода.

Непосредственная адресация

При непосредственной адресации одним из операндов команды является числовая

константа (К). Она хранится непосредственно в коде инструкции. Вторым операндом
инструкции должен быть какой либо один из регистров общего назначения.

Например, команда загрузки регистра Rd константой R (Load Immediate) на языке

ассемблера AVR-микроконтроллера записывается в виде :

ldi

Rd,K

По этой инструкции константа К записывается в указанный регистр Rd. В

сокращенном виде эти действия можно представить в виде: Rd <- K.

Формат команды показан на рис. 3.6. В 16-битном коде инструкции номер регистра

d занимает 5 бит, константа К – 8 бит, а код операции ldi – 3 бита.

содержание .. 1 2 3 4 5 ..