Микроконтроллеры AVR: от простого к сложному

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