Практическая работа № 13

«Архитектура микроконтроллера ATMEL AT90S2313, интегрированная средаAVRStudio »

Оглавление

1. Цель и содержание работы 4

2. Архитектура микроконтроллера AT90S2313 4

1. Регистры общего назначения 6

2. Арифметико-логическое устройство 8

3. Загружаемая память программ 8

4. EEPROM память данных 8

5. Статическое ОЗУ данных 9

6. Время выполнения команд 10

7. Пространство ввода/вывода 10

8. Регистр состояния – SREG 12

9. Указатель стека SPL 13

10. Регистр управления микроконтроллером - MCUCR 13

11. Режимы пониженного энергопотребления 15

12. Таймеры/счетчики 16

3. Запуск среды разработки AVRStudio 24

4. Компиляция и компоновка 27

5. Тестирование и отладка 28

6. Задание для самостоятельной работы 28

7. Лабораторные задания 29

8. Содержание отчета 29

9. Контрольные вопросы 29

Приложение 1 30

1. Цель и содержание работы

Целью работы является изучение архитектуры микроконтроллеров популярного семейства ATMEL, а также интегрированной среды AV R S t u -dio, предназначенной для разработки программного обеспечения для всех микроконтроллеров этого семейства. Работа рассчитана на 4 часа занятий в лаборатории. В работе необходимо ознакомиться с командами пересылки данных и арифметических команд. Требуется ознакомиться с примерами использования команд и проверить их работоспособность.

2. Архитектура микроконтроллера at90s2313

В микропроцессорной технике выделился самостоятельный класс ин-тегральных схем – микроконтроллеры, которые предназначены для встраи-вания в приборы различного назначения. От класса однокристальных мик-ропроцессоров их отличает наличие встроенной памяти, развитые средства взаимодействия с внешними устройствами.

AT90S2313 – экономичный 8-битовый КМОП микроконтроллер, по-строенный с использованием расширенной RISC архитектуры AV R . Ис-полняя по одной команде за период тактовой частоты, AT90S2313 имеет производительность около 1MIPS на МГц, что позволяет разработчикам создавать системы оптимальные по скорости и потребляемой мощности.

В основе ядра AV R лежит расширенная RISC архитектура, объеди-няющая развитый набор команд и 32 регистра общего назначения. Все 32 ре-гистра непосредственно подключены к арифметико-логическому устройству (АЛУ), что дает доступ к любым двум регистрам за один машинный цикл. Подобная архитектура обеспечивает десятикратный выигрыш в эффективно-сти кода по сравнению с традиционными CISC микроконтроллерами.

AT90S2313 имеет следующие технические данные: 2кБ загружаемой флэш-памяти; 128 байт EEPROM; 15 линий ввода/вывода общего назначения; 32 рабочих регистра; настраиваемые таймеры/счетчики с режимом совпаде-ния; внешние и внутренние прерывания; программируемый универсальный последовательный порт; программируемый сторожевой таймер со встроен-ным генератором; SPI последовательный порт для загрузки программ; два выбираемых программно режима низкого энергопотребления. Микросхемы производятся с использованием технологии энергонезависимой памяти высо-кой плотности фирмы Atmel. Загружаемая флэш-память на кристалле может быть перепрограммирована прямо в системе через последовательный интер-фейс (SPI) или доступным программатором энергонезависимой памяти.

АЛУ поддерживает арифметические и логические операции с регист-рами, с константами и регистрами. Операции над отдельными битами также выполняются в АЛУ.

Кроме регистровых операций, для работы с регистровым файлом мо-гут использоваться доступные режимы адресации, поскольку регистровый файл занимает адреса $00-$1F в области данных, обращаться к ним можно как к ячейкам памяти.

Пространство ввода/вывода состоит из 64 адресов для периферийных функций процессора, таких как управляющие регистры, таймеры/счетчики и другие. Доступ к пространству ввода/вывода может осуществляться не-посредственно, как к ячейкам памяти расположенным после регистрового файла ($20-$5F). Процессоры AV R построены по гарвардской архитектуре с раздельными областями памяти программ и данных. Доступ к памяти программ осуществляется при помощи одноуровневого буфера. Во время выполнения команды, следующая команда выбирается из памяти про-грамм. Подобная концепция дает возможность выполнять по одной коман-де за каждый машинный цикл. Память программ – это внутрисистемная за-гружаемая флэш-память.

При помощи команд относительных переходов и вызова подпрограмм осуществляется доступ ко всему адресному пространству. Большая часть ко-манд AV R имеет размер 16-разрядов, одно слово. Каждый адрес в памяти программ содержит одну 16- или 32-разрядную команду. При обработке пре-рываний и вызове подпрограмм адрес возврата запоминается в стеке. Стек размещается в памяти данных общего назначения, соответственно размер стека ограничен только размером доступной памяти данных и ее использова-нием в программе. Все программы пользователя должны инициализировать указатель стека (SP) в программе выполняемой после сброса (до того как вы-зываются подпрограммы и разрешаются прерывания). Восьми разрядный указатель стека доступен для чтения/записи в области ввода/вывода.

Доступ к 128 байтам статического ОЗУ, регистровому файлу и реги-страм ввода/вывода осуществляется при помощи пяти доступных режимов адресации поддерживаемых архитектурой AV R .

Всё пространство памяти AV R является линейным и непрерывным. Гибкий модуль прерываний имеет собственный управляющий регистр в пространстве ввода/вывода, и флаг глобального разрешения прерываний в регистре состояния. Каждому прерыванию назначен свой вектор в началь-ной области памяти программ. Различные прерывания имеют приоритет в соответствии с расположением их векторов. По младшим адресам распо-ложены векторы с большим приоритетом.

На рис. 1 приведена структурная схема процессора АТ 90S2313.