Учебное пособие

«Встроенные системы на микроконтроллере Atmega16»

Краснодар 2009

Книга знакомит с архитектурой микроконтроллера ATmega16, применением его для встроенных систем, типовыми функциями управления и отладкой встроенных приложений.

Приведены примеры расчетов параметров и настроек блоков. В конце большинства разделов приведены контрольные вопросы для контроля или самоконтроля усвоения материала. Типовые функции управления представлены текстами программ на языках СИ и Ассемблер формирования сигналов управления, измерения временных параметров сигналов, обработки устройств ввода и вывода данных в специальном разделе книги. Вопросам отладки программного обеспечения встроенных систем на микроконтроллерах ATmega в режимах симуляции и внутрисхемной эмуляции посвящен также специальный раздел. Материал книги иллюстрирован.

М ожет использоваться в качестве учебного пособия по дисциплинам соответствующего профиля.

Оглавление

Введение. Управляющие системы на микроконтроллерах ………………. 5

1 Характеристики микроконтроллеров семейства AVR ………………… 9

1.1 Особенности микроконтроллеров ………………………………………… 9

1.2 Характеристики микроконтроллера Atmega16 ………………………… 11

1.3 Условное графическое обозначение микроконтроллера ……………….. 13

2 Архитектура микроконтроллера ………………………………………….. 14

2.1 Структура микроконтроллера …………………………………………… 14

2.2 Организация программной памяти ……………………………………… 14

2.3 Организация памяти данных ………………………………………………. 17

2.4 Арифметико-логическое устройство и регистр состояния процессора … 21

2.5 Методы адресации. Форматы команд …………………………………… 22

2.6 Система команд …………………………………………………………… 27

2.6.1 Команды передачи данных (пересылки) ……………………………………. 28

2.6.2 Команды передачи управления …………………………………………. 30

2.6.3 Команды арифметики и логики (вычислительные) ……………………. 33

2.6.4 Команды сдвигов и операций с битами …………………………………. 35

2.7 Функционирование конвейера …………………………………………… 37

3 Встроенные устройства ……………………………………………………. 40

3.1 Параллельные порты ввода/вывода ……………………………………… 40

3.2 Подсистема прерываний микроконтроллера ……………………………. 44

3.3 Таймеры/счетчики ………………………………………………………… 50

3.3.1 Общие сведения …………………………………………………… 50

3.3.2 Таймер/счетчик Т0 ……………………………………………………. 51

3.3.3 Таймер/счетчик Т1……………………………………………………. 55

3.3.4 Сторожевой таймер (Watchdog Timer)………………………………. 64

3.4 Последовательные интерфейсы -SPI и UART ……………………………….. 66

3.4.1 Последовательный периферийный интерфейс - SPI ………………… 66

3.4.2 UART - универсальный последовательный порт …………………… 70

3.5 Аналоговый компаратор и АЦП ………………………………………. 79

3.5.1 Аналоговый компаратор …………………………………………….. 79

3.5.2 Аналого-цифровой преобразователь ………………………………… 81

3.6 Энергонезависимая память данных ……………………………………… 88

4 Понятия о языках программирования микроконтроллеров …………… 92

4.1 Язык Ассемблер…………………………………………………………….. 92

4.2 Язык СИ……….…………………………………………………………….. 95

4.2.1 Типы данных, объявление данных……………………………………… 95

4.2.2 Операторы ……………………………………………………………….. 97

4.2.3 Функции …………………………………………………………………... 97

4.2.4 Оператор if – else …………………………………………………………. 99

4.2.5 Оператор switsh …………………………………………………………… 101

4.2.6 Операторы циклов …………………………………………………………103

4.2.7 Указатели ………………………………………………………………….. 105

4.2.8 Директивы препроцессора ……………………………………………….. 106

5 Взаимодействие микроконтроллера с объектом управления …………… 108

5.1 Формирование временных интервалов (задержек) …………………… 108

5.1.1 Программный способ формирования временных интервалов ……. 108

5.1.2 Формирование временных интервалов с использованием таймера/счетчика …………………………………………………………………. 111

5.2 Генерация импульсных сигналов управления с использованием программных задержек …………………………………………………………… 113

5.2.1 Генерация последовательности импульсов с использованием программных задержек ……………………………………………………………113

5.2.2 Генерация пакета импульсов …………………………………………114

5.2.3 Генератор заданного числа пакетов импульсов …………………… 115

5.3 Формирование импульсных сигналов управления с использованием таймеров микроконтроллера ……………………………………………………… 117

5.4 Ожидание внешних событий ……………………………………………. 120

5.5 Обработка динамического дисплея ……………………………………… 121

5.6 Особенности схемы дисплея в учебной системе управления ……….. 124

5.7 Часы ……………………………………………………………………….. 126

5.8 Измерение временных параметров импульсов ………………………. 128 5.9 Обработка клавиатуры ………………………………………………….. 130