Лабораторная работа 10 архитектура и система команд микроконтроллера pic16f873a
1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучить архитектуру и систему команд микроконтроллера PIC16F873A, а также устройство лабораторного стенда.
2 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Основные определения
Микроконтроллер — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять относительно несложные задачи.
Наибольшее распространение микроконтроллеры получили во встроенных системах контроля и управления. Большой популярностью у разработчиков пользуются восьмиразрядные микроконтроллеры PIC фирмы Microchip Technology Inc.
Рисунок 10.1 – Архитектура микроконтроллера PIC
Микроконтроллеры семейства PIC построены по гарвардской архитектуре, что подразумевает физическое разделение памяти данных и команд, а также их шин. Это дает возможность микроконтроллеру за один такт выполнять обращение к памяти данных и к памяти команд. Кроме того, осуществляется раздельное хранение данных и команд в ОЗУ (RAM память данных) и ПЗУ (FLASH память программ) соответственно.
Сердцевиной микроконтроллера являются арифметикологическое устройство (АЛУ) и рабочий регистр. В АЛУ осуществляются арифметические и логические операции, а через рабочий регистр – обмен данными между всеми регистрами микроконтроллера, в том числе и портами, связывающими микроконтроллер с внешними устройствами.
В микроконтроллерах PIC реализована четырехтактная конвейерная обработка команд, что обеспечивает одновременное исполнение текущей команды и выборку из памяти данных следующей. Все команды микроконтроллера, кроме команд безусловного и условного переходов, выполняются за один машинный цикл. Операции безусловного и условного перехода, включая команды вызова подпрограмм и возврат из них, исполняются за два машинных цикла.
Микроконтроллеры имеют в своем составе различные периферийные устройства, что дает возможность подобрать микроконтроллер, который бы максимально подходил к конкретным условиям эксплуатации. В данном цикле лабораторных работ будут изучены следующие периферийные устройства микроконтроллера: порты ввода/вывода, модуль «Захват/Сравнение/ШИМ», модуль АЦП, модуль ведущего синхронного последовательного порта. И этим, конечно же, не исчерпываются возможности микроконтроллера.
2.2 Организация памяти. Система команд
В микроконтроллере PIC16F873A имеется три вида памяти: память программ, память данных и память EEPROM.
Память данных содержит ряд регистров специального назначения и 192 регистра общего назначения. Объем памяти программ – 4096 слов. Память EEPROM относится к периферии и представляет собой перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство.
Программирование микроконтроллера обычно осуществляется на языках ассемблера или Си. Для отладки программ используются программные симуляторы. Полный перечень команд микроконтроллера приведен в таблице 10.1. Обратим внимание на то, что под термином «бит» здесь и далее понимается не объем информации, а отдельно взятый разряд регистра.
Таблица 10.1 Команды микроконтроллера PIC16F873A
№ |
Мнемоника команды |
Описание команды |
Бит-ориентированные команды |
||
1. |
bcf f,b |
Очистить бит b в регистре f |
2. |
bsf f,b |
Установить бит b в регистре f |
Команды пересылки |
||
3. |
movf f,d |
Переслать f |
4. |
movwf f |
Переслать w в f |
5. |
movlw k |
Переслать константу k в W |
Команды сдвига |
||
6. |
rlf f,d |
Циклический сдвиг f влево через перенос |
7. |
rrf f,d |
Циклический сдвиг f вправо через перенос |
8. |
swapf f,d |
Поменять местами полубайты в регистре f |
Команды очистки |
||
9. |
clrf f |
Очистить f |
10. |
clrw |
Очистить w |
11. |
clrwdt |
Очистить WDT |
Арифметические команды |
||
12. |
addwf f,d |
Сложение w и f |
13. |
addlw k |
Сложить константу k с w |
14. |
subwf f,d |
Вычесть w из f |
15. |
sublw k |
Вычесть w из константы |
16. |
incf f,d |
Прибавить 1 к f |
17. |
decf f,d |
Вычесть 1 из f |
Логические команды |
||
18. |
andwf f,d |
Побитное «И» W и f |
19. |
andlw k |
Побитное «И» константы k и w |
20. |
iorwf f,d |
Побитное «ИЛИ» w и f |
21. |
iorlw k |
Побитное «ИЛИ» константы k и w |
22. |
xorwf f,d |
Побитное Исключающее ИЛИ w и f |
23. |
xorlw |
Побитное Исключающее ИЛИ константы k и w |
24. |
comf f,d |
Инвертировать f (Операция «НЕ») |
Команды переходов |
||
25. |
goto k |
Безусловный переход |
26. |
btfsc f,b |
Проверить бит b в регистре f, пропустить следующую команду, если 0 |
27. |
btfss f,b |
Проверить бит b в регистре f, пропустить следующую команду, если 1 |
Окончание таблицы 10.1
Прибавить 1 к f и пропустить следующую коincfsz f,d
манду, если 0
Вычесть 1 из f и пропустить следующую команdecfsz f,d
ду, если 0
call k Вызов подпрограммы
return Возврат из подпрограммы
Возврат из подпрограммы с разрешением преretfie
рываний
Возврат из подпрограммы с загрузкой retlw k
константы k в W