1.3 Программирование микроконтроллеров

Микроконтроллеры типа AVR серий ATmega 16 и их модели имеют сокращённые (по сравнению с процессорами универсальных ЭВМ) наборы команд – инструкций. Это вместе с особенностями архитектуры позволяет значительно сократить число машинных тактов, затрачиваемых на исполнение команды, и повысить скорость выполнения типичных для МК программ.

Для программирования используется как язык ассемблера, так и языки высокого уровня (в частности, язык Си). Наиболее доступной интегрированной средой программирования на языке ассемблера является программный пакет AVR Studio. Он включает в себя текстовый редактор, транслятор-ассемблер, отладчик-симулятор и программу загрузки Flash-памяти и EEPROM через специальное устройство-программатор. Язык ассемблера состоит из набора команд-инструкций, в которых можно использовать простые операторные выражения, и директив, используемых на этапе трансляции-ассемблирования.

Базовый набор команд подразделяется на арифметико-логические, передачи данных, переходов и битовые. Команда состоит из кода операции и одного или двух операндов. Ряд команд не содержит операндов. Операндом может являться: либо значение, непосредственно заносящееся в команду; либо адрес ячейки, содержащей значение, - прямая адресация; либо адрес ячейки, содержащей адрес, - косвенная адресация. Список и подробное описание команд содержится в [1-6], в справочном разделе среды программирования AVR Studio. В таблице 3 рассматриваются примеры команд в таком виде, как они записываются в программе.

Таблица 3

Мнемоника	Операнды	Описание	Операция
ADD	Rd,Rr	Суммирование без переноса	Rd = Rd + Rr
ADC	Rd,Rr	Суммирование с переносом	Rd = Rd + Rr + C
SUB	Rd,Rr	Вычитание без переноса	Rd = Rd - Rr
SUBI	Rd,K8	Вычитание константы	Rd = Rd - K8
SBC	Rd,Rr	Вычитание с переносом	Rd = Rd - Rr - C
SBCI	Rd,K8	Вычитание константы с переносом	Rd = Rd - K8 - C
AND	Rd,Rr	Логическое И	Rd = Rd · Rr
OR	Rd,Rr	Логическое ИЛИ	Rd = Rd V Rr
EOR	Rd,Rr	Логическое исключающее ИЛИ	Rd = Rd EOR Rr
COM	Rd	Побитная Инверсия	Rd = $FF - Rd
NEG	Rd	Изменение знака (Доп. код)	Rd = $00 - Rd
SBR	Rd,K8	Установить бит (биты) в регистре	Rd = Rd V K8
CBR	Rd,K8	Сбросить бит (биты) в регистре	Rd = Rd · ($FF - K8)
INC	Rd	Инкрементировать значение регистра	Rd = Rd + 1
DEC	Rd	Декрементировать значение регистра	Rd = Rd -1
CLR	Rd	Очистить регистр	Rd = 0
SER	Rd	Установить регистр	Rd = $FF
MUL	Rd,Rr	Умножение чисел без знака	R1:R0 = Rd * Rr
MULS	Rd,Rr	Умножение чисел со знаком	R1:R0 = Rd * Rr
MULSU	Rd,Rr	Умножение числа со знаком с числом без знака	R1:R0 = Rd * Rr
MOV	Rd,Rr	Скопировать регистр	Rd = Rr
LDI	Rd,K8	Загрузить константу	Rd = K
LDS	Rd,k	Прямая загрузка	Rd = (k)
LD	Rd,X	Косвенная загрузка	Rd = (X)
IN	Rd,P	Чтение порта	Rd = P
OUT	P,Rr	Запись в порт	P = Rr
PUSH	Rr	Занесение регистра в стек	STACK = Rr
POP	Rd	Извлечение регистра из стека	Rd = STACK
JMP	label	Относительный переход на метку
CALL	label	Вызов подпрограммы
RET		Возврат из подпрограммы
SBIS	PORTx,b	Перейти на следующую команду, если бит №b в PORTx сброшен или через одну команду, если установлен.
SBI	PORTx,b	Установить бит №b в PORTx в 1
CBI	PORTx,b	Очистить бит №b в PORTx в 0

Весь перечень инструкций – команд процессоров AVR приведен в приложении.

При программировании нам удобнее использовать символические имена регистров, а машине же нужно знать адрес памяти этих регистров, поэтому в программе на Ассемблере вместе с командами содержатся директивы, которые используются на этапе трансляции программы в машинный код, но сами не транслируются.

.device - указание на конкретный тип МК, транслятор контролирует наличие используемых средств (объем памяти и др.). При отсутствии директивы контроль отсутствует.

.include - Практически любая программа содержит одну или несколько директив .include , по которой к основной программе во время трансляции подключается дополнительный файл. Например, директива .include “m16def.inc” подключает расположенный в той же директории, что и программа, файл, в котором как константы определены имена регистров ввода/вывода и их отдельных бит, а также имена адресов векторов прерывания микроконтроллера ATMega16. Эти имена фактически стандартны для рассматриваемых микроконтроллеров и используются как в технических описаниях, так и в примерах программ.

Чтобы назначить свои имена (вместо стандартных) используют следующие директивы.

.def, .equ, .set Директивы .def , присваивает имена регистрам и .equ, .set присваивает имена и значение константам. При трансляции команд вместо имён подставляются адреса или значения.

Ниже даётся описание ещё нескольких директив.

.cseg отмечают в исходном тексте начало сегмента с программным кодом,

.dseg начало сегмента данных для оперативной памяти (SRAM) и

.eseg данными для электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM).

.org присваивает значение, заданное параметром, программному счетчику PC или счетчику положения в SRAM.

.byte резервирует указанное параметром директивы число байт во встроенной оперативной памяти данных (SRAM).

.db, .dw определяют одну или последовательность одно- или двухбайтовых констант в памяти программ, данных или EEPROM в зависимости от места-сегмента нахождения директивы.

.macro, .endmacro – директивы, определяющие начало и конец макроопределений (макросов), повторяющихся частей программы.