Структура микроконтроллера (стр. 2 из 3)

■ регистр состояния микроконтроллера SREG;

■ регистр-указатель стека SP или SPL и SPH

и другие элементы, далее не рассматриваемые.

В счетчике команд адрес очередной команды формируется путем добавления 1 к числу, код которого хранится в счетчике команд. При пуске и перезапуске микроконтроллера в счетчик команд заносится код числа 0 и первая команда выбирается из FlashROM по адресу 0.

В арифметико-логическом устройстве (ALU) выполняются арифметические и логические операции. Операнды поступают из регистров общего назначения (GPR). При выполнении одноместных операций результат записывается в регистр, из которого поступил операнд. При выполнении двухместных операций результат записывается в регистр, из которого поступил первый операнд.

Блок регистров общего назначения (GPR) содержит 32 восьмиразрядных регистра, которым присвоены имена R0, R1, ..., R31. В некоторых операциях в ALU могут участвовать лишь регистры со старшими номерами (от R16 до R31). Регистры с именами от R24 до R31 могут образовывать пары, используемые для хранения слов, при этом регистр с четным номером хранит младший байт, а регистр с нечетным номером — старший байт.

Паре регистров R26, R27 присвоено имя X, паре регистров R28, R29 — имя Y, паре регистров R30, R31 — имя Z. Эти пары регистров используются для хранения адресов при обращениях к памяти с косвенной адресацией.

Регистр состояния микроконтроллера SREG (№ $3F) содержит восемь разрядов (SREG.7, SREG.6, .... SREG.0).

Разряд SREG, 7 (I) используется для разрешения/запрещения прерываний. При I = 0 все прерывания запрещены. При 1=1 любое прерывание может быть разрешено.

Разряд SREG.6 (Т) используется для хранения бита при выполнении операций с битами.

Остальные разряды регистра SREG используются для хранения признаков результатов арифметических и логических операций, выполняемых в ALU. Назначение этих разрядов рассматривается при описании системы команд микроконтроллера.

Регистр-указатель стека SP(№ $3D) хранит и формирует адрес при обращении к стеку типа LIFO. В микроконтроллерах типа t1l, 112, 115, 1200 и t28 в качестве стека используется специальное запоминающее устройство (аппаратный стек). Этот стек используется только для хранения адресов возврата при прерываниях и обращениях к подпрограммам. В системе команд отсутствуют команды обращения к стеку.

В микроконтроллерах других типов в качестве стека используется выделяемая пользователем область в SRAM. В системе команд есть команды для обращению к стеку. Запись байтов в стек выполняется в порядке уменьшения адресов в SRAM. При пуске и перезапуске микроконтроллера в регистр-указатель стека заносится код числа 0. Для нормальной работы стека в регистр-указатель необходимо занести другой начальный адрес. В микроконтроллерах с большой емкостью SRAM регистр-указатель состоит из двух регистров — SPL и SPH (№№ $3D и $ЗЕ).

4. Запоминающее устройство Flash ROM

Постоянное запоминающее устройство FlashROM предназначено для хранения кодов команд программы и констант. Ячейка памяти содержит 16 разрядов. В ней могут храниться код команды формата "слово", половина кода команды формата "два слова" или коды двух констант. Емкость FlashROM (в числе байтов!) у микроконтроллеров разных типов указана в табл. 1. в колонке Flash.

При чтении кодов команд адрес в FlashROM поступает из счетчика команд. При чтении констант адрес поступает из пары Z регистров общего назначения.

Запись кодов в FlashROM выполняется в процессе программирования побайтно. В микроконтроллерах с большим числом выводов (20 и более) байт может вводиться параллельно или последовательно. В микроконтроллерах с малым числом выводов (8) байт вводится последовательно.

Программирование может выполняться с использованием дополнительного источника напряжения +12 В или без использования дополнительного источника. Последовательное программирование без использования дополнительного источника напряжения производится с использованием трех выводов микроконтроллера и может выполняться после установки микроконтроллера в аппаратуре, где ему предстоит работать, (Downloading). Типы микроконтроллеров, в которых этот способ программирования реализуется, отмечены знаком "+" в табл. 1 в колонке ISP (In-System Programming).

В микроконтроллере типа ml63 имеется возможность вводить и записывать в FlashROM коды в процессе работы микроконтроллера. Эта процедура (Self-programming) выполняется под управлением специальной программы (Boot Loader), которая составляется программистом и записывается в специальную секцию FlashROM. При выполнении этой программы используется регистр SPMCR (№ $37).

5. Запоминающее устройство SRAM

Оперативное запоминающее устройство статического типа SRAM предназначено для хранения данных, получаемых в процессе работы микроконтроллера. При выключении напряжения питания микроконтроллера данные в SRAM теряются.

Ячейка памяти содержит 8 разрядов. Емкость SRAM (в числе байтов) у микроконтроллеров разных типов указана в табл. 1 в колонке SRAM.

Адрес байта при обращении к SRAM может быть указан в коде команды с обращением к SRAM (прямая адресация) или предварительно записан в пару регистров X, Y или Z (косвенная адресация). Обращение к SRAM может выполняться с использованием адреса, хранящегося в регистре-указателе стека.

Байт для записи в SRAM поступает из регистра общего назначения. Байт, считанный из SRAM, поступает в регистр общего назначения.

В адресное пространство SRAM кроме адресов, по которым выполняется обращение к ячейкам памяти SRAM, включены 32 адреса для обращения к регистрам общего назначения (адреса от $00 до $1F) и 64 адреса для обращения к регистрам ввода-вывода (адреса от $20 до $5F).

Первой ячейке в SRAM соответствует адрес $60. Адрес для обращения к регистру общего назначения по команде обращения к SRAM совпадает с номером регистра (0-31 = $00-$1F). Адрес для обращения к регистру ввода-вывода по команде обращения к SRAM равен его номеру, увеличенному на число 32 ($20). В микроконтроллерах, допускающих подключение внешнего запоминающего устройства ERAM, адреса для обращения к ячейкам ERAM включены в адресное пространство SRAM и расположены после старшего адреса SRAM. Типы микроконтроллеров, в которых возможно подключение ERAM, отмечены знаком "+" в табл. 1 в колонке ERAM.

На рис. 2, в качестве примера, показано распределение адресов в адресном пространстве SRAM между регистрами общего назначения (GPR), регистрами ввода-вывода (IOR), ячейками памяти в SRAM и ячейками памяти в ERAM у микроконтроллера типа 8515.

Рис. 2

Запись в стек выполняется в порядке убывания адресов. В качестве исходного адреса для обращений к стеку, который заносится в регистр-указатель стека в начале программы, целесообразно использовать старший адрес SRAM. В рассмотренном на рис. 2 примере таким адресом является адрес $025Е

6. Запоминающее устройство EEPROM

Постоянное запоминающее устройство EEPROM предназначено для хранения данных, записанных при программировании микроконтроллера и получаемых в процессе выполнения программы. При выключении напряжения питания данные сохраняются. Ячейка памяти содержит 8 разрядов. Емкость EEPROM (в числе бантов) у микроконтроллеров разных типов указана в табл. 1 в колонке EEPROM.

EEPROM имеет обособленное адресное пространство. При обращении к EEPROM адрес записывается в регистр адреса EEAR (№ $1Е). В микроконтроллерах типа 8515, 8535, ml63 и ml03 регистр адреса содержит два восьмизарядных регистра — EEARL и EEARH (№№ $1Е и $1F). Байт, предназначенный для записи, заносится в регистр данных EEDR (№ $Ш). Байт, получаемый при чтении, поступает в этот же регистр. Для управления процедурами записи и чтения используется регистр управления EECR (№ $1С).

Для записи байта в EEPROM необходимо:

1) записать адрес в регистр адреса;

2) записать байт в регистр данных;

3) установить в единичное состояние разряд EEMWE регистра EECR,

4) при EEMWE = 1 установить в единичное состояние разряд EEWE регистра EECR.

Процедура записи выполняется в зависимости от величины напряжения питания за 2,5—4 мс. При завершении записи разряд EEWE регистра EECR аппаратно сбрасывается в нулевое состояние.

Разряд EEMWE сохраняет единичное состояние в течение 4-х тактов после установки и аппаратпо сбрасывается в пулевое состояние.

В микроконтроллерах типа t12, tl5, 4433. 8535, ml63 и ml03 при нулевом состоянии разряда EEWE формируется запрос прерывания ЕЕ RDY. Прерывание по данному запросу разрешено при единичном состоянии разряда EERIE регистра EECR.

Для чтения байта из EEPROM необходимо:

1) записать адрес в регистр адреса;

2) установить в единичное состояние разряд EERE регистра EECR. Считанный байт поступает в регистр данных. Разряд EERE регистра EECR аппаратно сбрасывается в нулевое состояние.

7. Внешнее запоминающее устройство ERAM

Внешнее запоминающее устройство предназначено для хранения байтов данных. Оно может быть подключено к микроконтроллерам типа 8515 и m10З. Схема подключения ERAM к микроконтроллеру изображена на рис. 3.

Структура микроконтроллера

Рис 3

Для подключения используются:

■ 8 выводов порта А (РА), через которое выдается младший байт кода адреса и байт данных для записи и принимается байт данных при чтении;

■ 8 выводов порта С (PC), через которые выдается старший байт кода адреса;

■ вывод ALE, через который выдается импульс для записи младшего байта кода адреса во внешний регистр RG;

■ вывод WR, через который в ERAM выдается импульс управления записью;

■ вывод RD, через который в ERAM выдается импульс управления чтением.

В микроконтроллере типа 8515 для выдачи сигнала ALE используется отдельный вывод, а сигналы WR и RD выдаются через выводы PD6 и PD7 соответственно. В микроконтроллере типа тЮЗ сигналы управления выдаются через отдельные выводы.

Обращение к внешней памяти по командам обращения к SRAM возможно после установки в единичное состояние разряда SRE регистра MCUCR (№ $35). Обращение выполняется за 3 такта.