Разработка схемы микроЭВМ на базе микроконтроллера семейства AVR Classic

Микропроцессорные системы и микроконтроллеры. Разработка схемы и программы микроконтроллера. Симуляция проекта в программе Proteus 7. Прерывание программы по внешнему сигналу, поступающему в процессор. Устройство и настройка канала порта на ввод-вывод.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

РОСЖЕЛДОР

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ростовский государственный университет путей сообщения»

(ФГБОУ ВПО РГУПС)

Кафедра "Связь на железнодорожном транспорте"

Контрольная работа по дисциплине

«Техника микропроцессорных систем в электросвязи»

Выполнил: студент

заочного факультета

группы МСУ-3-005

шифр 2450, вариант №5

А. Б. Веретющенков

Проверил: доцент,

кандидат т.н.

В. Н. Трофименко

Ростов-на-Дону

2012

Оглавление

Введение

1. Теоретические сведения о контроллерах

1.1 Микропроцессорные системы

1.2 Микроконтроллеры

1.3 Микроконтроллер семейства AVR Classic

2. Реализация проекта

2.1 Общие сведения об устройстве микроконтроллера

2.1.1 Разработка схемы микроконтроллера

2.2 Разработка программы микроконтроллера

2.2.1 Подготовка к написанию проекта

2.2.2 Разработка программы

2.3 Симуляция проекта в программе Proteus 7

Заключение

Литература

Приложение 1. Текс программы на ассемблере

Введение

В данной контрольной работе разработана схема микро_ЭВМ на базе микроконтроллера семейства AVR Classic с подключёнными к нему двумя кнопками (переключателями), двумя светодиодами и двумя семисегментными индикаторами, включёнными по схеме динамической индикации. Также написана программа на языке низкого уровня ассемблере, реализующая следующий алгоритм: при нажатии кнопок происходит подсвечивание светодиодов и увеличение/уменьшение двухзначного шестнадцатеричного числа, выводимого на семисегментные индикаторы.

1. Теоретические сведения о контроллерах

1.1 Микропроцессорные системы

Микропроцессором (МП) называют построенное на одной или нескольких больших/сверхбольших интегральных схем (БИС/СБИС) программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки информации и управление им.

МП - центральный процессорный элемент микропроцессорной системы (МПС или микро-ЭВМ), в которую также входят память и устройства ввода/вывода (внешние устройства).

Решаемая задача определяется реализуемой программой, структура микропроцессорной системы остается неизменной, что и определяет ее универсальность.

Совокупность БИС/СБИС, пригодных для совместного применения в составе микро-ЭВМ, называют микропроцессорным комплектом БИС/СБИС (МПК).

Понятие МПК задает номенклатуру микросхем с точки зрения возможностей их совместного применения (совместимость по архитектуре, электрическим параметрам, конструктивным признакам и др.). В состав МПК могут входить микросхемы различных серий и схемотехнологических типов при условии их совместимости.

1.2 Микроконтроллеры

Основной особенностью современного этапа развития микропроцессорных систем является завершение перехода от систем, выполненных на основе нескольких БИС, к однокристальным микроконтроллерам (МК). Микроконтроллеры - разновидность МПС, ориентированная на реализацию алгоритмов управления техническими устройствами и технологическими процессами. Первые МК выпущены фирмой Intel в 1976 г (восьмиразрядный МК 8048).

МК реализуют заранее известные несложные алгоритмы, и для размеще-ния программ им требуются меньшей, чем у микро-ЭВМ широкого на-значения, емкости памяти. Набор внешних устройств также существенно сужается, а сами они значительно проще. Это позволяет все модули микро-ЭВМ разместить на одном кристалле.

МК объединяют в одном кристалле все основные элементы МПС: цен-тральный процессор (ЦП), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), последовательные и параллельные порты ввода/выводы, таймеры, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, широтно-импульсные модуляторы и другие узлы вычислительной системы. Поэтому вторым названием МК стало название "однокристальная микро-ЭВМ".

Для большинства приложений упрощенной структуры МК оказывается достаточной. Это и определяет их преобладание в таких областях, как бытовая аппаратура, станкостроение, автомобильная промышленность и т. д.

Наиболее распространенным представителем семейства МК являются 8-разрядные приборы, широко используемые в промышленности, бытовой и компьютерной технике. Они прошли в своем развитии путь от простейших приборов с относительно слаборазвитой периферией до современных многофункциональных контроллеров, обеспечивающих реализацию сложных алгоритмов управления в реальном масштабе времени. Причиной жизнеспособности 8-разрядных МК является использование их для управления реальными объектами, где применяются, в основном, алгоритмы с преобладанием логических операций, скорость обработки которых практически не зависит от разрядности процессора.

Росту популярности 8-разрядных МК способствует постоянное расширение номенклатуры изделий, выпускаемых такими известными фирмами, как Motorola, Microchip, Intel, Zilog, Atmel и многими другими.

Современные 8-разрядные МК обладают, как правило, рядом отличи-тельных признаков. Перечислим основные из них:

v модульная организация, при которой на базе одного процессорного ядра (центрального процессора) проектируется ряд (линейка) МК, различающихся объемом и типом памяти программ, объемом памяти данных, набором периферийных модулей, частотой синхронизации;

v использование закрытой архитектуры МК, которая характеризуется отсутствием линий магистралей адреса и данных на выводах корпуса МК. Таким образом, МК представляет собой законченную систему обработки данных, наращивание возможностей которой с использованием параллельных магистралей адреса и данных не предполагается;

v использование типовых функциональных периферийных модулей (таймеры, процессоры событий, контроллеры последовательных интерфейсов, аналого-цифровые преобразователи и др.), имеющих незначительные отличия в алгоритмах работы в МК различных произ-водителей;

v расширение числа режимов работы периферийных модулей, которые задаются в процессе инициализации регистров специальных функций МК.

1.3 Микроконтроллер семейства AVR Classic

В1997 г. фирма Atmel представила первые МК семейства AVR. Семейст-во AVR AT90S объединяет мощный гарвардский RISC-процессор с раздельным доступом к памяти программ и данных, 32 регистра общего назначения и развитую систему команд. Последние версии семейства AVR имеют в составе АЛУ аппаратный умножитель. Базовый набор команд AVR содержит 120 инструкций. Большинство команд выполняется за один машинный цикл, производительность ряда моделей составляет 20 MIPS. Периферия AVR включает параллельные порты, таймеры-счетчики, различные последовательные интерфейсы, АЦП, аналоговые компараторы. МК AVR подразделяются на три серии:

v tiny AVR - МК в 8-выводном корпусе низкой стоимости;

v classic AVR - основная линия МК с производительностью до 16 MIPS, Flash память программ объемом до 8 Кбайт и статическим ОЗУ данных 128...512 байт;

v mega AVR - МК для сложных приложений, требующих большого объема памяти (Flash ПЗУ до 128 Кбайт), ОЗУ до 4 Кбайт, производительно-стью до 16 MIPS.

Приведенная краткая аннотация семейств 8-разрядных МК является далеко не полной, 8-разрядные МК выпускают также фирмы ST-Microelectronics (семейства ST6, ST7 и ST9), National Semiconductor (семейство СОР8), Zilog, NEC, Mitsubishi, Hitachi, Toshiba, Scenix и др. Продукция этих фирм постепенно появляется на российском рынке, но пока не получила широкого распространения.

2. Реализация проекта

2.1 Общие сведения об устройстве микроконтроллера

Схему выполним на контроллере AT90S2313 фирмы «Atmel».

Чтобы понять, как работает контроллер, надо знать, что у него внутри. На рисунке 1 приведена упрощённая структурная схема микроконтроллера.

Рисунок 1 - Структурная схема микроконтроллера

Самый главный элемент любого процессора - арифметико-логический узел (АЛУ - англ. ALU (ariphmetic-logical unit)). В нём происходят логические операции над двоичными

Выбранный контроллер работает с 8-разрядными двоичными числами, то есть он 8-битный. Это значит, что АЛУ может захавать два 8-битных слова, произвести над ними какую то арифметическую или логическую операцию, и выплюнуть ответ - опять же, 8-битное слово.

Чтобы произвести операцию, АЛУ должен взять откуда-то два числа. Выполнив операцию, опять же, должен положить куда-то ответ. Для этих целей служат регистры общего назначения - РОН. В контроллере AT90S2313 их 16. Каждый регистр - это ячейка памяти емкостью 8 бит (1 Байт). Именно в них и хранятся числа, с которыми работает АЛУ.

Для каждой команды, которую выполняет АЛУ, необходимо назвать те регистры, с которыми он будет в данный момент работать. Например: a...