Золотовский Д.В. Учебный курс для новичков по микроконтроллерам AVR. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

ANDI

R18,0x07 ; Накладываем маску

CPI R16,0xB6 ; Сравниванем побайтно

BRNE NoMatch

CPI R17,0x9F

BRNE NoMatch

CPI R18,0x04

BRNE NoMatch

; Если совпало то делаем экшн

Match: INVB PORTD,7,R16,R17 ; Инвертировали LED3

; Не совпало - не делаем :)

NoMatch:

Next: INCM CCNT ; Проворачиваем шарманку

JMP Main

Во, загрузили теперь мигает. Никаких затупов нет, нигде ничего не

подвисает, а главный цикл пролетает со свистом, только успевай барабан

шарманки проворачивать :)

Вот только мигает заметно медленней чем мы хотели. Не 1 секунда, а 8. Ну а

что ты хотел — добавив процедуру сравнения мы удлиннили цикл еще на

несколько команд. И теперь он выполняется не 25 тактов, а 36. Пересчитывай

все циферки заново :)))))

Но это еще не самый цимес! Прикол в том, что у тебя часть кода

выполняется, а часть нет — команды сравнения и перехода. Поэтому точно

высчитать задержку по тактам это проще сразу удавиться — надо по каждой

итерации высчитать когда и сколько у тебя будет переходов, сколько они

тактов займут…

А если код будет еще больше, то ваще труба и погрешность накапливается с

каждой итерацией!

Зато, если добавить код обработки кнопок:

; Main

=======================================================

Main: SBIS PIND,6 ; Если кнопка нажата - переход

RJMP BT_Push

SETB PORTD,5 ; Зажгем LED2

CLRB PORTD,4 ; Погасим LED1

Next: LDS R16,CCNT ; Грузим числа в регистры

LDS R17,CCNT+1

LDS R18,CCNT+2

ANDI R18,0x07

CPI R16,0xB6 ; Сравниванем побайтно

BRNE NoMatch

CPI R17,0x9F

BRNE NoMatch

CPI R18,0x04

BRNE NoMatch

; Если совпало то делаем экшн

Match: INVB PORTD,7,R16,R17 ; Инвертировали LED3

; Не совпало - не делаем :)

NoMatch: NOP

INCM CCNT

JMP Main

BT_Push: SETB PORTD,4 ; Зажгем LED1

CLRB PORTD,5 ; Погасим LED2

RJMP Next

; End Main

=====================================================

То увидим, что от тормозов и следов не осталось. Кнопки моментально

реагируют на нажатия, а диодик мигает сам по себе. Многозадачность! :)

В общем, шарманка не годится там где нужны точные вычисления. Но если

задача стоит из серии “надо периодически дрыгать и не принципиально как

точно”, то самое то. Т.к. не занимает аппаратных ресурсов вроде таймера.

Например, периодически сканировать клавиатуру, скажем, каждые 2048

оборотов главного цикла. Сам прикинь какое число надо нагрузить на

сравнение и какую маску наложить :)

Можешь скачать и поглядеть проект с шарманкой, протрассировать его,

чтобы увидеть, как там все вертится.

А для точных вычислений времени существуют таймеры. Но о них разговор

отдельный.

AVR Studio и HAPSim

Раз уж пошел разговор об отладке AVR Studio, то стоит упомянуть про ряд

примочек для нее. Одной из самых интересных примочек является

небольшая программка - HAPSim. Программка почти не известна, по

крайней мере я лишь пару раз слышал упоминание о ней на форуме. Прога не

слишком стабильна, иногда работает не так как надо, а еще ей не хватает

многих эргономических моментов, но, надеюсь, в следующий версиях это

будет исправлено.

Итак, что делает Hapsim. Он всего лишь подцепляется к студии и в момент

выполнения эмуляции программы может симулировать работу разных

устройств, прицепленных на порты. Из доступных устройств есть:

•

Кнопки. Как обычные, прижимающие к земле, так и трехвыводные,

которые могут поставить как высокий, так и низкий уровень в

зависимости от состояния

•

LCD на базе HD44780

•

Терминал (USART или I

C) с возможностью осуществить трансфер на

комповый COM порт (сам не проверял, но заявлено в мануале)

•

Клавиатурная матрица 4х4

•

Блок светодиодов

Не богато, но вполне хватает для простенькой отладки. Особо радует

терминал :) Можно по быстрому отлаживать без заливки прошивки в МК.

Как работать с Hapsim?

А тут все гораздо проще чем кажется:

1. Распаковать Hapsim куда-нибудь рядом с студией. Я прям в ее каталог

сунул, в папочку.

2. Запустить AVR Studio с нужным проектом.

3. Запустить программку.

4. Выбрать МК, не в пример протеусам всяким, тут поддерживается вся

линейка AVR.

5. Добавить в окно Hapsim нужные тебе девайсы (File -> New Control), а

затем настроить их. Каждый появившийся в рабочем поле девайс

получает кнопку на панели инструментов. Тыкнул на нее - вот тебе и

настройка. Если блоков несколько, то настройка открывается для

активного окна. Настройки тоже не мудреные - указать бит порта, да

активный режим. Например, для светодиодов можно указать цвет,

название, порт и бит порта, а также галочкой сделать его инверсным

(например, как я люблю, зажигать нулем)

6. Запустить в студии эмуляцию отладки и можно клацать по

виртуальным кнопочкам и смотреть, как ведет себя студия.

Замечу только, что в пошаговом режиме работает весьма стремно, особенно

если надо нажать кнопку и удерживать (в хапсиме нет фиксируемых

тумблеров), поэтому лучше запускать на исполнение (F5 - Run), а саму

программу утыкать брейкпоинтами во всех ключевых местах.

На сайте автора программы можно найти последнюю версию и примеры.

Также Hapsim можно скачать у меня, весит он всего пол мегабайта.

AVR. Учебный курс. Таймеры

С счетчиком итераций главного цикла мы разобрались и выяснили, что для

точных временных отсчетов он не годится совершенно - выдержка плавает,

да и считать ее сложно. Что делать?

Очевидно, что нужен какой то внешний счетчик, который тикал бы

независимо от работы процессора, а процессор мог в любой момент

посмотреть что в нем такое натикало. Либо чтобы счетчик выдавал события

по переполнению или опустошению — флажок поднимал или прерывание

генерил. А проц это прочухает и обработает.

И такой счетчик есть, даже не один — это периферийные таймеры. В AVR их

может быть несколько штук да еще с разной разрядностью. В ATmega16 три,

в ATmega128 четыре. А в новых МК серии AVR может даже еще больше, не

узнавал.

Причем таймер может быть не просто тупым счетчиком, таймер является

одним из самых навороченных (в плане альтернативных функций)

периферийных девайсов.

Что умееют таймеры

•

Тикать с разной скоростью, подсчитывая время

•

Считать входящие извне импульсы (режим счетчика)

•

Тикать от внешнего кварца на 32768гц

•

Генерировать несколько видов ШИМ сигнала

•

Выдавать прерывания (по полудесятку разных событий) и

устанавливать флаги

Разные таймеры имеют разную функциональность и разную разрядность. Это

подробней смотреть в даташите.

Источник тиков таймера

Таймер/Счетчик (далее буду звать его Т/С) считает либо тактовые импульсы

от встроенного тактового генератора, либо со счетного входа.

Погляди внимательно на распиновку ног ATmega16, видишь там ножки T1 и

T0?

Так вот это и есть счетные входы Timer 0 и Timer 1. При соответствующей

настройке Т/С будет считать либо передний (перепад с 0-1), либо задний

(перепад 1-0) фронт импульсов, пришедших на эти входы.

Главное, чтобы частота входящих импульсов не превышала тактовую

частоту процессора, иначе он не успеет обработать импульсы.

Кроме того, Т/С2 способен работать в асинхронном режиме. То есть Т/С

считает не тактовые импульсы процессора, не входящие импульсы на ножки,

а импульсы своего собственного собственного генератора, работающего от

отдельного кварца. Для этого у Т/С2 есть входы TOSC1 и TOSC2, на которые

можно повесить кварцевый резонатор.

Зачем это вообще надо? Да хотя бы организовать часы реального времени.

Повесил на них часовой кварц на 32768 Гц да считай время - за секунду

произойдет 128 переполнений (т.к. Т/С2 восьми разрядный). Так что одно

переполнение это 1/128 секунды. Причем на время обработки прерывания по

переполнению таймер не останавливается, он также продолжает считать. Так

что часы сделать плевое дело!

Предделитель

Если таймер считает импульсы от тактового генератора, или от своего

внутреннего, то их еще можно пропустить через предделитель.

То есть еще до попадания в счетный регистр частота импульсов будет

делиться. Делить можно на 8, 32, 64, 128, 256, 1024. Так что если повесишь

на Т/С2 часовой кварц, да пропустишь через предделитель на 128, то таймер

у тебя будет тикать со скоростью один тик в секунду.

Удобно! Также удобно юзать предделитель когда надо просто получить

большой интервал, а единственный источник тиков это тактовый генератор

процессора на 8Мгц, считать эти мегагерцы задолбаешься, а вот если

пропустить через предделитель, на 1024 то все уже куда радужней.

Но тут есть одна особенность, дело в том, что если мы запустим Т/С с каким

нибудь зверским предделителем, например на 1024, то первый тик на

счетный регистр придет не обязательно через 1024 импульса.

Это зависит от того в каком состоянии находился предделитель, а вдруг он к

моменту нашего включения уже досчитал почти до 1024? Значит тик будет

сразу же. Предделитель работает все время, вне зависимости от того включен

таймер или нет.

Поэтому предделители можно и нужно сбрасывать. Также надо учитывать и

то, что предделитель един для всех счетчиков, поэтому сбрасывая его надо

учитывать то, что у другого таймера собьется выдержка до следующего тика,

причем может сбиться конкретно так.

Например первый таймер работает на выводе 1:64, а второй на выводе 1:1024

предделителя. У второго почти дотикало в предделителе до 1024 и вот вот

должен быть тик таймера, но тут ты взял и сбросил предделитель, чтобы

запустить первый таймер точно с нуля. Что произойдет? Правильно, у

второго делилка тут же скинется в 0 (предделитель то единый, регистр у него

один) и второму таймеру придется ждать еще 1024 такта, чтобы получить

таки вожделенный импульс!

А если ты будешь сбрасывать предделитель в цикле, во благо первого

таймера, чаще чем раз в 1024 такта, то второй таймер так никогда и не

тикнет, а ты будешь убиваться головой об стол, пытаясь понять чего это у

тебя второй таймер не работает, хотя должен.

Для сброса предделителей достаточно записать бит PSR10 в регистре SFIOR.

Бит PSR10 будет сброшен автоматически на следующем такте.

Счетный регистр

Весь результат мучений, описанных выше, накапливается в счетном регистре

TCNTх, где вместо х номер таймера. он может быть как восьмиразрядным,

так и шестнадцати разрядным, в таком случае он состоит из двух регистров

TCNTxH и TCNTxL — старший и младший байты соответственно.

Причем тут есть подвох, если в восьмиразрядный регистр надо положить

число, то нет проблем OUT TCNT0,Rx и никаких гвоздей, то с двухбайтными

придется поизвращаться.

А дело все в чем — таймер считает независимо от процессора, поэтому мы

можем положить вначале один байт, он начнет считаться, потом второй, и

начнется пересчет уже с учетом второго байта.

Чувствуете лажу? Вот! Таймер точное устройство, поэтому грузить его

счетные регистры надо одновременно! Но как? А инженеры из Atmel решили

проблему просто:

Запись в старший регистр (TCNTxH) ведется вначале в регистр TEMP. Этот

регистр чисто служебный, и нам никак недоступен.

Что в итоге получается: Записываем старший байт в регистр TEMP (для нас

это один хрен TCNTxH), а затем записываем младший байт. В этот момент, в

реальный TCNTxH, заносится ранее записанное нами значение. То есть два

байта, старший и младший, записываются одновременно! Менять порядок

нельзя! Только так

Выглядит это так:

CLI

; Запрещаем прерывания, в обязательном порядке!

OUT TCNT1H,R16 ; Старшей байт записался вначале в TEMP

OUT TCNT1L,R17 ; А теперь записалось и в старший и младший!

SEI ; Разрешаем прерывания

Зачем запрещать прерывания? Да чтобы после записи первого байта, прога

случайно не умчалась не прерывание, а там кто нибудь наш таймер не

изнасиловал. Тогда в его регистрах будет не то что мы послали тут (или в

прерывании), а черти что. Вот и попробуй потом такую багу отловить! А

ведь она может вылезти в самый неподходящий момент, да хрен поймаешь,

ведь прерывание это почти случайная величина. Так что такие моменты надо

просекать сразу же.

Читается все также, только в обратном порядке. Сначала младший байт (при

этом старший пихается в TEMP), потом старший. Это гарантирует то, что мы

считаем именно тот байт который был на данный момент в счетном регистре,

а не тот который у нас натикал пока мы выковыривали его побайтно из

счетного регистра.

Контрольные регистры

Всех функций таймеров я расписывать не буду, а то получится неподьемный

трактат, лучше расскажу о основной - счетной, а всякие ШИМ и прочие

генераторы будут в другой статье. Так что наберитесь терпения, ну или

грызите даташит, тоже полезно.

Итак, главным регистром является TCCRx

Для Т/С0 и Т/С2 это TCCR0 и TCCR2 соответственно, а для Т/С1 это

TCCR1B