X-регистр, Y-регистр и Z-регистр

 

Регистры R26-R31, кроме своего основного назначения, имеют дополнительную функцию. Эти регистры могут служить 16-битными указателями адреса для операций, использующих косвенную адресацию. Три косвенных регистра адреса X, Y, и Zопределены так, как это показано на рис. 1.5.

В разных командах, использующих косвенную адресацию, эти регистры могут быть использованы как источники постоянного адреса, как адресный регистр с автоматическим приращением адреса и как регистр с автоматическим уменьшением адреса.

 

Рис. 1.5 - Сдвоенные регистры X, Y, Z

 

Стек, главным образом, используется:

♦ для временного хранения данных;

♦ для хранения локальных переменных;

♦ для хранения адреса выхода из подпрограммы или процедуры обработки прерывания.

Регистр указателя стека всегда указывает на его вершину.

Указатель стека указывает на стековую область в памяти данных (SRAM). В стеке, кроме прочего, сохраняются;

♦ адрес выхода из подпрограммы;

♦ адрес выхода из процедуры обработки прерывания.

Поэтому в любой программе адрес начала стека необходимо определить перед тем, как будет вызвана любая подпрограмма, и перед тем, как будут разрешены прерывания. Первоначально указатель стека должен быть установлен на адрес не ниже 0x60.

Указатель стека уменьшается на единицу, когда данные записываются в стек при помощи команды PUSH, и уменьшается на два, когда в стек записывается в адрес возврата из подпрограммы или процедуры обработки прерывания.

Указатель стека увеличивается на единицу, когда данные читаются из стека при помощи команды POP, и увеличивается на два, когда данные извлекаются из стека при выходе из подпрограммы (команда RET) или завершении процедуры обработки прерывания (команда RETI).

Указатель стека во всех микросхемах AVRвыполнен в виде двух 8-разрядных регистров ввода-вывода. Число фактически используемых разрядов для каждой модели микроконтроллеров разное. В некоторых моделях, в том числе и вATtiny2313, объём памяти данных настолько мал, что для указателя стека используется только младший из регистров указателя стека (SPL). Регистр SPHу них отсутствует. Ниже показана структура регистров указателя стека для микроконтроллера ATtiny2313.

 Теперь рассмотрим различные виды памяти микроконтроллера ATtiny2313. Архитектура AVRсодержит два основных вида памяти:

♦ память данных;

♦ память программ.

Кроме того, микросхема ATtiny2313 имеет EEPROM-память для долговременного хранения данных. Все три вида памяти представляют собой непрерывные области с линейно возрастающими адресами.

Системная перепрограммируемая Flash-память программ

 

Микросхема ATtiny2313 содержит 2 Кбайт встроенной перепрограммируемой памяти для хранения программ. Так как все команды, используемые в AVR, имеют размер 16 или 32 бита, память программ организованна как 1Rx 16. В графическом виде адресное пространство памяти программ показано на рис. 1.6.

Рис.1. 6 - Карта памяти программ

 

Память программ допускает не менее 10000 циклов записи/стирания. Счётчик команд (PC) микросхемы ATtiny2313 имеет 10 двоичных разрядов и поэтому может работать с адресным пространством в 1К. Микросхема поддерживает режим низкого программирования памяти программ, которое может осуществляться по последовательномуSPIинтерфейсу.

В памяти программ можно размещать также любые данные, которые в процессе работы программы остаются неизменными. Для извлечения этих данных из программной памяти используется команда LPM.

 

Память данных SRAM

 

 Всего адресное пространство ОЗУ содержит 224 ячейки, которые заняты:

♦ файлом регистров общего назначения;

♦ дополнительными регистрами ввода-вывода;

♦ внутренней памятью данных.

Первые 32 ячейки совмещены с файлом РОН. Следующие 64 ячейки – это стандартная область, где располагаются все регистры ввода-вывода. И лишь оставшиеся 128 ячеек составляют внутреннею память данных.

Существует пять разных способов адресации для памяти данных:

♦ прямая;

♦ косвенная со смещением;

♦ косвенная;

♦ косвенная с преддекрементом;

♦ косвенная с постприращением.

Регистры R26-R31 (X, Y, Z) служат указателями адреса при всех операциях с косвенной адресацией.

При прямой адресации указывается полный адрес байта данных.

При косвенной адресации со смещением можно охватить по 63 ячеек, начиная с текущего базового адреса, на который указывает содержимое регистра Y или Z.

При использовании косвенной адресации с автоматическимпреддекрементом и автоматическим постдекрементном после чтения (записи) памяти изменяется адрес, записанный в регистр X, Y или Z.

Для всех памяти способов адресации доступны все 32 регистра общего назначения, 64 регистра ввода-вывода и 128 байтов памяти данных SRAM микросхемы ATtiny2313.

Память данных EEPROM

МикросхемаATtiny2313 содержит128 байтов EEPROM-памяти. Она организована как отдельное адресное пространство для хранения данных, в котором каждый байт может быть отдельно прочитан или записан.

Обмен данными между EEPROM и центральным процессором описан ниже и происходит при помощи:

♦ регистра адреса EEPROM;

♦ регистра данных EEPROM;

♦ регистра управления EEPROM.

Процесс чтения/записи EEPROM

Регистры, используемые для доступа к EEPROM, - это обычные регистры ввода-вывода. Наличие функции автоопределения времени готовности позволяет программе пользователя самостоятельно определять тот момент, когда можно записывать следующий байт. Если программа содержит команды, которые производят запись в EEPROM, необходимо предпринять некоторые предосторожности.

В цепях питания, оснащённых хорошим фильтром, напряжение VCC ри включении и выключении будет изменяться медленно. Это заставляет устройство в течении некоторого времени работать при более низком напряжении, чем минимально допустимое напряжение для данной частоты тактового генератора.

 Порты ввода-вывода

 

Все порты микроконтроллеров AVRв режиме цифрового ввода-вывода представляют собой полноценные двунаправленные порты, у которых каждый из выводов может работать как в режиме ввода, так и в режиме вывода. Это означает, что каждый отдельный разряд порта может быть настроен либо как вход, либо как выход, независимо от настройки всех остальных разрядов того же порта.

Настроить разряды порта можно при помощи команд сброса и установки бита SBIи CBI. То же самое касается изменения значения на выходе (если разряд сконфигурирован как выход) или включения/ отключения внутреннего резистора нагрузки (если разряд сконфигурирован как вход).

Все эти настройки выполняются отдельно для каждого вывода порта. Выходной буфер каждого из выводов порта содержит симметричный выходной каскад с высокой нагрузочной способностью. Нагрузочная способность каждого вывода любого порта достаточна для непосредственного управления светодиодным дисплеем.

Все выводы любого порта имеют индивидуально подключаемые резисторы нагрузки, которые в случае необходимости могут подключаться между этим выводом и источником питания. Входные схемы каждой линии порта имеют по два защитных диода, подключённых к цепи питания и к общему проводу, как это показано на рис. 1.7.

 

Рис. 1.7 - Эквивалентная схема входных цепей одного разряда порта ввода-вывода

 

Буква “x” в описании имён регистра означает название порта, сточная буква “n” означает номер разряда. При использовании этого имени в программе вместо этих символов нужно подставлять конкретную букву названия порта и конкретный номер разряда.

Например, PORTB3 – для бита номер 3 порта B, если в документации этот бит назывался PORTxn.

Для каждого порта ввода-вывода в микроконтроллере имеется три специальных регистра:

♦ PORTx – регистр данных;

♦ DDRx – регистр управления;

♦ PINx – регистр непосредственного чтения состояния линий порта.

Регистр непосредственного чтения состояния линий порта доступен только для чтения, в то время как регистр данных и регистр управления доступны как для чтения, та и для записи.

Однако тоже возможна запись логической единицы в любой разряд регистра PINx. Она приведёт к переключению соответствующего разряда регистра данных (PORTx). Каждый разряд регистра PORTx управляет включением и отключением резистора внутренней нагрузки, если соответствующий разряд порта находится в режиме ввода.