Mikroadie. Ing. Jaroslav Bernkopf

Transkript

1 Mikroadie Ing. Jaroslav Bernkopf 3. ervna 2009

2 OBSAH 1. Úvod Architektura poíta Architektura Von Neumannova Architektura Harvardská Soubory instrukcí CISC RISC Mikroadie 16F84 a 16F Blokové schéma Popis blok ALU Arithmetic and Logic Unit W register RAM File Registers EEPROM Flash Program Memory Program Counter Instruction Decode and Control Timing Generation Timers Timer0 Timer Rozložení vývod Popis vývod ídicí vývody Skupina RA Skupina RB Napájecí vývody Organizace datové pamti RAM 16F Rozdlení pamti RAM Rozdlení pamti RAM podle úelu a použití Rozdlení pamti RAM na stránky Význam nkterých registr speciálních funkcí Instrukní soubor 16F Definice Syntaxe asembleru Malá, velká písmena íselné formáty Komentáe

3 6.2.4 Zkratky Instrukce aritmetických a logických operací Operace s konstantou Operace s registrem RAM Instrukce pesun Instrukce skok Instrukce nulování a nastavení Instrukce pro podprogramy a perušení Zvláštní instrukce Zastaralé instrukce Úlohy Drát

4 1. Úvod Mikroadi je integrovaný obvod, který na jednom ipu obsahuje všechny podstatné ásti poítae: aritmeticko logická jednotka pam ROM pam RAM vstupy / výstupy Mikroadi obvykle obsahuje i další ásti, nap. asovae hlídací asova (watchdog) generátor taktovacího signálu Program mikroadie mže být uložen v rzných variantách pamti ROM: ROM EPROM EEPROM Flash ROM Pam ROM se hodí tam, kde se budou vyrábt velká množství adi vybavených stejným programem. Její obsah je vytvoen už pi výrob a je nemnný. EPROM vyžaduje speciální vybavení pro mazání starého obsahu ultrafialovým svtlem, a programátor, kterým se naprogramuje nový obsah. EEPROM se hodí pro menší kapacity a nepíliš asté pepisování. Je pomalá a poet pepisovacích cykl je omezený. Flash ROM se hodí pro velké kapacity. Je rychlejší než EEPROM a umožuje vtší poet pepisovacích cykl. 4

5 2. Architektura poíta 2.1 Architektura Von Neumannova Poíta s Von Neumannovou architekturou má jen jedinou sbrnici, která je spolená jak pamti pro data, tak pamti pro program. Program i data dokonce mohou sídlit v jediné spolené pamti. Takto jsou uspoádány nap. osobní poítae. Obrázek 1: Von Neumannova architektura poítae 5

6 2.2 Architektura Harvardská Poíta s Harvardskou architekturou má samostatné pamti jak pro program, tak pro data. Každá z tchto pamtí má samostatnou sbrnici. Tak jsou uspoádány nejznámjší jednoipové mikropoítae (nap. 8051) a mikroadie (nap. 16F84). Obrázek 2: Harvardská architektura poítae Von Neumannova Harvardská Umístní instrukcí a dat V jediné spolené pamti Ve dvou oddlených pamtech Pepsání programu jeho vlastní Je možné Není možné inností Souasné vyzvednutí instrukce a Není možné Je možné dat Rychlost Menší Vtší Složitost, poet propojení Menší Vtší Tabulka 1: Porovnání vlastností Von Neumannovy a Harvardské architektury 2.3 Soubory instrukcí Procesory a adie jsou ízeny programem, který se skládá z jednotlivých pokyn instrukcí. Pi tvorb programu programátor používá instrukce k naprogramování inností, které má pístroj provádt CISC CISC = Complex Instruction Set Computer poíta se složitým instrukním souborem. Procesor disponuje mnoha desítkami instrukcí. Programátor musí tyto instrukce zvládnout, musí se je nauit, což je nároné. Na druhou stranu jsou ale mnohé instrukce velmi výkonné, takže jedna taková instrukce nahradí nkolik jednodušších. Instrukce bývají specializované tak, že nkteré pracují jen s uritými registry 1, jiné zase s jinými registry. Pi programování ve vyšších jazycích (nap. C, Pascal) nejsou výkonné instrukce CISC píliš využity, protože peklada z vyššího jazyka do strojového kódu stejn pro 1 Buky pamti RAM uvnit procesoru se asto nazývají registry. 6

7 složitjší operace nepoužije výkonné, ale pomalé instrukce CISC, ale rozepíše tyto operace pomocí rychlých jednoduchých instrukcí. Procesor je složitý a má velkou spotebu. Kvli složitosti je obtížné dosáhnout velké rychlosti zpracování instrukcí. Procesory CISC obvykle používají Von Neumannovu architekturu. Ta procesoru umožuje zapisovat jak do pamti dat, tak do pamti programu. To lze využít nap. k tomu, aby program svojí inností zmnil sám sebe RISC RISC = Reduced Instruction Set Computer poíta s omezeným instrukním souborem. Procesor disponuje malým souborem instrukcí. Programátor se je snadno nauí, proto je snadné s takovým procesorem zaít pracovat. Soubor instrukcí je ortogonální (nebo také symetrický). To znamená, že je možné vtšinu instrukcí provádt na kterémkoliv registru. Instrukce nevyžadují žádné speciální podmínky, výjimky, omezení, nemají žádné vedlejší vlivy. Proto je práce s nimi snadná a nezáludná. Programy vzniklé ve vyšších programovacích jazycích (nap. C) jsou s RISC rychlé a úinné. Procesor je jednoduchý. ip má malou plochu, málo vývod, proto je levný. Spoteba je malá. Instrukce jsou sice mén chytré, ale zato se vykonávají rychle. Procesory RISC obvykle používají Harvardskou architekturu. Ta umožuje souasný pístup k programu i k datm a souasné vykonávání nkterých operací (overlapping pekrývání). 7

8 3. Mikroadie 16F84 a 16F883 PIC 16F84 a 16F883 jsou typickými pedstaviteli jednoduchých, ale výkonných mikroadi. Zaínali jsme s typem 16F84, pecházíme na 16F883. Základní vlastnosti: Parametr 16F84 16F883 Technologie CMOS CMOS Poet vývod Poet instrukcí Poet cykl na instrukci (všechny krom vtvení) 1 1 Poet cykl na instrukce vtvení 2 2 Šíka instrukcí 14 bit 14 Šíka datové sbrnice 8 bit 8 Kapacita pamti programu [kb] 1,75 7 Kapacita pamti programu [kslov] 1 4 Kapacita pamti RAM [B] Kapacita pamti EEPROM [B] Poet speciálních funkních registr (SFR) 15 Víc, pibyly funkce Poet vstup / výstup Poet vstupních analogových kanál 0 11 Poet A/D pevodník 0 1 Možnost vlastního zápisu do pamti programu Ne Ano ICD In-Circuit Debugger Ne Ano Programov nastavitelný kmitoet interního oscilátoru khz 8MHz Hloubka HW sklípku 8 8 Programování Sériové pes dva vývody Napájecí proud (5 V, 4 MHz) (2 V, 32 khz) (2 V, standby) < 2 ma 15 A < 1 A < 1,4 ma < 19 A 50 na Cena (17. dubna 2009) 3,11 USD 1,37 USD 8

9 Oba adie dále obsahují tyto obvody: Oscilátor nastavitelný do ty mód innosti asova s nastavitelnou peddlikou Obvod pro resetování pi nábhu napájení (Power on Reset) asova pro nabíhání oscilátoru (Oscillator Start-up Timer) asova pro nábh napájení (Power-up Timer) Hlídací asova (Watchdog) adi 16F883 obsahuje tyto další obvody: Vestavný oscilátor Komparátory A/D pevodník Moduly pro sériovou komunikaci RS-485, RS-232 SPI, I 2 C 9

10 4. Blokové schéma Blokové schéma uvedené na obrázku dále je velmi zjednodušené. Sbrnice jsou naznaené šipkami, které jsou jednosmrné tam, kde je penos jednosmrný (nap. penos adres), obousmrné tam, kde je penos obousmrný (nap. penos dat). Skutené sbrnice uvnit mikroadie jsou mnohem komplikovanjší a nedají se jednoznan rozdlit na adresové, datové, ídicí. 4.1 Popis blok ALU Arithmetic and Logic Unit Aritmeticko logická jednotka. Je to obvod, ve kterém se provádjí aritmetické a logické operace. Do tchto operací mohou vstupovat data z registr SFR a GPR, ze kterých se skládá pam RAM (viz dále) a data z registru W. Výsledky operací se mohou uložit do SFR a GPR, nebo do registru W W register W register (Working register = pracovní registr) je osmibitový pracovní registr používaný pro operace v aritmeticko logické jednotce. Pi operacích, do kterých vstupují dva operandy, obvykle jeden operand je v pracovním registru (W), druhý operand je v registru v pamti RAM. Druhý operand mže také být konstanta, kterou do programu vložil už programátor. Výsledek aritmetické nebo logické operace mže být vložen do pracovního registru (W) nebo do registru RAM RAM File Registers Registry, RAM. Blok zahrnuje speciální funkní registry (Special Function Registers SFR) a registry pro všeobecné úely (General Purpose Registers GPR). Registry mohou vstupovat jako operandy do aritmetických a logických operací, a výsledky tchto operací mohou do nich být uloženy. SFR slouží k nastavení rzných mód innosti. Ovlivují stav a innost ostatních ástí adie. Nap. registr TRISA uruje, zda jednotlivé vývody portu A budou vstupy nebo výstupy. SFR jsou na adresách 0 0BH, 80H 8BH. GPR slouží ke krátkodobému uložení informací. Je jich 68 a jsou na adresách 0CH - 4FH EEPROM Je to pam dat typu EEPROM. Obsahuje 64 pamových bunk po 8 bitech na adresách 0-3FH. Tyto adresy nepatí do stejného prostoru jako adresy SFR a GPR. Buky pamti dat nelze adresovat pímo, nelze ani pímo íst a pepisovat jejich obsah. Toto vše se musí dlat prostednictvím pomocných registr EEADR (penáší adresu) a EEDATA (penáší data). Druh operace je pi tom uren registry EECON1, EECON2 (nejsou na blokovém schématu) Flash Program Memory Pepisovatelná ROM pam programu. Obsahuje 1024 míst po 14 bitech. Dá se naprogramovat pomocí jednoduchého programátoru, nebo pímo v zaízení, ve kterém je adi použit Program Counter íta instrukcí programu. Po vykonání každé instrukce programu zvyšuje svj stav o jedniku, a tak ukazuje na další instrukci programu, která se má vykonat. Výjimkou jsou 10

11 instrukce vtvení, po kterých mže dojít ke skokové zmn stavu ítae, a tím ke skoku do jiného místa programu Instruction Decode and Control Dekódování instrukcí. Zde se každá instrukce rozepíše na podrobné pokyny pro jednotlivé bloky, jak mají instrukci provést Timing Generation asování. Obsahuje obvody, které s pomocí vnjších souástí (R, C, krystal) mohou generovat taktovací kmitoet. Nebo lze bez použití vnjších souástí pivádt taktovací kmitoet do vstupu OSC1/CLKIN. Z vývodu OSC2/CLKOUT lze v obou pípadech taktovací signál odebírat Timers a) Power up Timer (PWRT) asova pi zapnutí. Po zapnutí napájení drží po dobu 72 ms celý adi ve stavu reset. Tím nap. zabrání pípadnému nežádoucímu zápisu do datové pamti EEPROM. b) Oscillator Start-up Timer (OST) Po zapnutí napájení drží adi ve stavu reset, dokud nenabhne oscilátor. Stav reset se zruší, až když se napoítá 1024 impuls hodinového signálu. Pokud by napájecí naptí nabíhalo velmi pomalu, nemuselo by toto stait. V takovém pípad je vhodné použít vnjší RC obvod, pipojený k obvodu Power-on Reset pes vstup MCLR (viz dále). c) Power-on Reset (POR) Obvod POR generuje resetovací signál vždy, když je na napájecím naptí vzestupná hrana. Pipojíme-li vstup MCLR na napájecí naptí, generuje se reset pi každém nábhu napájení. Pokud napájení nabíhá velmi pomalu, je vhodné doplnit na vstup MCLR následující RC obvod: Obrázek 3: RC obvod zajišující správný start i pi pomalém nábhu napájení d) Watchdog Timer (WDT) Hlídací asova. (Watch-dog je hlídací pes.) WDT je obvod, který když je aktivován, provede po 18 ms reset adie, pokud není do té doby vynulován instrukcí CLRWDT. Umožní to pedejít tomu, že by se adi zaseknul a pestal pracovat. To se mže stát nap. tak, že program zstane tret v njaké nekonené smyce (chyba programátora nebo rušivý impuls v napájecím naptí), nebo pestal fungovat oscilátor (chyba hardwaru). 11

12 Chceme-li WDT používat, zapneme ho nastavením konfiguraního bitu WDTE na 1. Pak programov vždy nejpozdji do 18 ms provedeme instrukci CLRWDT. Pokud tato instrukce do 18 ms nepijde, WDT provede reset adie. To umožní vzpamatování z nežádoucích stav, po kterých by jinak adi zstával v nedefinovaném stavu. Pokud je doba 18 ms píliš krátká, mžeme ped WDT programov zaadit peddliku (prescaler). WDT se tedy chová jako znovuspustitelný monostabilní obvod, který je spouštn instrukcí CLRWDT. Není-li spuštn vas (do 18 ms), vyvolá reset adie. WDT má svj vlastní integrovaný oscilátor, jehož perioda je dána hodnotami R, C na ipu. Tím je WDT nezávislý na ostatních obvodech adie, pedevším na jeho hodinovém kmitotu. Na druhou stranu to znamená, že doba 18 ms nemusí být vždy pesn 18 ms, ale bude záviset nap. na teplot, napájecím naptí, výrobní sérii. Což ale nevadí, protože jde o to, aby se adi vzpamatoval z havarijního stavu, a nezáleží píliš na tom, zda k tomu dojde o nkolik ms díve nebo pozdji. Píklad Mikroadi má ídit pumpování vody do zásobníku tak, aby v zásobníku byl dostatek vody, ale zárove aby zásobník nepetekl. Mikroadi mže být pi tom ízen nap. takovýmto programem (nkteré jeho ádky jsou psány jazykem lidským, nikoliv tedy v asembleru): ZNOVU: Hladina dosažena? Ne, zapni erpadlo. Ano, vypni erpadlo. CLRWDT Jdi na ZNOVU. ; Vynuluj WDT Za normálních okolností adi stále obíhá v této smyce a zapíná vypíná erpadlo tak, aby hladina byla na správné výši. Pokud dojde k takové chyb, která zpsobí, že adi tuto smyku opustí (nap. po neúplném výpadku napájení brown-out), WDT po 18 ms zpsobí reset. Souástí programu po resetu mže být nap. i pivolání obsluhy. e) Brown-out Reset Aktivuje se a vyvolá restart pi neúplném výpadku napájení Timer0 Timer2 Osmibitové asovae (timer) a ítae (counter). Mohou poítat události, teba poet impulz. Mohou dlit kmitoet, odmovat asové intervaly. 1 Black-out je výpadek, který vyvolá úplnou (ernou = black) tmu. Brown-out je pokles naptí, který zpsobí pouze snížení jasu žárovek. Jejich vlákna jsou pak hndá (= brown). 12

13 Obrázek 4: Blokové schéma 16F883 13

14 4.2 Rozložení vývod 1 Vývody 16F883 Obrázek 5: Rozložení vývod 16F883 Až sem byl zatím text aktualizován a doplnn o údaje 16F Popis vývod ídicí vývody OSC1/CLKIN, OSC2/CLKOUT slouží k pipojení vnjších souástí, které jsou zapotebí pro vytvoení vlastního oscilátoru. Vlastní oscilátor mže podle zvoleného módu být bu krystalový, nebo RC. OSC1/CLKIN mže sloužit jako vstup vnjšího hodinového signálu v pípad, že adi si nevyrábí vlastní hodinový signál, ale bere ho zvenku. OSC2/CLKOUT mže sloužit jako výstup hodinového signálu, a to jak v pípad vlastního oscilátoru, tak i v pípad vnjšího hodinového signálu. MCLR (Master CLeaR hlavní nulování) resetuje celý adi. Je aktivní v nule. Po resetu se zaíná vykonávat program z pamti programu od jeho první instrukce. Pi programování obvodu 16F8X slouží MCLR k pivedení programovacího naptí Skupina RA Vývody RA0 RA4 jsou souhrnn oznaovány jako PORTA. Mohou být naprogramovány jako vstupy nebo výstupy, a to každý zvláš. Mžeme naprogramovat libovolnou kombinaci vstup a výstup. Nap. mohou být vývody RA0, RA2, RA4 jako vstupy, vývody RA1 a RA3 jako výstupy. RA4/T0CKI mže být naprogramován také jako vstup ítae TMR0 (T0CKI = Timer ClocK Input). 1 PDIP = Plastic Dual In line Package; SOIC = Small-Outline Integrated Circuit 14

15 4.3.3 Skupina RB Vývody RB0 RB7 jsou souhrnn oznaovány jako PORTB. Také mohou být naprogramovány jako vstupy nebo výstupy, a to každý zvláš, podobn jako vývody PORTA. Je-li nkterý vývod RB naprogramován jako vstup, lze mu programov piadit interní tzv. pull-up rezistor, který zajistí úrove 1 na vstupu v pípad, že na nj není nic pipojeno (když necháme vstup ve vzduchu ). RB0/INT je možno naprogramovat jako vstup externího perušení. RB4-RB7 je možno naprogramovat tak, že pi zmn stavu na kterémkoliv z nich se vyvolá perušení. RB6 slouží pi sériovém programování obsahu pamti programu jako vstup sériového programovacího hodinového signálu. RB7 slouží pi sériovém programování obsahu pamti programu jako sériový vstup dat Napájecí vývody V SS je zem pro napájení a signály. V DD je vstup pro kladné napájecí naptí. 15

16 5. Organizace datové pamti RAM 16F Rozdlení pamti RAM Datová pam je (jakoby vodorovnou arou) rozdlena do dvou oblastí podle úelu a použití: SFR Special Function Registers registry speciálních funkcí GPR General Purpose Registers univerzální registry Další dlicí áru si mžeme pedstavit svislou, a ta dlí datovou pam na dv stránky (Banks): Bank 0 banka 0 Bank 1 banka Rozdlení pamti RAM podle úelu a použití a) SFR Special Function Registers Registry speciálních funkcí se používají pro ízení innosti adie. Zmnou jejich obsahu tedy mžeme programov mnit innost adie. Registry speciálních funkcí jsou na adresách 00-0BH a 80H-8BH. Píklad Obsahem registru TRISB se urí, které vývody RB budou vstupy a které výstupy. Uritý bit registru nastavený na jedniku znamená, že odpovídající vývod bude pracovat jako vstup. Nastavení bitu na nulu znamená, že odpovídající vývod bude pracovat jako výstup. Nap. zapíšeme-li do registru TRISB íslo 7BH, bude nastavení vývod RB následující: Vývod RB RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0 Bit registru TRISB7 TRISB6 TRISB5 TRISB4 TRISB3 TRISB2 TRISB1 TRISB0 TRISB Hodnota bitu TRISBx Funkce vývodu RBx výstup vstup vstup vstup vstup výstup vstup vstup b) GPR General Purpose Registers Univerzální registry slouží jako pam RAM pro krátkodobé uložení informací. adi 16F84 má k dispozici 68 tchto registr, které leží na adresách 0CH-4FH. Z obrázku (Obrázek 6) by se mohlo zdát, že univerzálních registr je k dispozici 2x68, což není pravda. Registry na stránce 1 jsou totiž mapovány do stránky 0. To znamená, že nap. pes adresu 8FH se dostaneme do stejného místa, jako pes adresu 0FH, tj. do registru 0FH. Adresy 50H-7FH (a D0H-FFH) nejsou u 16F84 využity. Budou využity v novjších verzích adie. 16

17 Obrázek 6: Organizace datové pamti RAM 16F84 17

18 5.1.2 Rozdlení pamti RAM na stránky STATUS registr RP1 (bit 6) RP0 (bit 5) Vybraná stránka Tabulka 2: Výbr stránky pamti pracujeme jen s RP5. Výbr stránek pamti se provádí nastavením bit RP1 (bit 6) a RP0 (bit 5) v registru STATUS (Tabulka 2). U obvod 16F84 nejsou stránky 2 a 3 využity. Proto se ty kombinace bit registru STATUS, které by jim odpovídaly, nemají používat. U obvod 16F84 se tedy o bit RP1 nestaráme, pedpokládáme, že je rovný nule, a Nkteré registry jsou zdánliv zdvojené vyskytují se na stránce 0 i 1. Nejsou ale zdvojené tyto registry, pouze pístup k nim. Jsou to ty registry, které musejí být dostupné z obou stránek. Typickým píkladem je práv registr STATUS. 18

19 5.2 Význam nkterých registr speciálních funkcí INDF, Indirect Address, nepímá adresa, 00H, 80H Není to fyzický registr. Pi zápisu do nj nebo tení z nj je k operaci použit registr, jehož adresa je v registru FSR. Tím je umožnno tzv. nepímé adresování, pi kterém není nutno adresu znát už pi psaní programu, ale je možno ji vypoítat až za bhu programu. Kdybychom nap. chtli vynulovat deset vzájemn sousedících registr, bez nepímého adresování bychom pi jejich nulování museli ve svém programu postupn vyjmenovat všechny jejich adresy. S nepímým adresováním zadáme ve svém programu adresu poáteního registru, poet nulovaných registr, a pak necháme smyku programu, aby postupn vypoítala adresy dalších nulovaných registr. TMR0, Timer / Counter, asova / íta, 01H Osmibitový íta, jehož vstup mže být pipojen bu na interní signál (pak se mu íká asova), nebo na externí signál (pak se mu íká íta). Ped nj je možno zaadit programovatelnou peddliku, která mže dlit v pomru 1:2 až 1:256. TMR0 je možno naprogramovat tak, že pi peteení, tj. pi pechodu ze stavu FFH do stavu 00H vyvolá perušení. OPTION, Volba, 81H Nastavením jeho bit je možno ovládat peddliku, vnjší perušení, íta asova, pull-up rezistory na portu PORTB RBPU INTEDG T0CS T0SE PSA PS2 PS1 PS0 Význam nkterých bit Bit 0 bit 2: Prescaler Rate Select výbr dlicího pomru peddliky. Osm možných kombinací tchto tí bit umožuje výbr z osmi rzných dlicích pomr peddliky (2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256). Bit 3: Prescaler Assignment piazení peddliky. Piazuje peddliku bu ped íta / asova TMR0, nebo ped hlídací asova WDT. Bit 5: TMR0 Clock Source Select výbr zdroje hodin pro asova TMR0. Pipojuje vstup asovae TMR0 bu k vývodu RA4 / T0CKI, nebo na vnitní hodiny (CLOCKOUT). Bit 7: PORTB Pull-up Enable aktivace interních rezistor, které pipojí vstupy portu B na kladné napájecí naptí. PCL, Program Counter Low, nižší ást programového ítae, 02H, 82H Nižších 8 bit programového ítae. Jeho pepsáním je možno zpsobit skok na adresu, která nebyla známa v dob psaní programu, ale je výsledkem výpotu (Computed GOTO). STATUS, Stav, 03H, 83H Ti bity registru STAUS obsahují informaci o stavu ALU, nebo jinak eeno o výsledku minulé operace : Zda výsledek byl nulový a zda pi nm došlo k penosu / výpjce. Dva bity informují o innosti instrukce SLEEP a WDT. 19

20 Dva bity jsou použity pro nastavení stránky pamti IRP RP1 RP0 TO/ PD/ Z DC C Register Bank Select Time-out Powerdown Zero Digit Carry Carry Význam nkterých bit Bit 0: Carry penos. Nastaví se na 1, když pi sítání dojde k peteení (výsledek je vtší než 255), když pi odítání dojde k podteení (výsledek je menší než 0). Tento bit se také úastní operací rotace pi instrukcích RRF, RLF. Bit 2: Zero nula. Nastaví se na 1, když výsledkem aritmetické nebo logické operace je nula. Bit 5: Register Bank Select výbr banky. Je-li jeho hodnota 0, smují operace s pamtí do banky 0. Je-li jeho hodnota 1, smují operace s pamtí do banky 1. Bit 6: Register Bank Select výbr banky. U 16F84 není využit. Má být udržován na hodnot 0, aby programy byly kompatibilní s vyššími verzemi mikroadi, které ho budou využívat. FSR, File Select Register, registr pro výbr místa v pamti, 04H, 84H Viz výše odstavec o INDF. PORTA, Port A, 05H Ptibitový registr, spojený s píslušnými vnjšími vývody. Ti jeho bity nejsou využity. Funkce jednotlivých vývod (vstup / výstup) se programuje nastavením bit registru TRISA. TRISA, TRI State A, 85H Nastavením jeho bit se nastavuje funkce vývod PORTA. Použití obdobné jako u registru TRISB, jehož funkce byla vysvtlena v píkladu výše. PORTB, Port B, 06H TRISB. Osmibitový registr, spojený s píslušnými vnjšími vývody. Funkce jednotlivých vývod (vstup / výstup) se programuje nastavením bit registru TRISB, TRI State B, 86H Viz popis TRISA a píklad o programování PORTB výše. 20

21 EEDATA, EEprom DATA, 08H Ped zápisem do EEPROM umístíme do tohoto registru hodnotu, která se má zapsat. Pi tení z EEPROM se v tomto registru objeví tená hodnota. EEADR, EEprom ADdRess, 09H Ped zápisem do EEPROM umístíme do tohoto registru adresu, na kterou se má zapsat. EEPROM adie 16F84 má kapacitu 64 bajt s adresami 00H 3FH. Uvedené adresy nejsou souástí adresového prostoru pamti RAM. Proto mohou mít stejné hodnoty jako adresy nkterých registr SFR, GPR. EECON1, EEprom CONtrol 1, 88H Registr, jehož bity se ídí zápis a tení do/z EEPROM. Bit WREN (WRite ENable) musí být nastaven ped zápisem do EEPROM. Použijeme ho tak, že ped zápisem do nkolika bunk EEPROM ho nastavíme, zapíšeme do bunk, a po skonení zápisu do poslední buky ho vynulujeme. Bit WR (WRite) dává povel k vykonání jednoho zápisu do jedné buky EEPROM. Po skonení zápisu je WR automaticky hardwarov vynulován. Ped zápisem do další buky se tedy musí znovu nastavit. Aby zápis byl možný, musí být nastavený WREN (viz výše). Bit RD (ReaD) dává povel k vykonání jednoho tení z jedné buky EEPROM. Po skonení tení je RD automaticky hardwarov vynulován. Ped tením z další buky se tedy musí znovu nastavit. EECON2, EEprom CONtrol 2, 89H Ped zápisem do každé buky EEPROM je nutno zapsat do EECON2 hodnotu 55H a potom 0AAH. Zápis do EEPROM je tak jištn nkolikerým zpsobem, aby nedošlo k nechtnému pepsání jejího obsahu. Píklady užití EECON1, EECON2 tení z EEPROM BCF STATUS, RP0 ; Bank 0 MOVLW CONFIG_ADDR ; MOVWF EEADR ; Address to read BSF STATUS, RP0 ; Bank 1 BSF EECON1, RD ; EE Read BCF STATUS, RP0 ; Bank 0 MOVF EEDATA, W ; W = EEDATA 21

22 Zápis do EEPROM ; v EEADR je pipravená adresa ; v EEDATA je pipravená hodnota, která se má zapsat BSF STATUS, RP0 ; Bank 1 BCF INTCON, GIE ; Disable INTs. BSF EECON1, WREN ; Enable Write MOVLW 55h ; MOVWF EECON2 ; Write 55h MOVLW AAh ; MOVWF EECON2 ; Write AAh BSF EECON1,WR ; Set WR bit ; begin write BSF INTCON, GIE ; Enable INTs. PCLATH, PC LAtch High, 0AH, 8AH Registr PCLATH je uren spíše pro budoucí použití u adi, které budou mít vtší pam pro program. U adie 16F84 tento registr použijeme jen pi tvorb pokroilých program. INTCON, INTerrupt CONtrol, 0BH, 8BH Pt bit povoluje / zakazuje všechny druhy perušení, které 16F84 umožuje. Ti bity obsahují tzv. píznaky (flags), které informují o tom, zda k uritému perušení došlo nebo ne. 22

23 6. Instrukní soubor 16F Definice asembler jazyk, ve kterém píšeme program pro mikroadi program (peklada), který pekládá zdrojový program (napsaný v asembleru jazyku) do strojového kódu instrukní doba, za kterou se vykoná vtšina instrukcí; má délku ty period signálu cyklus oscilátoru komentá text uvozený stedníkem, který slouží jako nadpis nebo vysvtlivka návští oznaení místa v programu, které je cílem skoku nebo volání podprogramu podprogram ást programu, která se v pamti programu vyskytuje jen jednou, ale bhem vykonávání programu se vykonává víckrát pomocí volání instrukcí CALL nebo pomocí perušení programátor lovk tvoící program zaízení na programování PROM, EPROM, adi peklada program, který pekládá zdrojový program do strojového kódu perušení perušení vykonávaného programu a skok na program obsluhy zaízení, které si perušení vyžádalo sklípek pam, do které se ukládá návratová adresa pi perušení smyka ást programu, která se díky zptné vazb (skoku z konce na zaátek) vykonává opakovan strojový program, jehož instrukce jsou v podob binárních ísel tak, že je adi mže kód pímo vykonávat syntaxe zdrojový program pravidla pravopisu programovacího jazyka program napsaný v asembleru 23

24 6.2 Syntaxe asembleru Aby poíta rozuml zdrojovému programu a byl schopen peložit ho pomocí pekladae do strojového kódu, musí být zdrojový program napsán podle pesných pravidel Malá, velká písmena V programu mžeme používat velká i malá písmena. Pi psaní instrukcí a ísel jsou si malá i velká písmena rovnocenná. Píklad MOVLW movlw Movlw jsou tytéž instrukce. 0xD2 0xd2 0Xd2 Pi psaní návští mžeme rovnž používat malá i velká písmena, ale peklada je v tomto pípad case sensitive, tj. rozlišuje malá a velká písmena. Píklad Pokud v programu použijeme slovo znovu jako návští na zaátku smyky, a dále pak slovo Znovu v píkazu skoku na zaátek smyky, znovu: movlw b' ' goto Znovu ohlásí peklada chybu, protože znovu a Znovu jsou pro nj dv rzná slova íselné formáty Pro vyjádení ísla mžeme v asembleru použít ti íselné soustavy: Desítková dekadická soustava íslo v desítkové soustav uvedeme písmenem D a vlastní íslo uzaveme mezi apostrofy, napíklad D 169. Po instrukci MOVLW D 169 tedy v registru W bude hodnota 169. Dvojková binární soustava íslo ve dvojkové soustav uvedeme písmenem B a vlastní íslo uzaveme mezi apostrofy, napíklad B Po instrukci MOVLW B tedy v registru W bude binární íslo , tj. 169 dekadicky. Šestnáctková hexadecimální soustava íslo v šestnáctkové soustav je možno vyjádit temi zpsoby: a) Za íslem uvedeme písmeno H. Pokud íslo nezaíná íslicí, dáme ped nj nulu, nap. 0A9H. b) Ped íslo napíšeme 0x, nap. 0xA9. Po instrukci MOVLW 0xA9 nebo MOVLW 0A9H 24

25 tedy v registru W bude hodnota A9 hexadecimáln, tj. 169 dekadicky. c) Pokud íslo obsahuje jen íslice (a žádná písmena), mžeme je napsat bez úvodního 0x nebo závreného H. Po instrukci MOVLW 12 tedy v registru W bude hexadecimální íslo 12, tj. 18 dekadicky. Tento zpsob psaní vbec není vhodný, protože hexadecimální íslo pak psobí mylným dojmem, že je dekadické Komentáe Komentáe používáme proto, abychom program uinili itelným a srozumitelným pro toho, kdo na nm bude pracovat po nás, ale i pro sebe, až se k nmu po ase vrátíme. Pro oznaení komentáe používáme znak ; (stedník). Text od stedníku až do konce ádku je pekladaem ignorován, mže v nm proto být cokoliv. Komentá mže zaínat hned na zaátku ádku, nebo mže následovat za instrukcí. Píklad ; Smyka, která uruje dobu, po kterou LED svítí MOVLW 0xB1 ; nastavení poátení hodnoty ítae Zkratky Konstanta k f d b k konstanta Význam konstanta, se kterou instrukce pracuje registr, se kterým instrukce pracuje destination = místo urení; místo, kam se uloží výsledek operace bit; íslo bitu, se kterým instrukce pracuje Konstanta je veliina, jejíž hodnota se po celou dobu vykonávání programu nezmní. Vtšinou ji urí programátor už pi psaní programu. Adresa v instrukci skoku GOTO a volání podprogramu CALL je také konstanta, která se bhem vykonávání programu nemní. Pi psaní programu v asembleru ji ale neuruje programátor, ale peklada. Píklad f registr Píklad MOVLW k ; obecný tvar instrukce pro vložení konstanty do W MOVLW D 58 ; vloží do registru W konstantu - íslo 58 (dekadické) Oznauje íslo (adresu) registru, který je v instrukci použit. CLRF f ; obecný tvar instrukce pro nulování registru CLRF d destination 0x3A ; vynuluje registr na adrese 0x3A Destination je místo, kam se uloží výsledek operace, kterou instrukce provádí. Instrukce, které pracují s registrem W a zárove s registrem v pamti RAM, ukládají výsledek do registru W (když d = 0), nebo do registru RAM (když d = 1). 25

26 V registru, do kterého se výsledek neukládá, zstává hodnota, která v nm byla ped instrukcí. Píklad ADDWF f, d ; obecný tvar instrukce pro setení W a registru Jsou-li v registrech hodnoty Jméno / adresa registru Obsah registru W D 12 0x3D D 6 pak po provedení instrukce ADDWF 0x3D, 0 ; sete W a f, výsledek do W budou nové hodnoty Jméno / adresa registru Obsah registru W D 18 0x3D D 6 zatímco po provedení instrukce ADDWF 0x3D, 1 ; sete W a f, výsledek do f budou nové hodnoty Jméno / adresa registru Obsah registru W D 12 0x3D D 18 b bit Píklad Uruje íslo bitu, se kterým instrukce pracuje. BCF f, b ; obecný tvar instrukce pro nulování jednoho bitu v ; registru Je-li obsah registru na adrese 0x05 (PORT A) Bit PA7 PA6 PA5 PA4 PA3 PA2 PA1 PA0 Hodnota a port je nastavený jako výstup, pak po provedení instrukce BCF 0x05, 3 ; vynuluje bit 3 registru 0x05 bude nový obsah registru na adrese 0x05 (PORT A) Bit PA7 PA6 PA5 PA4 PA3 PA2 PA1 PA0 Hodnota

27 6.3 Instrukce aritmetických a logických operací Operace s konstantou Do tchto instrukcí vstupuje konstanta, uvádná v pravé ásti instrukce, a obsah registru W. Výsledek se ukládá do W. Všechny instrukce této skupiny se vykonají za jeden instrukní cyklus. Zkratka Popis ADDLW k Sete W a k ANDLW k Provede logický souin mezi odpovídajícími bity W a k IORLW, k Provede logický souet mezi odpovídajícími bity W a k SUBLW k Odete W od k XORLW k Provede Exclusive-OR mezi odpovídajícími bity W a k: Pokud jsou odpovídající bity shodné, výsledkem je 0. Nejsou-li shodné, výsledkem je 1. Píklad Je-li v registru W hodnota D 61, pak po provedení instrukce SUBLW D 71 ; odete W od k bude v registru W hodnota D 10. S konstantou pracuje také instrukce MOVLW k (zápis konstanty do registru W), která je popsaná dále v odstavci o instrukcích pesun Operace s registrem RAM Do tchto instrukcí vstupuje obsah registru RAM, jehož adresa je uvedená v pravé ásti instrukce, a vtšinou také obsah registru W. Výsledek se ukládá do W nebo do registru RAM podle hodnoty d, jak bylo popsáno výše. Všechny instrukce této skupiny se vykonají za jeden instrukní cyklus. Zkratka Popis ADDWF f, d Sete W a f ANDWF f, d Provede logický souin mezi odpovídajícími bity W a f COMF f, d Provede komplement (negaci) všech bit f DECF f, d Dekrementuje f (sníží jeho hodnotu o 1) INCF f, d Inkrementuje f (zvýší jeho hodnotu o 1) IORWF f, d Provede logický souet mezi odpovídajícími bity W a f SUBWF f, d Odete W od f XORWF f, d Provede Exclusive-OR mezi odpovídajícími bity W a f: Pokud jsou odpovídající bity shodné, výsledkem je 0. Nejsou-li shodné, výsledkem je 1. Píklad Jsou-li v registrech hodnoty Jméno / adresa registru Obsah registru W B x3D B pak po provedení instrukce IORWF 0x3D, 0 ; logický souet W a f, výsledek do W budou nové hodnoty Jméno / adresa registru Obsah registru W B x3D B

28 6.4 Instrukce pesun Pokud instrukce obsahuje parametr d, výsledek se ukládá do W když d = 0, do f když d = 1. Všechny instrukce této skupiny se vykonají za jeden instrukní cyklus. Zkratka Popis MOVF f, d d = 0... f se zkopíruje do W, hodnota v f zstává beze zmny. d = 1... nic se nepohne ani nezmní, ale nastaví se píznak Z podle f. MOVLW k Zapíše k do W. MOVWF f Zkopíruje W do f. RLF f, d Rotuje obsah f doleva pes bit C stavového registru. RRF f, d d = 0... výsledek rotace se objeví ve W. f zstává pvodní, beze zmny. d = 1... výsledek rotace je v f. W zstává pvodní, beze zmny. Rotuje obsah f doprava pes bit C stavového registru. d = 0, 1... jako u RLF SWAPF f, d Prohodí se levý a pravý plbajt (nibble) registru f. d = 0, 1... jako u RLF Píklad Jsou-li v registrech hodnoty Jméno / adresa registru Obsah registru W cokoliv 0x3D 0xA5 pak po provedení instrukce SWAPF 0x3D, 0 ; proho levou a pravou ást f, výsledek do W budou nové hodnoty Jméno / adresa registru Obsah registru W 0x5A 0x3D 0xA5 6.5 Instrukce skok Po tchto instrukcích dojde k mimoádné *) zmn obsahu ítae instrukcí, a to u instrukce GOTO vždy u ostatních instrukcí když je splnná testovaná podmínka. Pokud instrukce obsahuje parametr d, výsledek se ukládá do W když d = 0, do f když d = 1. Všechny instrukce této skupiny se vykonají za jeden instrukní cyklus, pokud ke skoku nedojde za dva instrukní cykly, pokud ke skoku dojde. Jelikož pi instrukci GOTO je skok nepodmínný, trvá tato instrukce dva cykly vždy. *) Po každé normální instrukci se obsah ítae instrukcí zvýší o 1, tj. íta instrukcí pak ukazuje na následující instrukci. Po instrukci, která uskutenila skok, se obsah ítae instrukcí zmní mimoádn. U instrukcí obskok se zvýší o 2, u instrukce GOTO skoí na zadanou adresu. 28

29 Zkratka Popis BTFSC f, b Testuje bit b registru f, peskoí další instrukci, když b = 0. BTFSS f, b Testuje bit b registru f, peskoí další instrukci, když b = 1. DECFSZ f, d Dekrementuje f, peskoí další instrukci, když po operaci f = 0. GOTO k Skoí na adresu k. INCFSZ f, d Inkrementuje f, peskoí další instrukci, když po operaci f = 0. Píklad ást blikacího programu, která zajistí svícení LED, dokud je program ve smyce: SMYCKA: DECFSZ CNT, 1 GOTO SMYCKA POKRACUJ: Ped instrukcí DECFSZ programový íta PC obsahuje adresu SMYCKA. Po instrukci DECFSZ bude: CNT = CNT 1 W beze zmny, protože d = 1 když CNT 0, PC = adresa SMYCKA+1, tj. ukazuje na instrukci GOTO, která provede skok zpátky na SMYCKA. Program se toí dál ve smyce. když CNT = 0, PC = adresa POKRACUJ, tj. opuštní smyky 6.6 Instrukce nulování a nastavení Tyto instrukce nulují nebo nastavují jednotlivý bit uritého registru (BCF, BSF), nulují celý registr (CLRF, CLRW), nastavují výchozí stav hlídacího asovae (CLRWDT). Všechny instrukce této skupiny se vykonají za jeden instrukní cyklus. Zkratka Popis BCF f, b Vynuluje bit b registru f. BSF f, b Nastaví na 1 bit b registru f. CLRF f Vynuluje registr f. CLRW Vynuluje registr W. CLRWDT Vynuluje WDT = Watch Dog Timer a peddliku. Píklad Jsou-li v registrech hodnoty Jméno / adresa registru Obsah registru W B x3D B pak po provedení instrukce CLRF 0x3D ; vynulování registru 0x3D budou nové hodnoty Jméno / adresa registru Obsah registru W B x3D B

30 a dále po provedení instrukce CLRW ; vynulování registru W budou nové hodnoty Jméno / adresa registru Obsah registru W B x3D B Instrukce pro podprogramy a perušení Po tchto instrukcích opt dojde k mimoádné zmn obsahu ítae instrukcí. Pi instrukci CALL program skoí na adresu podprogramu danou parametrem k (nap. návštím) a adresa následující instrukce (návratová adresa) se uloží do sklípku (STACK). Pi instrukcích návratu (RETURN, RETFIE, RETLW) se ze sklípku vyzvedne návratová adresa a uloží se do programového ítae (PC = Program Counter). Tím dojde ke skoku (návratu) na instrukci, která následuje po té, která se jako poslední vykonala ped skokem na adresu podprogramu. Pokrauje se tedy v práci, která byla pedtím rozdlaná. Instrukce RETFIE krom návratu na návratovou adresu také zajistí povolení dalších perušení. Bhem obsluhy perušení jsou totiž další perušení zakázána. Instrukce RETLW krom návratu na návratovou adresu také vsadí do registru W hodnotu k. To umožuje programu, aby si z obsluhy perušení pinesl informaci o tom, jak obsluha perušení probhla. Všechny instrukce této skupiny se vykonají za dva instrukní cykly. Pi všech totiž dochází k mimoádné zmn obsahu ítae instrukcí. Zkratka CALL k RETURN RETFIE RETLW k Píklad Popis Uloží do sklípku adresu následující instrukce (= návratovou adresu) a skoí na adresu danou parametrem k. Vyzvedne ze sklípku návratovou adresu, dosadí ji do programového ítae, a tím vyvolá skok (návrat) na tuto adresu. Vyzvedne ze sklípku návratovou adresu, dosadí ji do programového ítae, a tím vyvolá skok (návrat) na tuto adresu. Nastaví bit GIE = General Interrupt Enable v registru INTCON, a tím umožní pijetí dalších perušení. Vyzvedne ze sklípku návratovou adresu, dosadí ji do programového ítae, a tím vyvolá skok (návrat) na tuto adresu. Do registru W dosadí hodnotu k. adi má pravideln kontrolovat hladinu vody v nádrži. Píslušný podprogram má hladinu zmit a sdlit, zda už hladina dosáhla pedepsané úrovn nebo ne. Podprogram mže mít dva výstupy. Zjistí-li se, že hladina ješt nedosáhla pedepsané úrovn, návrat z podprogramu se provede instrukcí RETLW 0x00 Pokud hladina už dosáhla pedepsané úrovn, návrat z podprogramu se provede v jiném míst instrukcí RETLW 0x01 Pokud tedy hladina nedosáhla pedepsané úrovn, najdeme v registru W po návratu z podprogramu hodnotu 0, pokud dosáhla, najdeme tam 1. 30

31 6.8 Zvláštní instrukce Všechny instrukce této skupiny se vykonají za jeden instrukní cyklus. Instrukce NOP se používá k zámrnému zpomalení chodu programu, nebo, pi runím programování, k vynechání místa v pamti pro pípadné vložení dalších ástí programu. Zpomalení chodu programu mže být zapotebí tam, kde ped odebráním stavu vstupu je teba pokat na ustálení vstupní veliiny. Pi programování asové smyky, která má odmovat pesný as, lze vložením prázdných instrukcí jemn doladit délku trvání smyky. Pi runím programování je nejvtším problémem rozhrnutí dosavadního programu a vložení další ásti, protože se tím zmní adresy skok a volání. Pokud si v programu necháme prázdná místa, zaplnná jen instrukcemi NOP, mžeme pak tato místa využít ke vložení nových ástí. Pokud ale pro psaní a peklad programu používáme poíta, peklada tento problém eší za nás. Po každé zmn programu pepoítá adresy skok a volání automaticky. Zkratka NOP SLEEP Píklad Popis Prázdná operace Pechod adie do stavu SLEEP. Vynulování WDT a peddliky. Programujeme pravidelné blikání LED. ást programu, která uruje dobu svícení nesvícení mže vypadat takto: MOVLW D 66 ; smyka se má probhnout 66x MOVWF 0x0D ; registr 0x0D použijeme jako poítadlo DOKOLA: NOP ; vycpávka: prázdné instrukce NOP DECFSZ 0x0D, 1 ; dekrementuj poítadlo, výsledek nech v nm GOTO DOKOLA ; není hotovo? Jedeme dokola! MOVLW... ; hotovo, jedeme dál! Potem instrukcí NOP mžeme mnit dobu, kterou potrvá jedno probhnutí smyky. Velikostí ísla v úvodní instrukci MOVLW mníme poet prchod smykou. 6.9 Zastaralé instrukce Instrukce OPTION a TRIS f byly používány ve starších verzích adi. V souasných verzích by stále ješt fungovaly, ale nepoužíváme je, abychom zachovali kompatibilitu svých program pro píští verze adi. 31

32 7. Úlohy 7.1 Drát Funkce Stav jednoho vývodu (vstupu) se programov penese na jiný vývod (výstup), jako kdyby tyto dva vývody byly propojeny drátem. HW píprava Na vývod.1 (RA2) pipojte pepína tak, aby v jedné poloze byl vývod pipojen na +5V, ve druhé poloze na zem. Na vývod.2 (RA3) pipojte LED tak, aby svítila, když na vývodu bude úrove H. Rozbor úlohy Na zaátku programu je nutno vývod.1 (RA2) nastavit jako vstup, vývod.2 (RA3) je nutno nastavit jako výstup. Bhem innosti programu se bude stále testovat stav vývodu.1 a zjištná hodnota se bude posílat na vývod.2. 32