Разработка программной и аппаратной поддержки к методическим указаниям Программирование микроконтроллеров

«IO view». Это можно сделать либо через меню «View» команда «New IO View»,

либо нажав «Alt» и 5, как показано на рис. 3.9, или на панели инструментов

нажать соответствующую кнопку – .

Рис. 3.10. Окно регистров ввода/вывода для МК AT90S8515.

Так как мы определили для встроенного симулятора микроконтроллер типа

AT90S8515, то окно регистров ввода/вывода откроется автоматически со всеми

надлежащими устройствами для этого типа МК (см. рис. 3.10). Данное окно

содержит перечень устройств, содержимое которых можно просмотреть, как

«древовидную» структуру, где один элемент может содержать ряд вложенных

подэлементов.

Рис. 3.11. Содержимое порта В.

Так как наша программа работает с портом В, то рассмотрим его

содержимое более подробно. Для этого по названию «Port B» щелкнем мышью два

раза (double click) или один раз по плюсику слева. Список порта В

раскроется, как показано на рис. 3.11, и можно будет увидеть регистр данных

(PORTB), регистр направления данных (DDRB) и выводы порта В (PINB) – «Port

B Data», «Data Direction» и «Input Pins», соответственно.

Каждый бит этого регистра представлен в виде флажка. Логическая

единица соответствует установленному флажку, а логический ноль – снятому.

Состояния этих флажков обновляются во время выполнения программы и

показывают текущее значение каждого бита. Вы также можете устанавливать или

очищать значения битов, щелкая мышью по соответствующим флажкам, тем самым

изменяя значения соответствующих регистров ввода/вывода.

Существует пара команд для одиночного пошагового выполнения программы.

Это «Trace into» /F11/ и «Step Over» /F10/ из меню «Debug» (см. рис. 3.7).

Отличие состоит в том, что «Trace into» при вызове подпрограммы входит в

неё в пошаговом режиме, т.е. можно отследить каждую команду по отдельности;

а «Step Over» выполняет подпрограмму целиком и продолжает выполнение в

пошаговом режиме со следующей команды после вызова подпрограммы, т.е. как

бы «обходит» подпрограмму. Наш пример не содержит подпрограмм, поэтому

различие заметно не будет.

Дойдя до последней строчки программы, следует обратить внимание на

изменение цвета регистров порта В. Те регистры, которые в последнем шаге

трассировки поменяли свое значение, становятся красными, остальные –

черные. Это облегчает наблюдать за теми регистрами ввода/вывода, которые

меняют свое значение при трассировке. Продолжая трассировку (нажимая /F11/

) можно наблюдать как регистры порта В меняют свое значение –

инкрементируются.

Рис. 3.12. Добавление точки останова.

Добавляя точки останова, мы можем выполнять программу с максимальной

скоростью, останавливаясь лишь там, где установлены точки останова.

Установив, курсор на нужном месте и нажав , или вызвав контекстное

меню и нажав команду «Toggle Breakpoint» можно лег?о установить точку

останова (см. рис. 3.12). Повторное нажатие приведет к её снятию. Красный

квадратик на полоске слева как раз и обозначает точку останова. В данном

примере точка останова установлена для демонстрации увеличения скорости

выполнения программы. Когда не было точки останова нам требовалось трижды

нажимать чтобы совершить один цикл (loop:). Установив же точку

останова на команде “rjmp loop” и запустим программу на выполнение через

меню «Debug» команда «Go» или нажмем (см. рис. 3.7), остановка

произойдет лишь в точке останова и таким образом для одного цикла

потребуется всего лишь одно нажатие . Это реальный пример ускорения

отладки программы.

Предположим нам надо чтобы регистр порта В не инкрементировался, а

декрементировался во время выполнения программы. Для этого немного изменим

код программы. В окне исходного кода программы строчку "inc temp" изменим

на "dec temp" (см. рис. 3.13). Если теперь продолжить выполнение программы

(нажать или или ), то AVR Studio выдаст диалоговое окно,

которое информирует об изменение исходного файла и спрашивает, нужно ли

перекомпилировать проект. Следует нажать «Yes».

Рис. 3.13. Изменение исходного кода программы и перекомпиляция проекта.

После перекомпиляции указатель счетчика команд будет установлен в

начало на первую команду. Заметим, что установленные точки останова

остаются без изменения.

«Смотровое» окно.

Для наблюдения за переменными, а точнее за их значениями удобно

использовать «Смотровое» окно (Watch window). Открыть его можно использовав

комбинацию клавиш «Alt» + «1» или вызвав меню «View» команду «Watch»

(см. рис. 3.9) или нажав кнопку на панели инструментов – .

Переменные, которые определены с помощью макроса “.DEF” могут быть

помещены в «Смотровое» окно несколькими способами. Выделив нужную

переменную ее можно просто перетащить в «Смотровое» окно или в меню «Watch»

нажать команду «Add Watch» или на панели инструментов нажать кнопку –

.

В данной программе только переменная “temp” является таковой. Ее мы и

можем увидеть на рис. 3.14.

Рис. 3.14. Смотровое окно.

Во время пошагового выполнения программы можно наблюдать, как меняется

наша переменная “temp”. Заметим, что данное окно также позволяет

пользователю изменять значения переменных, т.е. непосредственно влиять на

ход выполнения программы, облегчая отладку.

Рис. 3.15. Окно процессора.

Окно процессора.

Теперь понаблюдаем за окном процессора. Откроем его, нажав «Alt» + «3»

(см. рис. 3.9) или щелкнув по иконки – . Это окно (см. рис. 3.15.)

предоставляет определенную информацию о выполнении программы включая

Счетчик Команд (Program Counter), Указатель Стека (Stack Pointer),флаги

регистра состояния (Flags), Счетчик Циклов (Cycle Counter) и др.

Очень полезными для оценки длинны циклов или времени выполнения

подпрограммы могут оказаться «Cycle Counter» и «StopWatch». Хоть в данном

примере мы практически не используем это окно, оно все же играет очень

важную роль в отладки программы.

Перед закрытием проекта необходимо его сохранить. AVR Studio запомнит

расположение окон и использует эти установки при следующем запуске проекта.

3.2. Анализ методики реализации разработки программного обеспечения

3.2.1. Классификация вариантов заданий

Цель заданий – практическое освоение методики программирования на

ассемблере микроконтроллеров ATMEL семейства AVR, отладка программы на

симуляторе AVR Studio и программирование кристалла с помощью программатора

расположенного в системе макета. Примеры заданий могут использоваться не

только как для проверки знаний и навыков по программированию, но и для

наглядного объяснения архитектуры при чтении теоретического материала.

После изучения теоретического материала, а именно: архитектуры МК,

аппаратных и программных средств, основных типов интерфейсов, системы

команд и симулятора МК, можно приступить к практической реализации

различных задач на основе МК.

Именно написание программ и умение их объяснить является критерием

понимания архитектуры МК, а также критерием способности использовать данную

архитектуру в сочетании с программированием (ассемблером).

Конкретных примеров заданий может быть очень много. Мы разделим эти

примеры на несколько общих классов. Сначала перечислим достаточно простые

классы задач.

1. Работа с памятью.

К этому классу задач можно отнести любые операции с различными

областями памяти, такие как чтение или запись. К примеру, можно считывать

или записывать данные из/в EEPROM, SRAM или даже памяти программ (Program

Memory). Меняя начальный адрес и размер данных, а также тип (область)

памяти можно создавать различные примеры задач.

2. Индикация.

Подключая к выводам портов различные системы индикации, будь то

простые светодиоды, ССИ или ЖКИ можно создать широкий класс задач.

Различные варианты примеров можно создать, изменяя очередность или

длительность световой индикации. Можно сделать несколько примеров заданий с

движущимися символами или «бегущей строкой», задавая различные символы и

строки. Реализация различной длительности индикации может осуществляться

либо с помощью таймера, либо с помощью циклов задержки, либо другими

способами, что увеличивает разнообразие вариантов заданий.

3. Вычисления и обработка данных

Существует много примеров с арифметическими вычислениями. К примеру,

можно производить сложение, вычитание, умножение, деление или сравнение 8-

или 16-разрядных чисел. Также существуют математические или базисные

логические функции, из которых можно строить более сложные произвольные

функции.

Еще к этому классу задач относятся преобразование 8-, 16-разрядных

чисел в упакованные (или нет) двоично-десятичные (Binary Coded Decimal –

BCD) и обратно, сортировка чисел различными способами и фильтрация.

4. Измерение внешних параметров и устройства управления:

Сюда входят задачи по измерению напряжения, тока, частоты, давления,

скорости вращения и других параметров. Создание часов реального времени,

калькулятора, кодового замка, управление двигателем, регулировка

температуры.

Это достаточно сложный класс задач, так как он может включать в себя и

некоторые вышеперечисленные классы (1-3).

Варианты заданий

Префикс 0x – обозначает шестнадцатеричное число, 0b – двоичное, без

префикса пишется десятичное число.

Во всех вариантах необходимо составить и отладить программу с помощью

симулятора и если необходимо запрограммировать микроконтроллер с помощью

программатора в системе макета.

1. Дан массив А из 8 (или др.) однобайтовых чисел распложенных в Program

Memory или EEPROM начинающийся с адреса 0x0A (или др.). Переписать из

массива А в массив В все числа, большие 0x05 (или др.) и меньшие 0x2С.

Массив В может находиться либо в EEPROM, либо в SRAM.

2. Написать программу перекодировки восьмиразрядного или

шестнадцатиразрядного двоичного числа в упакованное двоично-десятичное

число.

3. Написать программу перекодировки двухразрядного или пятиразрядного

двоично-десятичного числа в двоичное.

4. Написать программу сложения или вычитания двух двухразрядных десятичных

чисел

5. Дан массив А из 8 (или др.) однобайтовых или двухбайтовых кодов.

Определить, содержит ли он код 0хАС или 0хАFВС. Если "да", то в регистр

Rn занести число таких кодов.

6. Дан массив А из 10 однобайтовых (или др.) чисел. Переписать его в массив

В, упорядочив числа по возрастанию (или по убыванию).

7. Дан массив А из 10 однобайтовых чисел. Переписать в массив В только

числа, содержащие четное (или нечетное) количество единиц (или нулей).

8. Зашифровать содержащиеся в массиве А коды 10 букв или цифр по следующему

правилу: а) циклический сдвиг влево на 5 (или др.) разрядов и побитовая

инверсия; б) прибавить константу 2 (или др.) и циклический сдвиг вправо

на 3 разряда.

9. Дан массив А из 5 однобайтовых чисел. Определить, содержит ли он число

0х1F (или др.). Если да, то выполнить операцию "логическое И" (или др.)

над всеми числами массива А.

10. Переписать в стек, расположенный в памяти с адреса С, массив А из 10

восьмиразрядных (или др.) чисел. Выполнить операцию суммирования (или

др.) над ними.

11. Дан массив А из 10 однобайтовых чисел, содержащий число 0хАА. Выполнить

операцию "логическое И" (или др.) над всеми числами до 0xАА и операцию

"логическое ИЛИ" (или др.) над всеми числами после него.

12. Написать программу вычисления логической функции V=X*(NOT.Y*Z+NOT.W)

(или др.) ,где + - знак операции ИЛИ,* - знак операции И, X,Y,Z,W-

логические переменные, хранимые в разрядах 3-0 ячейки памяти EEPROM по

адресу 0x00.

13. Написать программу сложения или вычитания двух 8 разрядных (или др.)

двоичных чисел со знаком (или без).

14. Дан массив А из 10 однобайтовых чисел. Переписать в массив В все числа,

большие (или меньшие) 0х20, и записать в регистр Rn (или вывести на

индикатор) число таких чисел.

15. Определить четное или нечетное число единиц (или нулей) в 8 двоичных

кодах, записанных в массиве А, и вывести на индикатор сообщение «Ч» или

«Н» (или число единиц).

16. Дан массив А из 10 однобайтовых чисел. Переписать в массив В все числа,

лежащие в диапазоне 0х0F – 0хF0 (или др.). Вывести на индикатор число

таких чисел.

17. Дан массив А из 8 однобайтовых чисел, содержащий число 0хА1. Необходимо

найти сумму всех чисел массива А, находящихся до этого числа. Результат

вывести на индикатор.

18. В массиве А хранится 8 показаний температуры больных .Проверить, нет ли

среди них значений выше 37 и ниже 36 и вывести на индикатор

соответственно два числа через пробел.

19. Разработать программу вывода на индикатор отладочного устройства

последовательности цифр 1-8,образовав ряд 12345678.

20. Разработать программу вывода на индикатор всех битов регистра состояния

процессора SREG в формате: каждому флагу (биту)- один разряд индикатора.

21. Разработать программу для последовательного вывода всех цифр на один

семисегментный индикатор с интервалом вывода -1с.

22. Разработать программу мигания одного (или др.) разряда дисплея с

интервалом 3сек. (или др.).

23. Разработать программу последовательного гашения всех индикаторов

дисплея после его включения.

24. Разработать программу циклического перемещения одного символа,

хранимого в ячейке памяти, вдоль индикатора (бегущий символ).

25. Разработать программу для циклического перемещения набора цифр или

символов вдоль индикатора в направлении справа налево (или наоборот).

26. Разработать программу "Электронные часы", используя для индикации семи

сегментный индикатор. Формат вывода «22.15.30» или «22.15», обеспечив

мигание точки с интервалом 1с.

27. Разработать программу, чередующую вывод на индикатор сообщений «1C»,

«2C» и «4C» (или др.) удерживаемых соответственно 1сек, 2сек и 4сек.

28. Используя матричную клавиатуру 3х3 и светодиод разработать программу и

устройство, которое обеспечивало мигание светодиода такое количество раз

равное номеру нажатой клавиши (1 – 9).

29. Используя матричную клавиатуру 4х4 (или др.) и систему индикации

разработать программу и устройство кодового замка из 4 (или др.) цифр

кода.

30. Используя матричную клавиатуру 4х4 (или др.) и семи сегментные

индикаторы разработать программу и устройство калькулятора, которое

обеспечивает сложение, вычитание, умножение и делание 16-ти разрядных

чисел.

31. Используя генератор звуковых колебаний и несколько разрядов ССИ

разработать программу и устройство измерения частоты в диапазоне 20 Гц –

20 КГц.

Основные принципы выполнения заданий.

Предполагается, что обучающийся должен иметь представление об

архитектуре и системе команд микроконтроллеров AVR. При выполнении задания

необходимо придерживаться следующих правил:

1) уяснить поставленную задачу, понимая, что должно являться

результатом;

2) выбрать соответствующий микроконтроллер, исходя из требования

задания;

3) составить подробное (побитовое) описание необходимых для выполнения

задания регистров имея перед собой таблицу всех регистров

ввода/вывода (см. ПРИЛОЖЕНИЕ 2);

4) определить необходимые векторы прерываний и составить алгоритмы

соответствующих обработчиков векторов прерываний;

5) составить алгоритм основной программы, учитывая особенности МК

(стек и т.д.);

6) приступить к написанию программы, выбирая необходимые команды

ассемблера.

На рис. 3.15.1 изображена структурная схема процесса обучения. Она

включает:

1) Написание программы прошивки микроконтроллера, для решения

поставленной задачи;

2) Контроль правильности разработанной программы на симуляторе с

помощью компьютера (первая петля обратной связи);

3) Прошивка микроконтроллера и сопряжение с системой индикации

(внешними устройствами) для окончательного контроля правильности

выполненной задачи (вторая петля обратной связи).

Рис. 3.15.1 Структурная схема процесса обучения.

3.2.2. Рассмотрение типовых примеров

В качестве примера работы с памятью рассмотрим следующее задание:

Требуется написать программу копирования таблицы из 20 восьмибитных чисел

данных из памяти программ (Program Memory) в оперативную память (SRAM)

начиная с адреса 0х80.

Рассмотрим выполнение данной программы в соответствии с предложенными

выше правилами.

В данном примере нам необходимо работать с оперативной памятью SRAM.

Так как в МК AT90S1200 её нет, то выбираем к примеру AT90S8515 (или др).

Теперь нам надо позаботиться о правильной инициализации стека, загрузив в

указатель стека адрес старшей ячейки оперативной памяти. Данную программу

можно полностью реализовать на симуляторе AVR Studio Simulator, где

наглядно будет видна вся карта памяти. Ниже приведем программу с некоторыми

пояснительными комментариями.

Программа копирования таблицы данных:

;********************************************************************

.include "8515def.inc"

.equ BLOCK1 =$80 ;начальный адрес копируемой таблицы данных в SRAM

;памяти

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8