Регистры общего назначения

Все регистры общего назначения объединены в файл. Как уже было сказано, в микроконтроллерах AVR все 32 РОН непосредственно доступны АЛУ. Благодаря этому любой РОН может использоваться в командах и как операнд источник и как операнд-приемник.

Шесть регистров общего назначения R26 -R31 (X, Y, Z) используется в качестве указателей при косвенной адресации памяти данных.

Каждый регистр файла имеет свой собственный адрес в пространстве памяти данных. Поэтому к ним можно обращаться как к памяти, несмотря на то, что физически эти регистры не являются ячейками ОЗУ.

Регистры ввода/вывода

Регистры ввода/вывода располагаются в так называемом пространстве ввода/вывода размером 64 байта. Все РВВ можно разделить на две группы: служебные регистры микроконтроллера и регистры, относящиеся к периферийным устройствам (в т.ч. порты ввода/вывода). Размер каждого регистра - 8 разрядов.

Так же, как и к РОН, к регистрам ввода/вывода можно обращаться двумя способами: как собственно к регистрам (с помощью команд IN и OUT) и как к ячейкам ОЗУ. В первом случае используются адреса РВВ, принадлежащие пространству ввода/вывода ($00...$3F). Во втором случае адрес РВВ необходимо увеличить на $20 (в таблицах и далее в книге при указании адресов РВВ в скобках указываются соответствующие им адреса ячеек ОЗУ).

Каждый бит регистров ввода/вывода с адресами $00…$1F имеет свой адрес, т.е. по отношению к ним можно использовать команды операций с битами.

Адреса регистров ввода/вывода AT90S8515 приведены в табл. 5.18.

Энергонезависимая память данных

Как уже было сказано, микроконтроллеры AVR семейства Classic имеют в своем составе энергонезависимую память (EEPROM). Объем этой памяти в МК AT90S8515 составляет 512 байт. EEPROM-память расположена в своем адресном пространстве и также, как и ОЗУ, организована линейно.

Для обращения к EEPROM-памяти используются три регистра: регистр адреса, регистр данных и регистр управления.

Таблица 5.18. Адреса регистров ввода/вывода AT90S8515

Адрес регистра		Адрес SRAM	Наименование	Обозначение бит в регистрах 7 6 5 4 3 2 1 0	Комментарий
$00- -$07	Байтовая и битовая адресация в регистрах	$20-$27	Резерв
$08		$28	ACSR	ACD - ACO ACI ACIE ACIC ACIS1 ACIS0	Управление аналоговым компаратором и регистр статуса
$09		$29	UBRR	Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0	Регистр скорости UART (бод)
$0A		$2A	UCR	RXCIE TXCIE UDRIE RXEN TXEN CHR9 RXB8 TXB8	Регистр управления UART
$0B		$2B	USR	RXC TXC UDRE FE OR - - -	Регистр статуса UART
$0C		$2C	UDR	Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0	Регистр вв/выв данных UART
$0D		$2D	SPCR	SPIE SPE DORD MSTR CPOL CPHA SPR1 SPR0	Регистр управления SPI
$0E		$2E	SPSR	SPIF WCOL - - - - - -	Регистр статуса SPI
$0F		$2F	SPDR	Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0	Регистр вв/выв данных SPI
$10		$30	PIND	PIND7 - - - - - - PIND0	Буфер ввода порта D
$11		$31	DDRD	DDD7 - - - - - - DDD0	Регистр задания направления передачи данных, порт D
$12		$32	PORTD	PORTD7 - - - - - - PORTD0	Регистр данных, порт D
$13		$33	PINC	PINС7 - - - - - - PINС0	Буфер ввода порта C
$14		$34	DDRC	DDС7 - - - - - - DDС0	Регистр задания направления передачи данных, порт C
$15		$35	PORTC	PORTС7 - - - - - - PORTС0	Регистр данных, порт C
$16		$36	PINB	PINВ7 - - - - - - PINВ0	Буфер ввода порта B
$17		$37	DDRB	DDВ7 - - - - - - DDВ0	Регистр задания направления передачи данных, порт B
$18		$38	PORTB	PORTВ7 - - - - - - PORTВ0	Регистр данных, порт B
$19		$39	PINA	PINA7 - - - - - - PINA0	Буфер ввода порта A
$1A		$3A	DDRA	DDA7 - - - - - - DDA0	Регистр задания направления передачи данных, порт A
$1B		$3B	PORTA	PORTA7 - - - - - - PORTA0	Регистр данных, порт A
$1C		$3C	EECR	- - - - - EEMWE EEWE EERE	Регистр управления EEPROM
$1D		$3D	EEDR	Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0	Регистр данных EEPROM
$1E		$3E	EEARL	Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0	Регистр адреса младшего байта EEPROM
$1F		$3F	EEARH	- - - - - - - EEAR8	Регистр адреса старшего байта EEPROM (только AT90S8515)
$20	Байтовая адресация	$40	Резерв	…	…
$21		$41	WDTCR	- - - WDTOE WDE WDP2 WDP1 WDP0	Регистр управления сторожевым таймером (Watchdog)
…		…	Резерв	…	…
$24		$44	ICR1L	Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0	Входной регистр захвата младшего байта T/C1
$25		$45	ICR1H	Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0	Входной регистр захвата старшего байта T/C1
…		…	Резерв	…	…
$28		$48	OCR1BL	Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0	Выходной регистр сравнения “В” Т/С1, младший байт
$29		$49	OCR1BH	Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0	Выходной регистр сравнения “В” Т/С1, старший байт
$2A		$4A	OCR1AL	Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0	Выходной регистр сравнения “А” Т/С1, младший байт
$2B		$4B	OCR1AH	Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0	Выходной регистр сравнения “А” Т/С1, старший байт
$2C		$4C	TCNT1L	Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0	Таймер/счётчик 1, мл. байт
$2D		$4D	TCNT1H	Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0	Таймер/счётчик 1, ст. байт
$2E		$4E	TCCR1B	ICNC1 ICES1 - - CTC1 CS12 CS11 CS10	Регистр управления B Т/С1
$2F		$4F	TCCR1A	COM1A1 COM1A0 COM1B1 COM1B0 - - PWM11 PWM10	Регистр управления A Т/С1
…		…	Резерв	…	…
$32		$52	TCNT0	Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0	Таймер/счётчик 0 (8 бит)
$33		$53	TCCR0	- - - - - CS02 CS01 CS00	Регистр управления Т/С0
$34		$54	Резерв
$35		$55	MCUCR	SRE SRW SE SM ISC11 ISC10 ISC01 ISC00	Регистр управления MCU
$36		$56	Резерв
$37		$57	Резерв
$38		$58	TIFR	TOV1 OCF1A OCF1B - ICF1 - TOV0 -	Регистр флагов прерываний Т/С
$39		$59	TIMSK	TOIE1 OCIE1A OCIE1B - TICIE1 - TOIE0 -	Регистр маски прерываний Т/С
$3A		$5A	GIFR	INTF1 INTF0 - - - - - -	Общий регистр флагов прерываний
$3B		$5B	GIMSK	INT1 INT0 - - - - - -	Общий регистр маски прерываний
$3C		$5C	Резерв
$3D		$5D	SPL	SP7 SP6 SP5 SP4 SP3 SP2 SP1 SP0	Младший байт указателя стека
$3E		$5E	SPH	SP15 SP14 SP13 SP12 SP11 SP10 SP9 SP8	Старший байт указателя стека
$3F		$5F	SREG	I T H S V N Z C	Регистр состояния

В регистр адреса загружается адрес ячейки, к которой будет производится обращение. Регистр реализован на двух РВВ - EEARH (старший байт адреса) и EEARL (младший байт адреса). Эти регистры расположены по адресам $1F ($3F) и $1E ($3E) соответственно и доступны как для записи, так и для чтения.

Регистр ввода/вывода, являющийся регистром данных EEPROM-памяти называется EEDR (EEPROM Data Register), и расположен по адресу $1D ($3D). При записи в этот регистр загружаются данные, которые должны быть помещены в EEPROM по адресу, находящемуся в регистре EEAR (регистрах EEARH и EEARL). При чтении в этом регистре находятся данные, считанные из EEPROM по адресу, находящемуся в регистре EEAR (EEARH и EEARL).

Регистр управления EECR (EEPROM Control Register) используется для управления доступом к EEPROM-памяти и расположен по адресу $1С ($3С).

Порты ввода/вывода

Как и любые другие микроконтроллеры, микроконтроллеры AVR семейства Classic имеют порты ввода/вывода. Каждый порт состоит из определенного числа выводов, через которые микроконтроллер может принимать или передавать цифровые сигналы. Конфигурирование каждой линии порта (задание направления передачи данных) может быть произведено программно в любой момент времени. Для линий, сконфигурированных как входные, также имеется возможность подключения внутреннего подтягивающего резистора сопротивлением 35... 120 кОм между входом и проводом питания VDD. Кроме того, если вывод (вход) с подключенным внутренним подтягивающим резистором подключить к общему проводу, он может служить источником тока.

Максимальная нагрузочная способность выходных буферов портов ввода/вывода при логическом «0» на выходе составляет 20 мА. Благодаря этому микроконтроллер может непосредственно управлять светодиодными индикаторами.

Обращение к портам ввода/вывода

Обращение к портам производится через регистры ввода/вывода, причем под каждый порт в адресном пространстве ввода/вывода зарезервировано по 3 адреса. По этим адресам размещаются три регистра: регистр данных порта PORTx, регистр направления данных DDRx и регистр выводов порта PINx. Разряды этих регистров имеют названия: Px7...Px0 - для регистров PORTx, DDx7...DDx0 - для регистров DDRx и PINx7...PINx0 - для регистров PINx. Действительные назва­ния регистров (и их разрядов) получаются подстановкой названия порта вместо символа «x», соответственно для порта A регистры называются PORTA, DDRA, PINA, для порта В - PORTB, DDRB, PINB и т.д. При сбросе микроконтроллера регистры DDRx и PORTx очищаются, а все выводы портов после сброса устанавливаются в третье (высокоимпедансное) состояние.

«Регистры» PINx на самом деле регистрами не являются (их можно рассматривать как входные буферы), по этим адресам осуществляется доступ к физическим значениям сигналов на выводах порта. Соответственно, они доступны только для чтения, тогда как регистры PORTx и DDRx доступны и для чтения, и для записи.

Конфигурирование портов ввода/вывода

Направление передачи данных определяется содержимым регистра DDRx. Если разряд DDxn этого регистра установлен в «1», соответствующий n-й вывод порта является выходом. Если же разряд DDxn этого регистра сброшен в «0», соответствующий вывод порта является входом.

Управление подтягивающим резистором осуществляется с помощью регистра данных порта PORTx. Если разряд Pxn регистра PORTx установлен в «1» и соответствующий вывод порта является входом, между этим выводом и проводом питания подключается подтягивающий резистор. Чтобы отключить подтягивающий резистор, необходимо либо сбросить соответствующий разряд регистра PORTx, либо сделать вывод порта выходом.

В табл. 5.19 приведены все возможные конфигурации выводов портов ввода/вывода.

Таймеры/счётчики

Микроконтроллер AT90S8515 имеет в своем составе два таймера/счетчика общего назначения.

Первый таймер (Т0, 8-разрядный), имеющийся во всех моделях, может использоваться только для отсчета и измерения временных интервалов или как счетчик внешних событий. При переполнении счетного регистра таймера генерируется запрос на прерывание. Другой таймер (T1, 16-разрядный). Таймер может генерировать запрос на прерывание не только при переполнении счетного регистра, но и при наступлении ряда других событий. Таймер может использоваться в качестве широтноимпульсного модулятора.

Таблица. 5.19. Конфигурирование портов ввода/вывода

DDxn	Pxn	Функция вывода	Резистор	Примечания
0	0	вход	отключен	Третье состояние (Hi-Z)
0	1	вход	подключен	При подключении вывода к общему проводу он является источником тока
1	0	выход	отключен	Выход установлен в «0»
1	1	выход	отключен	Выход установлен в «1»

Примечание: n = 7...0 - номер вывода (разряд порта).

Назначение выводов таймеров/счетчиков

Каждый таймер/счетчик использует один или более выводов микроконтроллера. Как правило, эти выводы - линии портов ввода/вывода общего назначения, а функции, реализуемые этими выводами при работе совместно с таймерами/счетчиками, являются их альтернативными функциями. При их использовании линии портов ввода/вывода необходимо сконфигурировать в соответствии с их функциональным назначением (вход/выход).

Выводы микроконтроллера, относящиеся к таймерам/счетчикам общего назначения, сведены в табл. 5.20. Также в этой таблице приводятся функции этих выводов.

Таблица 5.20. Выводы, используемые таймерами/счетчиками общего назначения

Название	AT90S8515	Описание
T0	PB0	Вход внешнего сигнала таймера T0
T1	PB1	Вход внешнего сигнала таймера T1
ICP	ICP*	Вход захвата таймера T1
OC1	-	Выход схемы сравнения таймера T1
OC1A	PD5	То же
OC1B	OC1B*	То же
TOSC1	-	Вход для подключения резонатора
TOSC2	-	Выход для подключения резонатора

* Выделенный вывод микроконтроллера (не линия порта ввода/вывода)

Таймер/счетчик Т0

Таймер/счетчик Т0 (8-разрядный) может использоваться для формирования временных интервалов или для подсчета числа внешних событий. В состав Т0 входят 2 регистра: регистр управления TCCR0 и счетный регистр TCNT0, а также блок управления таймером. Флаг переполнения счетного регистра таймера TOV0 находится в регистре флагов прерываний от таймеров TIFR. Разрешение и запрещение прерываний от таймера осуществляются установкой/сбросом флага TOIE0 регистра TIMSK.

Таймер/счетчик Т0 может работать в двух режимах:

1. Режим таймера. В этом режиме на вход таймера/счетчика поступают импульсы тактового сигнала микроконтроллера (непосредственно или через предделитель);

2. Режим счетчика событий. В этом режиме инкремент содержимого счетного регистра производится по активному фронту сигнала на входе Т0 микроконтроллера.

Выбор режима работы (источника тактового сигнала), а также запуск и остановка таймера/счетчика осуществляются с помощью разрядов СS02...СS00 регистра управления таймером TCCR0, расположенного по адресу $33 ($53). Соответствие между состоянием этих разрядов и режимом работы таймера/счетчика приведено в табл. 5.21. Остальные разряды регистра доступны только для чтения и содержат «0».

Таймер/счетчик Т1

Таймер/счетчик Т1 (16-разрядный) также как и таймер/счетчик Т0, может использоваться для формирования временных интервалов или для подсчета числа внешних событий. Во-вторых, таймер/счетчик Т1 может по внешнему сигналу сохранять свое текущее состояние в отдельном РВВ. В-третьих, он может выполнять определенные действия при равенстве содержимого счетного регистра заданному значению. И наконец, он может работать как широтно-импульсный модулятор. Причем генерация сигнала с ШИМ «вынесена» в отдельный режим работы таймера/счетчика, в котором недоступны остальные функции (кроме генерации прерываний).

Таблица 5.21. Выбор источника тактового сигнала для таймера/счетчика Т0

СS02	СS01	СS00	Источник тактового сигнала
0	0	0	Таймер/счетчик остановлен
0	0	1	СК (тактовый сигнал микроконтроллера)
0	1	0	СК/8
0	1	1	СК/64
1	0	0	СК/256
1	0	1	СК/1024
1	1	0	Вывод Т0, инкремент счетчика производится по спадающему фронту импульсов
1	1	1	Вывод Т0, инкремент счетчика производится по нарастающему фронту импульсов

При записи старшего байта значения в регистр TCNT1H он помещается в регистр ТЕМР. Далее, при записи младшего байта в регистр TCNT1L он объединяется с содержимым регистра ТЕМР и оба байта записываются в регистр TCNT1 одновременно. Из сказанного следует, что для выполнения полного цикла записи в 16-разрядный регистр первым должен быть загружен старший байт (регистр TCNT1H).

При чтении регистра TCNT1L (младший байт) содержимое регистра TCNT1H пересылается в регистр ТЕМР. А при последующем чтении регистра TCNT1H возвращается значение, сохраненное в регистре ТЕМР. Следовательно, для выполнения полной операции чтения 16-разрядного регистра первым должен быть прочитан младший байт (регистр TCNT1L).

Управление таймером/счетчиком Т1 осуществляется с помощью двух регистров управления TCCR1A и TCCR1B.