Программирование микроконтроллеров AVR

Московский государственный технический университет
имени  Н.Э. Баумана
А.Ю. Попов
ПРОГРАММИРОВАНИЕ
МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ АVR
 Методические указания к выполнению лабораторных работ
по курсу «Архитектура ЭВМ»
М о с к в а
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2 0 0 6

УДК 681.323
ББК  32.973.26-04
          П57
Рецензент  В.В. Тимофеев
П57
 Попов А.Ю.
Программирование микроконтроллеров AVR: Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу
«Архитектура ЭВМ».  –  М.:  Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана,
2006. – 56 с.: ил.
ISBN 5-7038-2854-6
В методических указаниях содержится описание лабораторных работ
по изучению архитектуры и особенностей программирования современных
однокристальных ЭВМ. Приведен исчерпывающий теоретический материал, по каждой теме даны примеры программ, способствующие самостоятельному освоению предмета.
Для студентов 3-го курса специальности «Информатика и вычислительная техника».
Ил. 10. Табл. 8. Библиогр. 3 назв.
                                                                                                     УДК 681.323
                                                                                                  ББК 32.973.26-04
ISBN 5-7038-2854-6                                                   © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006

Работа № 1. ПРОГРАММИРОВАНИЕ
МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ AVR
ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ УСТРОЙСТВ ИНДИКАЦИИ
Цель работы – закрепление знаний, полученных при изучении
теоретических основ построения микропроцессорных вычислительных устройств, и приобретение навыков написания программ
функционирования микроконтроллеров на примере устройства
ATTINY11 фирмы Atmel для создания устройств световой индикации. Занятие проводится с использованием пакетов визуального
моделирования цифровых и аналоговых устройств PROTEUS
VSM и AVR Studio 4.
В ходе работы студенту необходимо ознакомиться с теоретическим материалом, касающимся особенностей функционирования
микроконтроллеров AVR, изучить набор команд микроконтроллеров, ознакомиться с возможностями модуля ISIS 6.5 и пакета AVR
Studio 4, собрать с помощью ISIS 6.5 модель устройства, создать
программу функционирования контроллера, выполнить ее отладку
в пакете AVR Studio 4, провести тестирование устройства.
Микроконтроллеры TINY семейства AVR
Фирма Atmel выпускает широкий спектр микроконтроллеров,
которые отличаются друг от друга вычислительными возможностями и функциональным составом. Микропроцессорные устройства семейства AVR сгруппированы в несколько серий: TINY (упрощенная), AT90 (средней производительности), MEGA (серия
устройств с широкими функциональными возможностями) и др.
Несмотря на это, все восьмиразрядные микроконтроллеры построены на основе сходного аппаратного ядра, что позволяет легко
переносить программы их функционирования из одной серии в
другую. Изучение семейства микроконтроллеров целесообразно
начать с серии TINY.
Микроконтроллер ATTINY11 основан на восьмиразрядной
RISC-архитектуре и может работать с частотой от 0  до 6  МГц и
3

диапазоне напряжения питания 2,7…5,5 В. В состав микроконтроллера входят  (рис. 1):
• устройство управления микроконтроллером;
• 32 программно-доступных восьмиразрядных регистра общего назначения R0-R31;
• восьмиразрядное арифметико-логическое устройство (АЛУ);
• регистр состояния SREG;
• указатель команд и регистр команд;
• указатель стека и независимый программно-недоступный
стек с аппаратной реализацией;
• 1 Кбайт памяти программ типа флэш;
• блок обработки запросов прерываний;
• внутренний генератор синхросигналов;
• программно-доступный восьмиразрядный таймер-счетчик;
• аналоговый компаратор;
• сторожевой таймер;
• шестиразрядный параллельный порт ввода/вывода.
Контакты микроконтроллера имеют следующее назначение:
• VCC – вход для подачи напряжения питания;
• GND – вход для подачи нулевого потенциала;
• порт Β (PB5–PB0) – состоит из шести независимых линий,
которые могут работать как для вывода сигнала, так и для его
приема и дальнейшей обработки (линия PB5 может обеспечивать
только ввод информации).
Линии порта B могут реализовывать также и  альтернативные
функции:
• PB0/AIN0 – линия ввода-вывода/вход № 0 (+) аналогового
компаратора;
• PB1/INT0/AIN1 – линия ввода-вывода/линия внешнего прерывания INT0 /вход № 1 (–) аналогового компаратора;
• PB2/T0 – линия ввода-вывода/счетный вход таймера;
• PB3/XTAL1  –  линия ввода-вывода/вход № 1 внешнего источника синхросигнала;
• PB4/XTAL2 – линия  ввода-вывода/вход  № 2  внешнего источника синхросигнала;
• PB5/RESET – линия ввода/вход линии аппаратного сброса.
Помимо регистров общего назначения микроконтроллеры AVR
могут  иметь также до 63 программно-доступных регистров  ввода/вывода, которые позволяют осуществлять доступ к портам ввода/вывода и настраивать устройства микроконтроллера. Регистры
r30 (ZL) и r31 (ZH) составляют шестнадцатиразрядный адрес Z,
4

используемый для указания смещения при обращении к памяти
(косвенная регистровая адресация).
Рис. 1.  Структура микроконтроллера ATTINY11
Описание 
регистров 
ввода/вывода 
микроконтроллера
ATTINY11 представлено в табл. 1.  Назначение представленных
регистров будет рассмотрено позже.
В зависимости от модификации устройства система команд
микроконтроллеров AVR включает в себя от 89 до 130 операций.
В табл. 2 представлено краткое описание основных команд микроконтроллеров AVR.
5

Таблица 1
Описание регистров ввода/вывода микроконтроллера ATTINY11
…
–
…
–
$39
TIMSK
–
–
–
–
–
–
TOIE0
–
$38
TIFR
–
–
–
–
–
–
TOV0
–
$37
–
$36
–
$35
MCUCR
–
–
SE
SM
–
–
ISC01
ISC00
$34
MCUSR
–
–
–
–
–
–
EXTRF
PORF
$33
TCCR0
–
–
–
–
–
CS02
CS01
CS00
$32
TCNT0
Timer/Counter0 (8 Bit)
$31
–
$22
–
$21
WDTCR
–
–
–
WDTOE
WDE
WDP2
WDP1
WDP0
$20
–
$19
–
$3F
SREG
I
T
Η
S
V
Ν
Z
C
$3Ε
–
$3C
–
$3Β
GIMSK
–
INT0
PCIE
–
–
–
–
–
$3D
–
$3A
GIFR
–
INTF0
PCIF
–
–
–
–
–
Адрес
Название
Бит 7
Бит 6
Бит 5
Бит 4
Бит 3
Бит 2
Бит 1
Бит 0