Interrupts im Handbuch des ATmega128 gründlich lesen.

Transkript

1 1 Versuch Ziel Ziel des ersten Versuchs ist es die USART-Schnittstelle kennenzulernen, sowie Assemblerprogramme um eine interaktive Eingabe zu erweitern. Zu diesem Zweck werden vom Praktikums-PC über ein Terminalprogramm, wie z.b. Putty, Befehle über die RS232-Schnittstelle an den Mikrocontroller versendet. Desweiteren soll eine Ausgabe auf einer seperat angeschlossenen 7-Segment-Anzeige gemacht werden. 1.2 Material Für diesen Versuch ist das Kapitel USART im Handbuch des ATmega128 sehr wichtig. Wichtige Parameter zum Übertragungsprotokoll und zur Konfiguration der Übertragungsgeschwindigkeit werden dort erklärt. Desweiteren sollten Sie auch das Kapitel Interrupts im Handbuch des ATmega128 gründlich lesen USART Um die Programme der Praktikumsversuche interaktiv zu gestalten, sind die Ein- und Ausgabemöglichkeiten wichtig. Der ATmega128 verfügt zwar über mehrere I/O-Komponenten, auf dem Praktikumsboard selbst sind aber nur Taster und LEDs integriert. Um in späteren Versuchen komplexere Steuerungsmöglichkeiten zu haben wird die USART-Schnittstelle des ATmega128 genutzt. Diese bietet die Möglichkeit Pakete mit bis zu neun Datenbits zu senden/empfangen und zeigt den Kommunikationsstatus durch Flags und Interrupte an. Das STK600 bietet die Möglichkeit den USART-Port auf eine RS-232 Schnittstelle zu legen. Diese lässt sich über ein Nullmodemkabel mit dem COM-Port am Praktikums-PC verbinden. Durch diese Verbindung lassen sich Tastaturkommandos vom PC zur Steuerung der Assemblerprogramme auf dem ATmega128 nutzen. Dafür wird allerdings ein Terminalprogramm auf dem Praktikumsrechner benötigt, das die Tastaturbefehle an den COM-Port weiterleitet und ankommende Datenpakete ausgibt. Bei den USART-Einheiten des ATmega128 müssen jeweils zwei Konfigurationsregister für die Baudrate und für das Datenformat eingestellt werden. Das X im Registernamen steht dabei für die jeweilige USART-Einheit 0 oder 1. In die Register UCSRXC und UCSRXB werden die Konfigurationsbits für die Flusssteuerung, die Paritätsprüfung, Anzahl der Stoppbits und die Anzahl der Datenbits pro Paket gesetzt. In die Register UBRRXH und UBRRXL wird der 16-Bit langer UBRR-Wert gespeichert. Dieser steuert die Übertragungsrate der jeweiligen USART-Einheit. In diesen Wert gehen zwei Faktoren ein: die gewünschte Baudrate und die Taktfrequenz des ATmega128. Im Register ICSRXA werden keine Konfigurationen vom Benutzer gespeichert, sondern der USART- Übertragungsstatus angezeigt. Im Praktikum wird eine Baudrate von 1200 Baud empfohlen. Die Frequenz des ATmega128 sollte 1 MHz betragen. T aktfrequenz in Hz + Baudrate 8 Der UBRR-Wert berechnet sich daraus wie folgt: Baudrate 16 1 Diese Werte können im Assemblercode als Konstanten mit dem Befehlen.equ zu Beginn des Programms festgelegt werden. Dies ist übersichtlicher und der Quellcode kann bei Änderungen der Übertragungsrate leicht anpasst werden..equ F CPU = ;Systemtakt in Hz.equ BAUD = 1200 ; Baudrate.equ UBRR VAL = ((F CPU+BAUD*8)/(BAUD*16)-1) 1

2 Die Details zu den USART-Einstellungen und Konfigurationsregistern sind ausführlich im Handbuch des ATmega128 beschrieben Putty Im Praktikum verwenden wir das Terminalprogramm Putty. Das Programm kann über die Verknüpfung auf dem Desktop gestartet werden. Um erfolgreich eine Verbindung herzustellen muss zuerst in der Rubrik Session der connection type Serial ausgewählt werden. Nachdem die anderen Konfigurationen geändert wurden, kann die Einstellung hier unter einem eigenen Namen bei Saved Sessions gespeichert werden. Abbildung 1: Screenshot Putty Im nächsten Schritt müssen in der Rubrik Connection Unterrubrik Serial die Rahmenbedingungen für die Kommunikation eingestellt werden. Hier sind die Einstellungen davon abhängig, mit welcher Konfiguration die USART Einheit des ATmega konfiguriert wird. Für die Versuche im Praktikum wird eine Baudrate von 1200 Bits pro Sekunde, 8 Datenbits pro Paket, kein Test auf Parität, ein Stoppbit und Betrieb ohne Flusssteuerung empfohlen. 2

3 Abbildung 2: Screenshot Putty Segment-Anzeige Das STK600 kann um eine 7-Segment-Anzeige erweitert werden, indem ein externes FPGA-Board, das eine solche Anzeige besitzt, angeschlossen wird. Das folgende Bild zeigt, wie das FPGA-Board am STK600 anschlossen werden muss. 3

4 Abbildung 3: Anschluss der 7-Segment-Anzeige Der 40-polige Stecker (1) wird am externen Port A2 des FPGA-Boards angeschlossen. Der 10-polige Stecker (S4) steuert die Anzeige der ersten beiden Ziffern und muss an einem Port des Mikrocontrollers angeschlossen werden. Der 10-polige Stecker (S2) steuert die Anzeige der letzten beiden Ziffern und muss an einem Port des Mikrocontrollers angeschlossen werden. Ein Port mit 8 Bit steuert jeweils 2 Ziffer-Anzeigen. Die oberen 4 Bit sind für die höherwertige Ziffer der Anzeige zuständig und die unteren 4 Bit für die niederwertige Ziffer der Anzeige. Der hexadezimale Wert von den jeweiligen 4 Bit wird als Dezimalzahl auf der entsprechenden Ziffer-Anzeige dargestellt, wobei nur die Werte 0 bis 9 korrekt dargestellt werden. Beispiel: S4 ist an Port D angeschlossen und S2 an Port B (wie im Bild dargestellt). Wenn an Port D der Wert 0x12 (hexadezimal) und an Port B der Wert 0x34 (hexadezimal) ausgegeben werden, zeigt die 7-Segment-Anzeige die Ziffernfolge

5 1.3 Theorieaufgaben Aufgabe 1.1: USART Welche Einstellungen werden in den Registern UBRRH und UBRRL gespeichert? Von welchen Parametern hängen diese Einstellung ab? Wird auf das Kontrollregister UCSRnA schreibend oder lesend zugegriffen? In welchem Register werden die Einzelheiten des Übertragungsprotokolls festgelegt? Aufgabe 1.2: Interrupts Beantworten Sie folgende Fragen: Welche Adresse wird nach dem Starten oder einem Reset angesprungen? Wieviele unterschiedliche Interrupts gibt es und wieviel Speicher wird dafür benötigt? Mit welchen Befehlen lassen sich Interrupts ein-/ausgeschalten? Mit welchen Befehlen wird auf den Stack zugegriffen? Beschreiben Sie den Programmablauf eines Interrupts. Erläutern Sie dabei die Funktion des Stackpointers, die Inhalte des Befehlszählers und den Status der Interrupt-Flags. Wofür wird der Befehl reti benötigt? In welchem Fall kann auf einen Sprungbefehl an (nicht zu!) Adresse 0x00 verzichtet werden? 1.4 Praxisaufgaben Aufgabe 1.3 Schreiben Sie ein Programm, das die USART-Schnittstelle des ATmega128 initialisiert, ankommende Zeichen entgegen nimmt und diese anschließend wieder zurück sendet. Verwenden Sie für das entgegennehmen und das zurücksenden Interrupt Service Routinen (ISR). Aufgabe 1.4 Erweitern Sie Ihr Programm so dass das Terminalprogramm zu einer Kommandozeile erweitert wird. Mittels dieser Kommandozeile soll dann die 7-Segment-Anzeige wie folgt angesteuert werden: Mit dem Befehl seth xx sollen die vorderen Ziffern auf den Wert xx gesetzt werden. Mit dem Befehl setl xx sollen die hinteren Ziffern auf den Wert xx gesetzt werden. Mit dem Befehl addh xx soll eine zweistellige Zahl zu den vorderen Ziffern addiert und das Ergebnis angezeigt werden. Mit dem Befehl addl xx soll eine zweistellige Zahl zu den hinteren Ziffern addiert und das Ergebnis angezeigt werden. 5