Wolfgang Trampert AVR-RISC. MikroController. Architektur, Hardware-Ressourcen, Befehlsvorrat, Programmierung, Applikationen

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1 Wolfgang Trampert AVR-RISC MikroController Architektur, Hardware-Ressourcen, Befehlsvorrat, Programmierung, Applikationen Mit 200 Abbildungen und 47 Tabellen 2. Auflage Franzis

2 9 Inhalt Einführung Die RISC-Architektur Die Mitglieder der AVR-Basic Line 16 Überblick Grundlegende Leistungsmerkmale der AVR-Familie Blockschaltbilder des AT90S1200 und des AT90S Gehäusebauformen und Anschlußbelegung Die Erzeugung des Systemtaktes «P der AVR Basic Line Der integrierte Quarzoszillator der AVR Basic Line Generierung des Systemtaktes durch den integrierten RC-Oszillatorschaltkreis Programmerstellung für AVR-Controller in der Hochsprache C 27 CPU (Central Processing Unit) und interne Speicher (On-Chip-Memory) Systemsteuerung und ALU (Arithmetic Logic Unit) Das statische RAM (SRAM) Der Registerbereich Der Ein-/Ausgabe- (I/O-) Bereich Das interne SRAM Das externe SRAM Der Stack der AVR Basic Line Der Befehlsspeicher (Flash-EPROM Technologie) Der Speicher für nichtflüchtige Daten (EEPROM Technologie) Die verschiedenen Adressierungsmöglichkeiten von Programm- und Datenbereichen Direkte Adressierung eines einzelnen Registers Direkte Adressierung zweier Register Rd und Rr Direkte Adressierung des I/O-Bereichs Direkte Adressierung des Datenspeichers (SRAM) Indirekte Adressierung des Datenspeichers (SRAM) Indirekte Adressierung eines Registers beim AT90S Indirekte Adressierung des Datenspeichers mit Post-Increment Indirekte Adressierung des Datenspeichers mit Pre-Decrement Indirekte Adressierung des Datenspeichers mit Displacement Adressierung von Konstanten im Programmspeicher Direkte Adressierung des Programmspeichers (jmp- und call-befehle) Indirekte Adressierung des Programmspeichers (i jmp- und ical 1 -Befehle) 73

3 10 Inhalt Relative Adressierung des Programmspeichers (rjmp- und real 1-Befehle) RESET und Interrupt-Verarbeitung Die Ruhezustände (Sleep Modes) der CPU 88 4 Die Zeitgeber/Zähler (Timer/ Counter) der AVR Basic Line Der Vorteiler (Prescaler) und die Timer-Steuerlogik Der 8-Bit Zeitgeber / Zähler T/CO Der 16-Bit Zeitgeber / Zähler T/C Der Watchdog Timer Asynchrone Datenübertragung über den UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) Synchrone Datenübertragung über das serielle periphere Interface (SPI) Serielle Datenübertragung über den I 2 C - Bus Der integrierte Analog-Komparator Die Ein-/Ausgabeports (I/O-Ports) Die Programmierung der Speicher Der parallele Programmiermodus Der serielle Programmiermodus Der Befehlsvorrat Übersicht der AVR - Befehle Beschreibung der/41//?- Befehle Der Assembler Installation des /WR-Assemblers Assembler - Syntax Die Bedienung des /4W?-Assemblers Fehlersuche Assembler - Direktiven Ausdrücke (Expressions) Operanden Funktionen Operatoren Das AVR-Studio - ein Simulator zum Debugging eigener Programme Installation des AVR-Studios Überblick Die Fenster des /4W?-Studios Das Source Window Das Register Window Das Processor Window Die Memory Windows 296

4 Inhalt Das I/O Window Das Waten Window Das Trace Window Das Message Window Die Menüs des /4Vß-Studios Das Datei-Menü <File> Das»Bearbeiten«-Menü <Edit> Das Menü <Debug> zur Steuerung des Programmablaufs Das»Breakpoint«-Menü Das»Trace & Triggers«- Menü Das»Waten«- Menü Das»Options«- Menü Das»Views«- Menü Die I/O-Module des Simulators Das AVR-Starter-Kit STK200 zum Austesten und zur Programmierung selbsterstellter Software in den Speicher Beschreibung der STK200- Hardware Die Spannungsversorgung des STK Die Brown Out - Erkennung des STK Die Funktion der Jumper des STK Die Port-Anschlüsse des STK Die ISP-Schnittstelle des STK Die RS232-Schnittstelle des STK Das LCD-Interface des STK Der On-Board - Quarzoszillator des STK Die acht Anzeige-LEDs auf dem STK Die acht Tastenschalter auf dem STK Die Erweiterung des RAM-Speichers auf dem STK Die Software des STK Die Menüs der ISP-Software Die Symbolleiste der ISP-Software Applikationen der AVR-Familie Tools zur BCD-Arithmetik Grundlegende Ein-/Ausgabe-Operationen Anschluß eines LCD-Moduls Ausgabe eines Impulses definierter Länge mittels T/C Software-Autoreload für T/C Erzeugung einer quarzgenauen Frequenz von 50 Hz mit. einem Tastgrad von 0,025 mittels T/C Ein 3-kanaliger D/A-Wandler mit einer Auflösung von 10 Bit Ein 4-kanaliger Dual-Slope A/D-Wandler mit einer Auflösung von 11 Bit mittels T/C Software-Realisierung eines UARTs für den AT90S Anschluß des DAC-Bausteins MAX5154 an einen AT90S8515 via SPI Erweiterung der I/O-Ports des AT90S4414 über die SPI-Schnittstelle Software-Realisierung der SPI-Schnittstelle für den AT90S1200 zum Anschluß des A/D-Wandlers TLV

5 12 Inhalt Betrieb des Temperatursensors LM75 über den l 2 C-Bus Betrieb des4-digit LED-Treibers SAA1064 über den l 2 C-Bus Ein AVR als l 2 C-Master zur Ansteuerung der Slavesaus16.13und Anhang Charakteristische Daten und Grenzwerte der /4W?-Familie Errata (von ATMEL dokumentierte Fehlfunktionen und Abhilfen) 445 Inhalt der mitgelieferten CD-ROM 447 Adressen 451 Literaturverzeichnis 452 Stichwortverzeichnis 455