Mikrocomputertechnik mit Controllern der AtmelAVR-RISC-Familie Programmierung in Assembler und C - Schaltungen und Anwendungen von Prof. Dipl.-Ing. Günter Schmitt 4., korrigierte Auflage Oldenbourg Verlag München
Inhalt Vorwort 9 1 Einführung 11 1.1 Grundlagen 12 1.1.1 Rechnerstrukturen 12 1.1.2 Rechenwerk und Registersatz 13 1.1.3 Zahlendarstellungen 18 1.1.4 Steuerwerk und Programmstrukturen 26 1.2 Die Bausteine der Atmel-AVR-Familien 33 1.2.1 Bauformen und Anschlüsse 34 1.2.2 Der Programmspeicher (Flash) 40 1.2.3 Der Arbeitsspeicher (SRAM) 41 1.2.4 Der nichtflüchtige Speicher (EEPROM) 42 1.2.5 Der Peripheriebereich 43 1.2.6 Die programmierbaren Konfigurationsparameter 45 1.3 Die Entwicklung von Anwendungen 46 1.4 Einführende Beispiele 49 2 Assemblerprogrammierung 55 2.1 Programmstrukturen 55 2.2 Assembleranweisungen 57 2.3 Operationen 63 2.3.1 Byteoperationen 65 2.3.2 Bitoperationen 68 2.3.3 Wortoperationen (16 bit) 73 2.3.4 Operationen mit SFR-Registern 78 2.3.5 Multiplikation und Division 81 2.4 Sprung- und Verzweigungsbefehle 92 2.4.1 Unbedingte Sprungbefehle 93 2.4.2 Bedingte Sprungbefehle 94 2.4.3 Schleifen.- 97 2.4.4 Verzweigungen 101
6 Inhalt 2.4.5 Die Auswertung von Signalen 105 2.5 Die Adressierung der Speicherbereiche 108 2.5.1 Die Adressierung der Konstanten im Flash 109 2.5.2 Die Adressierung der Variablen im SRAM 113 2.5.3 Die Adressierung der Daten im EEPROM 122 2.6 Makroanweisungen und Unterprogramme 127 2.6.1 Makroan Weisungen 127 2.6.2 Unterprogramme 129 2.6.3 Makro- und Unterprogrammbibliotheken 136 2.7 Interrupts 138 2.7.1 Die Interruptsteuerung 138 2.7.2 Die externen Interrupts 141 2.7.3 Der Software-Interrupt 145 2.8 Die Arbeit mit Zeichen und Zahlen 147 2.8.1 Die Eingabe und Ausgabe von Zeichen 147 2.8.2 Zeichenketten (Strings) 149 2.8.3 Die Eingabe und Ausgabe von ganzen Zahlen 153 2.8.4 Vorzeichenbehaftete ganzzahlige 16bit Arithmetik 163 2.8.5 BCD-Arithmetik 169 2.8.6 Festpunktarithmetik 174 2.8.7 Ganzzahlige Funktionen 182 3 C-Programmierung 187 3.1 Allgemeiner Aufbau eines C-Programms 190 3.1.1 Zeichensatz und Bezeichner 190 3.1.2 Datentypen, Konstanten und Variablen 191 3.1.3 Gültigkeitsbereich und Lebensdauer 195 3.1.4 Präprozessoranweisungen 197 3.1.5 Makro-Anweisungen und Funktionen 199 3.2 Operationen 202 3.2.1 Gemischte Ausdrücke 202 3.2.2 Arithmetische und logische Operationen 204 3.2.3 SFR-Register und Bitoperationen 208 3.2.4 Vergleichsoperationen, Bitbedingungen und Schalter 210 3.2.5 Zeigerund Operationen mit Zeigern 213 3.3 Programmstrukturen 215 3.3.1 Schleifenanweisungen 215 3.3.2 Verzweigungen mit bedingten Anweisungen 220 3.3.3 Anwendungsbeispiele 223 3.4 Zusammengesetzte Datentypen 231 3.4.1 Felder und Zeichenketten (Strings) 231 3.4.2 Strukturen 242
Inhalt 7 3.4.3 Die Adressierung des Flash- und EEPROM-Speichers 246 3.5 Funktionen 250 3.5.1 Funktionen mit Rückgabewert 251 3.5.2 Die Übergabe von Werten als Argument 252 3.5.3 Die Übergabe von Referenzen (Adressen) 253 3.5.4 Die Eingabe und Ausgabe von Zahlen 257 3.6 Die Interruptsteuerung 271 3.6.1 Die externen Interrupts 273 3.6.2 Der Software-Interrupt 276 4 Die Peripherie 277 4.1 Die Takt- und Resetsteuerung 279 4.2 Digitale Schaltungstechnik 281 4.3 Die Parallelschnittstellen 284 4.4 Die Timereinheiten 290 4.4.1 Der 8bit TimerO 292 4.4.2 Der 16bit Timer 1 306 4.4.3 Die erweiterten Timer-Betriebsarten 325 4.4.4 Der 8bit Timer2 334 4.4.5 Der Watchdog Timer und Stromsparbetrieb 339 4.5 Die seriellen Schnittstellen USART und UART 345 4.5.1 Die serielle USART-Schnittstelle 348 4.5.2 Die asynchrone UART-Schnittstelle 365 4.5.3 Software-Emulation der asynchronen Schnittstelle 370 4.6 Die serielle SPI-Schnittstelle 376 4.7 Die serielle TWI-Schnittstelle (I 2 C) 389 4.8 Analoge Schnittstellen 398 4.8.1 Der Analogkomparator 400 4.8.2 Der Analog/Digitalwandler 408 4.8.3 Serielle analoge Schnittstellenbausteine 419 4.8.4 Parallele analoge Schnittstellenbausteine 425 4.9 Die serielle USI-Schnittstelle 430 5 Anwendungsbeispiele 433 5.1 Würfel mit dem ATtinyl2 (AT90S2343) 434 5.2 Zufallszahlen mit ATtinyl2 (AT90S2343) 441 5.3 Stoppuhr mit dem ATtiny2313 (90S2313) 447 5.4 LCD-Anzeige und Tastatur mit dem ATmega8 455 5.5 Externer SRAM mit dem ATmega8515 476
8 Inhalt 5.6 Leuchtdioden-Matrixanzeige mit dem ATtiny2313 485 5.7 Funktionsgenerator mit dem ATmega8...493 6 Der Boot-Programmspeicher 501 7 Anhang 507 7.1 Ergänzende und weiterführende Literatur 507 7.2 Bezugsquellen und Internetadressen 512 7.3 Assembleranweisungen 513 7.4 Assemblerbefehle 514 7.5 Zusätzliche Befehle der Mega-Familie 518 7.6 Rangfolge der C-Operatoren (Auswahl) 519 7.7 C-Schlüsselwörter und -Anweisungen (Auswahl) 520 7.8 ASCII-Codetabellen (Schrift Courier New) 521 7.9 Sinnbilder für Ablaufpläne und Struktogramme 523 7.10 Verzeichnis der Programmbeispiele 524 7.10.1 Assemblerprogramme 524 7.10.2 Assembler-Unterprogramme 525 7.10.3 Assembler-Makrodefinitionen 527 7.10.4 Assembler-Headerdateien 527 7.10.5 C-Programme 528 7.10.6 C-Funktionen 529 7.10.7 C-Headerdateien 530 8 Register 531