МК
Реализация
и обслуживание подсистемы прерываний (Лабораторная работа)
Цель
работы: изучение организации
прерываний в микроконтроллере ATmega128 и обслуживания подсистемы прерываний. 1. Основные сведения Микроконтроллеры ATmega128 используют 34 источника
прерывания. Эти прерывания и механизм сброса располагают отдельными векторами в
пространстве памяти программ. Каждому прерыванию присвоен свой бит разрешения,
который должен быть установлен совместно с битом I регистра статуса SREG. Младшие адреса пространства памяти программ
автоматически определяются как векторы сброса и прерываний. Полный перечень векторов представлен в табл. 6. Перечень отражает также уровень приоритета для
каждого прерывания. Прерывания с младшими адресами имеют больший уровень приоритета:
RESET имеет наивысший уровень приоритета, следующим является запрос внешнего прерывания
INT0 и т.д. Таблица. Векторы сброса и прерываний
Микроконтроллеры ATmega128 содержат два специальных
8-разрядных регистра масок прерываний: регистр масок внешних прерываний EIMSK (External Interrupt Mask) и регистр масок прерываний таймеров/счетчиков TIMSK (Timer/Counter Interrupt
Mask). Кроме того, в регистрах управления блоками ввода-вывода
могут существовать другие биты разрешения и биты масок. При возникновении прерывания бит I разрешения всех
прерываний (в регистре SREG) очищается и все прерывания
запрещаются. Процедура прерывания может установить бит I, чтобы
разрешить вложенные прерывания. Выход из процедуры обработки прерывания происходит
по команде RETI, которая устанавливает бит I (=1). Когда в счетчик команд загружен вектор процедуры
обработки прерывания, соответствующий флаг, вызвавший прерывание, аппаратно
очищается. Некоторые флаги прерываний можно очистить программно. Если условия прерывания возникли, когда
соответствующий бит разрешения очищен, флаг этого прерывания будет установлен и
сохранен в таком состоянии, пока прерывание не будет разрешено или флаг не
будет очищен программно. Если условия прерываний возникли, когда очищен бит разрешения всех прерываний, флаги прерываний
будут установлены и сохранены в таком состоянии, пока все прерывания не будут
разрешены и обработаны в порядке приоритетов. Прерывания по уровню сигнала флага не имеют, а условия
прерывания имеют место, пока активен внешний сигнал. Регистр масок
внешних прерываний EIMSK
Биты 7...0 – Разрешение внешних прерываний
INT7...INT0. При установленных битах
INT7 – INT0 и установленном бите I регистра статуса (SREG) разрешаются
прерывания по соответствующим выводам сигналов внешних прерываний. Активность
сигнала по любому из этих выводов вызовет запрос прерывания, даже если вывод
назначен как выход. Это обеспечивает возможность организации программного
прерывания. Регистр флагов внешних прерываний EIFR
Биты 7...0 – Флаги внешних прерываний INTF7…INTF0. В случае поступления запроса на прерывание на
какой-либо из выводов INT7 – INT0 устанавливается ( =1)
соответствующий флаг прерывания INTF7 – INTF0. Если бит I регистра SREG и
соответствующий бит разрешения (INT7 – INT0) регистра EIMSK установлены, то
выполняется переход по вектору прерывания. При возврате из процедуры прерывания
флаг очищается. Кроме того, флаг можно очистить, записав в него логическую 1.Обратите внимание, что программно установить
флаг внешнего прерывания, записав в него 1, невозможно! Регистры
управления внешними прерываниями EICRA и EICRB:
Биты 7...0 – ISCX1, ISCX0: Биты управления
опознаванием внешних прерываний INT7 – INT0. Запросы внешних прерываний на выводах INT7 – INT0 являются активными,
если установлен флаг I регистра SREG и установлена соответствующая маска в
регистре EIMSK. Запрос прерывания по логическому уровню или фронтам
определяется в соответствии с табл. 7. Таблица 7. Управление
опознаванием прерывания
ПРИМЕЧАНИЕ: Х может быть равен 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 или
0. При изменении битов ISCx1/ISCx0 прерывание должно быть запрещено очисткой
бита разрешения в регистре GIMSK. В ином случае может произойти прерывание в
момент изменения бита. Входы прерываний INTx
периодически опрашиваются на предмет наличия запроса. Если внешний запрос
прерывания фиксируется по фронту, то для гарантированного срабатывания
длительность импульса должна быть больше, чем один период тактовой частоты
процессора. Заметим, что частота процессора может быть меньше частоты XTAL
из-за возможного наличия делителя. Запрос прерывания по логическому уровню
должен продолжаться, пока выполняется текущая инструкция
и он будет зафиксирован. Запрос прерывания по логическому уровню, если он
разрешен, будет генерировать запрос прерывания до тех пор, пока на входе
удерживается низкий уровень. Регистр масок
прерывания по таймерам/счетчикам TIMSK
Бит 7 – OCIE2: Разрешение прерывания по совпадению таймера
2. При установленном бите OCIE2 и
установленном бите I регистра статуса разрешается прерывание по совпадению
содержимого регистра сравнения и состояния таймера 2. Соответствующее
прерывание (с вектором $0012) имеет место, если произойдет совпадение при
сравнении содержимого регистра сравнения и состояния таймера/счетчика 2. В
регистре флагов прерывания TIFR устанавливается флаг OCF2. Бит 6 – TOIE2: Разрешение прерывания по переполнению
таймера 2. При установленном бите
TOIE2 и установленном бите I регистра статуса разрешается прерывание по
переполнению таймера 2. Соответствующее прерывание (с вектором $0014)
выполняется, если произойдет переполнение таймера 2. В регистре флагов TIFR
устанавливается флаг TOV2 переполнения таймера 2. Бит 5 – TICIE1: Разрешение прерывания по захвату
таймера 1. При установленном бите
TICIE1 и установленном бите I регистра статуса разрешается прерывание по
захвату таймера 1. Соответствующее прерывание (с вектором $0016) выполняется,
если произошел захват по выводу 29, PD4(IC1). В регистре флагов TIFR
устанавливается флаг ICF1 захвата таймера 1. Бит 4 – OCIE1A: Разрешение прерывания по совпадению
регистра А с таймером 1. При установленном бите OCIE1A и установленном бите I
регистра статуса разрешается прерывание по совпадению регистра A с состоянием
таймера 1. Соответствующее прерывание (с вектором $0018) выполняется, если
имеется совпадение содержимого регистра A с состоянием таймера 1. В регистре
флагов TIFR устанавливается флаг OCF1A совпадения регистра А
с таймером 1. Бит 3 – OCIE1B: Разрешение прерывания по совпадению регистра
B с таймером 1. При установленном
бите OCIE1B и установленном бите I регистра статуса разрешается прерывание по
совпадению регистра B с состоянием таймера 1. Соответствующее прерывание (с
вектором $001A) выполняется, если имеется совпадение содержимого регистра B с
состоянием таймера 1. В регистре флагов TIFR устанавливается флаг OCF1
совпадения регистра B с таймером 1. Бит 2 – TOIE1: Разрешение прерывания по переполнению
таймера 1. При установленном бите
TOIE1 и установленном бите I регистра статуса разрешается прерывание по
переполнению таймера 1. Соответствующее прерывание (с вектором $001С)
выполняется, если произойдет переполнение таймера 1. В регистре флагов TIFR
устанавливается флаг TOV1 переполнения таймера 1. Бит 1 – OCIE0: Разрешение прерывания по совпадению
таймера 0. При установленном бите
OCIE0 и установленном бите I регистра статуса разрешается прерывание по
совпадению содержимого регистра сравнения и состояния таймера 0.
Соответствующее прерывание (с вектором $001E) выполняется, если произойдет
совпадение при сравнении содержимого регистра сравнения и состояния таймера 0.
В регистре флагов прерывания TIFR устанавливается флаг OCF0 совпадения таймера
0. Бит 0 – TOIE0: Разрешение прерывания по переполнению
таймера 0. При установленном бите
TOIE0 и установленном бите I регистра статуса разрешается прерывание по
переполнению таймера 0. Соответствующее прерывание (с вектором $0020)
выполняется, если произойдет переполнение таймера 0. В регистре флагов TIFR
устанавливается флаг TOV0 переполнения таймера 0. Регистр масок
прерывания по таймерам/счетчикам ETIMSK
Бит 7, бит 6 – Зарезервировано. Бит 5 – TICIE3: Разрешение прерывания по захвату
таймера 3. При установленном бите
TICIE3 и установленном бите I регистра статуса разрешается прерывание по
захвату таймера 3. Соответствующее прерывание (с вектором $0032) выполняется,
если произошел захват по выводу 9, PE7(ICP3). В регистре флагов ETIFR
устанавливается флаг ICF3C захвата таймера 3. Бит 4 – OCIE3A:- Разрешение прерывания по совпадению
регистра А с таймером 3. При установленном бите OCIE3A и установленном бите I
регистра статуса разрешается прерывание по совпадению регистра A с состоянием
таймера 3. Соответствующее прерывание (с вектором $0034) выполняется, если
имеется совпадение содержимого регистра A с состоянием таймера 3. В регистре
флагов ETIFR устанавливается флаг OCF3A совпадения регистра А
с таймером 3. Бит 3 – OCIE3B: Разрешение прерывания по совпадению регистра
B с таймером 3. При установленном
бите OCIE3B и установленном бите I регистра статуса разрешается прерывание по
совпадению регистра B с состоянием таймера 3. Соответствующее прерывание (с
вектором $0036) выполняется, если имеется совпадение содержимого регистра B с
состоянием таймера 3. В регистре флагов ETIFR устанавливается флаг OCF3
совпадения регистра B с таймером 3. Бит 2 – TOIE3:- Разрешение прерывания по переполнению
таймера 3. При установленном бите
TOIE3 и установленном бите I регистра статуса разрешается прерывание по
переполнению таймера 3. Соответствующее прерывание (с вектором $003A)
выполняется, если произойдет переполнение таймера 3. В регистре флагов ETIFR
устанавливается флаг TOV3 переполнения таймера 3. Бит 1 – OCIE3C: Разрешение прерывания по совпадению
регистра C с таймером 3. При
установленном бите OCIE3С и установленном бите I регистра статуса разрешается
прерывание по совпадению содержимого регистра сравнения C с состоянием таймера
3. Соответствующее прерывание (с вектором $0038) выполняется, если произойдет
совпадение при сравнении содержимого регистра сравнения C и состояния таймера
3. В регистре флагов прерывания ETIFR устанавливается флаг OCF3C совпадения таймера
3. Бит 0 – OCIE1C: Разрешение прерывания по совпадению
регистра C с таймером 1. При
установленном бите OCIE1С и установленном бите I регистра статуса разрешается
прерывание по совпадению содержимого регистра сравнения C с состоянием таймера
1. Соответствующее прерывание (с вектором $0030) выполняется, если произойдет
совпадение при сравнении содержимого регистра сравнения C и состояния таймера
1. В регистре флагов прерывания ETIFR устанавливается флаг OCF1C совпадения таймера
1. Регистр флагов прерываний по таймерам/счетчикам TIFR
Бит 7 – OCF2: Флаг 2 совпадения таймера 2 и данных
OCR2. Бит OCF2 устанавливается при
совпадении состояния таймера 2 и содержимого регистра OCR2. Бит OCF2 аппаратно
очищается при обработке соответствующего вектора прерывания. Возможна очистка
бита записью во флаг логической 1. При установленных битах I в регистрах SREG, OCIE2
и OCF2 выполняется прерывание по совпадению таймера 2. Бит 6 – TOV2: Флаг переполнения таймера 2. Бит TOV2 устанавливается при переполнении таймера 2.
Он аппаратно очищается при обработке соответствующего вектора прерывания.
Возможна очистка бита записью во флаг логической 1. При установленном бите I в регистре
SREG, установленных битах OCIE2 и TOV2 выполняется прерывание по переполнению
таймера 2. В режиме PWM этот бит устанавливается, при переходе через $00. Бит 5 – ICF1: Флаг захвата входа. Бит ICF1 устанавливается в случае захвата входа и показывает,
что значение таймера 1 переслано во входной регистр захвата ICR1. Бит очищается
аппаратно при обработке соответствующего вектора прерывания. Возможна очистка
бита записью во флаг логической 1. Бит 4 – OCF1A: Флаг 1A совпадения выхода. Бит OCF1A устанавливается при совпадении состояния
таймера 1 и содержимого регистра OCR1A. Бит OCF1A аппаратно очищается при
обработке соответствующего вектора прерывания. Возможна очистка бита записью во
флаг логической 1. При установленном бите I в регистре SREG, установленных
битах OCIE1A и OCF1A выполняется прерывание по совпадению выхода таймера-счетчика
1. Бит 3 – OCF1B: Флаг 1B совпадения выхода. Бит OCF1B устанавливается при совпадении состояния
таймера 1 и содержимого регистра OCR1B. Бит OCF1B аппаратно очищается при обработке
соответствующего вектора прерывания. Возможна очистка бита записью во флаг логической
1. При установленном бите I в регистре SREG, установленных битах OCIE1B и OCF1B
выполняется прерывание по совпадению выхода таймера 1. Бит 2 – TOV1: Флаг переполнения таймера 1. Бит TOV1 устанавливается при переполнении таймера 1.
Он аппаратно очищается при обработке соответствующего вектора прерывания.
Возможна очистка бита записью во флаг логической 1. При установленном бите I в регистре
SREG, установленных битах TOIE1 и TOV1 выполняется прерывание по переполнению
таймера 1. Бит 1 – OCF0: Флаг 0 совпадения выхода. Бит OCF0 устанавливается при совпадении состояния
таймера 0 и содержимого регистра OCR0 . Бит OCF0 аппаратно очищается при обработке
соответствующего вектора прерывания. Возможна очистка бита записью во флаг
логической 1. При установленном бите I в регистре SREG, установленных битах
OCIE0 и OCF0 выполняется прерывание по совпадению выхода таймера 1. Бит 0 – TOV0: Флаг переполнения таймера 0. Бит TOV0 устанавливается при переполнении таймера 0.
Он аппаратно очищается при обработке соответствующего вектора прерывания.
Возможна очистка бита записью во флаг логической 1. При установленном бите I в
регистре SREG, установленных битах TOIE0 и TOV0 выполняется прерывание по
переполнению таймера 0. Регистр флагов прерываний по таймерам/счетчикам ETIFR
Бит 7, бит 6 – Зарезервировано. Бит 5 – ICF3C: Флаг захвата входа. Бит ICF3C устанавливается в случае захвата входа и
показывает, что значение таймера 3 переслано во входной регистр захвата ICR3.
Бит очищается аппаратно при обработке соответствующего вектора прерывания.
Возможна очистка бита записью во флаг логической 1. Бит 4 – OCF3A: Флаг 3A совпадения выхода. Бит OCF3A устанавливается при совпадении состояния
таймера 3 и содержимого регистра OCR3A. Бит OCF3A аппаратно очищается при
обработке соответствующего вектора прерывания. Возможна очистка бита записью во
флаг логической 1. При установленном бите I в регистре SREG, установленных
битах OCIE3A и OCF3A выполняется прерывание по совпадению выхода таймера 3. Бит 3 – OCF3B: Флаг 3B совпадения выхода. Бит OCF3B устанавливается при совпадении состояния
таймера 3 и содержимого регистра OCR3B. Бит OCF3B аппаратно очищается при обработке
соответствующего вектора прерывания. Возможна очистка бита записью во флаг логической
1. При установленном бите I в регистре SREG, установленных битах OCIE3B и OCF3B
выполняется прерывание по совпадению выхода таймера 3. Бит 2 – TOV3: Флаг переполнения таймера 3. Бит TOV3 устанавливается при переполнении таймера 3.
Он аппаратно очищается при обработке соответствующего вектора прерывания.
Возможна очистка бита записью во флаг логической 1. При установленном бите I в регистре
SREG, установленных битах TOIE3 и TOV3 выполняется прерывание по переполнению
таймера 3. Бит 1 – OCF3C: Флаг Бит 0 – OCF1C: Флаг Обратите внимание, что
программно установить флаг таймера-счетчика, записав в него 1, невозможно! 2. Выполнение работы 1. Изучить функционирование подсистемы прерываний
микроконтроллера ATmega128. 2. Запустить на персональном компьютере интегрированную
систему программирования AVRStudio. Командой Project|New Project создать новый проект Lesson3. С использованием редактора
текста создать демонстрационную программу:
Программа
Lesson3 показывает работу процессора по прерываниям. Разрешены прерывания от
внешнего вывода INT0 и переполнения таймера 0. Процедуры обслуживания
разрешенных источников не содержат исполняемых команд и подробнее будут
рассмотрены в следующих работах. 3. Выполнить компиляцию программы командой Project/Build. 4. При успешной компиляции с помощью команды Debug/Start Debugging
запустить симулятор. 5. Выполнить программу по шагам, выполняя команду Debug/Step Intro
(F11) до зацикливания loop. В окне Workspace изменяем значение
регистра TCNT0 на FF, тем самым вызываем прерывание по переполнению таймера 0. Рис. Окно Workspace Рис. 29.
Обнуление бита 0 регистра PIND 6. Выполнить программу по шагам, используя команду Debug/Step Intro(F11)
до возврата в цикл loop . В окне Workspace
обнуляем бит 0 регистра PIND, тем самым вызываем
прерывание INT0. 3. Задания для
самостоятельной работы
Составить различные процедуры
обслуживания прерываний, выполняемых при переполнении и сравнении таймеров 1, 2,
3. Запустить составленные программы на
выполнение. Реализовать вызов и выполнение соответствующих процедур
обслуживания прерываний, изменяя значения в регистрах таймеров 1, 2, 3 и
показать преподавателю своё умение контролировать работу программы с помощью
интегрированной системы программирования. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||