67

Elektronika Praktyczna 8/2004

CD-EP8/2004A

Na płycie A publikujemy komplet materiałów fir-

my ARM poświęconych wszystkim rdzeniom ARM
oferowanym przez tę firmę w 2004 roku. Wśród
nich znajdują się m.in. informacje na temat rdzeni
ARM7TDMI i ARM720T, które są najczęściej stoso-
wane w tańszych i łatwiej dostępnych procesorach
oferowanych przez producentów układów. Na płycie
są dostępne opisy list rozkazów, architektur i budo-
wy specyficznych modułów (m.in. do debugowania)
stosowanych w rdzeniach ARM.

Płyta – niezbędnik dla użytkowników i Czytelni-

ków zainteresowanych procesorami ARM.

Uwaga! Na płycie

nie publikujemy not katalogo-

wych procesorów z rdzeniami ARM.

CD-EP8/2004B

Sierpniowa płyta B to klasyczna składanka, na

której zamieściliśmy (oprócz materiałów „klasycz-
nych”, jak: programy do projektów opisanych w EP8/
2004, noty katalogowe ważne dla Czytelników EP8/
2004, narzędzia) także:
– Najnowszą wersję programu do projektowania ukła-

dów PLD Quartus II 4.1 (obsługuje układy Cyclone
II). Program wymaga pliku licencyjnego, który moż-
na otrzymać bezpłatnie po zarejestrowaniu się na
stronie www.altera.com.

– PSoC Designer 4.1 – najnowsza wersja programu

do realizacji projektów na układach (mikrokontro-
lerach) PSoC firmy Cypress.

– Ewaluacyjne i bezpłatne kompilatory C (w tym

ARM-GCC) dla procesorów ARM.

– Ewaluacyjna wersja kompilatora C (CrossWorks C)

dla mikrokontrolerów MSP430.

– Ewaluacyjne wersje kompilatorów Bascom.
– FilterPRO – program wspomagający projektowanie

filtrów aktywnych i pasywnych.

– Zestaw bezpłatnego oprogramowania dla mikrokon-

trolerów ST7Lite.

– Najnowsza wersja MPLaba (6.6), przystosowana do

obsługi procesorów z rodziny PIC10F.

Elektronika Praktyczna 8/2004

68

69

Elektronika Praktyczna 8/2004

Dla doświadczonego elektronika konstruowanie

urządzeń bazujących na mikrokontrolerach wydaje się
rzeczą prostą. Wielokrotnie „gryzione” problemy znane
są już niemal na pamięć. Na ogół odpowiednia doku-
mentacja techniczna danego podzespołu dostępna jest
bez większego problemu poprzez Internet. Tymczasem
na rodzimym rynku wydawniczym nie ma zbyt wielu
pozycji o tej tematyce, a zapotrzebowanie na literaturę
techniczną jest spore. Nadal niestety główną przeszkodą
w zdobywaniu wiedzy jest bariera językowa. Z drugiej
strony o tym, że nie łatwo jest napisać książkę będącą
przewodnikiem po wybranym układzie lub grupie ukła-
dów wiem dość dobrze z autopsji. Książka ma jedną
niepodważalną zaletę – jest zawsze pod ręką i... pach-
nie papierem. Bardzo trudno jednak pewne zagadnienia
wyjaśnić słowami i to tylko pisanymi. Bywalcy róż-
nych seminariów, odczytów, czy wykładów zauważyli
pewnie, że epoka pokazywania nieruchomych slajdów
już właściwie się skończyła. Teraz wykładowca, jeśli
swój pokaz chce przeprowadzić „na poziomie”, musi
korzystać z multimedialnych rzutników i prezentacji
przygotowanych np. w programie „Power Point”. Jaka
szkoda, że nie da się (póki co przynajmniej) umiesz-
czać ruchomych obrazków w książkach.

Papier kontra animacja

Notebooka do wanny raczej się nie zabierze, wią-

zało by się ze zbyt dużym ryzykiem, trochę go szko-
da. Z książką jest już łatwiej, chociaż też może ulec
uszkodzeniu. Notebook za to, postawiony na biurku
może pełnić funkcje edukacyjne nie gorzej od trady-
cyjnego podręcznika. Potrzebny będzie oczywiście od-
powiedni program lub specjalnie przygotowany pokaz.
I oto pewnego razu, serfując po Internecie „wpadło mi

do oka” prawdziwe cacko – animowany przewodnik
po mikrokontrolerze AVR. Jest on dostępny na stronie
http

://www.microschematic.com/inde.html. Umieszczona tu

prezentacja w sposób wyczerpujący, a przy tym bardzo
atrakcyjny wyjaśnia zagadnienia związane z budową
mikrokontrolera AVR. Jako układ wzorcowy autorzy
wybrali mikrokontroler AT90S2313. To faktycznie dość
dobry reprezentant rodziny AVR-ów. Wielu elektroni-
ków rozpoczynających przygodę z mikrokontrolerami
buduje swoje pierwsze urządzenia właśnie w oparciu
o ten układ. Musimy jednak pamiętać, że na mocy
niedawnych decyzji Atmela został on przesunięty do
grupy układów wycofywanych z produkcji. Na szczę-
ście na jego miejsce wprowadzono dość wierny, choć
nie 100-procentowy odpowiednik, a stary 2313 na
pewno jeszcze długo będzie do kupienia w sklepach.
Ostatecznie, nawet gdybyśmy zamierzali w przyszłości
wykorzystywać inne AVR-y, to i tak lekcja nie pójdzie
na marne. Większość prezentowanych tu komponentów
mikrokontrolera jest stosowana także w innych ukła-
dach tej rodziny. Czas nagli, zaczynamy.

Moc ruchomych obrazków

Po otwarciu podanej wcześniej strony ukazuje

się naszym oczom ekran jak na

rys. 1. Widzimy tu

zgrupowane w postaci przejrzystego schematu bloko-
wego wszystkie moduły peryferyjne mikrokontrolera
AT90S2313. Rysunek jest interaktywny, co oznacza,
że kliknięcie na dowolny blok powoduje otwarcie
nowego okna, w którym zawarto opis wybranego
komponentu. Najczęściej opisom tekstowym towa-
rzyszą animacje. Wyjaśniają one np. zmiany stanów
poszczególnych rejestrów roboczych oraz SFR pod-
czas wykonywania danego rozkazu. Na

rys. 2 obja-

śniono działanie rozkazu ROR. Podświetlając go na
ekranie zawierającym listę rozkazów mikrokontrolera

Animowany

AVR od środka

Mikrokontrolery. Bez nich nie możemy
się już obyć w żaden sposób.
Kiedyś zajmowali się nimi elitarni
konstruktorzy, dzisiaj nawet uczeń
z podstawówki potrafi je programować.
A dzieje się tak dlatego, że coraz
łatwiej jest zdobyć materiały do nauki
tego niełatwego – mimo wszystko
– elementu.

Rys. 1. Okno główne prezentacji

Elektronika Praktyczna 8/2004

68

69

Elektronika Praktyczna 8/2004

(

rys. 2a), w prawej części zostaje wyświetlony jego

tradycyjny (książkowy) opis. Teraz kliknięcie uru-
chamia animowany pokaz działania rozkazu. Jedna
z przechwyconych sytuacji jest pokazana na

rys. 2b.

Jeśli w trakcie animacji pogubimy się w analizie
tego, co się dzieje na ekranie, a czasami dzieje się
bardzo dużo i to jednocześnie w wielu jego miej-
scach, to w każdej chwili można powtórzyć fragment
pokazu odświeżając stronę tak, jak tradycyjnie się to
robi w przeglądarce internetowej (np. klawiszem F5
dla Microsoft Internet Explorera). Jeśli nawet nie
zrobimy tego ręcznie, to animacja jest powtarzana
automatycznie po skończeniu każdego cyklu.

Ruchome obrazki z pewnością bardzo pomogą

w zrozumieniu wielu zjawisk zachodzących w mikro-
kontrolerze. Czasami jeden animowany ekran z powo-
dzeniem zastępuje obszerny opis książkowy. Dobrym
przykładem może być wyjaśnienie działania układu
UART, w szczególności różnic pomiędzy przerwaniami
TXC IRQ (Transmitter Complete – przerwanie genero-
wane po opróżnieniu szeregowego rejestru nadawczego
UART-a) i UDRE IRQ (UART Data Register Empty –
przerwanie generowane po opróżnieniu bufora nadaw-
czego UDR). Są to przerwania o dość podobnym dzia-
łaniu, a ich użycie wynika z buforowania nadajnika.
Jak wiadomo, w mikrokontrolerze AT90S2313 układ
nadawczy UART składa się z szeregowego rejestru
nadawczego i rejestru-bufora UDR. Dane przeznaczone
do wysłania zawsze trafiają do rejestru nadawczego
poprzez równoległy wpis do rejestru UDR. Buforo-
wanie danych nadawanych pozwala wpisać daną do
nadajnika jeszcze przed zakończeniem wysyłania po-

przedniej. Współdziałanie obu wymienionych rejestrów
w kontekście generowania przerwania UDRE IRQ jest
nieudolnie pokazane na

rys. 3, zdecydowanie lepiej

jest to obejrzeć korzystając z animacji. Przydaje się
ona szczególnie podczas zaznajamiania się z systemem
przerwań mikrokontrolera. Znacznie lepiej dociera do
ucznia, jeśli ten widzi (w dosłownym rozumieniu), co
tak naprawdę dzieje się w procesorze, w poszczegól-
nych etapach obsługi przerwania.

Jednym z czynników decydujących o wydajności

mikrokontrolera są zaimplementowane w nim tryby
adresowania. W przypadku AVR-ów mamy ich nie
mało. Wiele z nich można spotkać również w in-
nych procesorach. Na ogół działają dość podobnie,
choć nie bez znaczenia są różnice w budowie po-
szczególnych mikrokontrolerów. Pokaz jest szczególnie
przekonywujący w przypadku bardziej zaawansowa-
nych trybów adresowania jak, adresowanie pośrednie
z przemieszczeniem, adresowanie pośrednie z post-in-
krementacją lub pre-dekrementacją (

rys. 4).

Rys. 2b. Objaśnienie działania rozkazu ROR: a) opis
statyczny, b) animacja

b)

Rys. 3. Objaśnienie działania przerwania UDR Empty:
a) faza ładowania danej do rejestru UDR, b) faza
opróżniania rejestru nadawczego, c) faza przepisania
danej z bufora UDR do rejestru nadawczego z jedno-
czesną generacją przerwania UDRE IRQ

a)

b)

c)

a)

Elektronika Praktyczna 8/2004

70

Oprócz zwykłych rejestrów roboczych (ogólnego

przeznaczenia), mikrokontrolery posiadają grupę reje-
strów specjalnych tzw. SFR. Za ich pomocą CPU ko-
munikuje się ze wszystkimi blokami funkcjonalnymi,
służą one do konfigurowania układów we/wy, itp.
Gruntowne poznanie działania SFR-ów jest potrzebne
nie tylko programistom piszącym w asemblerze. Choć
korzystanie z nich powinno być ułatwione przez
wprowadzenie mnemotechnicznych nazw, to w prak-
tyce okazuje się, że nie jest to sztuka łatwa. Licz-
bę symboli do zapamiętania powiększają dodatkowo
nazwy bitów w każdym rejestrze SFR. Wszystko to
sprawia, że animowane objaśnienia stają się szczegól-
nie przydatne nawet dla tych, którzy przebrnęli już
przez pierwszą fazę uczenia się mikrokontrolera.

Czas na podsumowanie

Opisywanie każdego ekranu prezentacji pozba-

wione jest większego sensu, nie da się bowiem
oddać na papierze zalet animacji. Warto może tylko
poznać, jak zbudowane jest menu główne (index).
Można z niego wchodzić do dowolnego zagadnienia,
a po przejściu na niższe poziomy uzyskujemy ko-
lejne możliwości uszczegóławiania tematu. W menu
głównym mamy dostępne takie zagadnienia jak:
rdzeń CPU, architektura, adresowanie, wyrażenia sto-
sowane w asemblerze mikrokontrolera, lista rozkazów,
urządzenia peryferyjne, rejestry, przerwania, dyrekty-
wy asemblera. Jak widać, autorzy nie ograniczyli
się tylko do zagadnień sprzętowych. Podali również

kilka informacji dotyczących asemblera. Chociaż pro-
gramowanie w językach wysokiego poziomu staje się
standardem, to niewątpliwie znajomość asemblera
jest bardzo przydatna, wręcz niezbędna do wydajne-
go projektowania aplikacji. Wiele zamieszczonych tu
opisów działania poszczególnych komponentów mi-
krokontrolera jest ilustrowanych przykładami progra-
mów pisanych właśnie w asemblerze. W odróżnieniu
od książki, prezentacja multimedialna właściwie nie
ma początku, ani końca. Ułożenie tematów w menu
głównym jest wprawdzie podobne do spisu treści
zamieszczanego w większości książek o mikrokontro-
lerach, ale łatwość wybrania dowolnego z nich nie
narzuca konieczności systematycznego ich studiowa-
nia. W przypadku książek, na ogół przeglądamy roz-
działy od pierwszego do ostatniego. A może to tylko
kwestia indywidualnych przyzwyczajeń.

Prezentacja jest opracowana na wysokim poziomie

zarówno pod względem merytorycznym, jak i technicz-
nym. W zasadzie trudno wymienić jej słabe strony.
W trakcie zapoznawania się wykryłem jednak jeden
mały błąd widoczny na rys. 1. Więcej pomyłek nie
zauważyłem, ale też nie obejrzałem chyba wszystkich
stron pokazu. Tak, czy inaczej, niewątpliwie strona
z omawianym tu multimedialnym przewodnikiem po
mikrokontrolerze AT90S2313 powinna być bezwzględ-
nie dodana do ulubionych w komputerze każdego
elektronika zajmującego się tymi układami.
Jarosław Doliński, EP

[e-mail]

Rys. 4. Ilustracja trybu adresowania pośredniego z pre-dekrementacją

Rys. 5. Animacja wyjaśniająca, jak dobór preskalera wpływa na taktowanie timera/licznika 0