В начало

Лабораторная работа.

Реализация и обслуживание подсистемы прерываний

 

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

 

 

Окончание табл.6

 

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 OCF1B 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:

	7	6	5	4	3	2	1	0
$7D	-	-	TICIE3	OCIE3A	OCIE3B	TOIE3	OCIE3C	OCIE1C	ETIMSK
Исходное значение	0	0	0	0	0	0	0	0

 

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 OCF3B 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 3C совпадения выхода. Бит OCF3C устанавливается при совпадении состояния таймера 3 и содержимого регистра OCR3C. Бит OCF3C аппаратно очищается при обработке соответствующего вектора прерывания. Возможна очистка бита записью во флаг логической 1. При установленном бите I в регистре SREG, установленных битах OCIE3C и OCF3C выполняется прерывание по совпадению выхода таймера 3.

Бит 0 – OCF1C:  Флаг 1C совпадения выхода. Бит OCF1C устанавливается при совпадении состояния таймера 1 и содержимого регистра OCR1C. Бит OCF1C аппаратно очищается при обработке соответствующего вектора прерывания. Возможна очистка бита записью во флаг логической 1. При установленном бите I в регистре SREG, установленных битах OCIE1C и OCF1C выполняется прерывание по совпадению выхода таймера 1.

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:

 

.device ATmega128

.include      "m128def.inc"

;*****таблица векторов прерываний*******************

.CSEG

.org   $0000           ;начальный адpес пpогpаммы

   rjmp Start;пеpеход к pабочей части пpогpаммы (вектоp Reset)

.org   $0002

       rjmp    int_INT0 ;Внешнее пpеpывание Int0

.org   $0004

       reti            ;Внешнее пpеpывание Int1

.org   $0006

       reti            ;Внешнее пpеpывание Int2

.org   $0008

       reti            ;Внешнее пpеpывание Int3

.org   $000A

       reti            ;Внешнее пpеpывание Int4

.org   $000C

       reti            ;Внешнее пpеpывание Int5

.org   $000E

       reti            ;Внешнее пpеpывание Int6

.org   $0010

       reti            ;Внешнее пpеpывание Int7

.org   $0012

       reti            ;Совпадение таймера/счетчика T2

.org   $0014

       reti            ;Переполнение таймера/счетчика T2

.org   $0016

       reti            ;Захват таймера/счетчика T1

.org   $0018

       reti            ;Совпадение "А" таймера/счетчика T1

.org   $001A

       reti            ;Совпадение "В" таймера/счетчика T1

.org   $001C

       reti            ;Переполнение таймера/счетчика T1

.org   $001E

       reti            ;Совпадение таймера/счетчика T0

.org   $0020

       rjmp    OvfT0   ;Переполнение таймера/счетчика T0

.org   $0022

       reti            ;Передача по SPI завершена

.org   $0024

       reti            ;USART0, прием завершен

.org   $0026

       reti            ;Регистр данных USART0 пуст

.org   $0028

       reti            ;USART0, передача завершена

.org   $002A

       reti            ;Преобразование АЦП завершено

.org   $002C

       reti            ;Запись в EEPROM завершена

.org   $002E

       reti            ;Аналоговый компаратор

.org   $0030

       reti            ;Совпадение "C" таймера/счетчика T1

.org   $0032

       reti            ;Захват таймера/счетчика T3

.org   $0034

       reti            ;Совпадение "А" таймера/счетчика T3

.org   $0036

       reti            ;Совпадение "В" таймера/счетчика T3

.org   $0038

       reti            ;Совпадение "C" таймера/счетчика T3

.org   $003A

       reti            ;Переполнение таймера/счетчика T3

.org   $003C

       reti            ;USART1, прием завершен

.org   $003E

       reti            ;Регистр данных USART1 пуст

.org   $0040

       reti            ;USART1, передача завершена

.org   $0042

       reti            ;Прерывание от модуля TWI

.org   $0044

       reti            ;Готовность SPM

;***** Основная программа************************************

Start:

       Ldi R16,High(RAMEND)  ;инициализация стека

       Out SPH,R16

       Ldi R16,Low(RAMEND)

       Out SPL,R16

;*****настройка линии INT0 для программного симулятора******

   In  R16,DDRD

   Sbr R16,(1<<PD0)    ;установка линии порта INT0 на выход

   Out DDRD, R16 ;разрешение работы линии порта INT0 на выход

   Sbi PORTD,PD0 ;установка высокого уровня на выходе INT0

;***********************************************************

       In  R16,TCCR0;установка бита CS00,тактирование таймера

       Sbr R16,(1<<CS00)     ; частотой процессора

       Out TCCR0, R16        ;разрешение работы таймера 0

       In R16,TIMSK

       Sbr R16,(1<<TOIE0)    ;установка бита TOIE0

       Out TIMSK, R16;разрешение прерывания по переполнению таймера 0

       In  R16,EIMSK

       Sbr R16,(1<<INT0)     ;установка бита INT0

       Out EIMSK, R16  ;разрешение прерывания INT0 от низкого

                       ;уровня на входе INT0

       sei             ;разрешение всех прерываний

loop: 

       rjmp  loop;зацикливание программы до прихода прерывания

;***** Обработка прерывания Int0: **************************

int_INT0:

       nop

       reti

;***** Обработка прерывания таймера0 ********************

OvfT0:

       nop

       reti

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 (рис. 28), тем самым вызываем прерывание по переполнению таймера 0.

 

Рис. 28. 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 (рис. 29), 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.