Table Of Content

1 Часть 1 Оглавление Введение 3 1. Готовим инструменты 5 2. Что такое микроконтроллер и как он работает 10 3. Система команд PIC16F84A 26 4. Что такое программа и правила ее составления. Пример создания программы автоколебательного мультивибратора. Директивы. 36 5. Интегрированная среда проектирования MPLAB IDE и работа в ней 45 6. Что дальше? 70 7. Пример создания программы (начало) 72 8. Пример создания программы (продолжение) 96 9. Работа в симуляторе. Отладка программы 107 10. Как отследить выполнение программы 121 11. Прерывания. Стек. Пример разработки программы с уходом в прерывания 134 12. Организация вычисляемого перехода. Работа с EEPROM памятью данных 160 13. Флаги. Работа с флагами. Как работает цифровой компаратор. Перенос и заем 182 14. Пример задействования флага С в трехбайтном суммирующем устройстве. Циклический сдвиг. Операция умножения 200 15. Введение в принцип построения подпрограммы динамической индикации. Косвенная адресация 222 16. Преобразование двоичных чисел в двоично-десятичные. Окончательное формирование текста подпрограммы динамической индикации 243 17. Принцип счета. Работа с таймером TMR0. Принцип установки групп команд счета в текст программы 262 ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… Заключение 277 Дополнительная информация 279 Количество страниц: 287. 2 Введение Эпиграф: программист, работающий в ассемблере, должен быть "властелином колец". И еще: банальность это уставшая истина. (поймете позднее) В микропроцессорную технику люди приходят по-разному. Лично я, до поры, до времени, не ощущал особой потребности в необходимости заниматься этим, пока, в один прекрасный момент, не понял, что начинаю не соответствовать времени. То, что я наработал "до того", оказалось безнадежно устаревшим, а также "смешно смотрящимся" и на "фоне" современной элементной базы, и на "фоне" тех знаний, которые нужно иметь для того, чтобы работать с ней. Кроме того, лично для меня, как-то не красиво и не достойно было "питаться объедками с царского стола", если есть возможность "за него сесть на правах полноценного участника трапезы". Нужно было выбрать: либо "сложить лапки" и перейти в категорию постепенно "вымирающих" (дисквалифицирующихся), либо заняться этими "страшными и ужасными" микроконтроллерами, которые все более напоминали "в каждой бочке затычку". "Вымирать" совсем не хотелось, так что выбор был однозначным. И тут началось нечто, что напоминало "передвижение по джунглям". Информационный "бардак" в этом "секторе" оказался настолько впечатляющим, что "волосы встали дыбом". А куда деваться? "Отступать-то некуда, позади Москва". Кстати, точно в таком же положении находятся сейчас многие люди (знаю по письмам), для которых "въезд" в микропроцессорную технику стал не то что какой-то "блажью", а самой натуральной жизненной необходимостью, что вполне понятно, ведь м/контроллеры входят в состав практически любой более или менее современной, малогабаритной (и не только) аппаратуры (а "чем дальше в лес, тем больше дров"...). Чего я натерпелся, знает только один Господь Бог: помощи никакой и пришлось рассчитывать только на свои силы. После всех этих "мытарств", возник закономерный вопрос: "Это что же такое получается? Неужели каждый, кто вознамерится "посягнуть" на эти "железяки", должен обязательно "разбивать свой нос в кровь", водя им по "батарее"? Неужели нельзя без этого обойтись или, по крайней мере, сделать этот процесс не столь болезненным? Прикинул... А ведь, ей Богу, можно! Правда, придется "вспахать поле не паханное", но по совокупности причин, смысл в этом есть. То, что Вы прочитаете в "Самоучителе...", есть итог указанного выше болезненного процесса, преподнесенный "на блюдечке с голубой каемочкой". Принцип преподнесения информации - максимальная степень "разжеванности", так как "Самоучитель..." предназначен именно для начинающих. Одна из главных бед начинающих программистов - отсутствие системности в восприятии информации и ее "передозировка", связанная с чрезмерным желанием побыстрее достигнуть желанной цели, без учета объективных факторов. Такого рода желание, конечно же, похвально, но при отсутствии плановости, четко выраженных приоритетов и способности, на первых порах, сознательно ограничивать объем воспринимаемой информации только самой действительно необходимой, оно играет с человеком злую шутку. В результате - "бардак" в голове, дезориентация в потоках информации и в худшем случае, сожаление о потраченном времени, хотя, по большому счету, все не так уж и суперсложно, как может показаться на первый взгляд. Я вовсе не говорю, что это просто. Поработать придется, но и пугаться совсем не стоит, так 3 как "не так страшен черт, как его малюют". Еще одна беда - недооценка огромного значения знания и умения применения на практике стратегии и тактики "мозгового штурма". Хотя и любой "мозговой штурм" полезен, но "мозговой штурм" программиста, имеющего хотя бы элементарное представление о его стратегии и тактике, гораздо эффективнее и действеннее, чем "судорожные действия" программиста, который этих представлений не имеет. А ведь работа программиста это "сплошной мозговой штурм"!!! Мозги есть у всех, а вот со стратегией и тактикой этого "штурма" имеются большущие проблемы. Можно ведь, с дуру, и "пулю схлопотать" (по сценарию типа "геройская смерть программиста"). В своей работе я исхожу из того, что мозги являются не только логической "машиной", но и "вместилищем личности". Последнее либо явно недооценивается, либо вообще не берется в рассчет авторами подобных моему "творений", что есть огромнейший их просчет, сводящий на нет большую часть усилий. Такого рода "однобокость", носящая массовый характер, в большинстве случаев, приводит к тому, что информация воспринимается обучаемым как логически изощренное, интенсивное (без чувства меры) и "беспросветное изнасилование автором его (обучаемого) мозгов", с целью "глумления" над низким уровнем его подготовки и прямого или косвенного понижения "микроконтроллерной" самооценки. Конечно же, во многом, это не соответствует действительности, но что поделаешь, такова естественная, подсознательная, защитная реакция психики нормального человека на большой массив информации, к эффективной работе с которым она не готова. Для того чтобы понять огромный вред такого подхода к обучению, вспомните про Афганистан или Чечню и про участь тех необстрелянных и психологически неподготовленных ребят, которых "бросили в эту мясорубку". Я не желаю Вам такой участи, и по этой причине, в "Самоучителе...", предпринята своеобразная попытка постепенного "встраивания" нулей и единиц в личность (их "одухотворения") и формирования некой "идеологии офицера программных воск" ("боевого духа", "стержня"), без которой любая "война" (программирование есть чисто мужское и "хулиганское" занятие с названием "война со своей бестолковостью") проигрывается даже не начавшись и которая является главной основой любой эффективной "школы" обучения. Сравнить мне не с чем, и поэтому я работаю на свой страх и риск. Не судите меня строго, так как я работаю "с нуля" и "психологическим спецом" не являюсь. Надеюсь на то, что другие авторы продолжат эту исключительно важную и "преступно" игнорируемую "психологическую тему". Хочется верить, что при чтении "Самоучителя...", Вы почувствуете, что такое доброжелательное и уважительное отношение к Вашему совсем не легкому труду (по себе знаю), а Ваше подсознание не будет выдавать сигналов SOS об "изуверском изнасиловании мозгов". Отдельно обращаюсь к "хулиганам", "драчунам" и "задирам" (в обывательском понимании этих слов), "мозговая деятельность" которых явно выражена. Вам не нужно объяснять, что значит "держать удар", "уклоняться", "давать сдачи", и "фингалы" Вас не смущают. По этой причине, программирование это, в первую очередь, Ваша "вотчина", где Вы можете славно "поохотиться". В программировании, агрессивность есть достоинство, а не недостаток. Здесь можно, от души, интеллектуально "помахать кулаками" (ограничений нет), плюс, "посворачивать шеи" многим достойным уважения "врагам" (ограничений нет), от чего, кстати, Вы однозначно получите большое удовольствие. Итак, информация будет предоставляться в определенной последовательности и по принципу "от простого к сложному". Прошу придерживаться этой последовательности и не переходить к следующим разделам без уяснения предыдущих. Дело это неторопливое и не требующее суеты. Все "валить в кучу" не буду, "перенапряг" также постараюсь не создавать. "Самоучитель…" расcчитан на начинающих, но при этом предполагается, что они, как минимум, знают основы цифровой техники. Выражаю искреннюю признательность тем людям, которые помогли в работе над этим учебником. 4 1. Готовим инструменты Микроконтроллеры (и вообще все процессоры) изначально понимают только машинные коды, то есть некую совокупность нулей и единиц. Те, кто представляет себе работу счетчиков, регистров, триггеров и т.д., сразу же поймет природу машинного кода. Так как, среди электронщиков, таких людей большинство, то на мой взгляд, все они согласятся с такой аксиомой: машинные коды полезны в "малых дозах". А вот когда начинаются "большие дозы" (сложные устройства с десятками корпусов м/схем), то "мозги начинают дымиться" даже у классных электронщиков, имеющих недюжинные способности. В этом случае, самое неприятное заключается в том, что по мере роста схемотехнической сложности устройства, эффективность работы электронщика резко "падает". И в самом деле, сил и средств вкладывается "море", а получается нечто не очень надежное, габаритное, сложное в изготовлении, энергоемкое и дорогое. Чтобы "одним махом прихлопнуть" все эти проблемы, "яйцеголовые" и придумали сначала "большие" процессоры (то, что применяется в компьютерах), а затем и "маленькие", назвав их микроконтроллерами. Внутри м/контроллера находится "набор" модулей, каждый из которых многофункционален. Манипулируя весьма не слабыми возможностями этого "набора", можно реализовать миллионы разновидностей устройств. Естественно, всем этим "хозяйством" нужно как-то "рулить". Эта "рулежка" и есть то, что называется программированием. Если речь идет о больших "массивах" машинных кодов, то программирования напрямую (в машинных кодах) и врагу не пожелаешь: удовольствия никакого, да, чего доброго, и в "психушку" попасть можно (есть исключения - люди с выдающимися способностями и гении). Для того, чтобы обычные люди могли, без особого "напряга", заниматься составлением программ, придуманы различные языки программирования. Смысл всех их заключается в замене машинных кодов словами, сокращениями слов, абревеатурами и т. д., то есть тем, что человеком легко и осмысленно воспринимается и чем он может комфортно оперировать при составлении текста программы. Все эти "удобоваримые приятности", по окончании составления текста программы, переводятся в машинные коды одним "легким движением руки" (мозги программиста не задействуются). Чтобы это "легкое движение руки" имело место быть, "яйцеголовые" придумали так называемую "интегрированную среду разработки". Это есть набор программ, в котором программист работает с максимальной степенью комфорта, причем, по всему "массиву" решаемых им задач (включая и составление текста программы, и т.д. и т.п.). Что, первым делом, нужно сделать, например, русскому, который попал в Англию и собирается там жить? Выучить английский язык. При "въезде" в программирование, нужно сделать то же самое (задача даже существенно проще). "Проматерь" всех языков программирования - ассемблер. Хотя он и считается самым простым, но слово "простой" относится прежде всего к набору его команд: количество их - минимально необходимое, и тем не менее, вполне достаточное для решения самых сложных задач, но не к комфортному восприятию их человеком. Команды ассемблера являются либо сокращениями английских слов, либо набором первых букв английских словосочетаний, либо и тем, и другим. Минимальный "джентльменский" набор ассемблера для ПИКов составляет 35 команд. Реально же, наиболее часто, используются от 10 до 20 команд. В дальнейшем, настройте себя просто на тупое заучивание (на первых порах) всей этой английской "абракадабры", типа зубрежки (я вообще не имею никакой склонности к иностранным языкам, но ничего, освоил), не такая уж это и сложная задача, заверяю Вас. В дальнейшем, Ваше образное мышление и зрительная память Вам помогут. А выучить ассемблер очень даже стоит по причине того, что он, может быть, и не очень "удобоварим", но именно на этом языке пишутся самые компактные по объему, быстрые и надежные программы, и по этой причине, серьезные программисты, работают 5 преимущественно в ассемблере. Предупреждение: на этом этапе в ассемблер не лезть! Всему свое время. Пока достаточно общего представления (пусть "в мозгах уляжется"). Программы для ПИКов составляются преимущественно в ассемблере. Даже если программа для них и составлена на языке более высокого уровня, то в конечном итоге, интегрированная среда разработки переведёт все в ассемблер. Об интегрированной среде разработки (проектирования): Она выполняет целый комплекс задач. В ее специализированном текстовом редакторе, составляется текст программы. Текст программы нельзя записывать в ПИК, так как он "понимает" только машинные коды. Следовательно, нужно преобразовать текст программы, с языка ассемблер, в машинные коды. То есть, необходимо так называемое ассемблирование (компилирование) исходного текста программы, которое производится все в той же интегрированной среде разработки. Вот здесь-то начинающие обычно и путаются: словосочетание "ассемблирование исходного текста программы" означает не перевод исходного текста программы на язык ассемблер (текст программы уже написан на языке ассемблер), а наоборот, преобразование текста программы, написанной на языке ассемблер, в машинные коды, которые сначала соответствующим образом архивируются и помещаются внутрь специального файла с расширением (форматом) .HEX (для удобства хранения и транспортировки машинных кодов), а затем разархивируются из HEX-файла и принимают свой исходный вид в программе, обслуживающей программатор. С помощью этой программы, машинные коды программы записываются в ПИК. Приведенное выше словосочетание, используемое сплошь и рядом, безусловно, не является удачным. Обратите на это внимание и всегда имейте ввиду, что оно не отражает смысла происходящего, хотя я и буду употреблять его далее, так как оно является стандартным. Я рассказал только о двух основных функциях интегрированной среды разработки. Ее возможности ими далеко не исчерпываются. Интегрированная среда разработки для ПИКов называется MPLAB. Эта программа (вернее набор программ) создана производителем ПИКов, то есть фирмой Microchip Technology Inc. В России, представителем этой фирмы является ООО "Микро-Чип", которое имеет в Интернете свой сайт технической поддержки на русском языке http://www.microchip.ru (кстати, на этом сайте, в разделе "Начинающим", есть ссылка на мой сайт). 6 Лично я пользуюсь версией MPLAB 5.70.40, что и Вам советую. Это "старый, добрый конь, который борозды не испортит" и возможностей у него "выше крыши". Главный недостаток этой версии - медленно работает (считает), но для начинающих, "реактивной" скорости и не нужно. Главное ее преимущество - надежность работы. В более поздних версиях, в той или иной мере, осуществлен обмен скорости на надежность, что иногда не есть хорошо. В дальнейшем, я буду ориентироваться на версию 5.70.40. Примечание: дистрибутив MPLAB версии 5.70.40 (и еще 2 версии) имеется на компакт- диске. Закачивать дистрибутив MPLAB нужно в папку с английским названием (папка мои документы или рабочий стол не подойдут), иначе будете иметь проблемы. Лучше всего организовать ее в папке Program Files диска С. Программа MPLAB является интегрированной средой разработки для ПИКов и содержит все необходимое как для написания и редактирования программы, так и для создания HEX-файлов, а также и для отладки программы. Таким образом, необходимость в наличии отдельного текстового редактора для написания программы, отдельной программы - ассемблера для создания HEX-файла и отдельного отладчика программы (симулятора) отпадает, так как в MPLAB все это есть (и даже более того). Установите MPLAB на свой компьютер, убедитесь, что она встала не "криво" и на время про нее забудьте, так как для того чтобы с ней работать, необходимо основательно подготовиться, чем в дальнейшем мы и будем заниматься. Следующий шаг - сборка программатора, так как HEX-файл программы, созданный в MPLAB, необходимо "превратить" в машинные коды, которые и будут записываться в ПИК (так называемая "прошивка"). Ничего проще и надежнее чем программатор PonyProg, я, на первом этапе, предложить не могу, хотя, безусловно, имеются и другие "достойные" программаторы. Информацию по сборке программатора PonyProg Вы найдете в "Приложении №1". Следует учесть, что программатор PonyProg лучше всего работает на относительно "медленных" компьютерах старых выпусков, так как, в свое время, программа PonyProg создавалась под них. При подключении программатора к современным быстродействующим компьютерам с "навороченными" операционными системами, могут возникнуть конфликты типа "нестыковки" программы PonyProg с операционной системой или превышения предельно допустимой скорости обмена данными между компьютером и программируемым ПИКом, то есть программатор может просто не заработать. 7 Это вовсе не есть факт, но такое может быть. Самое лучшее решение - применение для этих целей компьютера с тактовой частотой до 500мГц и операционной системы Windows95/98. Лично я сделал так: купил практически "за так" "древнюю старушку", обманул BIOS, пристегнув к родному винчестеру, "помощником", дополнительный винчестер на 8Гб, поставил Windows98 и включил "форсаж". Получилось "дешево и сердито", и прежде всего по той причине, что при занятии программированием, создании печатных плат, вычерчивании схем и прочих радиолюбительских делах, особой скорости и не требуется, так как все эти занятия неспешны, и особого смысла задействовать под это дело быстродействующие компьютеры нет. В моей "старушке" стоит почти на 2Гб подобного рода программ, в том числе и довольно-таки "навороченных", и ничего, прекрасно работает. С тем, что должно быть в наличии обязательно, я надеюсь, понятно, а теперь о полезных "мелочах". Скачайте эти две маленькие, но полезные и удобные программки: HEX - калькулятор: файл CALC32.rar прилагается (папка "Программы"). Конвертер систем исчисления: файл BCONV32 прилагается (папка "Программы"). Они настолько просты, что Вы без труда разберетесь, зачем они нужны. Чаще всего требуется конвертер систем исчисления. 08.07.07. Один из активных участников работы, Петр Высочанский, разработал программу конвертера систем исчисления, которая наиболее адаптирована к практическим нуждам: Конвертер систем исчисления Петра Высочанского: файл Hex-Dec_Bin.exe прилагается (папка "Программы") 8 При открытии, программа конвертера устанавливает английскую раскладку клавиатуры (то, что нужно). Итак, все что необходимо для занятия программированием PIC контроллеров имеется. Пока, это не более чем красивые и интригующие "штучки" не вполне понятного предназначения. Можно их на досуге рассмотреть, на что-нибудь понажимать, только, во избежание дальнейших недоразумений, не трогайте настроек по умолчанию. Переходите к следующему разделу. "Самоучитель по программированию PIC контроллеров для начинающих" http://ikarab.narod.ru E-mail: [email protected] 9 2. Что такое микроконтроллер, и как он работает Прежде всего, микроконтроллер это процессор со всеми его "атрибутами", плюс встроенная, энергонезависимая память (программ и данных), что позволяет отказаться от внешней памяти программ и поместить программу в его энергонезависимую память. Это позволяет создавать очень простые (в схемотехническом отношении) и компактные устройства, выполняющие, тем не менее, достаточно сложные функции. Иногда даже диву даешься: эта маленькая "штучка" заменяет целую "груду старого железа" (К555 и т.д.). Любой микроконтроллер, по своим возможностям, конечно же, уступает процессору компьютера, но тем не менее, существует весьма обширный класс устройств, которые преимущественно реализуются именно на микроконтроллерах. И в самом деле, компьютер в карман не положишь и от батареек его не запитаешь. Поэтому, во многих случаях, микроконтроллерам просто нет альтернативы. "Сердцем" микроконтроллера является арифметико - логическое устройство (АЛУ). Проще всего его представить в виде банального калькулятора, кнопками которого управляет программа, написанная на языке ассемблер (то есть, программист). Если вдуматься, то ничего особо сложного, в механизме управления такого рода калькулятором, нет. И в самом деле, если нужно, например, сложить числа А и В, то в тексте программы сначала задаются константы А и В, а затем дается команда "сложить". Программисту вовсе не обязательно знать, что происходит с нулями и единицами (разве только только для общего развития), ведь калькулятор он на то и калькулятор, чтобы избавить пользователя от "возни" с машинными кодами и прочими "неудобоваримостями". Когда Вы работаете с компьютером, Вам и не нужно детально знать, что происходит в дебрях операционной системы. Если Вы туда "полезете", то "с ума сойдете", а микроконтроллер, по своей сути, есть тот же самый компьютер, но только простой. Программисту только нужно детально знать, каким именно образом "приказать железяке" сделать то, что необходимо для достижения задуманного. Микроконтроллер можно представить себе как некий универсальный "набор" многофункциональных модулей (блоков), "рычаги управления" которыми находятся в руках программиста. Этих "рычагов" достаточно большое количество, и естественно, их нужно освоить и точно знать, что именно произойдет, если "дернуть" (дать команду на языке ассемблер) за тот или иной "рычаг". Вот здесь-то уже нужно знать, как "отче наше", каждую деталь и не жалеть на это "узнавание" времени. Только таким образом пустую "болванку" (незапрограммированый ПИК) можно "заставить" выполнять какие-то "осмысленные" действия, результат большей части которых можно проверить в симуляторе MPLAB (об этом - позднее), даже не записывая программу в ПИК. Итак, необходим переход к "модульному" мышлению. Любой микроконтроллер можно уподобить детскому конструктору, в состав которого входит множество всяких предметов, манипулируя с которыми, можно получить тот или иной конечный "продукт". Давайте с ними разберемся и "разложим все по полочкам". В качестве примера я буду использовать один из самых распространенных PIC контроллеров PIC16F84A. Он является как бы "проматерью" более сложных ПИКов, содержит минимальный "набор" модулей и как нельзя лучше подходит для первичного "въезда в м/контроллеры". Энергонезависимая память. Начнем с энергонезависимой памяти (память программ и память данных). Информация, заложенная в энергонезависимую память, сохраняется при выключении питания, и поэтому именно в нее записывается программа. То "место" энергонезависимой памяти, куда записывается программа, называется памятью программ. Объем памяти программ может быть различен. Для PIC16F84A, он составляет 1024 слова. Это означает, что он предназначен для работы с программами, объем которых не превышает 10