Mikrocomputertechnik mit Controllern der Atmel-AVR-RISC-Familie : Programmierung in Assembler und C - Schaltungen und Anwendungen

Dieses Buch bietet eine systematische und didaktisch aufbereitete Ein- führung in die Mikrocomputertechnik. Der Autor behandelt ausführlich Aufbau, Programmierung und Anwendungen der Controller der AVR-RISC- Familie des Herstellers Atmel, Die für Controlleranwendungen besonders wichtigen Programmierverfahren werden durch zahlreiche Beispielprov gramme in Assembler und in C veranschaulicht, die auch zum download auf den Internetseiten des Verlags bereit stehen. In über 200 Programmbeispielen werden die wichtigsten Hilfsmittel an die Hand gegeben, um die Vielfalt der Funktionen der Atmel-AVR-RISC‘Bausteine auszureizen. Aus dem Inhalt: Die Bausteine der AtmeI-AVR-RISC-FamiIien Assemblerprogrammierung C—Programmierung Die Peripherie - Anwendungsbeispiele - Der Boot-Programmspeicher 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 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 Makroanweisungen 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 Zeiger und 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 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 Timer0 292 4.4.2 Der 16bit Timer1 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 (I2C) 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 ATtiny12 (AT90S2343) 434 5.2 Zufallszahlen mit ATtiny12 (AT90S2343) 441 5.3 Stoppuhr mit dem ATtiny2313 (9052313) 447 5.4 LCD-Anzeige und Tastatur mit dem ATmega8 455 5.5 Externer SRAM mit dem ATmega8515 476 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 Main description: Aufgrund des übersichtlichen Aufbaus und der sorgfältigen Einführung in die Mikrocomputertechnik und die Programmierung mit Assembler oder C kann dieses Buch als grundlegender Einstieg in die Thematik dienen. Die Fülle von Informationen ist dabei in Abbildungen und Tabellen so anschaulich aufbereitet, dass immer ein schneller Zugriff möglich ist. -- Alle Programmbeispiele, die auch auf den Internetseiten des Verlags zum download bereit stehen, beziehen sich auf die verbreiteten Bausteine der Atmel AVR-RISC-Familie und können zur sofortigen Anwendung dienen. Dabei wird vor allem auch die Steuerung und Benutzung der Peripherie behandelt. -- In über 200 Programmbeispielen werden die wichtigsten Hilfsmittel an die Hand gegeben, um die Vielfalt der Funktionen der aktuellen Atmel-AVR-RISC-Bausteine auszureizen Review quote: "Wer ein gutes Buch über AVR und die Programmierung in C bzw. Assembler sucht, wird mit diesem Buch sicher schnell das Richtige finden. Mit guten Schaltbeispielen und ausführlichen Erklärungen hat man schnell den Durchblick und kann die Beispiele einfach nachvollziehen und versteht was dahinter steckt. ... Wer sich wirklich mit AVR's und der Programmierung in C oder Assembler an den Einstieg wagen will, wird mit diesem Buch sicher zum Ziel kommen. -- www.media200.info (Februar 2007) Das Buch bietet eine systematische und didaktisch aufbereitete Einführung in die Mikrocomputertechnik. Der Autor behandelt Aufbau, Programmierung und Anwendung der Controller der AVR-RISC-Familie des Herstellers Atmel. Die für Controlleranwendungen besonders wichtigen Programmierverfahren werden durch zahlreiche Beispielprogramme in Assembler und in C veranschaulicht.