Реферат: Микроконтроллеры Z86 фирмы ZILOG

Рис. 1.26. Регистр маски прерываний IMR

Регистр приоритета прерываний IPR (рис.1.27) позволяет устанавливать любое соотношение приоритетов как между группами прерываний А, В, С, так и между отдельными запросами прерываний внутри группы. В каждую группу включено по два запроса.

МК Z8 поддерживает как процесс векторных прерываний, так и процесс поллинга.

Рис. 1.27. Регистр приоритетов прерываний IMR

В случае векторного процесса каждый уровень прерывания имеет собственный вектор —адрес подпрограммы обслуживания этого уровня прерывания. Векторы прерываний размещены в начальной зоне ПЗУ (см. рис. 1.3). Инициализация процесса векторного прерывания происходит, если прерывания глобально разрешены и есть хотя бы один незамаскированный запрос прерывания. Если таких запросов несколько, то выбирается вектор прерывания с наивысшим приоритетом. Далее реализуется следующая последовательность действий:

— загружается в стек младший байт PC;

— загружается в стек старший байт PC;

—загружается в стек регистр флагов FLAGS;

— читается старший байт вектора;

— читается младший байт вектора;

—вектор загружается в PC.

Эта последовательность занимает 24 такта синхронизации TpC. Наихудшее время реакции на прерывание можно вычислить, прибавив к этому времени 2TpC для синхронизации внешнего запроса прерывания и время выполнения самой длинной команды в прерываемой программе.

1.3. Система команд микроконтроллеров Z8

Математические возможности МК характеризуются системой команд. В МК использован двухадресный принцип построения команд, что позволяет сократить количество требуемых пересылок операндов. Первый операнд после выполнения команды становится результатом и называется операндом-получателем ( Destination Operand ), а второй —сохраняет свое значение и называется операндом-источником ( Source Operand ). Первый в описании системы команд обозначен аббревиатурой dst, а второй —src.

Код любой команды МК содержит код операции (КОП), определяющий операцию команды, и до двух адресных полей. Способы трактовки кодов в адресном поле называются способами адресации операндов.Прежде чем рассматривать набор команд, необходимо более подробно рассмотреть используемые способы адресации операндов.

1.3.1. Способы адресации операндов

В МК Z8 использовано шесть основных способов адресации операндов :

— регистровая ( Register );

— косвенная регистровая ( Indirect Register );

— индексная ( Indexed );

— прямая ( Direct );

— относительная ( Relative );

— непосредственная ( Immediate ).

Кроме того, регистровая и косвенная регистровая адресации имеют ряд модификаций: они могут использовать сокращенный 4-битный адрес рабочего регистра, полный 8-битный адрес регистра, сокращенный 4-битный адрес рабочей пары регистров, полный 8-битный адрес регистровой пары. При адресации пар регистров используется четное выравнивание, т.е. допустимые адреса —четные числа. Шестнадцатибитные операнды занимают в регистровом файле пару регистров, причем по четному адресу размещается старший байт.

Все способы адресации операндов в системе команд МК Z8 приведены в табл.1.7. В таблице указаны условные обозначения способов адресации, используемые в дальнейшем в таблице команд, наименование способа адресации, обозначение операнда на языке ассемблера, диапазон значений адреса и номер рисунка, на котором дана графическая интерпретация способа адресации.

Следует отметить, что адреса типа R, RR, IR, IRR предполагают использование как полного 8-битного адреса регистра, так и сокращенного 4-битного. В последнем случае адрес размещается в младшей тетраде адресного байта, а в старшей тетраде указывается код 1110B (EH) :

E

Dst/src

Поэтому обращение к регистрам рабочей группы E СРФ возможно только с помощью рабочей регистровой адресации (см. п.п.1.2.2.1).

Таблица 1.7. Способы адресации операндов

Способ	Наименование	Операнд	Диапазон	Рис.
r	Рабочая регистровая(РР)	Rn	n=0,...,15	1.35
R	Регистровая или РР	Reg Rn	00H —FFH n=0,...,15	1.36 1.35
RR	Регистровая пара или PP пара (четное выравнивание)	Reg RRp	00H —FEH p=0,...,14	1.38 1.37
Ir	Косвенная РР	@Rn	n=0,...,15	1.39
IR	Косвенная регистровая или косвенная РР	@Reg @Rn	00H —FFH n=0,...,15	1.40 1.39
Irr	Косвенная через РР пару	@RRp	p=0,...,14	1.41
IRR	Косвенная через регистровую пару или РР пару	@Reg @RRp	00H —FEH p=0,...,14	1.42 1.41
X	Индексная	Reg(Rn)	00H —FFH	1.43
DA	Прямая	Addrs	0H —FFFFH	1.44
RA	Относительная	Addr	-128- +127	1.45
IM	Непосредственная	#Data	00H —FFH	1.46

1.3.2. Флаги процессора

Флаговый регистр FLAGS (FCH) содержит информацию о текущем состоянии процессора. Флаги и их расположение в регистре приведены на рис.1.47. Состояние флагового регистра после сброса является неопределенным.

Рис. 1.47. Регистр флагов FLAGS

Флаговый регистр FLAGS содержит 6 флагов состояния, информация в которых устанавливается в результате работы процессора. Четыре флага (C, V, Z, S) используются командами условного перехода. Два флага (H и D) используются командой десятичной коррекции. Оставшиеся два бита могут быть использованы как флаги пользователя (F1 и F2). Ниже подробно рассмотрено назначение каждого из основных флагов МК Z8.

1.3.2.1. Флаг переноса C (Carry Flag)

Флаг переноса устанавливается в 1, если в результате арифметической операции генерируется “перенос из” или “заем в” старший 7-ой бит результата. В противном случае флаг С очищается в 0.

В процессе выполнения команд циклического или арифметического сдвига флаг переноса С содержит последний бит, выдвинутый из указанного в команде регистра.

Команды могут устанавливать, сбрасывать или инвертировать (дополнять) флаг переноса.

1.3.2.2. Флаг нуля Z (Zero Flag)

Если в результате арифметической или логической операции получается нулевой результат, то флаг Z устанавливается в 1, в противном случае флаг Z очищается в 0.

Если результат команды проверки бита в регистре равен 00Н,0то флаг нуля устанавливается в 1, в противном случае — очищается в 0.

Если результат выполнения команды циклического или арифметического сдвига равен 00Н, флаг Z устанавливается в 1, иначе —сбрасывается в 0.

1.3.2.3. Флаг знака S (Sign Flag)

Флаг знака хранит значение старшего бита результата текущей арифметической или логической операции, операции циклического илиарифметического сдвига.

Для производства арифметических операций над числами со знаком в МК используется представление информации в дополнительном коде. Положительное число при этом идентифицируется в старшем значащем разряде и, соответственно, значение флага знака также равно 0. Отрицательное число идентифицируется 1 в старшем значащем разряде и, соответственно, флаг S также будет равен 1.

1.3.2.4. Флаг переполнения V (Overflow Flag)

Для знаковых арифметических операций, операций циклического и арифметического сдвигов флаг переполнения V устанавливается в 1, если результат больше максимально возможного положительного числа (+127) или меньше минимально возможного отрицательного числа (-128), представленного 8-битным дополнительным кодом. Флаг V устанавливается в 0, если переполнение отсутствует. В результате поразрядных логических операций флаг V всегда сбрасывается в 0.

1.3.2.5. Флаг десятичной коррекции D (Decimal Adjust Flag)

Флаг десятичной коррекции D используется для двоично-десятичной арифметики BCD (Binary Coded Decimal). Поскольку алгоритм десятичной коррекции различен для сложения и вычитания, этот флаг сохраняет информацию о последней выполненной команде, для последующей команды десятичной коррекции DA. После выполнения операциивычитания флаг D устанавливается в 1, а после операции сложения —очищается в 0.

1.3.2.6. Флаг полупереноса H (Half Carry Flag)

Флаг полупереноса H устанавливается в 1, когда при сложениичисел генерируется перенос из 3-его бита или при вычитании генерируется заем в 3-ий бит. Флаг H используется командой десятичной коррекции DA.

Значения всех флагов изменяются командой IRET при восстановлении из стека состояния флагового регистра. Команды WDH и WDT устанавливают флаги Z, S и V в неопределенное состояние. Команда SWAP устанавливает в неопределенное состояние флаги C и V.

1.3.3. Набор команд

Команды микроконтроллеров Z8 функционально могут быть разделены на восемь групп:

— команды загрузки;

— арифметические команды;

— логические команды;

— команды управления программой;

— команды манипуляции битами;

— команды пересылки блоков;

— команды сдвигов;

— команды управления процессором.

1.3.3.1. Описание системы команд

В табл.1.8 приведено краткое описание системы команд микроконтроллеров, причем для каждой команды дано мнемоническое обозначение, принятое в языке ассемблера, указан состав операндов и смысл команды на английском языке ( для понимания происхождения мнемоники как аббревиатуры ) и на русском языке. Аббревиатура “сс” в колонке операндов команд управления программой означает код условия ( condition ), а аббревиатура “r”— любой регистр из рабочей группы ( register ).

Таблица 1.8. Краткое описание системы команд микроконтроллера Z8

Мнемоника				Операнды	Наименование команды
					Английский язык		Русский язык
КОМАНДЫ ЗАГРУЗКИ
CLR LD LDC LDE POP PUSH				dst dst,src dst,src dst,src dst src	Clear Load Load Constant Load External Data Pop Push		Очистить Загрузить Загрузить константу Загрузить внешние данные Извлечь из стека Загрузить в стек
АРИФМЕТИЧЕСКИЕ КОМАНДЫ
ADC ADD CP DA DEC DECW INC INCW SBC SUB				dst,src dst,src dst,src dst dst dst dst dst dst,src dst,src	Add with Carry Add Compare Decimal Adjust Decrement Decrement Word Increment Increment Word Subtract with Carry Subtract		Сложить с переносом Сложить Сравнить Десятичная коррекция Декремент Декремент слова Инкремент Инкремент слова Вычесть с заемом Вычесть
ЛОГИЧЕСКИЕ КОМАНДЫ
AND COM OR XOR				dst,src dst dst,src dst,src	Logical AND Complement Logical OR Logical EXCLUSIVE OR		Логическое И Дополнение ( НЕ ) Логическое ИЛИ Исключающее ИЛИ
КОМАНДЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОГРАММОЙ
CALL DJNZ IRET JP JR RET				dst r,dst cc,dst cc,dst	Call Procedure Decrement and Jump Non Zero Interrupt Return Jump Jump Relative Return		Вызов подпрограммы Декремент и переход, если не нуль Возврат из прерывания Переход Переход относительный Возврат из подпрограммы
КОМАНДЫ МАНИПУЛЯЦИИ БИТАМИ
TCM TM AND OR XOR				dst,src dst,src dst,src dst,src dst,src	Test Complement Under Mask Test Under Mask Bit Clear Bit Set Bit Complement		Проверить дополнение с маской Проверить с маской Очистить биты Установить биты Дополнить биты
КОМАНДЫ ПЕРЕСЫЛКИ БЛОКОВ
LDCI LDEI				dst,src dst,src	Load Constant Autoincrement Load External Data Autoincrement		Загрузить константу с автоинкрементом Загрузить внешние данные с автоинкрементом
КОМАНДЫ СДВИГОВ
RL RLC RR RRC SRA SWAP				dst dst dst dst dst dst	Rotate Left Rotate Left Through Carry Rotate Right Rotate Right Through Carry Shift Right Arithmetic Swap Nibbles		Циклический влево Циклический влево через перенос Циклический вправо Циклический вправо через перенос Арифметический вправо Свопинг полубайтов
КОМАНДЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОРОМ
CCF DI EI HALT NOP RCF SCF SRP STOP WDH WDT				src	Complement Carry Flag Disable Interrupts Enable Interrupts Halt No Operation Reset Carry Flag Set Carry Flag Set Register Pointer Stop WDT Enable During HALT WDT Enable or Refresh		Дополнить флаг переноса Запретить прерывания Разрешить прерывания Переход в режим HALT Нет операции Сбросить флаг переноса Установить флаг переноса Установить указатель регистров Переход в режим STOP Разрешение сторожевого таймера в режиме HALT Разрешение или переза- пись сторожевого таймера

1.3.3.2. Условия ветвления программы

Команды переходов JP и JR обеспечивают ветвление программы по различным условиям. В качестве условий используются состояния флагов C,Z,S и V, а также их логические функции. Набор допустимых для языка ассемблера условий с указанием мнемонического обозначения (cc), значения, соответствующего состояния флагов и шестнадцатеричного кода условия приведен в табл.1.9. Набор условий предусматривает ветвление по состояниям отдельных флагов, а также по всем возможным соотношениям между целыми числами со знаком и между беззнаковыми целыми числами.

Таблица 1.9. Мнемоника условий (cc) и цифра КОП (c)

cc	Значение	Состояние флагов	c
F	Всегда ложно	—	0
	Всегда истинно	—	8
C	Есть перенос	C=1	7
NC	Нет переноса	C=0	F
Z	Есть нуль	Z=1	6
NZ	Нет нуля	Z=0	E
PL	Положительно	S=0	D
MI	Отрицательно	S=1	5
OV	Переполнение	V=1	4
NOV	Нет переполнения	V=0	C
EQ	Равно	Z=1	6
NE	Не равно	Z=0	E
GE	Больше или равно	(S xor V)=0	9
LT	Меньше	(S xor V)=1	1
GT	Больше	(Z or (S xor V))=0	A
LE	Меньше или равно	(Z or (S xor V))=1	2
UGE	Б/з больше или равно	C=0	F
ULT	Б/з меньше	C=1	7
UGT	Б/з больше	(C=0 and Z=0)=1	B
ULE	Б/з меньше или равно	(C or Z)=1	3

1.4. Конструктивное исполнение микроконтроллеров Z8

Микроконтроллеры широкого применения Z8 выпускаются в различном конструктивном исполнении. Наиболее дешевым и удобным для большинства применений является корпус типа DIP ( Dual In Line Package ). Схема расположения выводов МК для корпусов этого типа показана на рис.1.48.

Большинство моделей МК имеет также вариант исполнения в корпусе типа SOIC ( Smal Outline Package ), предназначенном для монтажа на поверхность. Модель 40 выпускается также и в квадратных 44 выводных корпусах типа PLCC ( Plastic Chip Carrier ) и QFP (Quad Flat Pack ). Модели МК 30, 31, и 40 с возможностью многократного перепрограммирования производятся в корпусах типа CerDIP Window Lid, имеющих кварцевое окно для оптического стирания.

Полное обозначение микросхемы, кроме шифра, указанного в табл.1.1, содержит дополнительно две цифры, соответствующие максимальной частоте в мегагерцах, три буквы и необязательный буквенно-цифровой код партии. Первая буква означает тип корпуса ( P —пластмассовый DIP, S- SOIC и т.п. ), вторая —температурный диапазон ( S —стандартный: 0 —700C, E -расширенный: -40 —1050C), третья —характеризует защитную оболочку от воздействия окружающей среды ( C — стандартная пластмассовая, E —стандартная герметичная ).

Например, полное обозначение МК Z86E02 может быть следующим:

Z86E0208PSC.

Рис. 1.48. Расположение выводов микроконтроллеров Z8

Для более полной информации следует обратиться к фирменным справочникам [4,5].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе рассмотренных в настоящем пособии материалов можно заключить, что однокристальные микроконтроллеры являются перспективной элементной базой для построения устройств передачи и обработки данных. Они имеют все необходимые атрибуты для решения всех задач, возникающих при проектировании таких устройств. Прежде всего, это аппаратные средства микроконтроллеров, начиная от встроенной памяти программ и данных и кончая размещенными на кристалле периферийными устройствами, а также средствами обеспечения надежной работы в условиях помех. Разнообразие конструктивного исполнения и возможность выбора варианта с низким напряжением питания и жесткими условиями эксплуатации позволяют разработчику всегда подобрать подходящую модель микроконтроллера для своей конкретной задачи. Комплексная система команд, возможность программирования аппаратной конфигурации, режимов резервирования и низкого электромагнитного излучения позволяют при весьма ограниченных объемах встроенной памяти программ решать сложнейшие задачи применения. Фирма Zilog снабжает свои изделия подробной документацией и средствами разработки.

Рассмотренными микроконтроллерами номенклатура продуктов фирмы для устройств передачи и обработки информации не ограничивается. Фирма Zilog производит большое разнообразие микроконтроллеров Z8, микроконтроллеров для цифрового телевидения, для телефонных автоответчиков, цифровых сигнальных процессоров, контроллеров для периферийных устройств и внешней памяти персональных компьютеров, аудио и мультимедиа приборов, специальных микропроцессоров для систем связи [7].

Использование микроконтроллеров для построения устройств передачи и обработки информации позволяет не только улучшить их основные технические характеристики, такие как надежность, быстродействие, точность, массогабаритные характеристики, энергопотребление, но и получить сопровождаемую конструкцию, совершенствование функций которой можно производить без изменения конструкторской документации и перестройки производственного цикла.