Шестнадцатеричная система счисления

ВВЕДЕНИЕ

Целью лабораторного практикума по дисциплине «Программное обеспечение и технология программирования микроконтроллеров» является закрепление знаний по архитектуре и функционированию основных модулей микроконтроллеров на примере микроконтроллеров AT90S4434/8535 семейства AVR, а также приобретение в процессе выполнения лабораторного практикума навыков программирования и отладки программ на языке Ассемблера.

Для удобства проведения лабораторного практикума в методическом руководстве дано описание основных элементов языка Ассемблера семейства AVR: системы счисления, машинное представление данных и команд. Кроме того, приведены директивы Ассемблера для AVR, и система команд процессора AT90S4434/8535 и некоторые дополнительные сведения к ним.

Одна из глав книги описывает порядок создания, компиляции и отладки программ на этапе разработки с помощью программы AvrStudio. Для записи программы в микроконтроллер используется программа New_SP.

Подробно рассмотрены особенности программирования микропроцессорных систем на языке Ассемблера, организации интерфейса с устройствами ввода-вывода и хранения информации. Каждая лабораторная работа содержит справочную информацию необходимую для решения заданной задачи с указанием возможных проблем при вычислениях и способов их устранения.

МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ AT90S4434/8535 СЕМЕЙСТВА AVR

Структура микроконтроллеров AVR

Упрощенно модульную структуру микроконтроллера семейства AVRможно представить в следующем виде (рис. 1.1).

Рис. 1. Структура микроконтроллера семейства AVR

AVR представляет собой 8-разрядный RISC микроконтроллер, имеющий быстрое процессорное ядро, внутрисистемно программируемую Flash-память программ (ROM) емкостью 8 Кбайт, EEPROM память данных емкостью 512 байт, память данных SRAM (512 байт), порты ввода/вывода и интерфейсные схемы.

В микроконтроллерах AVR использованы принципы Гарвардской архитектуры – отдельные память и шины для программ и данных.

При работе с памятью программ используется одноуровневый конвейер – в то время, как одна команда выполняется, следующая команда выбирается из памяти программ, Такой прием позволяет выполнять команду в каждом тактовом цикле.

Представление данных в языке ассемблера

Для освоения программирования на ассемблере необходимо познакомиться с двоичными и шестнадцатеричными числами, так как без понимания того, как хранятся данные в памяти компьютера, трудно использовать логические и битовые операции.

Двоичная система счисления

В электрических цепях микропроцессорных систем напряжение может принимать два значения – низкого и высокого уровня (нет сигнала и есть сигнал). Этим двум значения поставили в соответствие две цифры – ноль и единица. Именно эти две цифры и используются в двоичной системе счисления, а вместо степеней десяти, как в обычной десятичной системе, – степени двойки. Для перевода двоичного числа в десятичное необходимо сложить двойки в степенях, соответствующих позициям, где в двоичном числе стоят единицы. Например:

10010111b =

= 1 × 2⁷ + 0 × 2⁶ + 0 × 2⁵ + 1 × 2⁴ + 0 × 2³ + 1 × 2² + 1 × 2¹ + 1 × 2⁰ =

= 128 + 16 + 4 + 2 + 1 = 151.

Для перевода десятичного числа в двоичное можно, например, разделить его на два, записывая остатки справа налево (таблица 1.1).

Чтобы отличать двоичные числа от десятичных, в тексте в конце каждого двоичного числа ставится буква b.

Таблица 1.1. Перевод десятичного числа в двоичное

Биты, байты и слова

Битом называется минимальная единица информации. Бит либо есть, либо его нет, то есть, можно сказать, что он принимает два значения – ноль и единица, «да» и «нет» и т.п. Важно лишь то, что бит имеет только два значения. Очевидно, что один разряд двоичного числа несет один бит информации.

Единица информации размером восемь бит называется байт. Байт – это минимальный объем данных, который реально может использовать компьютерная программа. Даже для изменения одного бита в памяти приходится считывать байт, содержащий его. Биты в байте нумеруются справа налево, от нуля до семи (рис. 1.2). Нулевой бит часто называют младшим битом, седьмой – старшим.

Рис. 1.2. Байт.

Так как в байте всего восемь бит, то он может принимать до 2⁸ = 256 различных значений. Байт используется для представления целых чисел
от 0 до 255, целых чисел со знаком от –128 до +127 или любых переменных, принимающих менее 256 значений.

Следующий по размеру базовый тип данных – слово. Размер одного слова – два байта. Биты с нулевого по седьмой составляют младший байт слова, а биты с восьмого по пятнадцатый – старший. В слове содержится шестнадцать бит, а значит, оно может принимать до 2¹⁶ = 65536 различных значений. Два слова подряд образуют двойное слово (32 бит), а два двойных слова – одно учетверенное слово (64 бит).

Шестнадцатеричная система счисления

Главное неудобство двоичной системы счисления – это размеры чисел, с которыми приходится обращаться. На практике с двоичными числами работают, только если необходимо следить за значениями отдельных битов, а когда размеры переменных превышают четыре бита, используется шестнадцатеричная система. Она хороша тем, что компактнее десятичной, и тем, что перевод в двоичную систему и обратно происходит очень легко.
В шестнадцатеричной системе используются шестнадцать знаков (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F). Каждая позиция цифры в числе соответствует степени числа шестнадцать. Например,

97h = 9 × 16¹ + 7 × 16⁰ = 9 × 16 + 7 = 151.

Перевод в двоичную систему и обратно осуществляется просто – вместо каждой шестнадцатеричной цифры подставляют соответствующее четырехзначное двоичное число и наоборот:

97h = (9h = 1001b, 7h = 0111b) = 10010111b.

Чтобы отличать шестнадцатеричные числа от десятичных в тексте в конце каждого шестнадцатеричного числа ставится буква h.

Иногда в ассемблерных программах используется восьмеричная система счисления. В восьмеричной системе используются восемь знаков
(0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7). Каждая позиция цифры в числе соответствует степени числа восемь. Например,

0227h = 2 × 8² + 2 × 8¹ + 7 × 8⁰ = 2 × 64 + 2 × 8 + 7 = 128 + 16 + 7 = 151.

Перевод в двоичную систему и обратно осуществляется просто – вместо каждой восьмеричной цифры подставляют соответствующее трехзначное двоичное число и наоборот:

0227h = (2 = 010b, 2 = 010b, 7 = 111b) = 10010111b.

Чтобы отличать восьмеричные числа от десятичных в тексте перед каждым восьмеричным числом ставится 0.

Для того чтобы в программах при записи чисел, не перепутать системы счисления, а числа начинающиеся с A, B, C, D, E, F – с переменными, в каждом ассемблере принимают свои обозначения.

В ассемблере для AVR приняты следующие форматы операндов:

– десятичный (по умолчанию): 10, 255;

– шестнадцатеричный (два способа): 0´0а, $0а;

– двоичный: 0b00001010, 0b11111111;

– восьмеричный (впереди ноль): 010, 077.

В таблице 1.2 дано соответствие десятичных, двоичных и шестнадцате-ричных чисел от нуля до шестнадцати.

Таблица 1.2. Соответствие десятичных, двоичных и шестнадцатеричных чисел

Поиск по сайту: