Folosind GPIO (General-Purpose Input/Output) putem controla un pin al unui circuit integrat. De exemplu, putem aprinde un led folosind instrucțiuni AVR sau putem citi starea unui pin - LOW sau HIGH. Pinii ce suportă GPIO sunt grupați în porturi (grupuri de 8 pini logici numite A sau B) controlate de registre speciale (pe câte 8 biți):

1. DDRx: Data Direction Register
   • un bit setat pe 0 indică faptul ca va fi folosit pentru 'citire'
   • un bit setat pe 1 indică 'scriere'
2. PORTx: Data Register: (Stabilesc cum vreau să fie un pin)
   1. Dacă DDRx e setat ca ieșire ('scriere')
      • dacă un bit n este 0 atunci pinul respectiv va fi legat la LOW (GND)
      • dacă un bit n este 1 atunci pinul respectiv va fi legat la HIGH (VCC)
   2. Dacă DDRx e setat ca intrare ('citire')
      • dacă un bit n este 0 atunci rezistența de pull-up internă a pinului respectiv va fi dezactivată
      • dacă un bit n este 1 atunci rezistența de pull-up internă a pinului respectiv va fi activată
3. PINx: Data Input Register (Indică starea reală a unui pin)
   • dacă un bit este 0 atunci pinul respectiv are valoarea LOW
   • dacă un bit este 1 atunci pinul are valoare HIGH

• Unde x poate fi A sau B

În memoria microcontrollerului de la 0x00 la 0x3F găsim I/O Space. Aici se află toate registrele de lucru cu periferice și, desigur, DDRx, PORTx și PINx. De exemplu, registrul PORTA are adresa 0x02.

Pentru a scrie/citi date din I/O Space putem folosi instrucțiunile LDS/STS, însă recomandat este să folosim instrucțiunile speciale pentru lucrul cu memoria I/O Space ce se execută mai rapid:

• OUT A, Rr: Scrie (Store) în I/O Space la adresa A valoarea din registrul Rr
• IN Rd, A : Citește (Load) din I/O Space de la adresa A și pune în registrul Rd

Pentru a modifica un singur bit dintr-un registru de configurare putem folosi instrucțiunile SBI/CBI.

• Un timer este un simplu numărător implementat în hardware
• Orice timer trebuie să aibă:
  • O sursă de ceas
  • Un registru contor
    • Trei valori de referință: BOTTOM, MAX și TOP
• PWM este o tehnică de generare a unui semnal analogic pornind de la unul digital
  • Semnalul analogic obținut depinde de factorul de umplere al semnalului digital
• Timerele de pe ATtiny20 conțin 3 registre importante: TCNT0, OCR0A/OCR0B, TCCR0A, TCCR0B
  • TCNT0 este registrul cu contor
  • OCR0A/OCR0B definesc valori de comparație, iar OCR0A poate fi folosit la TOP
  • TCCR0A și TCCR0B sunt registre de control pentru modul de funcționare
• Moduri de funcționare:
  • Normal
    • Timer-ul numără crescător de la 0 la 255, apoi se resetează la 0
  • CTC
    • Timer-ul numără crescător de la 0 la OCR0A, apoi se resetează la 0
  • Fast PWM
    • Timer-ul numără crescător de la 0 la 255 (sau OCR0A), apoi se resetează la 0
    • Starea pinilor OC0A/OC0B poate fi schimbată la comparație și BOTTOM

• Întreruperile sunt evenimente asincrone execuției programului
• Dacă apare o întrerupere, procesorul oprește execuția normală a programului după instrucțiunea curentă și execută o rutină de tratare
  • Tabela vectorilor de întreruperi conține câte o intrare pentru fiecare întrerupere care duce la rutina ei de tratare
  • În cadrul rutinei de tratare trebuie să dăm acknowledge la întrerupere
• Întreruperile pot fi activate/dezactivate la nivel global și demascate/mascate la nivel individual
  • Excepție fac NMI
• Pe AVR
  • Activarea/Dezactivarea la nivel global se face cu instrucțiunile SEI/CLI
  • Demascarea/Mascarea se face prin registrele de control
    • E.g. TIMSK
  • Tabela vectorilor de întreruperi se află la adresa 0
    • La intrarea într-o rutină de tratare întreruperile sunt dezactivate la nivel global
    • La ieșirea dintr-o rutină de tratare întreruperile sunt activate la nivel global
  • O întrerupere este tratată dacă
    • Întreruperile sunt activate la nivel global (bitul I din SREG este 1)
    • Întreruperea este demascată la nivel individual (masca ei este 1)
    • Întreruperea este activă (flag-ul ei este activ)

Task 01 (2p) Scrieți un program care setează portul A ca ieșire, portul B ca intrare, apoi, într-o buclă, citește valoarea de pe portul B și o scrie pe portul A. Folosiți tool-ul avrasm pentru a-l scrie în fișierul rom.v.

PINA        equ 0x00
DDRA        equ 0x01
PORTA       equ 0x02
PINB        equ 0x04
DDRB        equ 0x05
PORTB       equ 0x06
OCR0B       equ 0x15
OCR0A       equ 0x16
TCCR0B      equ 0x18
TCCR0A      equ 0x19
TIMSK       equ 0x26
 
rjmp        main            ; Adresa 0x0000
reti                        ; Adresa 0x0001
reti                        ; Adresa 0x0002
reti                        ; Adresa 0x0003
reti                        ; Adresa 0x0004
reti                        ; Adresa 0x0005
reti                        ; Adresa 0x0006
reti                        ; Adresa 0x0007
reti                        ; Adresa 0x0008
rjmp        TIM0_COMPA_ISR  ; Adresa 0x0009
reti                        ; Adresa 0x000A
reti                        ; Adresa 0x000B
reti                        ; Adresa 0x000C
reti                        ; Adresa 0x000D
reti                        ; Adresa 0x000E
reti                        ; Adresa 0x000F
reti                        ; Adresa 0x0010
 
main:
    loop:
        rjmp loop

Task 02 (3p) Extindeți programul de la punctul 1 astfel încât să configurați Timer0 folosind valoarea introdusă pe portul B pentru ajustarea factorului de umplere al modulării. Verificați comportamentul celor două ieșiri folosind LED-urile 8 și 9.

• Configurează timer-ul 0 in modul fast PWM, TOP == OCR0A
  • HINT: Ce biți controlează modul de operare al timer-ului? Ce valoare trebuie să aibă acei biți? În ce registre se află acei biți?
• Setează ceasul timer-ului 0 la clkI/O (No prescaling)
  • HINT: Ce biți controlează sursa de ceas a timer-ului? Ce valoare trebuie să aibă acei biți? În ce registru se află acei biți?
• Configurează timer-ul 0 să schimbe starea pinului OC0A astfel: Clear OC0A on Compare Match, Set OC0A at BOTTOM (non-inverting mode)
  • HINT: Ce biți controlează pinul OC0A? Ce valoare trebuie să aibă acei biți? În ce registru se află acei biți?
• Configurează timer-ul 0 să schimbe starea pinului OC0B astfel: Set OC0B on Compare Match, Clear OC0B at BOTTOM (inverting mode)
• Setează valoarea lui OCR0A la valoarea citită de pe portul B.

Task 03 (2p) Folosind semnalele de ieșire OC0A și OC0B ale Timer-ului configurat anterior controlați unul din LED-urile RGB pentru a obține culoarea verde. Atenție, nu priviți direct spre LED-urile RGB deoarece intensitatea acestora este ridicată.

• Conectează cele 2 ieșiri ale timer-ului 0 la pinii de control ai LED-urilor RGB.

Task 04 (3p) Modificați programul existent astfel încât pe LED-urile legate la port A să afișați o bară de încărcare, adică să aprindeți pe rând de la dreapta la stânga (sau invers) fiecare LED.

• Activează întreruperea de overflow pentru timer-ul 0.
• Modifică prescaler-ul timer-ului 0 dacă este cazul.
• Creează logica de shiftare a biților din port A.
• Asigurați-vă că shiftarea se realizează la o perioadă suficient de mare încât să fie sesizabilă ochiului uman.

[0] Scheletul laboratorului

[1] Datasheet ATTiny20

[2] Setul de Instrucțiuni AVR

[3] Nexys A7 Reference Manual

[4] AVRASM