Este documento introduce los conceptos básicos de la programación de microcontroladores, incluyendo los registros de uso general como el acumulador, registro índice, registro de programa y registro de banderas. También explica los diferentes modos de direccionamiento como inmediato, inherente, extendido, directo e indexado con desplazamiento de 8 y 16 bits, los cuales permiten acceder a la memoria de diferentes formas.

1. INTRODUCCION A LA PROGRAMACION DE LOS MICROCONTROLADORES Presentado por: Gonzalo Castillo. Magda Alejandra Socha.

2. Introducción Para iniciar la travesía en el campó de la programación de microcontroladores necesario comprender su filosofía de trabajo, así como su vocabulario que para nuestro caso se trata del set de instrucciones, las cuales en el presente capitulo se visualizaran en un cuadro resumen

3. REGISTROS DE USO GENERAL Existen unos registros que se encuentran constantemente interactuando con el micro controlador, efectuando tareas de acuerdo con las instrucciones que se vallan realizando. Estos registros son:

4. ACUMULADOR:Comúnmente se utiliza para almacenar operandos, resultados de cálculos aritméticos y de manipulación de datos. Cuando se almacenan datos numéricos se debe tener en cuenta la notación de la base a utilizar para introducir las cantidades, S: cantidad hexadecimal %: cantidad binaria t: cantidad decimal

5. REGISTRO INDICE (x):Se emplea para los modos de direccionamiento indexados o bien puede usarse como acumulador auxiliar, esta constituido por 8 bits, valor que puede ser cargado directamente o desde una posición de memoria. El valor provisto por la instrucción puede puede ser de 0, 1 o 2 bytes de largo.

6. REGISTRO INDICE (H:X) Este registro puede ser visto como un solo formado por 16 bits o como dos registros de 8 bits independientes, H y X. Este registro se utiliza en los modos de direccionamiento indexados y sirve como un apuntador, siendo capaz de cubrir todo el mapa de memoria con 16 bits.

7. PUNTERO DE PILA (SP) (stack pointer): Es un registro de 16 bits que contiene la dirección de la posición disponible en el stack. El stack pointer puede funcionar como un registro de indexado para acceder a datos en el stack. una pila stack es una estructura de datos de tipo LIFO que permite almacenar y recuperar datos mediante operaciones push (apilar) y por (desapilar) estas operaciones se realizan sobre un único extremo de la pila llamado cima.

8. CONTADOR DE PROGRAMA (PC): Es un registro de 16 bits que contiene la dirección de la siguiente instrucción u operación a procesar. En otras palabras se podría decir que el registro contador de programa (PC) es usado por la CPU para no perder de vista la dirección de la próxima instrucción a ejecutar. En muchas de las variantes de la familia HC08, algunos de los bits superiores del contador de programa no son usados y están siempre en cero.

9. REGISTRO DE BANDERAS (CCR): Es un registro de 8 bits que contiene el bit de enmascarado general de interrupciones y 5 banderas de estado, las cuales indican ciertas condiciones originadas por la instrucción previamente ejecutada. El registro de código de condición(o registro de banderas)contienen una mascara de interrupción y cuatro indicadores de estado que reflejan el resultado de operaciones aritméticas y de otro tipo de la CPU. Las cinco banderas son semi-acarreo (H), mascara de interrupción (I), negativo (N), cero (Z) y acarreo/prestamo(C).

11. Este registro contiene in conjunto de banderas que dan información sobre el resultado de la ultima operación ejecutada. La mayoría de las instrucciones de salto utilizan estas banderas como condición. Aquí se encuentra también el habilitador global de interrupciones. Los bits que componen este registro son:

12. V: BANDERA DE REBOSAMIENTO: Esta bandera es el equivalente de C para operaciones con signo. Se activa si el resultado sale del rango de -128 a 127. Este bit puede ser modificado también por instrucciones no aritméticas. La CPU coloca esta bandera en 1 cuando al efectuar el complemento a dos ocurre rebosamiento. 1: Rebosamiento 0: No rebosamiento

13. H: BANDERA DE MEDIO CARRY: Indica si existió un desbordamiento en los primeros 4 bits del resultado. Funciona de la misma manera que C para instrucciones aritméticas, pero considerando solo los primeros 4 bits del resultado. La CPU coloca este bit en 1 cuando ocurre un carry entre los bits 3 y 4 durante una suma con o sin carry; el medio carry es requerido cuando se utiliza codificación en BCD. 1: Carry entre los bits 3 y 4 2: No carry entre los bits 3 y 4

14. I: MASCARA DE INTERRUPCION: Este bit es el habilitador global de interrupciones. Si se encuentra en 1, todas las interrupciones (exceptuando las no enmascarables) serán inhibidas y permanecerán pendientes hasta que este bit sea colocado en 0. Este habilitador se modifica en lenguaje C con las instrucciones (EnableInterrupts) (DisableInterrupts)

15. N: BANDERA DE VALOR NEGATIVO: Esta bandera refleja el estado del bit de signo (bit 7) del resultado anterior. Al igual que la bandera de cero, esto se extiende a otro tipo de instrucciones. Este bit se coloca en 1 lógico cuando el resultado de una operación aritmética es negativa. 1: Resultado negativa 0: Resultado positivo

16. Z: BANDERA DE CERO: Este bit se coloca en 1 lógico cuando el resultado de una operación aritmética o lógica de cómo resultado CERO. Esta bandera no solo es modificada por instrucciones aritméticas, por lo que se activara siempre que el valor del registro de destino de la instrucción sea igual a 0. 1: Resultado cero 2: Resultado no cero

17. C: BANDERA DE CARRY: En instrucciones aritméticas sin signo, esta bandera indica si ocurrió un desbordamiento en el resultad, es decir, si salió del rango de 0 a 255. Las instrucciones de corrimiento y rotación pueden también hacer uso de bit. Este bit se coloca en 1 lógico cuando el resultado de una operación aritmética produce carry después del bit 7. El bit C se usa para indicar si ha habido o no acarreo de una suma o pedido de préstamo como resultado de una resta.

18. Las instrucciones de desplazamiento y rotación operan sobre y a través del bit C para facilitar operaciones de desplazamiento de múltiples bytes. El bit C es afectado además durante las instrucciones de evaluación de bit y de bifurcación. 1: carry 2: No carry

19. MODOS DE DIRECCIONAMIENTO En todo proceso de programación se requiere realizar constantemente operaciones asignación de valores a registros y extraer valores existentes en otros registros para transferirlos y/o procesarlos con otros datos; este proceso de extracción y adjudicación se conoce como DIRECCIONAMIENTO.

20. Una de las operaciones que brindan actualmente los microcontroladores consiste en la habilidad para acceder a la memoria; aprovechando tal cualidad, los modos de direccionamiento existentes en la CPU proveen esta capacidad. Existe una gran variedad de formas de direccionar los datos, las cuales se clasifican según la forma en que una instrucción obtendrá el valor requerido para su ejecución. Debido a los diferentes modos de direccionamiento, una instrucción puede acceder al operando en una de las diversas maneras.

21. Cada variante del modo de direccionamiento de una instrucción debe tener un único código de operación de instrucción. Los microcontroladores Freescale usan seis modos de direccionamiento, que son: Inherente Inmediato Extendido Directo Indexado sin desplazamiento con desplazamiento de 8 bits con desplazamiento de 16 bits Relativo

22. MODO DE DIRECCIONAMIENTO INMEDIATO En el modo de direccionamiento inmediato, el operando esta contenido en el byte inmediatos siguiendo al código de operación. Este modo se usa cuando se requiere un valor o constante conocido en el momento de escribir el programa y que cumple con el hecho de que no cambiara durante la ejecución del programa.

23. EJEMPLOS: LDA #$0f ;A=$0F EXPLICACION: Los pasos que se ejecutan en el momento de evaluar la anterior instrucción son los siguientes: La CPU almacena el nuevo valor en el registro acumulador (A); en este caso, se almacena el valor de 0F en hexadecimal o 15 en decimal y se ajusta las banderas requeridas según la operación. LDX #10T ;X=10

24. EXPLICACION Los pasos que se ejecuten en el momento de evaluar la anterior instrucción son los siguientes: La CPU almacena el nuevo valor en el registro índice (x); en este caso se almacena el valor 10 y se ajusta las banderas requeridas según la operación. A continuación se muestra el listado de instrucciones que permiten la ejecución del direccionamiento inmediato.

26. MODO DE DIRECCIONAMIENTO INHERENTE Este modo de direccionamiento se caracteriza por que toda la información requerida para la operación ya es implícitamente conocida por la CPU y no es necesario utilizar valores adicionales para su ejecución. En caso de requerirse algún operando en particular, son solo los registros de la CPU o bien valores de datos almacenados en la pila.

27. EJEMPLOS: INCA ;Incrementar el acumulador EXPLICACION: Los pasos que se ejecutan en el momento de evaluar la anterior instrucción son los siguientes: La CPU lee el valor que se encuentra almacenado en el registro acumulador. La CPU le suma uno al valor actual del acumulador. La CPU almacena el nuevo valor en el acumulador y ajusta las banderas requeridas según la operación. CLRA ;borrar el Acumulador

28. EXPLICACION: Los pasos que se ejecuten en el momento de evaluar la anterior instrucción son los siguientes: La CPU almacena el valor (00h) en el registro acumulador (A), borrando toda informacion que se encontrara almacenada previamente en este registro y ajusta las banderas requeridas según la operación.

29. A continuación se listan las instrucciones que pueden usar el modo de direccionamiento inherente.

30. MODO DE DIRECCIONAMIENTO EXTENDIDO: Uno de los métodos de direccionamiento mas importantes dentro de la programación de los microcontroladores es el modo de direccionamiento extendido, que consiste en extraer la información almacenada en una dirección de memoria que para representarla requiere 2 bytes (16 bits), y se escribe su valor seguido de la instrucción. Este modo se emplea para hacer referencia a cualquier posición de memoria dentro del espacio de memoria del MCU, incluyendo direcciones de puertos de entrada/salida, direcciones de la memoria RAM, ROM, EPROM, flash.

31. EJEMPLO: Supongamos que en la posición de memoria $0367 se encuentra almacenado el valor $0f, entonces: LDA $0367 ;A=$0F, es decir el valor 0Fh (15 en base 10) La anterior instrucción extrae el valor que se encuentra almacenado en la dirección extendida 0367h y lo almacena en el registro Acumulador (A).

32. EXPLICACION: La CPU lee la instrucción que significa cargar el acumulador usando el modo de direccionamiento extendido. La CPU lee el valor $03, el cual es interpretado como el valor correspondiente a los 8 bits de mayor peso de la dirección a leer. La CPU arma la dirección extendida completa $0367 con los dos valores previamente leídos, esta dirección es colocada en el bus de direcciones y la CPU leerá el valor almacenado en la posición de memoria $0367 almacenándolo en el registro Acumulador (A) En el acumulador quedara almacenado el valor 0Fh para el caso del ejemplo.

33. A continuación se ilustra la tabla de instrucciones que permiten el uso de direccionamiento extendido.

34. MODO DE DIRECCIONAMIENTO DIRECTO Uno de los modos de direccionamiento mas utilizados en la programación de microcontroladores es el modo de direccionamiento directo; este es muy similar al modo de direccionamiento extendido, con la diferencia de que le byte correspondiente a la parte alta de la dirección del operando (los 8 bits de mas peso del valor de la dirección) se asume con el valor $00, de tal forma que solo es necesario incluir el byte de menos peso de la dirección el operando (8 bits de menos peso del valor de la dirección) en la instrucción a ejecutar.

35. INDEXADO CON DESPLAZAMIENTO DE 8 BITS

37. Hay que tener en cuenta que el byte de desplazamiento suministrado en la instrucción es un numero ENTERO no signado de 8 bits

39. INDEXADO CON DESPLAZAMIENTO DE 16 BITS

40. Esta es la tercera subclase del modo de direccionamiento indexado es la denominada indexado con desplazamiento de 16 bits. La dirección efectiva es la suma del contenido del registro índice de 8 bits y los dos bytes desplazamiento a la instrucción a ejecutar El byte de desplazamiento suministrado en la instrucción es un numero de ENTERO sin signo de 16 bits Este modo especial constituye una instrucción de tres bytes, uno para la instrucción ejecutar y los otros dos bytes son para el desplzamiento.

41. EJEMPLO: supongamos que la posición de memoria $0315 se encuentra almacenado el valor $0F y se desea acceder a esta posición utilizado el modo de direccionamiento indexado con desplazamiento de 16 bits; entonces: solución : LDX#$5 ; X=$5 o (5h) dirección a ser apuntada por el registro X LDA$0310,X ; carga el registro A con el valor almacenado en la dirección de memoria correspondiente a la suma del valor registrado índice X ($5) y el valor constante de 16 bits que acompaña la instrucción ($0310); $0310+$5=$0315 Lo anterior secuencia de instrucciones ilustra la forma de almacenar en le registro Acumulador (A) y el valor almacenado en la dirección 0315h, apuntada por el registro índice (X) y complementada por un valor de corrimiento de 16 bits

42. EXPLICACION: la CPU lee la instrucciones La CPU construye la dirección La dirección resultante

44. MODO DE DIRECCIONAMIENTO RELATIVO

45. uno de los modos de direccionamiento especiales y que se considera de gran ayuda a la hora de programar microcontroladores es el llamado modo de direccionamiento relativo. El cual es usado solamente por las instrucciones de bifurcación ( saltos condicionados ). Se debe tener en cuenta que las instrucciones de bifurcación a excepción de las bifurcaciones en su versión de manipulación de bits, generan dos bytes de código de maquina: el primer byte se utiliza para instrucción El segundo para el desplazamiento Ejemplo: LDA #40T ; A= 40, Acumulador =40 CMP #30T ; compara A con 30 BNE salto1; Si no son igual a la etiqueta “salto1”, de lo contrario sique en la siguiente línea; como en este caso no son iguales, se produce el salto.

46. EXPLICACION : La CPU lee las instrucciones de saltar La CPU lee la dirección de memoria Si el bit Z=1 La tabla siguiente incluye una lista de todas las instrucciones que se puede usar en el modo de direccionamiento relativa

47. INTRUCCIONES QUE SE PUEDE USAR EN EL MODO DE DIRECCIONAMIENTO RELATIVO

48. DIRECCIONAMIENTO DE MEMORIA A MEMORIA

49. EL MOVER DE inmediato- Directo Ej: MOV #$30,$80 EL MOVER DE Directo- Directo Ej: MOV $80, $90 3. EL MOVER DE Directo- Indexado Ej: MOV $80, X+ 4. EL MOVER DE indexado- directo Ej: MOV X+, $90

50. DIRECCIONAMIENTO CON STACK POINTER Ej: LDA $50,SP ; STACK POINTER A 8 BITS LDA $ 0150,SP ; STACK POINTER A 16 BITS

51. MEMORIA RAM

52. Los microcontroladores posee 128 registros de propósito general en la memoria RAM, estos registros se utilizan para la adjudicación de variables necesarias dentro de un programa especifico Este espacio esta definido desde la dirección $0080 hasta $00FF

53. SET DE INSTRUCCIONES

54. Las instrucciones son aquellas ordenes que se dan al microcontrolador para que realice una tarea especifica. Como se puede observar, la programación de estos dispositivos se realiza en lenguaje Assember, el cual tiene la ventaja de efectúa tareas en forma muy rápida y el paso es casi directo al lenguaje comprendido por cualquier dispositivo electrónico; se trata del lenguaje binario, el cual esta conformado por dos dígitos ( 1 y 0) Permite tambien su programación mediante compiladores en lenguaje de alto nivel como C.

56. c B 7 B 0 B7 B0 C

64. C B0 B7 B7 C B0