Виртуальный 4-битный микроконтроллер с программированием тремя кнопками и четырьмя переключателями

Предлагаемое устройство эмулирует на микроконтроллере ATmega4809 абстрактный 4-битный микроконтроллер с адресным пространством в 256 байт, который можно программировать тремя кнопками и четырьмя переключателями.

Адресное пространство поделено на 16 страниц по 16 инструкций в каждой. Длина инструкции составляет 8 бит, из которых четыре старших — команда, а четыре младших — данные:



Чтобы войти в режим программирования, необходимо, удерживая кнопку 2, нажать кнопку сброса, отпустить её, за ней отпустить кнопку 2. В режиме программирования последовательный перебор инструкций в ОЗУ производится кнопкой 2. При переходе к следующей инструкции светодиоды на долю секунды показывают текущий адрес. Кнопкой 1 можно внести изменения в команду и адрес в составе текущей инструкции. При переходе к новому адресу кнопкой 2 инструкция по предыдущему адресу заносится в ППЗУ. Набрав программу, нужно нажать кнопку сброса, и произойдёт переход из режима программирования в режим выполнения программы.

Перечень команд:

0x0 — загрузить постоянное значение в порт doutB
0x1 — то же, в порт doutA
0x2 — пауза
0x3 — относительный безусловный переход назад
0x4 — загрузить постоянное значение в переменную A
0x5 — загрузить что-либо со значением переменной A
0x6 — загрузить значение чего-либо в переменную A
0x7 — произвести арифметические и логические операции с переменной A (и B)
0x8 — установить старший полубайт адреса для инструкции абсолютного безусловного перехода
0x9 — произвести абсолютный безусловный переход на заданный адрес
0xA, 0xB — действует как цикл for: каждый раз, когда команда выполняется, если переменная C (или D) больше нуля, происходит абсолютный безусловный переход на заданный адрес, затем значение переменной C (или D) уменьшается
0xC — пропустить следующую инструкцию если аргумент равен логической единице
0xD — вызвать функцию по заданному адресу
0xE — вернуться из вызванной функции
0xF — задать адрес для виртуального 4-битного ОЗУ, сохранённое по этому адресу значение можно прочитать инструкцией 0x6E и записать инструкцией 0x50.

Пример 1 — мигалка:

Адрес Инструкция Комментарий
0     1f         Включить все светодиоды на порту doutA
1     28         Пауза 500 мс
2     10         Выключить все светодиоды на порту doutB
3     28         Пауза 500 мс
4     34         Относительный безусловный переход на -4 ячейки

Пример 2 — двоичный счётчик:

Адрес Инструкция Комментарий
0     5B         DoutB = A
1     59         PWM1 = A
2     71         A++
3     28         Пауза 500 мс
4     34         Относительный безусловный переход на -4 ячейки

Пример 3 — мигалка с регулируемой скоростью (с подпрограммой):

Адрес Инструкция Комментарий
Основной цикл:
0     10         DoutA = 0x0
1     d5         Вызов подпрограммы myWait
2     1f         DoutA = 0xf
3     d5         Вызов подпрограммы myWait
4     34         Относительный безусловный переход на -4 ячейки
Подпрограмма myWait:
5     64         A = Din
6     52         C = A
7     25         Пауза 50 мс
8     a7         for(C > 0; C--) jmp 7
9     e0         Возврат

Схема:







Все необходимые для повторения файлы (плата, прошивка, и др.) — по ссылке на оригинал. Источником вдохновения для конструкции послужил близкий по возможностям немецкий тренажёр TPS.