2011 Roggemans M. (MGM)

Microcontrollers 8051 based microcontroller ADuC832 from Analog Devices 12/2011 Roggemans M. (MGM)

LES 1 LES 1 • Doelstellingen: – – – – – – – –

situering vak, afspraken labo en evaluatie toelichten concept embedded oplossing probleem blokdiagramma computersysteem wat is een microcontroller? hoe ziet een basis 8051 er uit hoe ziet een basis 8051 er uit ADuC mogelijkheden en blokdiagramma memorymap 8051/ADuC832 8051/AD C832 MOV instructies (inwendige adressering)

Situering van het vak Situering van het vak Embedded systemen Hardware georiënteerd Hardware georiënteerd Basis automatisering Basis voor PLC Specifieke uitwerking onderdeel Specifieke uitwerking onderdeel computersystemen • Manier van denken

• • • • •

Afspraken Labo Microcontrollers Afspraken Labo Microcontrollers • Aanwezigheid niet i h id i verplicht li h • Passieve aanwezigheid verboden g • Actieve participatie verplicht • Misbruik infrastructuur verboden: – niet eten of drinken in labo – respect voor apparatuur

• Stiptheid verplicht!!

Cursusmateriaal • Nederlandstalige cursus: – thuis lezen als herhaling/voorbereiding les g/ g ((min 5X))

• ADuC_condensed • Stick:

(onmisbaar in labo)

– bevat info van telescript p (onmisbaar in labo) – bevat eigen programma’s (onmisbaar in labo)

• ADuC microcontroller kit met kabel microcontroller kit met kabel (onmisbaar in labo) • Slides (PPT) (beknopte versie cursus) (onmisbaar in labo)

Evaluatie • GEEN permanente evaluatie: – lessen zijn er om te oefenen en vragen te stellen j g

• Open boek examen (praktische opgave): – vak kan je enkel leren door te doen!!! kk j k ll d d !!! – vak vraagt zekere incubatietijd!!! – blok en examenperiode onvoldoende tijd!!!

• Je Je mag op het examen alles gebruiken behalve mag op het examen alles gebruiken behalve communicatiemiddel of laptop

Examenverloop en quotering Examenverloop en quotering • Opgave beschikbaar op papier (moet je afgeven) • Je moet op de PC’s p van het labo werken • Examen duurt 1,5u Puntenverdeling: • Flowchart (5/20) • Werkt het programma 100% (5/20) Werkt het programma 100% (5/20) • Programma (10/20) (DIGITALE BEOORDELING)

(ANALOGE BEOORDELING)

(DIGITALE BEOORDELING)

Netspanning

Batterij

Voedingsspanningsbewaking

Systeemvoeding

Systeemclock

Concept embedded oplossing probleem Concept embedded oplossing probleem Power saving modes

I supply

Debugsysteem (PC)

MICROCONTROLLER Analoge signalen

Analoge ingang

Analoge uitgang

CPU 8/16/32 bit

T sensor

Signaal bewerking

JTAG interface

Analoge I/O poort

I2C SPI USB UART

ADC DAC

Signaal bewerking

Seriële interface

Databus Bus interface

Externe businterface Adresbus

Timer/Counter circuits Vref (DC)

Digitale I/O poort

Digitale I/O poort

Schakelaar

Digitale signalen Galvanisch gescheiden digitale ingang

Optocoupler

Externe interrupt ingangen

Concept embedded oplossing probleem Concept oplossing probleem IInput: t schakelaars spanningen seriëel ië l sensoren ...

+, -, x, / logische bewerkingen voorwaardelijke d lijk b beslissingen li i

Output: spanningen i LED's contactoren motoren t seriëel ...

• Universele hardware

• Relatie tussen input en output : • eenvoudig aanpasbaar (software=programma) • kan afhankelijk zijn van input en output (adaptief kan afhankelijk ijn an inp t en o tp t (adaptief(remmen voertuig)) • kan gebaseerd zijn op ervaringsgegevens (FUZZY) • is aanpasbaar nadat product verkocht is (firmware upgrade) is aanpasbaar nadat product verkocht is (firmware upgrade) • aanpasbaar aan voorkeuren gebruiker

Blokdiagramma computersysteem X-tal X tal Osc.

POR

ADRES DECODER

ADRESBUS

CPU

ROM (FLASH) (EPROM) (EEPROM)

DATABUS

SRAM

PAR. POORT

TIMER SER. COUNTER POORT

Wat is een microcontroller? Wat is een microcontroller?

Voordelen microcontroller (t.o.v. discrete computer) Voordelen microcontroller • Slechts enkele componenten: l h k l – eenvoudige PCB – weinig kans op hardware fouten – betrouwbaar – low cost – kleine afmetingen kleine afmetingen

Nadeel microcontroller (t.o.v. discrete computer): – minder flexibel i d fl ib l (je koopt een totaal pakket, maar er is wel veel keuze) – minder rekenkracht/geheugen

X -tal O sc.

POR

A D R E SBU S

Basis 8051 Basis 8051 CPU

X-tal X tal Osc.

POR

AD R E S DECODER

ADRES DECODER

RO M (FLA SH ) (E PR O M ) (EE PR O M )

SR AM

P AR . P O O RT

SE R. PO O R T

TIM ER C O U NTER

D A TAB U S

ADRESBUS

CPU

ROM (FLASH) (EPROM) (EEPROM)

DATABUS

SRAM

PAR. POORT

TIMER SER. COUNTER POORT

Memory map 8051 0000 0001 0002 0003 0004

0000 0001 0002 0003 0004

8 bit

8 bit

00 01 02

Data bus 80 81

Adres bus

ROM CODE memory

XRAM DATA memory

GPR

CPU FE FF 80 81

PROGRAMMA

SFR

PIO SIO AD Timers

FE FF FFFD FFFE FFFF

FFFD FFFE FFFF

Registers Controle bus

PSEN# RD# WR#

Read only

Read/Write

MOVC @DPTR 16 bit adres

Read/Write MOVX @DPTR

8 bit adres I/O & control

Memory map 8051 (ADuC832) Memory map 8051 (ADuC832)

General Purpose Registers

Memory map 8051 (ADuC) Onderste 128 GPR’s

Memory map 8051 (XC888) SFR’s “oude” 8051

Memory‐ Memory map 8051 (ADuC832)

Memory‐ map 8051 (ADuC832)

Memory map ADuC832 map ADuC832

256 bytes registers

De MOV instructies De MOV instructies Mnemonic

OP‐CODE

Uitvoeringssnelheid

Symbolische werking

Alle MOV instructies (tussen registers met 8 bit getallen)

LES 2 LES 2 • Doelstellingen: D l t lli – Testen en verdelen van de hardware – Verkennen van de IDE (Integrated Verkennen van de IDE (Integrated design design environment) en WSD software – Overlopen schema Overlopen schema’ss ADuC ADuC bord – maken programma’s (via sjabloon): • • • • • •

schakelaars naar LED’s knipperlicht zonder tijdsvertraging (basis uitvoeringstijd instructies) knipperlicht vaste snelheid (met delaya0k05s) knipperlicht variabele snelheid (met delaya0k05s) knipperlicht variabele snelheid (met delaya0k05s) looplicht variabele snelheid (rotate instucties) Knight rider (herhaald gebruik rotate instructies)

Hardware ADuC bord Hardware ADuC

ADuC832 poorten ADuC832 poorten

Les 3 Les 3 • Doelstellingen: – MOVX en MOVC – looplicht via tabel (DJNZ, CJNE, DB, DPTR) – gebruik van de drivers gebruik van de drivers voor: • LCD • SIO • Arithmetic

MOVC & MOVX MOVC & MOVX

DPTR instructies DPTR instructies

DJNZ of lussen tellen DJNZ of lussen tellen

CJNE of getallen testen CJNE of getallen testen

ADuCEZ ; LCD interace ; initlcd ; initlcd ; lcdoutchar ; lcdoutbyte ; lcdoutbyte ; lcdoutnib ; lcdoutmsga ; lcdoutmsga

klaar zetten LCD voor gebruik klaar zetten LCD voor gebruik schrijven van ascii code (accu=input) schrijven hex waarde accu naar LCD schrijven hex waarde accu naar LCD afdrukken 4 laagste bits accu op LCD afdrukken ascii string @dptr, tot 000h code afdrukken ascii string @dptr, tot 000h code

De reële adressen +80h De reële adressen +80h Voor gebruik met driver: 00 wordt 80h, 01 wordt 81h,…

ADuCEZ ; Seriële interface ; initsio ; siooutchar i t h ; siooutbyte ; siooutnib ; siooutnib ; siooutmsga ; sioinchar ; sioinchar ;; sioinbufa 20h karakters!

klaar zetten seriële poort 9600 baud afdrukken ascii fd kk ii code (accu=input) d ( i t) afdrkken getal in accu afdrukken 4 laagste bits accu afdrukken 4 laagste bits accu afdrukken ascii string @dptr tot 000h code inlezen van 1 ascii code in de accu inlezen van 1 ascii code in de accu inlezen van ascii buffer vanaf adres strtbuf, max ,

ADuCEZ ; Arithmetic: A ith ti ; mul16 vermenigvuldigen 2 16 bit getallen ; mul32 vermenigvuldigen 2 32 bit getallen ; div16 delen 2 16 bit getallen ; div32 delen 2 32 bit getallen ; add16 ; add16 optellen 2 16 bit getallen optellen 2 16 bit getallen ; add32 optellen 2 32 bit getallen ; sub16 verschil 2 16 bit getallen ; sub32 verschil 2 32 bit getallen ; hexbcd8 omvormen 8 bit hex naar bcd ; hexbcd16 ; hexbcd16 omvormen 16 bit hex omvormen 16 bit hex naar bcd naar bcd ; bcdhex8 omvormen 8 bit bcd naar hex ; bcdhex16 omvormen 16 bit bcd naar hex

ADuCEZ ; Diverse ; delaya0k05s tijdsvertraging (waarde in accu)*0,05s

Les 4 Les 4 • Doelstellingen – talstelsels – basis wiskundige berekeningen (+,‐,x,/, 8 en 16 bit, CY vlag) – teller op LCD teller op LCD (een decimaal en een hex, stand dip‐switches bij op tellen, een decimaal en een hex stand dip‐switches er van aftrekken (4 tellers!!))

– uurwerk in uu:mm:ss, met software delay uurwerk in uu:mm:ss met software delay

Talstelsels Getal=voorstelling!! Decimaal getal: Decimaal getal: – 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 – waarde afhankelijk plaats getal 123 1 2 3 d fh k lijk l l 123 1 2 3

Binair getal: g – 0, 1 – waarde afhankelijk plaats getal 1001 1 0 0 1 waarde afhankelijk plaats getal 1001 1 0 0 1

Talstelsels Hexadecimaal getal: – 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F , , , , , , , , , , , , , , , – waarde afhankelijk plaats getal FF

BCD getal: g – 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 – binair gecodeerd: 0000, 0001, 0010, 0011, ... binair gecodeerd: 0000 0001 0010 0011

Talstelsels

Optelling

Verschil berekenen Verschil berekenen

INC en DEC INC en DEC

Vermenigvuldigen en delen Vermenigvuldigen en delen

Les 5 Les 5 • Doelstellingen: – Overlopen instructieset (adhv. CONDENSED) : • • • • •

speciale “verplaats” instructies logische instructies (ANL, ORL, XRL) bit‐instructies voorwaardelijke sprongen stack bij subroutines (LCALL, RET, PUSH en POP)

– Programma looplicht 1 uit 4 via functieschakelaars: • contactdender • overnamecontact

Indirect adresseerbare registers

Direct adresseerbare registers

GPR

SFR (I/O)

ffh

ffh

90h Stack ruimte

Basis stack stack werking e g

86h 85h

Eerste byte gebruikt als stack Wordt niet gebruikt als stack

85h 80h 7fh

00h

81h=SP 80h

LC A LL

R eturn a d d re ss 1

subroutine aanroepen

S ubroutine

LC A LL

R eturn a d d re ss 2

RET

Externe controllergeheugen met instructies

Adres van de instructies 16-bits

instructie n instructie n+1 instructie n+2 i instructie i n+33 call subroutine instructie n+5 instructie n+6

XXYY

STACK STACK bij CALL bij CALL en RET

9

Stack-pointer register (wijst naar intern geheugen in de controller)

Interne controllergeheugen

SP 8-bit SP na reset

1

SP+1

3

SP+1

2

opslaan LSB

4

opslaan MSB

YY XX

5

PC = subroutine

Program counter 16 16-bit bit

Jump to XXYY

PChigh

PClow

subroutine

6

Jump to subroutine

7

PChigh =XX SP-1

8

PClow =YY SP-1

return

07h 08h 09h 0Ah 0Bh

Les 6 Les 6 • Doelstellingen: – principe AD omvorming p p g – mogelijkheden ADC ADuC832 – Mogelijkheden DAC ADuC832 Mogelijkheden DAC ADuC832 – lezen potmeter – lezen potmeter als voltmeter tussen 0‐5v

ADC

ADC SAR ADC SAR

ADC sample and hold ADC sample and hold

ADC 1LSB ADC 1LSB 1LSB= Vref/(aantal schaaldelen) 5v/4096=0,001220703v 2,5v/4096=0,000610351v

ADuC832 ADC Output formaat ADC

ADC SFR’s

ADuC832 ADC

Optionele buffering voor externe signalen. ‐beveiliging tegen overspanning ‐opvangen capacitieve load S&H

ADuC832 DAC

ADuC832 DAC

DAC SFR’s

Les 7 Les 7 • Afwerken alle vorige oefeningen • Stellen van vragen Stellen van vragen

Les 8 Les 8 • Doelstellingen: – Timers 0, 1 , – RTC (TIC) – Oefening: • Afdrukken van een uurwerk in UU:MM:SS op LCD

Timers 0 & 1 Timers 0 & 1 OSC /12 C/T 0 C/T=0 C/T=1 /

Timers 0 & 1 Timers 0 & 1 OSC /12 C/T=0 C/T 1 C/T=1

T0 en T1 SFR’s

TMOD register TMOD register

RTC (TIC) RTC (TIC)

TIC SFR’ss TIC SFR

TIMECON

Les 9 Les 9 • Doelstellingen: – Uitleg interrupt op 8051 en generiek – Belang van: • PUSH‐POP • uitvoeringstijd • flowchart

– Oefening: • knipperlicht op interrupt, teller LCD in hoofdprogramma • teller lcd in interrupt, looplicht in hoofdprogramma

– Uitleggen hoe interrupt interval instelbaar

Interrupt 1 cyclus programma

Tijd j Test HW Geen test HW

Test HW Geen test HW

Test HW Geen test HW

D oo r ha rdw are op ge start H o ofd p rog ram m a

H o ofd p rog ram m a

Initialisa ties (g een interrup ts)

In itia lisatie s (oo k inte rrup ts)

T a ak 1

T aa k 1

In te rru pt rou tine

N e en

T e st H W Ja

S p eciaa l 1

S p eciaa l 1

S p eciaa l 2

S p eciaa l 2

RETI T a ak 2

T aa k 2

T a ak 3

T aa k 3

Z o n d er in te rru pt

M e t interru p t

Interrupts • Noodzakelijk wanneer hardware niet kan pp g door CPU wachten op polling • Wordt gegenereerd door hardware: – timers, I/O pinnen, ADC, SIO, system,... ti I/O i ADC SIO t

• Initialisatie nodig: – hardware die interrupt zal genereren – CPU

• Er moet een interruptroutine klaar staan

Mogelijke interrupt bronnen en ‐adressen Mogelijke interrupt bronnen en adressen

‐Interrupts zijn HARDWARE GEBEURTENISSEN. ‐Een Een interrupt activeert een interruptroutine (indien ingeschakeld). interrupt activeert een interruptroutine (indien ingeschakeld) ‐Een interruptroutine moet met een RETI afgesloten worden. ‐PUSH PUSH en POP kunnen noodzakelijk zijn. en POP kunnen noodzakelijk zijn. ‐Interruptroutines zijn beperkt in de tijd. j p j g j ‐Bij meer dan een interruptbron zijn PRIORITEITEN belangrijk. ‐Overlappingen in het geheugen moeten vermeden worden.

Interrupt structuur Interrupt structuur

Standaard 8051 interrupt hardware Standaard 8051 interrupt

Les 10 Les 10 • Doelstellingen: – Uitleg over stappenmotoren g pp – Uitleg over DC motoren – oefening met stappenmotor oefening met stappenmotor – oefening met DC motor

Digitale output: stappen motoren

Interface Technieken

84

Digitale output: stappen motoren


85

Digitale output Digitale output


86



87



88



89

Digitale output: current chopping


90



(recirculatie)

91



(braking)

92

Digitale output: full step aansturing


93

Digitale output: half step aansturing


94



(microstepping0

95

Digitale output: microstepping


96

Digitale output: inductieve belasting


97

Les 11 Les 11 • Doelstellingen: – Speciale mogelijkheden: p g j • Fail safe werking – Spanningsbewaking – Software bewaking

• Snelheid processor wijzigen • Low power mogelijkheden (hier generiek bespreken)

– Afwerken oefeningen vorige les g g

Fail safe werking: • Systeem kan de fout ingaan door: – storingen in voedingsspanning storingen in voedingsspanning • spanningsbewaking • overspanningsbeveiliging

– storingen in programmaverloop (externe of interne factoren) • externe beinvloeding externe beinvloeding (EMC, EMI) (EMC EMI) • eventuele bugs in code • uitblijven van verwachte signalen (inputs) uitblijven van verwachte signalen (inputs)

– defect gaan van de hardware (heel duur om op te vangen) • space, nucleaire toepassingen, ... space nucleaire toepassingen

– Bewaking van de systeemklok

Snelheid processor aanpassen: Snelheid processor aanpassen: • OSC: – RC, XTAL, TTL‐klok , , – kunnen gekozen worden uit gamma aan mogelijkheden (toepassingsafhankelijk wat is mogelijkheden (toepassingsafhankelijk, wat is beschikbaar in systeem)

• PLL: PLL – aanpassen ingangsklok aan basisfrequentie hardware

PLLCON

Les 12 Les 12 • Doelstellingen: – stellen van vragen g – afwerken van oefeningen – oplossen specifieke problemen oplossen specifieke problemen

2011 Roggemans M. (MGM)

Recommend Documents