2015 Roggemans M. (MGM)

Microcontrollers 8051 based microcontroller ADuC832 from Analog Devices 01/2015 Roggemans M. (MGM)

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 ADuC mogelijkheden en blokdiagramma memorymap 8051/ADuC832 MOV instructies (inwendige adressering)

Situering van het vak • • • • •

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

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

• Stiptheid verplicht!!

Cursusmateriaal • Beschikbaar via: – www.grog.be – ftp://telescript.thomasmore.be/pub/CDMicrocontrollers/8051/ADuC800V2/

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

• ADuC_condensed • Stick:

(onmisbaar in labo)

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

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

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

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

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

Examenverloop en quotering • Opgave beschikbaar op papier (moet je afgeven) • Je moet op de PC’s van het labo werken • Examen duurt 1u en 15 minuten Puntenverdeling: • Flowchart (5/20) • Werkt het programma 100% (5/20) • Programma (10/20) (DIGITALE BEOORDELING)

(ANALOGE BEOORDELING)

(DIGITALE BEOORDELING)

Concept embedded oplossing probleem

Concept embedded oplossing probleem Input: schakelaars spanningen seriëel sensoren ...

• Universele

+, -, x, / logische bewerkingen voorwaardelijke beslissingen

Output: spanningen LED's contactoren motoren seriëel ...

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

Blokdiagramma computersysteem X-tal Osc.

POR

ADRES DECODER

ADRESBUS

CPU

ROM (FLASH) (EPROM) (EEPROM)

DATABUS

SRAM

PAR. POORT

TIMER SER. COUNTER POORT

Wat is een microcontroller?

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

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

X-tal Osc.

POR

ADRESBUS

Basis 8051 CPU

X-tal Osc.

POR

ADRES DECODER

ADRES DECODER


SRAM

PAR. POORT


DATABUS

ADRESBUS

CPU


DATABUS

SRAM

PAR. 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)

General Purpose Registers

Memory map 8051 (ADuC) Onderste 128 GPR’s

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

Memorymap 8051 (ADuC832)

Memorymap 8051 (ADuC832)

Memory map ADuC832

256 bytes registers

De MOV instructies Mnemonic

OP-CODE

Uitvoeringssnelheid

Symbolische werking

Alle MOV instructies (tussen registers met 8 bit getallen)

LES 2 • Doelstellingen: – Testen en verdelen van de hardware – Verkennen van de IDE (Integrated design environment) en WSD software – Overlopen schema’s 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) looplicht variabele snelheid (rotate instucties)

ADuC832 poorten

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

MOVC & MOVX

DPTR instructies

DJNZ of lussen tellen

CJNE of getallen testen

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

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

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

ADuCEZ ; Seriële interface ; initsio ; siooutchar ; siooutbyte ; siooutnib ; siooutmsga ; sioinchar

klaar zetten seriële poort 9600 baud afdrukken ascii code (accu=input) afdrkken getal in accu afdrukken 4 laagste bits accu afdrukken ascii string @dptr tot 000h code inlezen van 1 ascii code in de accu

;

inlezen van ascii buffer vanaf adres strtbuf, max

sioinbufa 20h karakters!

ADuCEZ ; Arithmetic: ; mul16 ; mul32 ; div16 ; div32 ; add16 ; add32 ; sub16 ; sub32 ; hexbcd8 ; hexbcd16 ; bcdhex8 ; bcdhex16

vermenigvuldigen 2 16 bit getallen vermenigvuldigen 2 32 bit getallen delen 2 16 bit getallen delen 2 32 bit getallen optellen 2 16 bit getallen optellen 2 32 bit getallen verschil 2 16 bit getallen verschil 2 32 bit getallen omvormen 8 bit hex naar bcd omvormen 16 bit hex naar bcd omvormen 8 bit bcd naar hex omvormen 16 bit bcd naar hex

ADuCEZ ; Diverse ; delaya0k05s

tijdsvertraging (waarde in accu)*0,05s

Les 4 • Doelstellingen – talstelsels – basis wiskundige berekeningen (+,-,x,/, 8 en 16 bit, CY vlag) – 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

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

1 2 3

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

Talstelsels

Optelling

Verschil berekenen

INC en DEC

Vermenigvuldigen en delen

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 werking

86h 85h

Eerste byte gebruikt als stack Wordt niet gebruikt als stack

85h 80h 7fh

00h

81h=SP 80h

LCALL

Return address 1

subroutine aanroepen

Subroutine

LCALL

Return address 2

RET

Les 6 • Doelstellingen: – principe AD omvorming – mogelijkheden ADC ADuC832 – Mogelijkheden DAC ADuC832 – lezen potmeter – lezen potmeter als voltmeter tussen 0-5v – LM335

ADC

ADC SAR

ADC sample and hold

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 • Afwerken alle vorige oefeningen • Stellen van vragen

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

Timers 0 & 1 OSC /12

C/T=0 C/T=1

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

T0 en T1 SFR’s

TMOD register

RTC (TIC)

TIC SFR’s

TIMECON

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 Test HW Geen test HW

Test HW Geen test HW

Test HW Geen test HW

Door hardware opgestart Hoofd programma

Hoofd programma

Initialisaties (geen interrupts)

Initialisaties (ook interrupts)

Taak 1

Taak 1

Interrupt routine

Neen

Test HW Ja

Speciaal 1

Speciaal 1

Speciaal 2

Speciaal 2

RETI Taak 2

Taak 2

Taak 3

Taak 3

Zonder interrupt

Met interrupt

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

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

• Er moet een interruptroutine klaar staan

Mogelijke interrupt bronnen en -adressen

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

Interrupt structuur

Standaard 8051 interrupt hardware

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

Digitale output: stappen motoren

Interface Technieken

84

Digitale output: stappen motoren


85

Digitale output


86

Digitale output


87

Digitale output


88

Digitale output


89

Digitale output: current chopping


90

Digitale output


(recirculatie)

91

Digitale output


(braking)

92

Digitale output: full step aansturing


93

Digitale output: half step aansturing


94

Digitale output


(microstepping0

95

Digitale output: microstepping


96

Digitale output: inductieve belasting


97

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

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

– Afwerken oefeningen vorige les

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

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

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

– Bewaking van de systeemklok

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

• PLL: – aanpassen ingangsklok aan basisfrequentie hardware

PLLCON

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

2015 Roggemans M. (MGM)

Recommend Documents