9 3 SÉRIOVÝ PORT MIKROKONTROLÉRU 8051 Interní sériový port mikrokontroléru 8051 umožòuje jednoduché a bezproblémové spojení mikrokontroléru s poèítaèe

Vážení zákazníci, dovolujeme si Vás upozornit, že na tuto ukázku knihy se vztahují autorská práva, tzv. copyright. To znamená, že ukázka má sloužit výhradnì pro osobní potøebu potenciálního kupujícího (aby ètenáø vidìl, jakým zpùsobem je titul zpracován a mohl se také podle tohoto, jako jednoho z parametrù, rozhodnout, zda titul koupí èi ne). Z toho vyplývá, že není dovoleno tuto ukázku jakýmkoliv zpùsobem dále šíøit, veøejnì èi neveøejnì napø. umisováním na datová média, na jiné internetové stránky (ani prostøednictvím odkazù) apod. redakce nakladatelství BEN – technická literatura

[email protected]

9.3

SÉRIOVÝ PORT MIKROKONTROLÉRU 8051

Interní sériový port mikrokontroléru 8051 umožòuje jednoduché a bezproblémové spojení mikrokontroléru s poèítaèem PC. Protože je port navržen jako autonomní hardwarový UART, je procesor volný pro jiné úkoly. Pro pøesnìjší pochopení programování je tøeba se podívat na registr speciálních funkcí sériového portu. K inicializaci portu se musí naplnit vhodnými parametry registr SCON. SCON (SFR 98h) 















60

60

60

5(1

7%

5%

7

5L

 SM0, SM1: Bity sériového režimu (serial mode) urèují pracovní režim: 0 0 režim 0: 8bitový posuvný registr 0 1 režim 1: 8bitový UART, pøenosová rychlost urèená èasovaèem Timer 1 1 0 režim 2: 9bitový UART, 375 kBaudù pøi 12 MHz 1 1 režim 3: 9bitový UART, pøenosová rychlost urèená èasovaèem Timer 1 SM2: vícepoèítaèový režim REN: Receiver Enable, povolení pøijímaèe TB8: Transmitted bit 8, pro 9bitový režim RB8: Received bit 8, pro 9bitový režim TI: Transmitter Interrupt, 1 pøi úspìšném ukonèení pøenosu: RI: Receiver Interrupt, 1 po pøíjmu znaku Datový registr sériového portu je SBUF (SFR 099h). Ve skuteènosti se za SBUF skrývají dva registry, a to vysílací (výstupní) datový registr a pøijímací (vstupní) datový registr. Vysílání se prostì zahájí zápisovým pøístupem na registr SBUF. Naopak pøijatý byte mùže být ze SBUF pøeèten. V 9bitovém režimu je vždy tøeba brát ohled na 9. bit (TB8 nebo TR8) v registru SMOD. Ve vìtšinì pøípadù se používá pracovní režim 1, tedy 8bitový UART s pøenosovou rychlostí danou èasovaèem 1. Osmibitový datový tok je zahajován startbitem a uzavøen stopbitem. Pøenosová rychlost je 1/16 (SMOD = 1) nebo 1/32 (SMOD = 0) frekvence pøebìhù èasovaèe 1. SMOD je bit s nejvyšší váhou v registru PCON (Power Control, SFR 87h), který je jinak urèen k øízení režimu power-down (snížení napájecího výkonu). PCON (SFR 87h) 















602'

±

±

±

*)

*)

3'

,'/

 SMOD: GF1, GF2: PD: IDL:

A

1 = nízká pøenosová rychlost , 0 = vysoká pøenosová rychlost Volnì použitelná návìští (flags) Režim snížení pøíkonu (power-down) Režim dynamického zastavení (idle modus) B. KAINKA: MÌØENÍ, ØÍZENÍ A REGULACE POMOCÍ PC

199

Výroba hodinového signálu pro sériový port vyžaduje nejprve naprogramování èasovaèe 1 (timer 1). Oba èasovaèe obvodu 8051 mají každý dva 8bitové èítací registry, které je možno plnit a pøeèíst. TL0 (SFR 8Ah): èasovaè 0, nižší byte TH0 (SFR 8Ch): èasovaè 0, vyšší byte TL1 (SFR 8Bh): èasovaè 1, nižší byte TH1 (SFR 8Dh): èasovaè 1, vyšší byte Vlastnosti èasovaèù jsou øízeny registry TCON (SFR 88h) a TMOD (SFR 89h). Pomocí TMOD se nastavuje pracovní režim. TMOD (SFR 89h) 















*DWH

&7

0

0

*DWH

&7

0

0

ýtWDþ

ýtWDþ

 Gate: C/T: 0: M1 a M0: 0 0 0 1 1 0 1 1

Pøíslušný èítaè se uvolòuje vývodem INT0, popø. INT1. èasovaè, 1: èítaè Pracovní režim 13bitový èasovaè/èítaè 16bitový èasovaè/èítaè 8bitový èasovaè/èítaè, automatické plnìní Jen pro èítaè 0: dva oddìlení 8bitové èítaèe

Èasovaè 1 má jako volnobìžný èítaè naèítat interní hodinové impulsy 8051. Nastavíme jej proto jako èasovaè v režimu 2. Pøi každém pøebìhu se èítaè znovu naplní pøedem nastavenou hodnotou. Každý èítaè se startuje svým bitem TR v registru TCON. TCON obsahuje i flagy (pøíznaky) pøebìhù obou èasovaèù a ètyøi øídicí bity k øízení pøerušení pomocí vývodù INT0 a INT1. TCON (SFR 88h) 















7)

75

7)

75

,(

,7

,(

,7

 TF1: TR1: TF0: TR0: IE1: IT1: IE0: IT0:

200

pøíznak pøebìhu pro èasovaè 1 zapnutí èasovaèe 1 pøíznak pøebìhu pro èasovaè 0 zapnutí èasovaèe 0 pøerušení na INT1 se spouštìním hranou pøíznak pøerušení pro INT1 pøerušení na INT0 se spouštìním hranou pøíznak pøerušení pro INT0 B. KAINKA: MÌØENÍ, ØÍZENÍ A REGULACE POMOCÍ PC

A

Pro provoz èítaèe ve funkci generátoru pøenosové rychlosti je pouze tøeba nastavit spouštìcí bit TR1. Ten je bitovì adresovatelný a dosažitelný pod bitovou adresou 8 Eh. Nejprve se však musí pøi zastaveném èítaèi nastavit potøebný dìlicí pomìr. V režimu 2 obsahuje vyšší byte èítaèe TH1 hodnotu pro opakované plnìní, která se pak pøi každém pøebìhu znovu zavede do vlastního registru èítaèe TL1. Pro pøenosovou rychlost 9600 baudù je pøi nahozeném bitu SMOD potøebná hodinová frekvence 16 × 9,6 kHz = 153,6 kHz. Protože èítaè naèítá interní hodinovou frekvenci pøíkazù rovnou 1/12 frekvence krystalu, je pøi frekvenci krystalu rovné 11,0592 MHz tøeba nastavit dìlení èíslem 6: 11059,2 kHz / 12 / 6 / 16 = 9,6 kHz Dìlicí faktor 6 dostaneme pøi hodnotì opakovaného plnìní èítaèe 256 – 6 = 250 = FAh, protože se èítá nahoru. Listing COM51.ASM ukazuje kompletní program. K inicializaci se nejprve pøíslušné registry naplní svými øídicími parametry. Hlavní program pak používá již jen dva podprogramy SEND (vysílání) a EMPF (pøíjem). Pøijímací rutina EMPF se nejprve dotazuje na bit RI, dokud nepøijde znak. Potom se naète pøijímací buffer SBUF a RI se shodí. Vysílací rutina SEND se naopak dotazuje na bit TI, dokud se úplnì nezpracuje poslední vysílaný znak. Pak se vysílaný byte zapíše do vysílacího bufferu SBUF a tím se nastartuje vysílaè UART. ;Seriovy port mikrokontroleru 8051 ;11,059MHz, 9600 Baud #include 8051.H .org 0000H ANFANG INIT

NEXT

EMPF

A

mov clr mov mov anl orl setb mov setb orl

SP,#60H TR1 TH1,#0FAH TL1,#0FAH TMOD,#0FH TMOD,#20H TR1 SCON,#50H TI PCON,#80H

acall mov anl orl Mov acall sjmp

EMPF P1,A P3,#0EFH P3,#10H A,P1 SEND NEXT

jnb mov clr ret

RI,EMPF A,SBUF RI

(COM51.ASM)

;nastavit stackpointer ;zastavit Timer 1 ;6 do prebehu: 9600 Baud  ;Timer1: 8 bitù, auto-reload ;spustit Timer 1 ;InitRS232 ;SMOD=1 ;vystup portu ;strob-impuls na P3.4 ;cist stav portu

B. KAINKA: MÌØENÍ, ØÍZENÍ A REGULACE POMOCÍ PC

201

SEND

Listing 9.4

jnb clr mov ret .end

TI,SEND TI SBUF,A

Použití sériového portu CD:\Kniha\Kap09\TasmKap9\COM51.ASM

Každý pøijatý byte se pøedá na port 1. Následuje krátký strobovací impuls na P3.4 (linka T0). Potom program pøeète stav portu 1 a vyšle pøeètený byte pøes sériový port zpìt. Tak je realizován paralelnì-sériový pøevodník, který je možno použít buï jen pro výstupy portu, jen pro ètecí pøístupy na port nebo pro smíšený provoz. Všechny vstupní linky musí být pøi vysílání nahozeny na vysokou úroveò a tím být ve stavu s vysokou impedancí. Vysílaná hodnota 255 (FFh) napøíklad zpùsobí, že celý port bude k dispozici jako vstupní port a bude se provádìt ètení. Funkci programu je možno otestovat pomocí programù pro použití se sériovými vysílaèi a pøijímaèi pøedstavených již v kapitole 4.

9.4

KONTROLÉROVÝ UART

Mikrokontrolérový UART byl pøedstaven v praktické aplikaci již v kapitole 4.5. Zde uvedeme jen potøebný pracovní program. Jako náhrada za UART 6042 musí mít kontrolér oddìlené vývody pro vstup a výstup. Port 3 se èásteènì používá pro sériovou komunikaci a není volnì k dispozici. Protože však není nutná žádná pamì RAM, zùstává celá datová a adresní sbìrnice volná. Tím je opìt k dispozici port 0 a port 2. Port 0 se svými elektrickými parametry liší od ostatních portù, protože nemá žádné interní zdvihací odpory. Pro použití jako výstup by bylo nutno zapojit externí zdvihací odpory. Chybìjící zdvihací obvody mohou být pro digitální vstupy nevýhodou, protože není možno pøímo pøipojovat kontakty nebo spínaèe. Z toho dùvodu zde jako vstupní port použijeme port 1. Port 2 je výstupní port mikrokontrolérového UART. I zde je nutno pro nìkteré aplikace zapojovat zdvihací odpory, protože porty dodávají jen malý proud. Výstupní budiè ULN2803 (viz kap. 4.6) napø. vyžaduje dodateèné odpory 3,3 kW proti Vcc, aby byl k dispozici dostateèný proud. Mikrokontrolérový UART je možno pomocí propojek, zapojených na P3.2 až P3.4 proti zemi, nakonfigurovat celkem pro ètyøi pøenosové rychlosti. Bez propojek se použije 1200 baudù, na P3.2 lze zvolit 9600 baudù, na P3.3 19200 a na P3.4 nejvyšší možnou pøenosovou rychlost 57600 baudù. P3.5 slouží jako strobovací výstup se zápornými impulsy pro každý pøijatý byte. ;UART-Controller 8051 ;11,059MHz, 9600 Baud #include 8051.H .org 0000H ANFANG INIT B1200

202

mov clr mov

SP,#60H TR1 TH1,#0D0H

(UART51.ASM)

;nastavit stackpointer ;zastavit Timer 1 ;delic 48, 1200 baudu

B. KAINKA: MÌØENÍ, ØÍZENÍ A REGULACE POMOCÍ PC

A

mov jb mov mov jb mov mov jb mov mov anl orl setb mov setb orl

TL1,#0D0H P3.2,B19200 TH1,#0FAH TL1,#0FAH P3.3,B57600 TH1,#0FDH TL1,#0FDH P3.4,INIT2 TH1,#0FFH TL1,#0FFH TMOD,#0FH TMOD,#20H TR1 SCON,#50H TI PCON,#80H

acall mov clr setb Mov acall sjmp

EMPF P2,A P3.5 P3.5 A,P1 SEND NEXT

EMPF

jnb mov clr ret

RI,EMPF A,SBUF RI

SEND

jnb clr mov ret .end

TI,SEND TI SBUF,A

B9600 B19200 B57600 INIT2

NEXT

Listng 9.5

9.5

;Jumper 9600? ;delic 6, 9600 baudu ;Jumper 19200? ;delic 3, 19200 baudu ;Jumper 57600? ;delic 1, 57600 baudu ;Timer1: 8-Bit-Auto-Reload ;spustit Timer ;InitRS232 ;SMOD=1 ;vystup portu Port 2 ;strobovaci impuls na P3.5 ;cist stav portu 1

Mikrokontrolérový UART (Uart51.asm) CD:\Kniha\Kap09\TasmKap9\Uart51.asm

PARALELNÍ PØÍSTUPY NA SBÌRNICI

K buzení periferních zaøízení na adresní a datové sbìrnici procesoru pøes sériový port jsme v kapitole 5 pøedstavili paralelní sbìrnici rozhraní (Interface Bus). Použitý øadiè sbìrnice jsme pokládali za speciální integrovaný obvod, aniž bychom se zabývali programem kontroléru. Zde nyní pøedstavíme použitý software. Program Pibus.asm byl vyvinut pomocí vývojového systému ES52-Flash. Všechny vývody sbìrnice jsou na 40pólové kontaktní lištì na kraji desky, takže k pohodlnému propojení s pøídavnými zaøízeními je možno použít plochý kabel. Mikrokontrolér AT89S8252

A

B. KAINKA: MÌØENÍ, ØÍZENÍ A REGULACE POMOCÍ PC

203

je ale možno naprogramovat i ve vývojovém systému a pak jej umístit na speciální desce spolu s pøídavnými zaøízeními. Vyvinutý program je mimo to vhodný i pro levnìjší mikrokontrolér 8751. Obvykle se kontrolér 8051 obrací na sbìrnici prostøednictvím pøíkazù MOVX. Signály :5 a 5' se pøitom generují automaticky. Data a spodních osm adres se multiplexovanì vydávají na datovou sbìrnici, kdežto horních osm adresních signálù se vytváøí staticky na portu 2. Mohli bychom použít adresní støadaè, napø. 74HC573, který je k dispozici pro buzení RAM na vývojové desce. Abychom mohli tuto souèástku ušetøit a realizovat opravdové jednoèipové øešení, vytváøí se všechny signály pomocí pøístupù na porty. Tím máme také možnost vyrábìt i další pøeddekódované povolovací signály s požadovaným èasováním. Všechny signály jsou pomalejší než signály generované pomocí MOVX, to však v dùsledku spojení pøes sériový port, které je stejnì pomalejší, nehraje žádnou roli. Port 2 slouží jako adresní sbìrnice pro dolních sedm adresních linek A0 … A6. Pøijatý adresní byte je celý pøiveden na port, takže se na P2.7 objeví i bit smìru dat. Port 0 slouží jako datová sbìrnice. Musí se ovšem brát v úvahu, že port nemá obvyklé zdvihací (pullup) odpory. V závislosti na aplikaci mohou tedy být nutné externí zdvihací odpory. Všechny øídicí signály se vytváøejí na portu 3. P3.7 a P3.6 slouží jako linky 5' a :5. Protože na portu 3 jsou i sériové datové linky, jsou k dispozici ještì ètyøi linky jako povolovací linky Y0 až Y3. Všechny signály jsou v klidu na úrovni High. ;Seriovy port kontroleru 8051 ;11,059MHz, 9600 baudu ;Rozhrani s paralelni sbernici #include 8051.H .org 0000H ANFANG

mov

SP,#60H

INIT

clr mov mov anl orl setb mov setb orl

TR1 TH1,#0FAH TL1,#0FAH TMOD,#0FH TMOD,#20H TR1 SCON,#50H TI PCON,#80H

acall mov jb mov acall mov mov acall clr nop

EMPF r3,A ACC.7,Lesen P2,A EMPF P0,A A,r3 CS P3.6

NEXT

204

(PIbus.ASM)

;nastavit stackpointer (Anfang = zacatek) ;zastavit Timer 1 ;6 do prebehu: 9600 baudu ;Timer1: 8-Bit-Auto-Reload ;spustit Timer ;InitRS232 ;SMOD=1 ;prijem adresy ;ulozeni adresy ;bit cteni? (lesen = cteni) ;staticka adresa ;prijem dat ;vystup dat ;adresa ;/CS na Port 1 ;/WR = 0

B. KAINKA: MÌØENÍ, ØÍZENÍ A REGULACE POMOCÍ PC

A

setb mov sjmp

P3.6 P3,#255 NEXT

;/WR = 1 ;vsechny /CS = 1

mov mov mov mov mov acall clr nop mov setb mov acall sjmp

DPL,A DPH,A P2,A P0,#255 A,r3 CS P3.7

;A0...A6 (lesen = cteni) ;+ A8...A14 ;staticka adresa ;datova sber. s vys. impedanci ;adresa ;/CS na Port 1 ;/RD = 0

A,P0 P3.7 P3,#255 SEND NEXT

;cist data ;/RD = 1 ;vsechny /CS = 1 ;vyslat vysledek

anl mov anl jnz clr subb jnz clr subb jnz clr subb jnz clr ret

A,#127 P1,#255 A,#0F0h Y1 P3.2 A,#16 Y2 P3.3 A,#16 Y3 P3.4 A,#16 Y4 P3.5

;oblast 0...127 ;vsechny linky /CS 1 ;oblasti 16 adres ;0...15 ;Y0 = 0 ;dalsi skupina ;16...31 ;Y1 = 0 ;dalsi skupina ;32...47 ;Y2 = 0 ;dalsi skupina ;48...63 ;Y3 = 0

EMPF

jnb mov clr ret

RI,EMPF A,SBUF RI

SEND

jnb clr mov ret .end

TI,SEND TI SBUF,A

Lesen

CS

Y1 Y2 Y3 Y4

Listing 9.6

(empfangen = prijimat)

Øídicí program pro rozhraní s paralelní sbìrnicí (Pibus.asm) CD:\Kniha\Kap09\TasmKap9\PIbus.ASM

Hlavní program pracuje v nekoneèné smyèce, v níž se vždy nejprve pøijímá adresní byte. V závislosti na bitu s nejvyšší váhou se provede buï operace zápisu nebo po skoku na „Lesen“ (ètení) operace ètení. Spoleènì využívaný podprogram „CS“ zajišuje pøeddekódování ètyø adresních oblastí a vytvoøení signálu Y. Pøi zápisu se jako druhý

A

B. KAINKA: MÌØENÍ, ØÍZENÍ A REGULACE POMOCÍ PC

205

byte pøijme datový byte a vydá se na P0. Teprve potom se vytvoøí signál CS a :5. Výpoèet adresních signálù po pøíjmu datového bytu vyžaduje doèasné uložení pøijatého adresního bytu. Pøi ètení bytu ze sbìrnice se nejprve vygeneruje adresa, potom signál 5' a pøípadný signál Y. Tím obvod pøídavného zaøízení pøivede na sbìrnici svá data, která se pøeètou ètecím pøístupem mikrokontroléru na port 0. Program pøi opakovaných zápisových pøístupech provádí prakticky prùbìžnì pøepínání mezi adresními a datovými byty. V principu pøi tom mùže dojít k zámìnì napøíklad v dùsledku programového pøerušení na stranì PC. Pøi novém startu by se datový byte interpretoval jako adresa. Tomu však lze snadno zabránit provedením prázdného (dummy) ètecího pøístupu pøi startu programu. Protože pøi ètení je v každém smìru jen jeden byte, je po nìm kontrolér v definovaném stavu. Listing 9.7 ukazuje jednoduchý pøíklad programu v jazyce Visual Basic. Je možno popsat a naèítat všechny adresy v oblasti 0 až 127. Další pøíklady jsou uvedeny v kapitole 5. Private Sub Form_Load()   OPENCOM "COM2:9600,N,8,1"   SENDBYTE 128   Dummy = READBYTE   SENDBYTE 128   Dummy = READBYTE End Sub Private Sub Form_Unload(Cancel As Integer)   CLOSECOM End Sub Private Sub Read_Click()   SENDBYTE Val(Text1.Text) + 128 'cteni adresy   Text3.Text = Str$(READBYTE) End Sub Private Sub Write_Click()   SENDBYTE Val(Text1.Text)   SENDBYTE Val(Text2.Text) End Sub

Listing 9.7.

Obr. 9.7

206

'Adresa 'Data

Zápis a ètení pøes sbìrnici

Pøístup na sbìrnici programem v jazyce Visual Basic B. KAINKA: MÌØENÍ, ØÍZENÍ A REGULACE POMOCÍ PC

A