Mikrořadiče pro přístrojovou techniku

Mikrořadiče pro přístrojovou techniku

Doc. Jan Fischer Katedra měření ČVUT v Praze, FEL

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

1

Oblast zájmu předmětu Mikroprocesory v přístrojové technice Přístrojová technika, pojem „přístroj“ Přístroj: spotřební elektronika, prvky automatizace, měřicí technika, prodejní automaty Mikroprocesorem řízený přístroj Mikroprocesor vestavěný v přístroji či zařízení ? kolik máte doma mikroprocesorů ?

2

uP ve spotřební a domácí elektronice Největší spotřeba mikroprocesorů, resp. mikrokontrolérů spojená s automobilovým průmyslem. Přístroj - ve spotřební elektronice: mobilní telefon, PDA, dig.fotoaparát, kamera, CD + MP3 přehrávač, televizor, DVD přehrávač, činnosti: vstup - výstup signálu, digitalizace, komprese, ukládání, přenos tzv. Bílá elektronika myčka, lednička, mraznička, pračka, mikrovlnná trouba, mixér, vysavač činnosti: ovládací vstupy, snímání ( teplota, hladina, průtok,..) akční členy - ovládání motoru, solenoidových ventilů, komunikace s obsluhou Osvětlení - řízení zářivky - zabudovaný mikrořadič 3

uP řízený přístroj v měřicí technice Měřicí technika Přístroje: Multimetr, osciloskop, logický analyzátor, měřič impedance, generátor, reflektometr na měření metalických a optických tras Osciloskop (zcela jiná konstrukce oproti původnímu osciloskopu výkonný počítač + rychlé A/D převodníky), Spektrální analyzátor - digitalizace signálu + Fourier. transformace, metody číslicového zpracování signálu Elektroměr - digitalizace u, i, výpočet odebrané energie, dálkové ovládání - HDO („noční proud“ ) komunikace, ovládání relé

4

uP řízený přístroj - domovní automatizace Domovní automatizace regulace. regulátor teploty, řízení klimatizace Regulátor topení - snímání teploty v místnostech, venkovní teploty, rychlosti větru, ovládání kotle ,... Rozpočítávací „měřič“ tepla - na radiátoru ústředního topení Automatizace - regulace, regulátor teploty, řízení klimatizace Ovládání světel , komunikace - standard D.A.L.I. Dálkové ovládání vrat - garáže - ( komunikace, kódy, akční členy, bezpečnost osob - snímání přítomnosti osob a „síly“ zavírání ) Zabezpečovací technika Přístupové systémy - čtečky karet, klávesnice, komunikace Zabezpečovací systémy- snímače pohybu, zvuku - např. tříštění skla, optické závory, komunikace, signalizace, přenos dat SMS, ? přenos redukovaného obrazu ( Nový studijní obor na ČVUT -FEL: Inteligentní budovy 5

uP řízený přístroj - prodej, služby Prodejní automaty - na potraviny,…( snímač mincí, zobrazení, akční členy..) Stojan benzinové pumpy ( snímač - průtokoměr, komunikace, zobrazení, čtečka karet). Automatické váhy ( supermarket) snímač síly - tenzometry, zobrazení, komunikace- přeprogramování ceny, tisk Prodejní automat jízdenek ( MHD, ČD,..) Přenosná čtečka karet - (restaurace) - klávesnice, zobrazení, bezdrátová komunikace, tisk. Přístupové systémy - vstupenky, lanovky, vleky… čtečka - optická , RFID,.., komunikace, akční členy - otevírání závory

6

uP - automobilní elektronika - „automotive“ Automobilní elektronika - palubní přístroje: (řízení motoru- vstřikování,.. řízení brzd ABS, AES, palubní počítač, tempomat,..) Sběr dat: teploty (olej, voda,..) , tlak, klepání motoru,spaliny,.. Doplňkové funkce - řízení stěračů, nastavování polohy volantu, sedaček, stahování oken ( snímání proudu - bezpečnost) Regulace - zadání žádané hodnoty, snímání polohy, ovládání motorků, snímání proudu motorku, řízení klimatizace Naklápění reflektorů- uP + výkon. budič + krokový motorek Ovládání zábavní elektroniky - rozhlas. přijímač, přehrávač, navigace Komunikace: rozhraní CAN - základní komunikač. rozhraní - (systémová, zábavní) rozhraní LIN - periferie - ovládání motorků v oknech,.. nově - rozhraní Flex ray - např. přímé ovládání brzd 7

Blokové schéma přístroje řízeného uP

analogové logické vstupy

tlačítka klávesnice

ext. paměti Flash, pam. karty

řízené obvody vstupy, výstupy, A/D, D/A

mikropočítač mikrořadič ( microcontroller)

analogové logické výstupy

LED

zobrazení LED 7- segment LCD- segment graf.

LCD

rozhraní RS232, USB, Ethernet

8

Náplň předmětu – problematika Použití jednočip. mikropočítače 8051, architektura, programování Systémové sběrnice mikropočítačů, připojování obvodů na sběrnice Návrh mikropočítače • Připojování vstupních a výstupních obvodů • Obvody pro komunikaci s obsluhou, připojení vstupních bloků tlačítek, klávesnic, výstupních bloků -LED, LCD • Připojení A/D, D/A převodníků Další druhy mikropočítačů a mikrořadičů- architektura, vlastnosti 32- bitové mikroprocesory řady ARM Cortex M3 (provedení STM32) Signálové procesory ADSP -BF53x Blackfin

9

Mikroprocesory pro vestavné aplikace – rysy • • • • • • • • • • • • • • •

Široké spektrum procesorů pro vestavné aplikace od 4 – bitových po 32 – bitové Historický typ – jádro 8051, stále využívané desítkami výrobců Atmel AT89C 51,… jiná řada Atmel AVR, AT Mega www.atmel.com Motorola – Freeescale rodina 68HC08, ( 68HCS908,…) rodina 68HCS12 a vyšší typy http://www.freescale.com/ ST Microelectronics STM8 8- bitový proc. www.st.com/stm8 firma Microchip , procesory PIC, www.microchip.com Texas Instruments MSP430 16 bitový procesor, nízká spotřeba, www.ti.com/MSP430 japonské firmy Fujitsu, Nes, Renesas, 8, 16 bitové proc. Signálové procesory Analog Devices, Texas Instruments, Freescale aplikace – jednočipové, nebo i externími sběrnicemi možnost připojení externí SDRAM, možnost oprač. systému ( uCLinux., Linux) Texas Instruments – kombinace DSP a procesoru ARM v jednom pouzdře 10

Hlavní bloky procesoru pro vestavné aplikace • • • • • • • • •

• • • •

CPU – vlastní jádro procesoru vnitřní paměť programu (ve formě ROM, Flash nebo SRAM) vnitřní paměť dat – SRAM Generátor hodinového signálu , vnější s XTAL ( krystalem), vnitřní RC – méně přesné – jednotky procent, možná kalibrace resetovací obvod ( Reset, Por,..) dohlížecí obvod Watch dog monitorovací obvod – kontrola napájení, monitorování teploty čipu, zálohování napáj. vybrané SRAM obvod reálného času RTC (Real Time Clock) jednotky čítačů, časovačů, (jednotky PCA – programmable counter array, funkce input capture, output compare, high speed output) ,generátory PWM, vnitřní sběrnice, číslicové vstupně výstupní piny, analogové vstupy, analogové výstupy 11

Procesory s jádrem ARM pro vestavné aplikace • • • • • • • •

Nyní trend – používat jádro ARM (firma ARM www. ARM. COM) nejdříve jádro ARM 7, a především, jádro – pro vestavné aplikace – jednočipová varianta ARM Cortex M3, ARM Cortex M0 další typy jádro ARM Cortex M4 (funkce DSP),ARM 9, ARM 11, ARM Cortex A9 vyšší typy – již spolupráce s externími paměťmi prostřednictvím sběrnic externí SDRAM, 32, 64 a více MByte, portování Linux, nebo omezená verze uCLinux ( procesory bez MMU – memory Management Unit),

12

Mikrořadič STM8S105 Mikrořadič, jednočipový mikropočítač pro vestavné aplikace 8- bitový obdobné periferie jako vyšší procesory I2C, SPI, ADC, PWM, Čítače

13

Mikrořadič s jádrem ARM Cortex- M3 (STM32F103) Mikrořadič STM32F103 s jádrem 32 – bitového procesoru ARM Cortex – M3 Procesorové jádro ARM + paměti + periferie Periferie podobné jako 8- bitového mikrořadiče STM8S

14

Signálový procesor ADSP BF533 Signálový procesor Analog Devices , Blackfin, pro vestavné zpracování signálu a obrazu (zpracování zvukového a obrazového signálu) Použití – „set top box“, digitální fotoaparát, elektro – akustická zařízení

15

Signálový procesor - mikrořadič ADSP BF504 Signálový procesor - ADSP BF504 F, použití jako typický mikrořadič pro vestavné aplikace Jádro signálového procesoru Blackfin (jako v BF533), ale doplněno periferiemi pro vestavné aplikace, odstraněno připojení na externí paměti Vhodné pro vestavné zpracování signálu, řídicí aplikace (např. řízení motorků)

16

První seznámení s mikroprocesory a mikrořadiči Pro první seznámení s procesory pro vestavné aplikace – vhodné začít s jednoduššími 8 – bitovými typy mikroprocesorů a mikrořadičů Mikrořadiče s jádrem 8051, (resp. 8052), postupný vývoj, procesorové jádro ´51 zůstává, avšak nové typy doplněny řadou periferií typických pro vyšší typy mikrořadičů Mikrořadiče s jádrem ´51 stále vyráběny (v současnosti min. 10 výrobců), doplněny dalšími paměťmi a periferiemi: • paměť EEPROM • komplexní čítačové jednotky • komunikační řadiče (CAN, USB, LIN, bezdrátové komunikace) • analogové komparátory • převodníky A/D analogo – číslicové • převodníky číslicovo – analogové • řadiče LCD

17

Procesory s jádrem 8051 Nejznámější a nejrozšířenější 8- bitová architektura procesoru – mikrořadiče pro přístrojové a vestavné aplikace

Architektura - 8 bitového procesoru, původ Intel 8051 obvykle používané označení 8051 nebo jen´51 ve skutečnosti jádro 8x52 architektura používaná několika desítkami výrobců Atmel, Philips - NXP, Silicon laborartories, Cypress, Texas Instruments, Analog Devices, Siemens- Infinieon, ........

18

Vývojové nástroje Programování v asembleru 51 IDE Microvision 3 firmy KEIL www.keil.com demoverze IDE, volná, do 2kByte kódu překlad, simulace, odladění na HW nainstalovat doma IDE, seznámení s uP

AT89S8252 + 8KByte RAM

RS 232

nepájivé kontaktní pole

PC + IDE Keil Microvision 3

19

Blokové schéma 8051 ext. int.

Blokové schéma I 8051 counter inputs

interrupt control

128 B RAM

4 KB ROM

Timer 0, 1

8051 CPU

osc

bus control

serial port UART

I/O port

P0

P2 P1

P3

TxD RxD

Address / Data 20

Blokové schéma AT89C52 ext. int.

Blokové schéma AT89 C52 counter inputs

interrupt control

256 B RAM

8 KB Flash

Timer 0, 1, 2

8051 CPU

osc

bus control

serial port UART

I/O port

P0

P2 P1

P3

TxD RxD

Address / Data 21

Význam a funkce bloků AT89C52 ext. int.

CPU - central processing unit I/O port - vstupně/výstupní brány Flash 8k- vnitřní paměť programu RAM 256B vnitřní paměť dat UART - sériový port (COM)

Blokové schéma AT89 C52 counter inputs

interrupt control

Timer 0, 1, 2

256 B RAM

8 KB Flash

CPU

osc

bus control

serial port UART

I/O port

P0

P2 P1

P3

TxD RxD

Address / Data

Funkce jako - jednočipový mikropočítač (jediný obvod)- int. paměř programu a dat nebo jako mikropoč. s externí pamětí (připojení na sběrnici BUS) Deska na cvičeních - ext. paměť programu v EPROM 2764 a ext. paměť dat v 6264 spolupráce s CPU prostřednictvím sběrnice - BUS BUS adres. signály, datové signály, říd. signály /PSEN, /RD, /WR 22

Vývody AT89C52 P1.0/T2

1

40

VCC

P1.1/T2EX

2

39 38

P0.0/AD0

37

P0.1/AD1 P0.2/AD2

6

36 35

P0.3/AD3 P0.4/AD4

7 8

34 33

P0.5/AD5

9

32

P0.7/AD7

P3.0/RxD

10

P3.1/TxD

11 12

31 30

EA ALE/PR OG PSEN

13

29 28

P3.5/T1

14 15

27 26

P3.6/WR

16

25

P3.7/RD XTAL2

17 18

24 23

P2.2/A10

XTAL1

19 20

22 21

P2.1/A9

P1.2 P1.3 P1.4

3 4

P1.5 P1.6/ P1.7 RST

P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0

VSS

5

PDIL

P0.6/AD6

P2.7/A15 P2.6/A14 P2.5/A13 P2.4/A12 P2.3/A11

P2.0/A8

Signály procesoru: Brány P1 ( P0.7 až P0.0) P1 ( P1.7 až P1.0) P2 ( P2.7 až P2.0) P3 ( P3.7 až P3.0) P1.7 - MSB, P1.0 - LSB atd. UART výst. TxD, vst. RxD přeruš.vst. /INT0, /INT1 akt. L T0, T1 vstupy čítačů Signály externí sběrnice: /WR, /RD, říd. sig. zápisu a čtení A15 - A8, adresové signály AD8 -AD0 mux. adresové/datové s. Vss zem ( GND ground) Vcc - napájení , +5 V, RST - Reset celého procesoru XTAL 1,2 - krystal - oscilátor 23

Signály AT89C52 VCC

VSS

XTAL1

P1.0/T2

1

40

VCC

P1.1/T2EX

2

39

P0.0/AD0

3

38

P1.3

4

37

P0.1/AD1 P0.2/AD2

P1.4

5

36

P1.5

6

35

P0.3/AD3 P0.4/AD4

P1.6/ P1.7

7 8

34

P0.5/AD5

33

P0.6/AD6

RST

9

32

P0.7/AD7

31

EA

POR T 0

P1.2

ADDRESS AND DATA BUS

XTAL2

RxD TxD INT0 INT1 T0 T1 WR RD

POR T 1 POR T 2

RST EA PSEN ALE

POR T 3

SECONDAR Y FUNCTIONS

P3.0/RxD

10

PDIL

P3.1/TxD

11

30

ALE/PR OG

P3.2/INT0 P3.3/INT1

12

29

PSEN

13

28

P3.4/T0

14

P3.5/T1

15

27 26

P2.7/A15 P2.6/A14

P3.6/WR

16

25

P3.7/RD XTAL2

17

24

18

23

P2.2/A10

XTAL1

19

22

P2.1/A9

VSS

20

21

P2.0/A8

P2.5/A13 P2.4/A12 P2.3/A11

ADDRESS BUS

24

Pouzdro AT89C52 P1.0/T2

1

40

VCC

P1.1/T2EX

2

39 38

P0.0/AD0

Pouzdro DIL 40, nepostačuje pro všechny signály, proto - sdílení pinů:

37

P0.1/AD1 P0.2/AD2

6

36 35

P0.3/AD3 P0.4/AD4

7 8

34 33

P0.5/AD5

9

32

P0.7/AD7

hradlování čítače T0, brána P.3.0, a přerušovací vstup /INT0

P3.0/RxD

10

P3.1/TxD

11 12

31 30

EA ALE/PR OG

P2.7 a sig. sběrnice AD15

PSEN

13

29 28

P3.5/T1

14 15

27 26

P3.6/WR

16

25

P3.7/RD XTAL2

17 18

24 23

P2.2/A10

XTAL1

19 20

22 21

P2.1/A9

P1.2 P1.3 P1.4

3 4

P1.5 P1.6/ P1.7 RST

P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0

VSS

5

PDIL

P0.6/AD6

P2.7/A15 P2.6/A14 P2.5/A13 P2.4/A12 P2.3/A11

UART výst.TxD a brána P3.1 vstup RxD a P3.0

Někdy možnost použít vstupní pin ve více funkcích současně hradlovat čítač, číst stav pinu, přerušit spádovou hranou ( využití v úloze)

P2.0/A8

25

Vnitřní blokové schéma CPU řady 51 P0.0 - P0.7

PORT 0 DRIVERS

P2.0 - P2.7

PORT 2 DRIVERS

VCC VSS RAM ADDR REGISTER

PORT 0 LATCH

RAM

PORT 2 LATCH

ROM/EPROM

8 B REGISTER

STACK POINTER

ACC

PROGRAM ADDRESS REGISTER

TMP1

TMP2

BUFFER

ALU SFRs PSW

PC INCREMENTER

TIMERS

8

16 PROGRAM COUNTER

PSEN ALE/PROG EA/ VPP RST

DPTR'S MULTIPLE

TIMING AND CONTROL

PD

PORT 1 LATCH

PORT 3 LATCH

PORT 1 DRIVERS

PORT 3 DRIVERS

OSCILLATOR

XTAL1

XTAL2

P1.0 - P1.7

P3.0 - P3.7

26

Paměťový model mikropočítače 8051 Prostory CODE ( pouze čtení) , DATA, XDATA

Paměťový model uP řady 8051 CODE FFFF

FFFF interní paměť dat

paměť prog.

FF 80 7F 0000

XDATA

DATA

00

externí paměť dat

REG. SP. FUNKCÍ RAM 0000

27

Paměťový model mikropočítače AT89C52 AT89C52 navíc - 128B RAM - DATA, 8KB vnitřní paměti FLASH -CODE, povolení vnitřní FLASH vstup /EA= L

CODE

Pamět. prostory u AT89C52

FFFF

XDATA

FFFF ext. pam. prog.

ext.pam. dat DATA

AT89C52 1FFF 1000 0FFF 0000

FF EA=1

EA=0

80 7F 00

REG. SP. FUNKCÍ RAM (128B)

RAM (128B)

0000

28

Paměťový model - prostor DATA FF

80 7F

speciální funkční registry

FF

adresový prostor DATA nepřímo adres. dat. pam. ( pouze u xx52 verzí)

SP P0 zápisník, data

paměť RAM + speciální funkční registry SFR

128B

30 2F

20 1F 18 17 10 0F 08 07 00

80 7F

70

17 0F 07

10 07 00

bitově adresovatelná paměť

reg. banka 3 reg. banka 2 reg. banka 1 R7 R0

reg. banka 0

29

Prostor DATA, paměť RAM u 8051 FF

80 7F


FF

128 Byte paměti RAM nepřímo adres. dat. pam. ( pouze u xx52 verzí)


128B

30 2F

20 1F 18 17 10 0F 08 07 00

80 7F

70

17 0F 07

10 07 00


reg. banka 3

paměť RAM 128 Byte v prostoru DATA

reg. banka 2 reg. banka 1 R7 R0

reg. banka 0

30

Registry R0 - R7 FF

80 7F


FF nepřímo adres. dat. pam. ( pouze u xx52 verzí)

SP P0

128 Byte paměti RAM Registry R0 - R7, banka 0, R0 na adr. 00

zápisník, data 128B

30 2F

20 1F 18 17 10 0F 08 07 00

80 7F

70

17 0F 07

10 07 00



reg. banka 0

registry R0 až R7

31

Bitově adresovatelná paměť RAM FF

80 7F




128B

30 2F

20 1F 18 17 10 0F 08 07 00

128 Byte paměti RAM Registry R0 - R7, banka 0, R0 na adr. 00 bitově adresovatelná.paměť bit 00,01,02 ....celk. 128 bitů

80 7F

70

17 0F 07

10 07 00

bitově adresovatelná paměť 16 Byte = 16 x 8 bitů = 128 bitů reg. banka 3 reg. banka 2 reg. banka 1

R7 R0

reg. banka 0

32

Doplňková - pouze nepřímo adr. paměť RAM (8x52) FF

80 7F




128B

30 2F

20 1F 18 17 10 0F 08 07 00

80 7F

70

17 0F 07

10 07 00

bitově adresovatelná paměť 128 Byte nepřímo adres. pam (např. MOV A, @R0)

128 Byte paměti RAM Registry R0 - R7, banka 0, R0 na adr. 00 bitově adresovatelná.paměť bit 00,01,02 ....celk. 128 bitů (pouze) nepřímo adres. paměť RAM -128 Byte


reg. banka 0

33

Prostor DATA přímo i nepřímo adr. RAM FF

80 7F




128B

30 2F

20 1F 18 17 10 0F 08 07 00

80 7F

17 0F 07

10 07 00

bitově adresovatelná.paměť bit 00,01,02 ....celk. 128 bitů (pouze) nepřímo adres. paměť RAM -128 Byte

70 bitově adresovatelná paměť

128 Byte paměti RAM Registry R0 - R7, banka 0, R0 na adr. 00

128 Byte přímo i nepřímo adres. pam

Přímo i nepřímo adr. pam. RAM - 128 Byte


reg. banka 0

34

Celá oblast nepřímo adr. paměti RAM FF

80 7F




128B

30 2F

20 1F 18 17 10 0F 08 07 00

80 7F

70

17 0F 07

10 07 00

bitově adresovatelná paměť celkem 256 Byte nepřímo adres. pam RAM

128 Byte paměti RAM Registry R0 - R7, banka 0, R0 na adr. 00 bitově adresovatelná.paměť bit 00,01,02 ....celk. 128 bitů (pouze) nepřímo adres. paměť RAM -128 Byte Přímo i nepřímo adr. pam. RAM - 128 Byte

reg. banka 3 reg. banka 2

Nepřímo adr. pam 256 Byte

reg. banka 1 R7 R0

reg. banka 0

35

Prostor DATA, Speciální funkční registry - SFR FF

80 7F




128B

30 2F

20 1F 18 17 10 0F 08 07 00

80 7F

70

17 0F 07

10 07 00

bitově adresovatelná paměť spec. funkč. registrybrány, čítače, UART, řízení, řadič reg. banka 3 přerušení, reg. banka 2 reg. banka 1

R7 R0

reg. banka 0

přímo adr. MOV 80h, #0Fh

128 Byte paměti RAM Registry R0 - R7, banka 0, R0 na adr. 00 bitově adresovatelná.paměť bit 00,01,02 ....celk. 128 bitů (pouze) nepřímo adres. paměť RAM -128 Byte Přímo i nepřímo adr. pam. RAM - 128 Byte Nepřímo adr. pam 256 Byte Spec. funkční registry pouze přímo adresovatelné v prostoru DATA 36

Prostor DATA, jednočip. mikropočítač AT89C2051 FF

80 7F

speciální funkční registry SP P0

Jednočip. mikropočítač AT89C2051 použití v první samostatné úloze • pouze 128B RAM

zápisník, data

• malé pouzdro DIL20 30 2F

20 1F 18 17 10 0F 08 07 00

7F

• vývody -port P1 a necelý P3

70

17 0F 07

10 07 00


• na P1.0 a P1.1 nejsou PULL - UP rezistory - není schopen generovat na výstupu úroveň H


reg. banka 0

37

Prostor SFR - (DATA) u AT89S8252 F8h

FFh

F0h E8h

B (00h)

F7h EFh

E0h D8h

ACC (00h)

E7h DFh

D0h

PSW (00h)

D7h

C8h T2CON (00h) C0h

T2MOD

RCAP2L

RCA2H

RCA2H

TL2

CFh

TH2

C7h

B8h

IP

BFh

B0h

P3 (FFh)

B7h

A8h A0h

AFh

SPSR

A7h

P2 (FFh)

98h SCON (00h) SBUF (xx) 90h P1 (FFh)

9Fh

bitově. adresov.

0 (8)

1 (9)

97h

WMCON

88h TCON (00h) TMOD (00h) TL0 (00h) TL1 (00h) TH0 (00h) TH1 (00h) 80h P0 (FFh) SP (07h) DPL (00h) DPH (00h) DP1L (00h) DP1H (00h) 2 (A)

3 (B)

4 (C)

5 (D)

8Fh PCON 6 (E)

87h

7 (F)

38

LSB

MSB P0

80h

LSB

MSB

TCON

88h 87h

P1

90h 8Fh

A0h 90h

LSB

MSB

LSB

MSB

SCON

A8h A7h

AFh

P2

F0h

B

LSB

MSB

LSB

MSB

Adresování SFR

bitová adresa

Adresování SFR (např. brána P1 na adrese 90h) MOV 90h, #00h ; zapiš do SFR na adr. 90h přímá data 00h SETB 90h nastav bit v s bit. adr. 90h (nejnižší bit-LSB- brány P1) 90h bitová adresa od začátku (obtížně se pamatuje) SETB 90h.0 nastav bit na bitové adrese, která odpovídá nejnižšímu bitu na bajtové adrese 90h (určení y souřadnice -bajt, a x souřadnice -bit), bitovou adresu určí překladač SETB P1.0 totéž, ale i bajtovou adresu (P1 equ 90h) překladač nejdříve vezme z tabulky symbolů- P1 odpovídá hodnota 90h

39

Registry speciálních funkcí - SFR

střadač ACC .............. registr B ............. registry R0..R7 ......... ukazatel zásobníku - SP datový ukazatel - DPTR porty P0..P3 .............. stavový registr PSW

8 bitový registr; funkce střadače 8 bitový reg., pomoc. reg. pro násobení/ dělení 8 bitové registry; 4 banky, přepínané v PSW 8 bitový reg. 16 - bitový registr (DPH, DPL); adresace XDATA 8-bitové registry; čtení, zápis na porty procesoru 8 bitový reg.; výsledky arit., log. operací CY, AC, F0, RS1, RS0, OV,- , P

sériový buffer SBUF hodnoty časovačů řídicí registry ...........

8 bitový reg.; vyrovnávací registr pro vysíl. /příjem 16- bitové registry (THx, TLx) 8- bitové registry; IP,IE,TMOD, TCON, SCON,PCON

40

Přehled rezervovaných symbolů A

- střadač

R0 - R7

- osm obecných registrů v právě aktivní bance

DPTR

- datový ukazatel (data pointer), 16- bitový registr, který se používá pro adresování v programové a externí datové paměti

PC

- programový čítač; 16 - bitový registr, který obsahuje adresu následující instrukce

C

- Carry flag - přenosový bit; indikuje přenos z MSB při operacích ALU

AB

- registrový pár; používá se při násobení a dělení

41

Přehled instrukčního souboru 8051

• aritmetické operace (sčítání, odečítání, násobení, dělení,...)

• logické operace (AND,OR, XOR, bitové rotace, nastavování/nulování bitu

• přesuny dat (mezi registry, styk s programovou a externí datovou pamětí)

• předání řízení (skoky) (skoky, volání podprogramu,návrat z podprogramu a z přerušení,...)

42

Instrukční soubor 8051 - Operandy instrukcí rezervované symboly:

A,C,DPTR, registry speciálních funkcí -SFR

bajtové adresy:

adresy vnitřní datové paměti (0-127) a SFR registry (128 -255)

bitové adresy:

bitově adresovatelná paměť RAM a vybrané SFR

přímá data :

#

operand je přímo zadán, je součástí instrukce

nepřímé adresování:

@R0, @R1, @DPTR, @A+PC

data (skok) se adresují přes ukazatel

relativní adresa:

8 bitů se znaménkem (+127 až -128)

43

Instrukční soubor 8051 - Aritmetické instrukce sčítání: ADD prosté sečtení ADDC sčítání s přenosem z nižšího řádu INC přičtení jedničky (inkrementace)

odčítání: SUBB odečítání s výpůjčkou DEC odečtení jedničky (dekrementace)

násobení: MUL

násobení obsahu střadače obsahem registru B

DIV

dělení obsahu střadače registrem B

dělení: dekadická korekce: DA

dekadická korekce po sčítání dvou BCD čísel 44

Logické instrukce a instrukce pracující s bity logické operace: AND ORL XOR

logický součin logický součet nonekvivalence

bitové operace: SETB CLR CPL RL RLC RR RRC

nastavení bitu do log. 1 vynulování bitu bitový doplněk rotace bitů vlevo rotace bitů vlevo přes C rotace bitů vpravo rotace bitů vpravo přes C

45

Instrukční soubor 8051- Předání řízení nepodmíněné skoky: AJMP LJMP JMP

skok uvnitř 2kB stránky dlouhý skok ( v rámci 64 kB) obecná inst. skoku (překladač - AJMP nebo LJMP)

podmíněné skoky: JB, JNB skok, je/není-li zadaný bit nastaven JBC skok a vynulování bitu, je-li zadaný bit nastaven JC, JNC skok je/není-li nastaven bit přenosu C JZ, JNZ skok je/není-li obsah střadače nulový DJNZ sniž obsah registru o 1;dále JNZ

volání podprogramu: ACALL LCALL CALL RET

volání podprogramu uvnitř 2 kB stránky dlouhé volání podprogramu obecná inst. volání podprogramu (překladač ...) návrat z podprogramu

návrat z přerušení: RETI

návrat z přerušení

46

Demonstrační program, blik, hlavní smyčka ; Program pro blikani LED diody na vyvojove desce MIP s 8051. ; Program slouzi pro blikani LED pripojene na nastaveny pin portu P1. ; Strida blikani je 1:1. LED je zapojena proti napajeno. ; perioda blikani nastavena cekaci funkci Cekej, kde pocet ; cekacich cyklu udava konstanta POCET LED equ P1.5 POCET equ 35000 PROG_PAM equ 0A000h dseg at 30h WaitLo: ds 1 WaitHi: ds 1 cseg at PROG_PAM jmp Init

; LED - buzena proti napajeni ; pocet cyklu cekaci smycky ; adresa ulozeni programu

; Pomocne promenne pro cekaci smycku ;

; reset vektor - skok na vlastni zacatek programu

cseg at PROG_PAM+100h ; rezervujeme prostor prvnich 256 bajtu na prerus. Init: mov SP,#70h Start: clr LED call Cekej setb LED call Cekej jmp Start

pro stack vyuzij hornich 15 byte pameti ; rozsvit LED ; zhasni LED ; opakuj v nekonecne smycce 47

Demonstrační program, blik, podprog. čekání

;**************************************************************************************************** ;* Procedura cekani - konstantni doba dana konstantou POCET ;* zadne vstupni a vystupni parametry ;**************************************************************************************************** Cekej: mov mov

WaitHi,#HIGH(POCET)+1; inicializace prodlevy WaitLo,#LOW(POCET)+1

Znovu: nop djnz WaitLo,Znovu djnz WaitHi,Znovu ret end

48

Jak postupovat při vývoji programu Nainstalovat IDE Ověřit funkčnost na testovacím programu Seznámit se s architekturou 8051 – lit. program blikání LED, čtení tlačítka, modifikace blikání podle tlačítka možno plně ověřit pomocí simulátoru simulace výstupu – indikace stavu P1.x (P1.7 až P1.4) simulace vstupu – zaškrtnutím stavu vstupu na P1.x (P1.3 až P1.0) AT89C2051 – příprav a programu, překlad, „napálení“ do vnitřní paměti Flash. program – blikání LED podle vstupu – tlačítko.

49

Dva způsoby tvorby programu A) Základní program bez využití symbolů a symbolických adres

B) Program s využitím symbolů a symbolických adres

MOV

Titlulek: MOV DPTR,# Txt_U ; Vypis uvodniho titulku

DPTR, 01C4h ; Vypis uvodniho titulku

ACALL 0294h ; volani programu pro vypis textu MOV 3Fh ,# 00h ; vynulovani pocitadla bliknuti SETB 90h.5 ; zhasni LED - zapojene proti Ucc ACALL 018Eh ; cekej CLR 90h.5 ; rozsvit LED

CALL

Sendrss

; volani programu pro vypis textu Start: MOV Pruch, #00 ;vynulovani pocitadla bliknuti Aznovu: SETB LED ; zhasni LED - zapojene proti Ucc CALL Cekej ; cekej ; rozsvit LED CLR LED 50

Srovnání variant tvorby programu A) Základní program bez využití symbolů a symbolických adres Programátor musí přehled o umístění jednotlivých proměnných, adresách , kam se skáče,... změna jednoho parametru nutnost přepisování ve více místech programu Komplikovaná modifikace programu

B) Program s využitím symbolů a symbolických adres Snaha minimalizovat přímé číselné konstatnty v těle programu, ale nahradit je symbolickými konstatntami. Symbolická jména proměnných i pevných konstatnt umístěných v paměti. Snadná modifikovatelnost OPAK EQU 55H .... MOV RO, # OPAK DJNZ R0, ZAC

MOV R0, # 55H DJNZ R0, ZAC 51

Symbol, symbolické adresy • • •

• •

Místo číselných adres a číselných konstant symbolické adresy a symbolické konstanty. Překladač dosadí příslušnou hodnotu symbolu podle zadání nebo počitadla adres při překladu. Symbol je jméno, které se definuje, aby reprezentovalo hodnotu, textový blok, adresu nebo jméno registru. Symboly mohou reprezentovat číselnou konstantu a výraz Symboly začínají písmenem nebo spec znaky _, ? (nesmí začínat číslicí)

• • •

vyhodnocení symbolu 16 bitově možno rozsah 0 až 65535 (bez znaménka) nebo -32768 až +32767 dvojkový doplněk

•

52

Mikrořadiče pro přístrojovou techniku

Recommend Documents