Mikroprocesory v přístrojové technice

Mikroprocesory v přístrojové technice

Přednášky A3B38MMP

1 A3B38MMP, J.Fischer, 2013 ČVUT - FEL, Praha, kat. měření

Mikroprocesory v přístrojové technice

A3B38MMP, katedra měření, ČVUT – FEL“ Vyučující: přednášky - doc. Ing. Jan Fischer, CSc., konzultace - úterý 17.45 hod – v 205, příp. při cvičení st. 18.00 v lab. 318 (další po do dohodě)

cvičení v lab. 318 blok A3. Ing. Miloš Okrouhlý, (míst. 316/5) cvičení st. 18.00, čt. 18,00 Ing. Tomáš Levora, (míst. 316/5) cvičení čt. 14.30, 16.15


Kontakty

Ing. Jan Fischer, CSc. , kat. měření, míst. 441/1 [email protected] , tel 22435 2179

výuková lab. 318 blok A3 tel. 22435 2130 pro komunikaci používat pouze studentskou adresu FEL uziv_jmé[email protected] (ostatní je spam)


Oblast zájmu předmětu Mikroprocesory v přístrojové technice Použití mikroprocesoru v přístroji Mikroprocesory a jednočipové mikropočítače HW komponenty


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


uP ve spotřební a domácí elektronice Největší spotřeba mikroprocesorů, resp. mikrokontrolérů spolu 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


uP ve spotřební a domácí elektronice Největší spotřeba mikroprocesorů, resp. mikrokontrolérů spolu 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 7 A3B38MMP, J.Fischer, 2013 ČVUT - FEL, Praha, kat. měření

uP řízený přístroj v měřicí technice Měřicí technika Přístroje: Multimetr, osciloskop, logický analyzátor, měřič impedance, generátor, reflektometr na měření metalických a optických tras


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),


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


uP řízený přístroj - domovní automatizace Domovní automatizace regulace. regulátor teploty, řízení klimatizace Regulátor topení - snímání teploty v místnostech, venkovní teploty, rychlosti větru, ovládání kotle ,...


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 )


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 13 A3B38MMP, J.Fischer, 2013 ČVUT - FEL, Praha, kat. měření

uP řízený přístroj - prodej, služby Prodejní automaty - na potraviny,…(snímač mincí, zobrazení, akční členy..) Stojan benzinové pumpy ( snímač - průtokoměr, komunikace, zobrazení, čtečka karet).


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.


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 Hrací automaty: ( sem patří !!! bohužel i tzv. výherní -hrací automaty vstup, snímání množství mincí v zásobníku, generace pseudonáhodných čísel, ovládání akčních členů, programovatelný stupeň výhry automatu). ( nad mikroprocesorem se zde nezvítězí !!!) 16 A3B38MMP, J.Fischer, 2013 ČVUT - FEL, Praha, kat. měření

uP - automobilní elektronika „automotive“ Automobilní elektronika - palubní přístroje: (řízení motoru- vstřikování,.. řízení brzd ABS, AES, palubní počítač, tempomat,..)


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


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 19 A3B38MMP, J.Fischer, 2013 ČVUT - FEL, Praha, kat. měření

Blokové schéma přístroje řízeného uP

analogové logické vstupy

tlačítka klávesnice

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

mikropočítač mikrořadič ( microcontroller)

ext. paměti Flash, pam. karty

analogové logické výstupy

LED

zobrazení LED 7- segment LCD- segment graf.

LCD

rozhraní RS232, USB, Ethernet


Náplň předmětu - přednášky Použití jednočip. mikropočítače 8051, architektura, programování Logické obvody ( řady CMOS, druhy, napěťové úrovně, použití) Paměti ( SRAM, EPROM, FLASH, FIFO, Dual port..) Systémové sběrnice mikropočítačů, připojování obvodů na sběrnice


Náplň předmětu - přednášky Použití jednočip. mikropočítače 8051, architektura, programování Logické obvody ( řady CMOS, druhy, napěťové úrovně, použití) Paměti ( SRAM, EPROM, FLASH, FIFO, Dual port..) 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


Náplň předmětu - přednášky Použití jednočip. mikropočítače 8051, architektura, programování Logické obvody ( řady CMOS, druhy, napěťové úrovně, použití) Paměti ( SRAM, EPROM, FLASH, FIFO, Dual port..) 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) ( ARM – Cortex- M3 - viz. předměty A4B38NVS a A3M38AVS) Signálové procesory ADSP -BF53x Blackfin 23

A3B38MMP, J.Fischer, 2013 ČVUT - FEL, Praha, kat. měření

Náplň předmětu – cvičení Použití jednočip. mikropočítače 8051 ( AT89S8252), programování Návrh jednoduchého přístroje skupina A ( vstup - odpor -“ Ohmetr“) skupiny B ( vstup - napětí -“Voltmetr“) (?? příp. skup. C velmi pokročilí – jako sk. B, ale s STM32 – STM32VL discovery kit)

Úvod, blikání „ Napálení“ programu do AT89C2051, realizace na kontaktním. poli. Snímání odporu (napětí), výstup na terminál návrh a realizace zobrazovací jednotky se 7 segment LED informace výuka, balalářská etapa, stránka předmětů Nové stránky, více informacích - staré stránky, je odkaz materiály k 8051,... 24 A3B38MMP, J.Fischer, 2013 ČVUT - FEL, Praha, kat. měření

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


Vývojové nástroje Modul s ADuC843 (Analog Devices) klon 8051 www.analog.com IDE Microvision 3 firmy KEIL www.keil.com podpora debug přímo na čipu

ADuC843 + ADM232 RS -232

USB/ RS 232 převodník




Vývojové nástroje Vlastní realizace modulu na nepájivém kontaktním poli Atmel AT89C51RB2 (AT89C51RD2 ) + ADM232 napojení na RS-232 Pouze „ download“ a spuštění programu tvorba hex. kódu - IDE Microvision 3 firmy KEIL www.keil.com AT89C51RB2 +ADM 232 RS -232

USB/ RS 232 převodník




Očekávaný přínos předmětu - pro bakal. práci

Pochopení základních principů funkce a návrhu uP řízeného přístroje (bez ohledu na typ použitého uP) Schopnost navrhnout HW i SW jednoduchého uP řízeného přístroje využívajícího klonů uP 8051 Komunikace uP s PC použitím rozhraní RS232 Snímání vstupů, ovládání výstupů Konfigurace chování přístroje Autonomní funkce přístroje


Podmínky zápočtu, zkouška X38MIP • Aktivní účast na cvičeních, odevzdání úloh podle plánu, samostatná práce (ne plagiátorství !!!) • Průběžná domácí příprava na cvičení- viz WW stránky !!! • Zápočet v zápočtovém týdnu, ve zkouškovém období není možný přístup do laboratoře, náhradní termín – max. konec. 2. týdne. zk. • Test v 9. týdnu na přednášce • Úlohy až 39 bodů, test. v sem. 21 bodů, testy u zkoušky 20b + 20b. • Doporučení: domácí použití IDE Keil, Microvision, příprava programů ihned od 1. týdne, v simulátoru je možno odladit téměř celý program. V lab. - odladění na HW a konzultace, • Předčasné odevzdání úloh, možno přijít až pro zápočet (čas na bakalářskou práci) • Další informace na www stránkách measure.feld.cvut.cz/vyuka .. bak. stud, návody 29 A3B38MMP, J.Fischer, 2013 ČVUT - FEL, Praha, kat. měření

Procesory s jádrem 8051 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, ........ Proč používáme 8051 v základním kursu: jednoduchá architektura, pochopení „ za 2-3 dny“ ( ARM – Cortex M3 seznámení se za -2-3 měsíce) Mnoho informací a knih, vzorů programů, www.8052.com,..... nejrozšířenější architektura mikrořadiče (ne však nezdařilejší) Pozn. – např. pozdější následníci- Intel 8096, 80C196 ( 16 –bitové, výkonnější, podstatně lepší instr. sada,…) zcela zapadly.


Procesory s jádrem 8051 Jádro 8051 obsaženo i pouze jako doplněk řadiče High speed USB 2.0 řadič + 8051: Cypress Cy7C68013A, www.cypress.com Texas Instruments TUSB6250 www.TI.com Jádro 8051 – často jako doplněk hlavního obvodu (podobně jako vTUS6250) Nově – posun – použití jádra ARM


Blokové schéma AT89C52 ext. int.

Blokové schéma AT89 C52 counter inputs

interrupt control

256 B RAM

8 KB Flash

Timer 0, 1, 2

CPU

osc

bus control

serial port UART

I/O port

P0

P2 P1

P3

TxD RxD

Address / Data 32 A3B38MMP, J.Fischer, 2013 ČVUT - FEL, Praha, kat. měření

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 33 A3B38MMP, J.Fischer, 2013 ČVUT - FEL, Praha, kat. měření

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 34


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


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


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

37

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

externí paměť dat

REG. SP. FUNKCÍ RAM

00

0000


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


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 08 00

bitově adresovatelná paměť

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

reg. banka 0


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 08 00


reg. banka 3

paměť RAM 128 Byte v prostoru DATA

reg. banka 2 reg. banka 1 R7 R0

reg. banka 0


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 08 00



reg. banka 0

registry R0 až R7


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 08 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


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 08 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


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 08 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


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 08 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


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 08 00

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

přímo adr. MOV 80h, #0Fh

reg. banka 1 R7 R0

reg. banka 0

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 47


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 08 00


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


reg. banka 0


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)


LSB

MSB P0

80h

LSB

MSB

TCON

88h 87h

P1

90h 8Fh

98h 97h

LSB

MSB

LSB

MSB

SCON

A0h 9Fh

A7h

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


LSB

MSB P0

80h

LSB

MSB

TCON

88h 87h

P1

90h 8Fh

98h 97h

LSB

MSB

LSB

MSB

SCON

A0h 9Fh

A7h

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)


LSB

MSB P0

80h

LSB

MSB

TCON

88h 87h

P1

90h 8Fh

98h 97h

LSB

MSB

LSB

MSB

SCON

A0h 9Fh

A7h

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


LSB

MSB P0

80h

LSB

MSB

TCON

88h 87h

P1

90h 8Fh

98h 97h

LSB

MSB

LSB

MSB

SCON

A0h 9Fh

A7h

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 A3B38MMP, J.Fischer, 2013 ČVUT - FEL, Praha, kat. měření

53

Registry speciálních funkcí - SFR

střadač ACC .............. registr B .............

8 bitový registr; funkce střadače 8 bitový reg., pomoc. reg. pro násobení/ dělení



střadač ACC .............. registr B ............. registry R0..R7 ......... ukazatel zásobníku - SP

8 bitový registr; funkce střadače 8 bitový reg., pomoc. reg. pro násobení/ dělení 8 bitové registry; 4 banky, přepínané v PSW 8 bitový reg.



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

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



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

8 bitový reg.; vyrovnávací registr pro vysíl. /příjem



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


Přehled rezervovaných symbolů A

- střadač



- střadač

R0 - R7

- osm obecných registrů v právě aktivní bance



- střadač

R0 - R7


DPTR

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



- střadač

R0 - R7


DPTR


PC

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



- střadač

R0 - R7


DPTR


PC


C

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



- střadač

R0 - R7


DPTR


PC


C

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

AB

- registrový pár; používá se při násobení a dělení


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)





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

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


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)




bajtové adresy:


bitové adresy:

bitově adresovatelná paměť RAM a vybrané SFR




bajtové adresy:


bitové adresy:


přímá data :

#

operand je přímo zadán, je součástí instrukce




bajtové adresy:


bitové adresy:


přímá data :

#


nepřímé adresování:

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

data (skok) se adresují přes ukazatel




bajtové adresy:


bitové adresy:


přímá data :

#


nepřímé adresování:

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

data (skok) se adresují přes ukazatel

relativní adresa:

8 bitů se znaménkem (+127 až -128)


Instrukční soubor 8051 - Přesuny dat

obecné přesuny dat: MOV

obecná instrukce pro přesun (18 variant)





speciální přesuny dat: MOVC přesun z programové paměti (CODE) MOVX přesun z/do externí datové paměti (XDATA)





speciální přesuny dat: MOVC přesun z programové paměti (CODE) MOVX přesun z/do externí datové paměti (XDATA)

práce se zásobníkem: POP vyzvednutí dat ze zásobníku PUSH uložení dat do zásobníku


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




násobení: MUL


DIV

dělení obsahu střadače registrem B

dělení:




násobení: MUL


DIV

dělení obsahu střadače registrem B

dělení: dekadická korekce: DA

dekadická korekce po sčítání dvou BCD čísel 82


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

logický součin logický součet nonekvivalence


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


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 87





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


88

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 89


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


Jak postupovat Nainstalovat IDE Ověřit funkčnost na testovacím programu Seznámit se s architekturou 8051 – lit. www.measure.feld.cvut.cz stránky předmětu X38MIP 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.


Kit 51- omezení

Paměť EPROM - program Monitor Mon51 od adr. 0000 do 1FFFFh Paměť SRAM od 0A000h – 0BFFFh, adr. BF00h až BFFFFh – rezervováno pro monitor Sloučení paměťových prostorů XDATA a CODE – obvodová úprava Vývojová deska na cvičeních – Kit- 51 – (díky ochranným obvodůmpřipojené budiče 74HC245) polovina brány P1 (P1.3 až P1.0) jako vstup, polovina brány P1 (P1.7 až P1.4) jako výstup


Literatura K procesorům řady 8051 existuje velké množství literatury Dobrá česká kniha je: Skalický, P.: Mikroprocesory řady 8051, vydavatelství BEN Materiály s popisem procesoru jsou na www stránkách tohoto předmětu, případně na odkazech. http://measure.feld.cvut.cz/cs/vyuka/predmety/x38mip/dopmat Firemní zdroje: WWW.ATMEL.COM WWW.NXP.COM WWW.SILABS.COM


Literatura Další zdroje: www.8052.com , kde jako příklad úpravy programu může sloužit: http://www.8052.com/codelib/ http://www.8052.com/codelib/files/sbcmon13.asm http://en.wikipedia.org/wiki/Intel_MCS-51 http://www.mikroe.com/eng/products/view/267/architecture-and-programming-of-8051-mcu-s/

Vyhledávání na Internetu podle hesel: 8051 microcontroller - nebo- 8052 microcontroller + další klíčová slova např. „tutorial“,


Mikroprocesory v přístrojové technice

Recommend Documents