No title

David Matoušek

PRÁCE S MIKROKONTROLÉRY

ATMEL AT89C2051 1. díl

Praha 2002

Komerèní využití stavebních návodù je povoleno jen s písemným souhlasem autora a nakladatelství. Soubory na CD ROM nejsou volnì šiøitelné.

David Matoušek

PRÁCE S MIKROKONTROLÉRY ATMEL AT89C2051 1. díl Recenze: Jiøí Kopelent Bez pøedchozího písemného svolení nakladatelství nesmí být kterákoli èást kopírována nebo rozmnožována jakoukoli formou (tisk, fotokopie, mikrofilm nebo jiný postup), zadána do informaèního systému nebo pøenášena v jiné formì èi jinými prostøedky. Autor a nakladatelství nepøejímají záruku za správnost tištìných materiálù. Pøedkládaná zapojení a informace jsou zveøejnìny bez ohledu na pøípadné patenty tøetích osob. Nároky na odškodnìní na základì zmìn, chyb nebo vynechání jsou zásadnì vylouèeny. Veškerá práva vyhrazena. © Ing. David Matoušek, 2002 © Nakladatelství BEN – technická literatura, Vìšínova 5, Praha 10 David Matoušek: Práce s mikrokontroléry Atmel AT89C2051 1. díl BEN – technická literatura, Praha 2002 2. vydání ISBN 80-7300-094-6

OBSAH CO NAJDETE NA DOPROVODNÉM CD ............................................ 6 1 1.1 1.2

ÚVOD .................................................................................. 7 Základní pojmy – terminologie ............................................................ 8 Standardní registry a jejich význam ................................................................................... 11

2 2.1 2.2 2.3

ZÁKLADNÍ CHARAKTERISTIKY MIKROØADIÈÙ AT89C2051 ............................................. 13 Význam jednotlivých vývodù mikroøadièe AT89C2051 .................. 15 Základní odlišnosti oproti procesoru 8051 ..................................... 16 Programování pamìti Flash .............................................................. 17

3 3.1

PROGRAMÁTOR A VÝVOJOVÝ KIT PRO AT89C2051 ...... 21 Programátor ........................................................................................ 22

3.1.1 3.1.2

Výkres desky plošných spojù .................................................................... 25 Ovládání programátoru ............................................................................. 28

4 4.1 4.2 4.3

PROGRAMÁTORSKÝ MODEL AT89C2051 ........................ 35 Rozdìlení pamìového prostoru ...................................................... 36 Základní registry ................................................................................. 39 Banky registrù R0 až R7 .................................................................... 40

5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12

INSTRUKÈNÍ SOUBOR ..................................................... 41 Operandy instrukcí ............................................................................. 42 Typy skokù .......................................................................................... 43 Zavedené symboly ............................................................................. 44 Pøesuny dat ......................................................................................... 46 Bitové operace .................................................................................... 46 Skoky a vìtvení programu ................................................................. 47 Instrukce pro podporu podprogramù .............................................. 48 Logické operace ................................................................................. 49 Aritmetické operace ........................................................................... 51 Prázdná instrukce – èasování ........................................................... 56 Instrukce versus porty ....................................................................... 56 Vedlejší efekty instrukcí ..................................................................... 57

6 6.1

ASSEMBLER ASM51 A SIMULÁTOR SIM51ENG .............. 59 Základní pojmy pøi práci s ASM51 .................................................... 60

6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4

Symboly .................................................................................................... 60 Návìští ...................................................................................................... 61 Bitové adresování ..................................................................................... 61 ASCII literály ............................................................................................. 61

3.2

A

Vývojový kit ......................................................................................... 30

D. MATOUŠEK: Práce s mikrokontroléry Atmel AT89C2051

3

6.1.5 6.1.6 6.1.7

Komentáø ................................................................................................... 61 Lokaèní èítaè $ .......................................................................................... 61 Èísla a operátory ....................................................................................... 62

7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6

ZÁKLADY POUŽÍVÁNÍ PARALELNÍHO PORTU P1/P3 ...... 71 Vnitøní zapojení portù ........................................................................ 72 Buzení osmi LED ................................................................................ 73 Buzení 7segmentového displeje ....................................................... 76 Ètení stavu spínaèù ........................................................................... 80 Maticová klávesnice ........................................................................... 84 8bitový D/A pøevodník ........................................................................ 88

8 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5

MÉNÌ TRADIÈNÍ POUŽITÍ PORTÙ P1/P3 ......................... 93 Zmnožení vstupù a výstupù 2051 ..................................................... 94 Displej se sériovou sbìrnicí .............................................................. 98 Displej v multiplexním režimu ......................................................... 104 Univerzální pøípravek ....................................................................... 112 Použití zabudovaného komparátoru .............................................. 114

8.5.1 8.5.2 8.5.3

Mìøení kapacity nebo odporu .................................................................. 114 Mìøení teploty ......................................................................................... 120 Mìøení napìtí – A/D pøevodník „za pár šupù“ ......................................... 120

9 9.1 9.2

PØERUŠOVACÍ SYSTÉM A JEHO POUŽITÍ .................... 127 Pøerušení (interrupt) ......................................................................... 128 Generátor signálu s výbìrem tvaru prùbìhu pøes pøerušení ...... 132

10 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7

ÈÍTAÈ/ÈASOVAÈ A JEHO POUŽITÍ ................................ 137 Popis èítaèù/èasovaèù ..................................................................... 138 Režie spojená s èasovaèem ............................................................ 140 Nejjednodušší aplikace – zvukové efekty ...................................... 141 PWM regulace jasu pomocí èasovaèe ........................................... 146 Mìøení odporu a kapacity mezipøevodem na kmitoèet ................ 153 Mìøení napìtí mezipøevodem na kmitoèet ..................................... 161 D/A pøevodník vytvoøený èasovaèem ............................................. 161

11 11.1 11.2 11.3

SÉRIOVÝ KANÁL A JEHO POUŽITÍ ................................ 165 Režimy sériového kanálu (portu) .................................................... 166 Pøípravek ATRS232 ........................................................................... 168 Sériový port a PC ............................................................................. 170

6.2 6.3 6.4 6.5 6.6

4

Direktivy (pseudoinstrukce) ASM51 ................................................. 64 Ovládání ASM51 ................................................................................. 69 Utilitka HEX2BIN ................................................................................. 69 Ovládání Sim51ENG ........................................................................... 69 Vše je freeware! .................................................................................. 69

D. MATOUŠEK: Práce s mikrokontroléry Atmel AT89C2051

A

11.4

Ovládání sériového portu v operaèních systémech MS-DOS a Windows ......................................................................... 171

11.4.1 11.4.2

Borland C++ a MS-DOS .......................................................................... 171 C++ Builder a Windows ........................................................................... 171

11.5.1

Realizace ovládacího programu pro Windows ........................................ 175

11.6.1

Realizace ovládacího programu pro Windows ........................................ 181

12 12.1

PERSPEKTIVNÍ PERIFERNÍ OBVODY ............................ 187 Obvody se sbìrnicí Microwire ........................................................ 188

12.1.1 12.1.2 12.1.3

TLC549 (8bitový A/D pøevodník se sériovým výstupem) ......................... 189 M5451B7 (35segmentový budiè LED displeje) ........................................ 193 93C66 (sériová E2PROM s kapacitou 4 Kb) ............................................ 203

12.2.1 12.2.2

PCF8591 (8bitový A/D a D/A pøevodník) ................................................. 209 Pøípravek ATPCF8591 ............................................................................ 214

12.3.1

LM331 ..................................................................................................... 219

13 13.1

DALŠÍ RYSY AT89C2051 ................................................ 221 Úsporný režim .................................................................................. 222

13.1.1

Problém s režimem Power-Down ............................................................ 223

13.2.1 13.2.2

TL77xxA (Power-On Reset) .................................................................... 224 MAX690A (Watchdog, Power-On Reset, Power-Fail a zálohovací zdroj) ................................................................ 226 Praktické použití hlídacího obvodu – záloha registru v pamìti E2PROM .......................................................... 227

11.5 11.6

12.2 12.3

13.2

13.2.3

Pøíjem jednoho bajtu ........................................................................ 173

Programovatelný generátor signálu ............................................... 178

Obvody se sbìrnicí I2C .................................................................... 206

Pøevodníky napìtí – kmitoèet .......................................................... 219

Hlídací obvody Watchdog, Power-On Reset a Power-Fail ........... 223

14 14.1 14.2 14.3

ATPROG 2.1 PROGRAMÁTOR AT89C2051 ..................... 237 Výhody a nevýhody ATPROG 2.1 ................................................... 238 Popis konstrukce ATPROG verze 2.1 ............................................. 240 Testovací program ATP2DEBUG.EXE ............................................ 244

14.3.1

Jak programátor s pomocí programu ATP2DEBUG oživíme? ................. 245

14.4.1

Základy používání programu ATPROG2.EXE ......................................... 246

14.5.1 14.5.2

Autorská práva ........................................................................................ 248 Programovací algoritmus ........................................................................ 248

14.4

14.5 14.6

Ovládací program pro ATPROG 2.1 ................................................ 245 Závìreèné poznámky ....................................................................... 248

Objednejte si programátor pøímo od autora! ................................. 248

PØEHLED PØÍPRAVKÙ ATMEL ................................................... 249 PLOŠNÉ SPOJE ........................................................................... 249 LITERATURA ............................................................................... 251

A

D. MATOUŠEK: Práce s mikrokontroléry Atmel AT89C2051

5

CO NAJDETE NA DOPROVODNÉM CD-ROM Doprovodné CD-ROM obsahuje všechny informace potøebné pro snadnou práci s knihou. Tyto informace lze rozdìlit do logických celkù, které se nacházejí v oddìlených adresáøích: n

adresáø ATPROG obsahuje program ATPROG.EXE, který se používá k ovládání programátoru popsaného v kapitole 3,

n

adresáø ATPROG21 obsahuje program ATPROG2.EXE, který se používá k ovládání programátoru popsaného v kapitole 14,

n

adresáø BEN obsahuje off-line verzi www stránek nakladatelství BEN – technická literatura (aktualizováno ke konci záøí 2002), jejichž souèástí je poèítaèová verze tištìného katalogu – Edièního plánu „podzim 2002“,

n

adresáø DOKUMENT obsahuje dokumentaci vybraných integrovaných obvodù, které jsou v knize používány, ve formátu PDF. Najdete zde též samorozbalitelný archiv programu Acrobat Reader verze 5.0, který slouží k prohlížení PDF souborù,

n

adresáø FOTO obsahuje, jak sám název napovídá, fotografie hotových pøípravkù. Každý byl nafocen z nìkolika pohledù, aby byla lépe dokumentována jejich možná stavba,

n

adresáø KATALOG obsahuje elektronický ceník firmy GM Electronic stažený z Internetu (z konce záøí 2002) a poèítaèovou podobu tištìného katalogu v PDF. Aktualizovanou verzi lze získat na URL: http://www.gme.cz. Orientaèní ceny všech souèástek byly brány z tohoto katalogu. Navíc byly na CD umístìny informace o programátorech XELTEK,

n

adresáø NASTROJE obsahuje programy ASM51, HEX2BIN a SIM51ENG používané pro pøeklad a ladìní programù pro mikroøadiè AT89C2051,

n

adresáø OBECNICE je off-line podoba www stránek pøedního èeského prodejce obvodù (Zásilková služba ELEKTRONIC OBECNICE), programovacích kitù a programátorù Atmel,

n

adresáø PROGRAMY obsahuje zdrojové i pøeložené formy všech programù realizovaných v knize,

n

adresáø SPOJE obsahuje klišé plošných spojù všech pøípravkù popsaných v knize ve formátu TIF a navíc ve zdrojovém formátu BRD programu EAGLE je verze 2.6, aby si ètenáøi pøípadnì mohli plošné spoje upravit podle vlastních pøedstav. Nìkteré spoje jsme ještì v redakci dodateènì upravovali (vedení nìkterých spojù, zvìtšování úchytných plošek pro souèástky, …), takže finální verze je uložena pouze ve formátu TIF (je shodná s klišé otištìnými v knize).

6

D. MATOUŠEK: Práce s mikrokontroléry Atmel AT89C2051

A