Microcontrollers Theorie

Transcriptie

1 Microcontrollers Theorie 8051 based microcontroller ADuC832 from Analog Devices 07/2016 Roggemans M. (MGM)

2 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)

3 Situering van het vak Embedded systemen Hardware georiënteerd Basis automatisering Basis voor PLC Specifieke uitwerking onderdeel computersystemen Manier van denken

4 Afspraken Labo/Les Microcontrollers Aanwezigheid niet verplicht Passieve aanwezigheid verboden Actieve participatie verplicht Misbruik infrastructuur verboden: niet eten of drinken in labo/les respect voor apparatuur Stiptheid verplicht!!

5 Cursusmateriaal Beschikbaar via: ftp://telescript.thomasmore.be/pub/cdmicrocontrollers/8051/aduc800v3/ Alle materiaal met betrekking op labo en theorie (software, documentatie, oef) ADuC_condensed (onmisbaar in labo en lessen) Nederlandstalige cursus (optioneel): Thuis lezen als herhaling les Stick (minimaal 100MB) : bevat info van telescript (onmisbaar in labo) bevat eigen programma s (onmisbaar in labo) ADuC microcontroller kit kabel (thuis) (onmisbaar in labo) met

6 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 (laptop, GSM, tablet, lichtsignalen, geluidsgolven, )

7 Examenverloop en quotering Opgave beschikbaar op papier (moet je afgeven) Je moet op de PC s van het labo werken Examen duurt 1u en 30 minuten Puntenverdeling: Flowchart (5/20) (DIGITALE BEOORDELING) Werkt het programma 100% (5/20) Programma (10/20) (ANALOGE BEOORDELING) (DIGITALE BEOORDELING)

8 Waarom programmeerbare bouwstenen gebruiken? Input: schakelaars spanningen seriëel sensoren... Microcontroller - PLC - Regelaar Procescomputer Controller - +, -, x, / logische bewerkingen voorwaardelijke beslissingen Output: spanningen LED's contactoren motoren seriëel... Universele 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

9 Blokdiagramma computersysteem X-tal Osc. POR ADRES DECODER ADRESBUS CPU ROM (FLASH) (EPROM) (EEPROM) DATABUS SRAM PAR. POORT TIMER SER. COUNTER POORT

10 X-tal Osc. POR ADRES DECODER ADRESBUS Basis 8051 CPU ROM (FLASH) (EPROM) (EEPROM) DATABUS SRAM PAR. POORT TIMER SER. COUNTER POORT

11

12

13 Memory map bit 8 bit Data bus Adres bus ROM CODE memory XRAM DATA memory GPR CPU FE FF PROGRAMMA SFR PIO SIO AD Timers FE FF FFFD FFFE FFFF FFFD FFFE FFFF Registers Controle bus PSEN# RD# WR# Read only Read/Write 16 bit adres Read/Write 8 bit adres I/O & control

14 bit 8 bit Data bus Adres bus ROM CODE memory XRAM DATA memory GPR CPU FE FF PROGRAMMA SFR PIO SIO AD Timers FE FF FFFD FFFE FFFF FFFD FFFE FFFF Registers Controle bus PSEN# RD# WR# Read only Read/Write 16 bit adres Read/Write 8 bit adres I/O & control

15 Memory map 8051 (ADuC832) General Purpose Registers

16 Memory map 8051 (ADuC) Onderste 128 GPR s

17 Memory map 8051 (XC888) SFR s oude 8051

18 Memorymap 8051 (ADuC832)

19 Memory map 8051 (ADuC832)

20 Memory map ADuC832 MOVC Optioneel RAM (niet gebruikt) 256 bytes registers

21 De MOV instructies Mnemonic OP-CODE Uitvoeringssnelheid Symbolische werking

22 Alle MOV instructies (tussen registers met 8 bit getallen)

23 LES 2 Doelstellingen: Overlopen schema s ADuC bord ADuC poorten looplicht via tabel: DB MOVX, MOVC en DPTR DJNZ CJNE

24 ADuC832 V3 schema s

25 ADuC832 V3 schema s

26 ADuC832 poorten

27 Tabel aanmaken/uitlezen Waar? Hoe? VB: Jef: In FLASH geheugen (ROM) Na DB (Define Byte) in programma ljmp lus ;programma sluiten met lus db db b ;eerste waarde in tabel b ;tweede waarde in tabel db b ;laatste waarde in tabel #include c:\aducgd1.inc

28 Tabel aanmaken/uitlezen Hoe aangeven in programma waar tabel in geheugen zit? Jef: = adres eerste byte in tabel in geheugen = label in programma Hoe Flash lezen? movc a,@a+dptr ;lees uit code geheugen naar de accu dptr=dptr= pointer die 16 bit adres moet bevatten jef: =16 bit adres in geheugen = label in programma a? Voor de instructie ongekende waarde eerst op 0 zetten mov dptr,#jef ;16 bit adres tabel in dptr laden mov a,#00h ;eerst accu=0 mov a,@a+dptr ;mov a,@0+dptr = steek in accu wat er op adres in dptr staat Na de instructie bevat a de waarde uit de tabel (in vb = b)

29 MOVC & MOVX

30 DPTR instructies

31 DJNZ of lussen tellen

32 CJNE of getallen testen

33 Les 3 Doelstellingen: gebruik van de drivers voor: LCD Arithmetic talstelsels basis wiskundige berekeningen bit, CY vlag) (+,-,x,/, 8 en 16

34 aducgd1.inc LCD interace tftinit tftoutchar tftoutbyte tftoutnib tftoutmsga tftsetbgcolor tftsetfrcolor tftxpos tftypos 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 tot 000h code set background color (red= 0-31, green= 0-61, blue= 0-31) set front color (red= 0-31, green= 0-61, blue= 0-31) register voor x adres bij schrijven register voor y adres bij schrijven tftxpos 0-->19 tftypos

35 aducgd1.inc ; 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

36 aducgd1.inc ; Diverse ; delaya0k05s accu)*0,05s ; getadc ; ; ; ; ; ; getadc tijdsvertraging (waarde in lees spanning op analoge input meet de spanning op de analoge input waarvan het nummer in de accu (a) staat. input: accu= te meten kanaalnummer (00h-0Fh) output: accu= 8 bit meetresultaat gebruikt: accu

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

38 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,...

39 Talstelsels

40 Optelling

41

42 Verschil berekenen

43 INC en DEC

44 Vermenigvuldigen en delen

45 Les 4 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)

46 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

47 LCALL Return address 1 subroutine aanroepen Subroutine LCALL Return address 2 RET

48 Les 5 Doelstellingen: principe AD omvorming mogelijkheden ADC ADuC832 Mogelijkheden DAC ADuC832 Timers 0, 1 RTC (TIC)

49 ADC

50 ADC SAR

51 ADC sample and hold

52 ADC 1LSB 1LSB= Vref/(aantal schaaldelen) 5v/256=0, v

53 Gebruik getadc getadc is een functie: lcall getadc ;roep functie op getadc verwacht input parameter mov a,#xx ;xx=06h voor LM335 (10mV/K) lcall getadc ;xx=07h voor potmeter (0-5v) ;roep functie op getadc geeft resultaat terug na lcall getadc bevat accu 8 bit meetresultaat: 00h=0v - ffh=4,980v ((5/256)x255)

54 ADuC832 ADC

55 ADuC832 DAC

56 ADuC832 DAC

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

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

59 RTC (TIC) TIC SFR s

60 TIMECON

61 Les 6 Doelstellingen: Uitleg interrupt op 8051 en generiek Belang van: PUSH-POP uitvoeringstijd flowchart Uitleggen hoe interrupt interval instelbaar Uitleg over stappenmotoren Uitleg over DC motoren

62 Interrupt 1 cyclus programma Tijd Test HW Geen test HW Test HW Geen test HW Test HW Geen test HW

63 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

64 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

65 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.

66 Interrupt structuur

67 Standaard 8051 interrupt hardware

68

69

70 Minimum programma met interrupt: LED s veranderen elke seconde van toestand Main: org ljmp 0000h main ;startadres programma ;spring naar main org push mov cpl mov pop reti 0053h acc a,p2 a p2,a acc ;adres TIC interrupt (hardware bepaald) ;gaan we gebruiken (even bewaren) ;LED s naar accu ;complementeren ;terug naar LED s schrijven ;accu herstellen ;einde interruptroutine mov sp,#80h ;stackpointer klaar zetten mov p2,# b ;startwaarde LED s naar LED s mov timecon,# b ;zie datasheet voor waarden ;24 uur systeem, seconden als basis, continu laten werken, time interval ;aan, time clock aan, geen keuze mogelijk (anders werkt systeem niet ;naar behoren) mov intval,#1 ;elke seconde interrupt opwekken setb ea ;alle interrupts toelaten mov ieip2,# b ;interrupten RTC inschakelen Lus: ljmp lus ;programma moet blijven hangen