Microcontrollers based microcontroller ADuC832 from Analog Devices. 12/2011 Roggemans M. (MGM)

Transcriptie

1 Microcontrollers 8051 based microcontroller ADuC832 from Analog Devices 12/2011 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 Microcontrollers Aanwezigheid ihidniet verplicht Passieve aanwezigheid verboden Actieve participatie verplicht Misbruik infrastructuur verboden: niet eten of drinken in labo respect voor apparatuur Stiptheid verplicht!!

5 Cursusmateriaal Nederlandstalige cursus: thuis lezen als herhaling/voorbereiding g les (min 5X) ADuC_condensed (onmisbaar in labo) Stick: bevat info van telescript (onmisbaar in labo) bevat eigen programma s (onmisbaar in labo) ADuC microcontroller kit met kabel (onmisbaar in labo) Slides (PPT) (beknopte versie cursus) (onmisbaar in labo)

6 Evaluatie GEEN permanente evaluatie: lessen zijn er om te oefenen en vragen te stellen Open boek examen (praktische opgave): vak kan je enkel klleren door te doen!!! vak vraagt zekere incubatietijd!!! blok en examenperiode onvoldoende tijd!!! Je mag op het examen alles gebruiken behalve Je mag op het examen alles gebruiken behalve communicatiemiddel of laptop

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

8 Netspanning Batterij Voedingsspanningsbewaking Systeemvoeding Concept embedded oplossing probleem Power saving modes I supply Systeemclock Debugsysteem (PC) MICROCONTROLLER JTAG interface Analoge signalen T sensor CPU 8/16/32 bit Analoge ingang Signaal bewerking Analoge I/O poort ADC DAC I2C SPI USB UART Bus interface Databus Externe businterface Analoge uitgang Signaal bewerking Seriële interface Adresbus Timer/Counter circuits Vref (DC) Digitale I/O poort Digitale I/O poort Schakelaar Digitale signalen Externe interrupt ingangen Galvanisch gescheiden digitale ingang Optocoupler

9 Concept embedded oplossing probleem Input: schakelaars spanningen seriëel sensoren... +, -, x, / logische bewerkingen voorwaardelijke beslissingen i 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 t(adaptief (adaptief(remmen voertuig)) ) kan gebaseerd zijn op ervaringsgegevens (FUZZY) isaanpasbaar nadat product verkocht is (firmwareupgrade) aanpasbaar aan voorkeuren gebruiker

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

11 Wat is een microcontroller?

12 Voordelen microcontroller (t.o.v. discrete computer) Slechts enkele kl componenten: eenvoudige PCB weinig kans op hardware fouten betrouwbaar low cost kleine afmetingen Nadeel microcontroller (t.o.v. discrete computer): minder flexibel l (je koopt een totaal pakket, maar er is wel veel keuze) minder rekenkracht/geheugen

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

14

15

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

17

18 Memory map 8051 (ADuC832) General Purpose Registers

19 Memory map 8051 (ADuC) Onderste 128 GPR s

20 Memory map 8051 (XC888) SFR s oude 8051

21 Memory Memory map 8051 (ADuC832)

22 Memory map 8051 (ADuC832)

23 Memory map ADuC bytes registers

24 De MOV instructies Mnemonic OP CODE Uitvoeringssnelheid Symbolische werking

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

26 Doelstellingen: lli LES 2 Testen en verdelen van de hardware Verkennenvan deide (Integrated design environment) en WSD software Overlopen schema ss ADuC bord maken programma s (via sjabloon): schakelaars naar LED s knipperlicht zonder tijdsvertraging (basis uitvoeringstijd instructies) knipperlicht vaste snelheid (met delaya0k05s) knipperlicht variabele snelheid (met delaya0k05s) looplicht variabele snelheid (rotate instucties) Knight rider (herhaald gebruik rotate instructies)

27 Hardware ADuC bord

28

29

30

31 ADuC832 poorten

32 Les 3 Doelstellingen: MOVX en MOVC looplicht via tabel (DJNZ, CJNE, DB, DPTR) gebruik van de drivers voor: LCD SIO Arithmetic

33 MOVC & MOVX

34 DPTR instructies

35 DJNZ of lussen tellen

36 CJNE of getallen testen

37 ; LCD interace ADuCEZ ; initlcd klaarzetten LCD voorgebruik ; lcdoutchar schrijven van ascii code (accu=input) ; lcdoutbyte schrijvenhex hex waarde accu naarlcd ; lcdoutnib afdrukken 4 laagste bits accu op LCD ; lcdoutmsga afdrukkenasciistring ascii tot 000h code De reële adressen +80h De reële adressen +80h Voor gebruik met driver: 00 wordt 80h, 01 wordt 81h,

38 ADuCEZ ; Seriële interface ; initsio klaar zetten seriële poort 9600 baud ; siooutchar afdrukken ascii code (accu=input) ; siooutbyte afdrkken getal in accu ; siooutnib afdrukken4 laagstebitsaccu accu ; siooutmsga afdrukken ascii tot 000h code ; sioinchar inlezen van 1 ascii code in de accu ; sioinbufa inlezen van ascii buffer vanaf adres strtbuf, max ;, 20h karakters!

39 ADuCEZ ; Arithmetic: ti ; mul16 vermenigvuldigen 2 16 bit getallen ; mul32 vermenigvuldigen 2 32 bit getallen ; div16 delen 2 16 bit getallen ; div32 delen 2 32 bit getallen ; add16 optellen 2 16 bit getallen ; add32 optellen 2 32 bit getallen ; sub16 verschil 2 16 bit getallen ; sub32 verschil 2 32 bit getallen ; hexbcd8 omvormen 8 bit hex naar bcd ; hexbcd16 omvormen16 bit hex naarbcd ; bcdhex8 omvormen 8 bit bcd naar hex ; bcdhex16 omvormen 16 bit bcd naar hex

40 ADuCEZ ; Diverse ; delaya0k05s tijdsvertraging (waarde in accu)*0,05s

41 Les 4 Doelstellingen talstelsels basis wiskundige berekeningen (+,,x,/, 8 en 16 bit, CY vlag) teller op LCD (een decimaal en een hex, stand dip switches bij op tellen, een decimaal en een hex stand dip switches er van aftrekken (4 tellers!!)) uurwerk in uu:mm:ss, met softwaredelay

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

43 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,...

44 Talstelsels

45 Optelling

46

47 Verschil berekenen

48 INC en DEC

49 Vermenigvuldigen en delen

50 Les 5 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) Programma looplicht 1 uit 4 via functieschakelaars: contactdender overnamecontact

51 Indirect adresseerbare registers GPR Direct adresseerbare registers SFR (I/O) ffh ffh 90h Basis 86h 85h Stack ruimte Eerste byte gebruikt als stack Wordt niet gebruikt als stack stack werking 80h 7fh 85h 81h=SP 80h 00h

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

53 STACK bij CALL Adres van de instructies 16-bits XXYY Externe controllergeheugen met instructies instructie n instructie n+1 instructie n+2 instructie i n+3 call subroutine instructie n+5 instructie n Stack-pointer register (wijst naar intern geheugen in de controller) SP+1 SP+1 2 opslaan LSB SP 8-bit SP na reset Interne controllergeheugen YY XX 07h 08h 09h 0Ah 0Bh en RET opslaan 4 MSB 5 PC = subroutine 9 Jump to XXYY Program counter 16-bit PChigh PClow subroutine 6 Jump to subroutine return 7 8 PChigh =XX SP-1 PClow =YY SP-1

54 Les 6 Doelstellingen: principe p AD omvorming mogelijkheden ADC ADuC832 Mogelijkheden DAC ADuC832 lezen potmeter lezen potmeter als voltmeter tussen 0 5v

55 ADC

56 ADC SAR

57 ADC sample and hold

58 ADC 1LSB 1LSB= Vref/(aantal schaaldelen) 5v/4096=0, v 2,5v/4096=0, v

59 ADuC832 ADC Output formaat ADC ADC SFR s

60 ADuC832 ADC Optionele buffering voor externe signalen. beveiliging tegen overspanning opvangen capacitieve load S&H

61

62

63 ADuC832 DAC

64 ADuC832 DAC

65 DAC SFR s

66 Les 7 Afwerken alle vorige oefeningen Stellen van vragen

67 Les 8 Doelstellingen: Timers 0, 1 RTC (TIC) Oefening: Afdrukken van een uurwerk in UU:MM:SS op LCD

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

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

70 T0 en T1 SFR s

71 TMOD register

72 RTC (TIC) TIC SFR s

73 TIMECON

74 Les 9 Doelstellingen: Uitleg interrupt op 8051 en generiek Belang van: PUSH POP uitvoeringstijd flowchart Oefening: knipperlicht op interrupt, teller LCD in hoofdprogramma teller lcd in interrupt, looplicht in hoofdprogramma Uitleggen hoe interrupt interval instelbaar

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

76 Door hardware opgestart Hoofd programma Hoofd programma Interrupt routine Initialisaties (geen interrupts) Initialisaties (ook interrupts) Taak 1 Taak 1 Neen Test HW Ja Speciaal 1 Speciaal 1 Speciaal 2 Speciaal 2 Taak 2 Taak 2 RETI Taak 3 Taak 3 Zonder interrupt Met interrupt

77 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

78 Mogelijkeinterruptbronnen interrupt 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 j meer dan een interruptbron zijn PRIORITEITEN belangrijk. Overlappingen in het geheugen moeten vermeden worden.

79 Interrupt structuur

80 Standaard 8051 interrupt hardware

81

82

83 Les 10 Doelstellingen: Uitleg over stappenmotoren Uitleg over DC motoren oefening met stappenmotor oefening met DC motor

84 Digitale output: stappen motoren Interface Technieken 84

85 Digitale output: stappen motoren Interface Technieken 85

86 Digitale output Interface Technieken 86

87 Digitale output Interface Technieken 87

88 Digitale output Interface Technieken 88

89 Digitale output Interface Technieken 89

90 Digitale output: current chopping Interface Technieken 90

91 Digitale output (recirculatie) Interface Technieken 91

92 Digitale output (braking) Interface Technieken 92

93 Digitale output: full step aansturing Interface Technieken 93

94 Digitale output: half step aansturing Interface Technieken 94

95 Digitale output (microstepping0 Interface Technieken 95

96 Digitale output: microstepping Interface Technieken 96

97 Digitale output: inductieve belasting Interface Technieken 97

98 Les 11 Doelstellingen: Speciale mogelijkheden: Fail safe werking Spanningsbewaking Software bewaking Snelheid processor wijzigen Low power mogelijkheden (hier generiek bespreken) Afwerken oefeningen vorige les

99 Fail safe werking: Systeem kan de fout ingaan door: storingen in voedingsspanning spanningsbewaking overspanningsbeveiliging storingen in programmaverloop (externe of interne factoren) externe beinvloeding (EMC, EMI) eventuele bugs in code uitblijvenvan van verwachte signalen (inputs) defect gaan van de hardware (heel duur om op te vangen) space nucleairetoepassingen space, nucleaire toepassingen,... Bewaking van de systeemklok

100

101

102 Snelheid processor aanpassen: OSC: RC, XTAL, TTL klok kunnen gekozen worden uit gamma aan mogelijkheden (toepassingsafhankelijk, wat is beschikbaar in systeem) PLL: aanpassen ingangsklok aan basisfrequentie hardware

103 PLLCON

104 Les 12 Doelstellingen: stellen van vragen afwerken van oefeningen oplossen specifieke problemen