ANOT? CIJA
? Aj? darb? tiek apl? kota inform? cijas apmai? as organiz? cija starpperson? lo datoru un firmai Intel MCS-51 mikrokontrolieri. Darb? tiekuzr? d? ti mikrokontroliera programmas algoritmi un t? ar? struktur? l? spiesl? gumu sh? mas pie person? lo datoru portam.
Darba apjoms 47 lappuses.
АНОТАЦІЯ
У даній роботі розглядається організація обміну інформацією міжперсональним комп'ютером і мікро контролером сімейства MCS-51 фірми Intel.
У роботі представлені алгоритми програмного забезпечення мікроконтролера,а також структурні схеми підключення мікроконтролера до портівперсонального комп'ютера.
Обсяг роботи 47 сторінок.
ANNOTATION
In given document is considered organization of information exchangebetween the personal computer and family MCS-51 Company Intelmicrocontroller. There is presented the algorithms of microcontrollersoftware, as well as structured schemes of connecting a microcontroller toports of the personal computer.
Volumes of work 47 pages.
ЗМІСТ
стор
ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ 7
ВСТУП 8
1. АНАЛІЗ СТАНУ ПИТАННЯ 9
1.1 Постановка глобальних завдань 13
1.2 Аналіз попередньої роботи 13
1.2.1 Позитивні сторони 13
1.2. 2 Негативні сторони 14
1.3 Постановка задачі 15
2. РОЗРОБКА ПИТАНЬ Апаратне та програмне Сполучення 18
2.1 Апаратне пару ПК і мікроконтролера 18
2.1.1 Швидкість прийому/передачі 19
2.1.2 Розробка формату прийнятих і переданих даних 19
2.1.3 Розробка схеми підключення мікроконтролера 20
2.1.4 Вибір джерела живлення 21
2.2 Підключення зовнішньої пам'яті програм 21 < p> 2.3 Програмне пару мікроконтролера і ПК 23
2.3.1 Початкова установка MCS-51 23
2.3.2 Програмне забезпечення організації обміну інформацією між
МК і ПК 23
2.3.2.1 Програма «Монітор» 23
2.3.2.2 Підпрограма запуску програми користувача в режимі реального часу 26
2.3.2.3 Підпрограма запуску програми користувача в покроковому режимі 28
2.3.2.4 Підпрограма запису програми користувача в пам'ять програм мікроконтролера. 34
2.3.2.5 Підпрограма запису інформації в програмно - доступні вузли мікроконтролера 36
2.3.2.6 Підпрограма читання з пам'яті програм мікроконтролера
37 < p> 2.3.2.7 Підпрограма читання інформації програмно - доступних вузлів мікроконтролера 38
2.3.2.8 Підпрограма видачі помилки в ПК 39
2.3.2.9 Підпрограма видачі одного байта інформації 39
2.3.2.10 Підпрограма прийому одного байта інформації. 41
СПИСОК використанням літератури 45
ДОДАТКИ 46
ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ
ВІС - велика інтегральна схема
МК - мікроконтроллер
ОЗП - оперативний запам'ятовуючий пристрій
ПЗП - постійний запам'ятовуючий пристрій
ПК - персональний комп'ютер
УАПП - універсальний асинхронний приймач-
ЕОМ - електронна обчислювальна машина
ВСТУП
Розвиток мікроелектроніки та широке застосування її виробів впромисловому виробництві, у пристроях і системах управління самимирізноманітними об'єктами і процесами є в даний час одним зосновних напрямів науково-технічного прогресу.
Використання мікроконтролерів у виробах не тільки приводить допідвищення техніко-економічних показників (вартості, надійності,споживаної потужності, габаритних розмірів), але і дозволяє скоротити часрозробки виробів і робить їх модифікується, адаптивними. Використаннямікроконтролерів в системах управління забезпечує досягнення високихпоказників ефективності при низькій вартості.
Мікроконтролери являють собою ефективний засібавтоматизації різноманітних об'єктів і процесів.
Все це визначає необхідність вивчення мікропроцесорних систем. В даний час в Рау є навчальні методичні комплекси УМК ВЕФ,базуються на мікропроцесорі I8080, що дозволяють отримати знання впрограмування мікропроцесорів. На жаль, на кафедрі немає лабораторноїустановки, що дозволяє отримати практичні навички в програмуваннімікроконтролерів.
Необхідне створення нової лабораторної бази, що використовує на найбільшпоширені мікроконтролери. Такими мікроконтролерами можутьпослужити мікроконтролери сімейства MCS-51 фірми Intel.
Такі лабораторні установки можуть використовуватися не тільки якнавчально-методичний посібник при вивченні курсу мікропроцесорів, але і якпристрої управління іншими навчально-методичними комплексами,що використовуються в інших курсах.
Вищесказане вказує на актуальність розгляду питанняорганізації обміну інформацією між персональним комп'ютером імікроконтролером MCS-51 фірми Intel.
1. АНАЛІЗ СТАНУ ПИТАННЯ
В пристроях управління об'єктами (контролерах) на основі МКапаратурні засоби та програмне забезпечення існує у формінеподільного апаратурно-програмного комплексу. При проектуванніконтролерів доводиться вирішувати одну з найскладніших задач розробки, асаме завдання оптимального розподілу функцій між контролераапаратурними засобами і програмним забезпеченням. Вирішення цього завданняускладнюється тим, що взаємозв'язок і взаємовплив апаратурних засобів іпрограмного забезпечення в мікропроцесорної техніки зазнаютьдинамічні зміни. Якщо на початку розвитку мікропроцесорної технікивизначальним було правило, відповідно до якого апаратурні коштизабезпечують продуктивність, а програмне забезпечення - дешевизнувироби, то в даний час це правило потребує серйозноїкоригуванню. Так як МК являє собою стандартний масовий
(відносно недорогий) логічний блок, конкретне призначення якоговизначає користувач за допомогою програмного забезпечення, то зі зростаннямступеня інтеграції і, отже, функціонально-логічних можливостей
МК різко знижується вартість вироби у перерахунку на виконувану функцію,що в кінцевому результаті і забезпечує досягнення високих техніко -економічних показників виробів на МК. При цьому витрати на розробкупрограмного забезпечення вироби в 2 - 10 разів перевищують витрати напридбання і виготовлення апаратурних коштів.
В даний час найбільшого поширення набув методологічнийприйом, при якому весь цикл розробки контролерів розглядається якпослідовність трьох фаз проектування:
1. аналізу завдання і вибору (та/або розробки) апаратурних коштів контролера;
2. розробка прикладного програмного забезпечення;
3. комплексування апаратурних засобів і програмного забезпечення в прототипі контролера і його налагодження.
Фаза розробки програмного забезпечення, тобто фаза отриманняприкладних програм, у свою чергу, розбивається на два істотнорізних етапи:
1. «Від постановки задачі до вихідної програмі»;
2. «Від вихідної програми до об'єктному модулю».
Етап розробки «від вихідної програми до об'єктному модулю» маєна меті одержання машинних кодів прикладних програм, що працюють в МК. Цейетап розробки прикладного програмного забезпечення легко піддаєтьсяформалізації і підтриманий всією потужністю системного програмного забезпечення МК,спрямованого на автоматизацію процесу отримання прикладних програм. Ускладу засобів системного програмного забезпечення входять транслятори зрізних алгоритмічних мов високого рівня, асемблери, редакторитекстів, програми-відладчик, програми-документатори і т.д. Наявність всіхцих системних засобів надає інженерної роботі на цьому етапіпроектування контролерів характер ремесла, а не інженерної творчості.
Тому що в кінцевому виробі є тільки МК і його засобу сполучення зоб'єктом, то виконувати налагодження розробляється прикладного програмногозабезпечення на ньому неможливо (через відсутність засобів вводу, виводу, ОЗУвеликої місткості і операційної системи), і, отже, розробникзмушений звертатися до засобів обчислювальної техніки для виконання всіхформалiзуються, стадій розробки: трансляції, редагування, налагодження,завантаження об'єктних кодів і програмовану постійну пам'ять МК.
Етап розробки «від постановки задачі до вихідної програмі» непіддається формалізації і, отже, не може бути автоматизований.
Проектна робота тут носить творчий характер, рясніє рішеннями,мають «вольову» або «смакову» забарвлення, і рішеннями, продиктованимикон'юнктурними міркуваннями. На цьому етапі розробник стаківается знайбільшою кількістю труднощів.
На обох етапах розробки необхідно тестувати програмнезабезпечення не тільки на емуляторах, а й на «живому» МК, з метою виявленняспецифічних помилок (неправильна логіка роботи пристрою, помилки,пов'язані з емуляцією). Це вимагає багаторазового перепрограмування МК,що пов'язано з великою витратою часу (час стирання інформації в ПЗУ зультрафіолетовим, або електричним стиранням може досягати декількохдесятків хвилин). Цей час можна скоротити використовуючи як пам'ятіпрограм не ПЗУ, а ОЗУ.
розробляє пристрій значно спростить обидва етапи розробки,дозволяючи налагоджувати програмне забезпечення безпосередньо на «живому» МК ідозволить заощадити час, пов'язане із записом і стиранням тестованихпрограм.
При вирішенні завдань про оптимальний розподіл функцій міжапаратурними засобами і програмним забезпеченням необхідно виходити зтого, що використання спеціалізованих інтерфейсних БІС спрощуєрозробку та забезпечує високу швидкодію системи в цілому, алепов'язане зі збільшенням вартості, обсягу і споживаної потужності. Більшийпитома вага програмного забезпечення дозволяє скоротити число компонентівсистеми і вартість її апаратурних коштів, але це призводить до зниженняшвидкодії і збільшення витрат і термінів розробки і налагодження прикладнихпрограм. При цьому ще може трохи збільшуватися число БІС зовнішньоїпам'яті МК - системи. Рішення про вибір того чи іншого варіанта розподілуфункцій між апаратурними та програмними засобами системи приймається взалежно від тиражності вироби, обмежень за вартістю, обсягом,споживаної потужності і швидкодії вироби. Програмна реалізаціяосновних елементів алгоритму роботи контролера допускає його модифікаціюшляхом перепрограмування. У той час як можливість зміни вжеіснуючої фіксації елементів алгоритму в апаратурі контролерапрактично відсутня.
Після отримання об'єктного коду програми неминуче настає етапналагодження, тобто встановлення факту її працездатності, а також виявлення таусунення помилок. Без цього етапу розробки ніяке програмнезабезпечення взагалі не має права на існування.
Зазвичай налагодження прикладного програмного забезпечення здійснюється вкілька етапів. Прості (синтаксичні) помилки виявляються вже на етапітрансляції. Далі необхідно виконати: автономну налагодження кожної процедури в статичному режимі, що дозволяєперевірити правильність проведених обчислень, правильністьпослідовності переходів усередині процедури (відсутність «зациклення») ітощо; комплексну налагодження програмного забезпечення в статичному режимі,що дозволяє перевірити правильність алгоритму керування (попослідовності формування керуючих впливів); комплексну налагодження в динамічному режимі без підключення об'єкта длявизначення реального часу виконання програми та її окремихфрагментів.
Ці етапи налагодження здійснюються зазвичай з використанням кроссистем. До складу крос систем входять програми-відладчик, інтерпретуютьвиконання програм написаних для МК. Але як би не був гарнийінтерпретатор, він все одно не може повністю замінити реальний МК.
З використанням розробляється пристрою можна буде виконуватирозглянуті етапи налагодження вже безпосередньо на «живому» МК, підключаючи донього реальні фізичні об'єкти. Ці етапи налагодження можна буде об'єднатиз наступними етапами розробки пристрою - налагодження окремих фрагментівпрограмного забезпечення на налагоджувальному модулі в режимі реального часу.
Можна буде виключити етап комплексного налагодження прикладного програмногозабезпечення на інструментальній мікроЕОМ з внутрісхемним емулятором.
розробляє пристрій має забезпечити всі необхідніможливості, доступні в крос системах: доступ до будь-якого ресурсу МК; покрокове виконання програм.
розробляє пристрій дозволить промоделювати практично всіможливі варіанти роботи програми і тим самим переконатися в їїпрацездатності. Тут можлива перевірка працездатності програми принештатних ситуаціях в умовах надходження некоректних вхіднихвпливів.
Можна буде моделювати місце існування МК, тобто різного родуоб'єкти і датчики, що підключаються до нього.
Цей пристрій усуває головний недолік крос систем --неможливість прогону програми в реальному масштабі часу, тобто зшвидкістю близькою до швидкості виконання програми в самому МК, а такожнеможливість комплексування апаратурних і програмних засобіврозробляється системи. Саме ці причини впливають на достовірністьприкладних програм, налагоджених у крос системах. Ця вірогідність, якправило, не достатньо висока.
Завданням даної роботи є розробка необхідного програмногозабезпечення і апаратних засобів сполучення МК і ПК.
1.1 Постановка глобальних завдань
Організація обміну інформацією передбачає:
V розгляд питань апаратних засобів; < p> V створення необхідного програмного забезпечення.
Апаратні засоби повинні забезпечити:
V фізична пару портів ПК і мікроконтролера;
V пару МК із зовнішньою пам'яттю програм.
Програмне забезпечення повинно забезпечити рішення наступного рядузавдань:
V запис програми, налагодженої на ПК, в пам'ять програм і даних МК;
V виконання програми в режимі реального часу;
V виконання програми в покроковому режимі;
V запис інформації з ПК в програмно-доступні вузли МК;
V читання вмісту програмно-доступних вузлів і індикація їх на моніторі ПК.
1.2 Аналіз попередньої роботи
Питання про організацію обміну інформацією між персональнимкомп'ютером і мікро контролером сімейства Intel MCS-51 був вже розглянутий вбакалаврської роботи [3]. У цій роботі були розглянуті проблемиапаратного та програмного сполучення МК із ПК у складі планованоїлабораторної установки.
1.2.1 Позитивні сторони
В роботі [3] було запропоновано використовувати в якості інтерфейсусполучення з ПК інтерфейс RS-232C. Вибір даного інтерфейсу грунтувався напростоті підключення, а також мінімальних витратах пов'язаних з апаратнимпідключенням. Позитивним фактом для вибору цього інтерфейсу служить такожможливість віддаленого підключення та можливість дуплексної передачіданих, що не можуть забезпечити внутрішня шина ПК і інтерфейс Centronics.
Крім того кожен комп'ютер обладнаний хоча б одним асинхроннимпослідовним адаптером. Асинхронний адаптер звичайно містить кілька
СОМ - портів, через які до комп'ютера можна підключити зовнішніпристрою.
Використовуючи СОМ - порт дані не треба синхронізувати. Длясинхронізації і передавального пристрою одержувача групі бітівпередує спеціальний стартовий біт, а після групи бітів слідують одинабо два степових бита. Також в кінці групи переданих бітів можевипливати біт парності. Наявність або відсутність біта парності, кількістьстартових і степових бітів визначають формат передачі даних.
В роботі [3] був запропонований формат що складається з одного стартовогобіти, семи інформаційних бітів, біта парності і двох степових бітів.
Цей формат не є зручним, тому що передавати інформацію, розбиваючи їїна сім інформаційних бітів не зручно. Набагато зручніше використовуватипобайтовую пересилання.
Одним з основних цінностей даної роботи є пропозиціявикористовувати як пам'яті програм ОЗП замість ПЗУ, що дозволяєістотно збільшити швидкість перезапису програм користувача.
ОЗУ використовується для розміщення програм користувача. Під час записупрограм в ОЗУ, звернення до пам'яті програм здійснюється як звернення допам'яті даних, читання як до пам'яті програм.
Використання пам'яті програм під час запису як пам'ять данихобумовлюється тим, що під час роботи мікроконтролера пам'ять програмдоступна користувачеві тільки для читання.
1.2.2 Негативні сторони
Одним з мінусів роботи [3] є пропозиція про узгодженнярівнів між інтерфейсом RS-232C і послідовним портом МК. Булирозроблені схеми приймача і передавача. Ці схеми мають ряд?? едостатков.
Одним з недоліків є потреба в додаткових джерелахживлення на 12 і -12 вольт. Дані схеми не є надійними. Вонивикористовують застарілу електронну базу і не відповідають реальнимвимогам, поставленим перед ними. В даний час є рядмікросхем, що дозволяє здійснити узгодження рівнів сигналів міжінтерфейсом RS-232C і послідовним портом МК. Такі схеми більш надійніі не вимагають додаткового харчування на 12 і -12 вольт.
В роботі [3] пропонувалося використовувати МК 8031. Даний МК не маєвнутрішньої пам'яті програм. У зв'язку з цим виникла необхідність увстановлення зовнішньої пам'яті програм. Ця пам'ять програм розбивалася на ПЗУ,для зберігання програми «Монітор» і ОЗУ, як пам'ять програм користувача.
Це обмежує загальну зовнішню пам'ять програм, що використовується як пам'ятьпрограм користувача.
У роботі 3 не були вирішені питання з доступом до програмно-доступнимвузлів мікроконтролера. При переході до підпрограмі мікроконтроллерзберігає в стеку тільки вміст лічильника команд. Тому перед початкомприйому або передачі даних необхідно подбати про збереження вмістуакумулятора і регістрів, які будуть використовуватися при прийомі абопередачі даних.
Програма «Монітор» враховувала лише ряд завдань, які можутьвиникнути у користувача на етапах розробки програмного забезпечення,тестування його або використання системи на практиці.
1.3 Постановка завдання
З проведеного вище аналізу випливає, що при реалізації процесуобміну інформацією між мікро MCS-51 та персональнимкомп'ютером необхідно вирішити наступний ряд питань:
V Питання апаратних засобів.
. Розробка схеми сполучення портів ПК і мікроконтролера з використанням сучасної електронної бази. Дана схема повинна забезпечити узгодження рівнів сигналів між СОМ - портом ПК і мікро, не повинна вимагати додаткових джерел живлення, повинна мати невеликі маса - габаритні характеристики, повинна бути дешевою і надійною.
. Розробка схеми підключення пам'яті до мікроконтролеру.
Дана схема повинна забезпечити можливість використання
ОЗУ як пам'яті програм. Під час запису програми користувача пам'ять програм повинна використовуватися, як пам'ять даних. Адресний простір зовнішньої пам'яті даних і пам'яті програм не має перекриватися.
V Питання програмного забезпечення.
. Розробити формат передачі даних між ПК та мікро контролером. Цей формат повинен використовувати вісім інформаційних бітів.
. Розробити алгоритм запису програми, налагодженої на ПК, в пам'ять програм МК.
. Розробити алгоритм запуску програми в режимі реального часу.
. Розробити алгоритм виконання програми в покроковому режимі. У цьому режимі мікроконтроллер на кожному кроці програми повинен передавати в персональний комп'ютер вміст всіх програмних вузлів, а також наступну команду з пам'яті програм. При необхідності, за запитом з персонального комп'ютера мікроконтроллер повинен передати вміст будь-якої комірки пам'яті даних, або будь-якого блоку комірок пам'яті даних. Крім того мікроконтроллер повинен передавати в персональний комп'ютер вміст комірок пам'яті програм, якщо це необхідно. При необхідності повинна забезпечуватися запис у програмно доступні вузли мікроконтролера, в пам'ять програм і пам'ять даних.
Алгоритм повинен дозволяти запускати програму з будь-якою адресою вказаного користувачем, продовжувати виконання перерваної програми в покроковому режимі, або в режимі реального часу.
. Розробити алгоритм запису інформації в програмно - доступні вузли мікроконтролера.
. Розробити алгоритм запису інформації в пам'ять даних.
. Розробити алгоритм читання інформації з програмно - доступних вузлів мікроконтролера.
. Розробити алгоритм читання інформації в пам'яті даних.
. Розробити алгоритм читання інформації з пам'яті програм.
. Розробити алгоритм програми «Монітор». Програма
«Монітор» повинна забезпечувати запуск всіх розглянутих вище підпрограм в залежності від коду, переданого з персонального комп'ютера. Тому необхідно розробити управляючі слова, які і будуть задавати режим роботи системи. Керуючі коди не повинні перевищувати 8 біт. Для реалізації гнучкості системи, необхідно при отриманні невикористовуваних кодових комбінацій забезпечити перехід виконання програми в область пам'яті програм на заздалегідь зарезервований адресу. Ця адреса можна зберігати в пам'яті програм за строго певною адресою. Щоб уникнути випадкового виконання коду, під час початкової установки необхідно встановити за цією адресою, адреса в пам'яті програм, в якому знаходиться команда повернення з підпрограми.
. При переході на розробляються підпрограми необхідно зберегти в стеку вміст акумулятора. Перед виходом з цих підпрограми вміст акумулятора необхідно відновити.
2. РОЗРОБКА ПИТАНЬ Апаратне та програмне Об'єднання
2.1 Апаратне пару ПК і мікроконтролера
Для вирішення задачі сполучення ПК і мікроконтролера було вирішеновикористовувати інтерфейс RS-232C.
Послідовний порт використовується як універсальногоасинхронного прийомопередатчика (УАПП) з фіксованою або змінноюшвидкістю послідовного обміну інформацією і можливістю дуплексноговключення.
Послідовний інтерфейс мікроконтролера МК-51 може працювати внаступних чотирьох режимах: o Режим 0. Інформація передається і приймається через вхід RxD приймача (висновок P3.0). Через вихід передавача TxD (висновок P3.1) видаються імпульси синхронізації, стробірующіе кожен передається або приймається біт інформації. Формат посилки - 8 біт. Частота прийому та передачі - тактова частота мікроконтролера. o Режим 1. Інформація передається через вихід передавача TxD, а приймається через вхід приймача RxD. Формат посилки - 10 біт: старт-біт (нуль), вісім біт даних, програмований дев'ятого біт і стоп-біт (одиниця). Частота прийому та передачі задається таймером/лічильником 1. o Режим 2. Інформація передається через вихід передавача TxD, а приймається через вхід приймача RxD. Формат посилки - 11 біт: старт-біт (нуль), вісім біт даних, програмований дев'ятого біт і
2 стоп-біта (одиниці). Надсилаєте дев'ятий біт даних приймає значення біта ТВ8 з реєстру спеціальних функцій SCON. Біт ТВ8 в регістрі SCON може бути програмно встановлений в «0» або в «1», або до нього, наприклад, можна помістити значення біта Р з регістра
PSW для підвищення достовірності прийнятої інформації (контроль за паритетом ). При прийомі дев'ятого біт даних прийнятої посилки надходить в біт RB8 регістра SCON. Частота прийому та передачі в режимі 2 задається програмно і може дорівнювати тактовою частотою мікроконтролера діленої на 32 або на 64. o Режим 3. Режим 3 повністю ідентичний режиму 2 за винятком частоти прийому та передачі, яка в режимі 3 задається таймером/лічильником 1.
Для реалізації обміну інформацією між ПК і мікронайбільш зручним є режим 2, тому що для роботи в цьому режимі непотрібно таймер/лічильник. Цей режим повністю задовольняє пред'явленимвимогам.
2.1.1 Швидкість прийому/передачі
Швидкість прийому/передачі, тобто частота роботи універсальногоасинхронного прийомопередатчика (УАПП) в режимі 2 залежить від значенняуправителя біта SMOD в реєстрі спеціальних функцій.
Частота передачі визначається виразом: f = (2SMOD/64) fрез.
Іншими словами, при SMOD = 0 частота передачі дорівнює (1/64 ) fрез, а при
SMOD = 1 дорівнює (1/32) fрез.
Швидкість прийому/передачі повинна бути кратна 115,2 Кбод [6].
Виходячи з вищевикладеного, виберемо частоту прийому даних при SMOD = 1.
Якщо fрез = 1,8432 МГц, тоді частота прийому даних буде 57,6 КБод.
Інші значення частот кварцу можуть бути обрані з таблиць удодатку 1 та додатку 2.
2.1.2 Розробка формату прийнятих і переданих даних
Формат прийнятих і переданих даних майже повністю описаний2 режимом роботи послідовного інтерфейсу.
Формат повинен складатися з 11 біт:
. стартовий біт - нуль;
. вісім біт даних;
. дев'ятого біт - контроль за паритетом, для підвищення достовірності прийнятої інформації;
. два степових біта - одиниці.
2.1.3 Розробка схеми підключення мікроконтролера
При сполученні інтерфейсу RS-232 з входами послідовногоінтерфейсу мікроконтролера MCS-51, необхідно забезпечити узгодженнярівнів сигналів. Стандартний рівень сигналів RS-232C - 12 і -12 В.
Стандартний рівень сигналів асинхронного інтерфейсу мікроконтролера MCS-
51 - 5 В.
Залежно від вимог, що пред'являються до проектованої схемою,перетворювачі рівнів сигналів можуть бути виконані різними способами.
Приймачі та передавачі виконані на дискретних елементах мають ряднедоліків:
. великі масогабаритні характеристики;
. висока споживана потужність;
. недостатня надійність;
. потреба в додаткових джерелах живлення;
. вартість.
Рис. 1. Схема підключення мікроконтролера MCS-51 фірми Intel до портів персонального комп'ютера.
Виходячи з цих міркувань, для організації сполучення рівнів портів
ПК і мікроконтролера можна скористатися мікросхемою ADM202 фірми
Analog Devices. Дана мікросхема дозволяє узгодити рівні сигналів, невимагаючи додаткових джерел живлення [4].
Мікроконтролер приймає дані через вхід приймача (висновок P3.0), апередає дані через вихід передавача (висновок P3.1). Мікроконтролер можезаборонити отримання даних з ПК за допомогою сигналів на виводі Р2.6. Ценеобхідно для сигналізації ПК про прийом помилкових даних. У свою чергу ПКможе заборонити передачу даних з мікроконтролера за допомогою сигналів навиведення Р2.7.
2.1.4 Вибір джерела харчування
Залежно від місця установки, джерелом живлення може служитиабо блок живлення ПК, або окремий блок живлення, спеціальнопризначений для даної установки. У зв'язку з тим, що це налаштуванняпланується використовувати в комп'ютерному класі, найбільш оптимальнимваріантом є використання блоку живлення ПК. Напруга джерелаживлення +5 V, необхідне для лабораторної установки, можна взяти з зовнішньогороз'єму клавіатури. Підключення контактів цього роз'єму представлено намалюнку 2.
Рис. 2. Роз'єм клавіатури персонального комп'ютера.
Реалізація підключення потребують виготовлення спеціальногоперехідного кабелю, що входить до складу лабораторної установки.
2.2 Підключення зовнішньої пам'яті програм
Як вже зазначалося раніше, для організації обміну інформацією між ПКі мікро доцільно використовувати в якості зовнішньої пам'ятіпрограм ОЗУ. ОЗУ дозволить швидко і багато разів перепрограмуватимікроконтроллер, що дозволить використовувати його як налагоджувальний модуль, абояк часто Перепрограмміруємая пристрій управління (наприклад, дляуправління різними лабораторними установками).
Як мікросхеми ОЗП можна використати мікросхему КР537РУ8.
Об'єм пам'яті даного мікросхеми складає 2К. У зв'язку з тим, що данаустановка планується як УМК в курсі «Мікропроцесори», то цього обсягупам'яті цілком достатньо для розміщення програми користувача, тому щопрограми, що реалізуються в процесі лабораторних робіт, як правило неперевищують 100 команд. Обсяг таких програм не перевищує 300 байт.
Під час запису програми користувача в пам'ять програм, звернення до ОЗПздійснюється як до пам'яті даних. Під час роботи програми, як до пам'ятіпрограм.
Рис. 3. Схема підключення зовнішньої пам'яті програм до мікроконтролеру.
Подібна організація пам'яті програм дозволить користувачеві зробитипрограму більш гнучкою. Під час роботи програми можна буде без особливихпраці змінювати значення змінних, жорстко - зашиті у програмі.
2.3 Програмне пару мікроконтролера і ПК
2.3.1 Початкова установка MCS-51
Ініціалізація (скидання) мікросхеми здійснюється подачею сигналу RST
(високий рівень напруги) при підключеному кварці. Вхід RST - внутрішнійтригер Шмідта. Стан RST перевіряється у фазі S5P2 кожного машинногоциклу. Наразі рівень RST високий, ALE і PME теж мають високий рівень. Їхустановка відбувається після установки «0» на RST. Внутрішній алгоритм приподачі сигналу «скидання» виробляє наступні дії:
V встановлює лічильник команд і всі регістри спеціальних функцій, крім портів - засувок Р0 - Р3, покажчика стека і регістра SBUF в нуль;
V покажчик стека приймає значення рівне 07Н;
V забороняє всі джерела переривань, роботу таймерів - лічильників і послідовного порту;
V вибирає БАНК 0 пам'яті даних, готує порти Р0 - Р3 для прийому даних і визначає висновки ALE і PME, як входи для зовнішньої синхронізації;
V в регістрах спеціальних функцій PCON, IP і IE резервні біти беруть випадкові значення;
V встановлює фіксатори - засувки портів Р0 - Р3 в «1».
Сигнал RST не впливає на внутрішню пам'ять даних мікроконтролера.
Після включення живлення комірки внутрішньої пам'яті даних приймаєвипадкові значення.
2.3.2 Програмне забезпечення організації обміну інформацією між МК та ПК
2.3.2.1 Програма «Монітор»
Як вже зазначалося, програмне забезпечення організації обмінуінформацією між мікро і ПК має забезпечувати:
. запис програми користувача в пам'ять програм МК;
. запис інформації в програмно - доступні вузли МК;
. читання інформації з пам'яті програм МК;
. читання інформації з програмно - доступних вузлів МК;
. запуск програми користувача в режимі реального часу;
. запуск програми користувача в покроковому режимі.
Всі ці функції виконує програм «Монітор».
На початку роботи програми «Монітор» відбувається початкова установка.
Цю установка повинна виконати наступні дії:
V вибрати БАНК 2 пам'яті даних мікроконтролера, для зберігання тимчасових змінних, необхідних для роботи програми «Монітор»;
V встановити значення керуючого біта SMOD в регістрі спеціальних функцій у 1;
V видати повідомлення ПК про початок роботи програми «Монітор».
Рис. 4. Алгоритм програми «Монітор»
Програма «Монітор» приймає від ПК код виконуваної операції,декодує його і запускає відповідну підпрограму.
Підпрограма прийому одного байта даних чекає приходу інформації,перевіряє правильність даних і заносить прийнятий байт в регістр R0. Якщодані були прийняті не вірно, то підпрограма прийому одного байта данихзаносить в регістр R4 нульове значення.
У випадку не вірно прийнятого коду операції мікроконтроллер пропонує
ПК повторно передати команду.
Рис. 5. Алгоритм декодування коду операції в програмі «Монітор»
Після виконання вибраної підпрограми, програма «Монітор» зновупереходить до режиму очікування чергового коду операції.
Алгоритм вибору підпрограми показано на малюнку 5.
У програмі «Монітор» зарезервовані наступні коди операцій: o 01h - підпрограма 1 - підпрограма запуску програми користувача в режимі реального часу; o 02h - підпрограма 2 - підпрограма запуску програми користувача в покроковому режимі; o 03h - підпрограма 3 - підпрограма запису програми користувача в пам'ять програм МК; o 04h - підпрограма 4 - підпрограма запису інформації в програмно - доступні вузли МК; o 05h - підпрограма 5 - підпрограма читання з пам'яті програм МК; o 06h - підпрограма 6 - підпрограма читання програмно - доступних вузлів МК; o інші - підпрограма 7 - зарезервовані коди операцій для запуску підпрограм користувача.
2.3. 2.2 Підпрограма запуску програми користувача в режимі реальногочасу
Перед запуском програми користувача, мікроконтроллер приймає з
ПК адреса початку програми і зберігає його в регістрі DPTR.
Для прийому адреси використовується підпрограма прийому двох байтівінформації.
Алгоритм запуску програми користувача в режимі реального часупредставлений на малюнку 6.
Рис. 6. Алгоритм запуску програми користувача в режимі реального часу.
Рис. 7. Алгоритм програми прийому двох байтів інформації.
Для прийому байта інформації, підпрограма використовує алгоритм прийомуодного байта даних. Помилка прийому перевіряється за вмістом регістра R4.
Значення перших прийнятого байта зберігається в регістрі DPL.
Прийом другого байта адреси програми користувача з ПК аналогічнийприйому першого байта, з тією лише різницею, що його значення зберігається врегістрі DPH.
У разі виникнення помилки підпрограма завершує свою роботу,залишаючи без зміни вміст регістру R4.
Підпрограма запуску програми користувача в режимі реальногочасу перевіряє правильність прийняття адреси за регістром R4. У разівиникнення помилки передає в ПК код 0Fh. Після чого повертається упрограму «Монітор»
Безпосередньо перед запуском програми користувача необхіднозмінити робочий БАНК пам'яті даних МК на БАНК 0.
Алгоритм програми прийому двох байтів інформації представлений намалюнку 7.
2.3.2.3 Підпрограма запуску програми користувача в покроковому режимі
На етапі налагодження прикладної програми дуже зручним для розробникавиявляється режим покрокового (покомандного) виконання програм. Цей режимможна організувати, використовуючи систему переривань мікроконтролера.
Зовнішній запит переривання не буде обслужений до тих пір, покиобслуговується переривання з рівним пріоритетом. Цей запит буде сприйнятийлише після того, як буде виконана одна команда після повернення команди зпідпрограми. Іншими словами, одного разу викликавши підпрограму обслуговуванняпереривання, викликати її знову неможливо до тих пір, доки хоча б одинкоманда основної програми не буде виконана.
Для використання цієї властивості системи переривань мікроконтролераможна запрограмувати один із зовнішніх переривань (наприклад, INT0) наобслуговування покрокового режиму роботи.
Рис. 8. Апаратна реалізація покрокового режиму виконання програми користувача.
При реалізації цього режиму можна скористатися двома способами:
V На вивід INT0 подавати сигнал від кнопки «КРОК», і мікроконтроллер по сигналу INT0 = 0 викличе підпрограму обслуговування зовнішнього переривання.
V Передбачити можливість програмної зміни стану рівня сигналу на виведення INT0, використовуючи один з вільних висновків порту Р2.
Другий спосіб є найбільш зручним, тому що дозволяє організуватикрок за кроком режим безпосередньо на ПК. Крім того перший спосіб вимагаєвеликих матеріальних вкладень для усунення брязкоту контактів від кнопки
«КРОК».
Після того, як адреса програми користувача буде прийнятий і перевірений,підпрограма видасть активний сигнал на вхід P3.2. За цим сигналоммікроконтроллер перейде в режим обробки переривання INT0. До того, якбуде виконана перша команда в програмі користувача, основна програмамає виконати дві команди (виставити сигнал INT0 = 0 і запустити програмукористувача). Тому в підпрограмі обробки переривання необхіднийлічильник пропущених кроків. Цей лічильник можна буде використовувати длявиконання блоку команд у режимі покрокового виконання програмикористувача.
Алгоритм запуску програми користувача в покроковому режиміпредставлений на рисунку 9.
Рис. 9. Алгоритм виконання програми користувача в покроковому режимі.
Підпрограма обробки переривання INT0 аналогічна програмі
«Монітор». На початку програми виконується початкова установка: o зберігається вміст акумулятора, сло
