Úvod - Katedra měření

Transkript

Mikroprocesory v přístrojové technice
A3B38MMP, katedra měření, ČVUT – FEL“
Vyučující:
přednášky: doc. Ing. Jan Fischer, CSc.,
konzultace:
úterý 17.45 hod v 205, (příp. další po dohodě)
čtvrtek 18.30 hod – v E1-7
cvičení halová lab. E1-7 blok A3 tel. 22435 2175
Ing. Ján Tomlain, (míst. S152) cvičení čt. 14.30, čt.
16,15
1
A3B38MMP, J.Fischer, 2015 ČVUT - FEL, Praha, kat. měření
Kontakty
Ing. Jan Fischer, CSc. , kat. měření, míst. 441/1
FISCHER()FEL.CVUT.CZ , tel 22435 2179
pro komunikaci používat pouze studentskou adresu FEL
uziv_jméno( )FEL.CVUT.CZ (ostatní je spam)
do předmětu mailu mimo jiné napsat též A3B38MMP
2
Oblast zájmu předmětu
Mikroprocesory v přístrojové technice Použití mikroprocesoru v přístroji
Mikroprocesory a jednočipové mikropočítače
HW komponenty
3
Oblast zájmu předmětu
Přístrojová technika - přístroj
Přístroj: spotřební elektronika, automatizace, měřicí technika,
prodejní automaty
Mikroprocesorem řízený přístroj
Mikroprocesor vestavěný v přístroji či zařízení
? kolik máte doma mikroprocesorů ?
? kolik máte v autě mikroprocesorů?
4
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
5
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
6
uP řízený přístroj v měřicí technice
Měřicí technika
Přístroje: Multimetr, osciloskop, logický analyzátor, měřič impedance,
generátor, reflektometr na měření metalických a optických tras
7
Měřicí technika
Osciloskop (zcela jiná konstrukce oproti původnímu osciloskopu výkonný počítač + rychlé A/D převodníky),
8
Měřicí technika
Osciloskop - zcela jiná konstrukce oproti původnímu osciloskopu výkonný počítač + rychlé převodníky A/D , zobrazení na LCD
Spektrální analyzátor - digitalizace signálu + Fourier. transformace,
metody číslicového zpracování signálu
Elektroměr - digitalizace u, i, W = výpočet odebrané energie, vzorkování,
digitalizace, výpočet dálkové ovládání - HDO („noční proud“ )
komunikace, ovládání relé
p (t ) = u (t ) ⋅ i (t )
t2
n
W = ∫ u(t ) ⋅ i (t ) dt W = ∑ uk ⋅ ik
t1
1
9
uP řízený přístroj - domovní automatizace
Domovní automatizace
regulace. regulátor teploty, řízení klimatizace
Regulátor topení - snímání teploty v místnostech, venkovní teploty,
rychlosti větru, ovládání kotle ,...
10
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 )
11
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
(studijní obor na ČVUT -FEL: Inteligentní budovy
12
uP řízený přístroj - prodej, služby
Prodejní automaty - na potraviny,…(snímač mincí, zobrazení, akční
členy..)
Stojan benzinové pumpy
( snímač - průtokoměr, komunikace, zobrazení, čtečka karet).
13
Prodejní automaty - na potraviny,…( snímač mincí, zobrazení, akční
členy..)
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.
14
Prodejní automaty - na potraviny,…( snímač mincí, zobrazení, akční
členy..)
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).
15
uP - automobilní elektronika „automotive“
Automobilní elektronika - palubní přístroje:
(řízení motoru- vstřikování,.. řízení brzd ABS, AES,
palubní počítač, tempomat,..)
16
uP - automobilní elektronika -„automotive“
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
17
uP - automobilní elektronika - „automotive“
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
18
uP - automobilní elektronika - „automotive“
„Asistenční funkce“ Parkovací asistent – vyhodnocení signálu senzorů, stav
okolí, řízení
Vyhodnocení polohy vozidla vzhledem k ostatním vozidlům a překážkám s
využitím snímačů ( radar, ultrazvuk, kamera,) vzdálenost, „mrtvý úhel“
Kamery – sledování vodorovného značení – „ čáry“ ( také Octavia, Fabia
Kamery – „couvací“ kamera, panoramatický obraz – syntéza obrazů ze 4
kamer
Rozpoznávání chování řidiče, kamera + rozpoznávání dopravních značek,
rozpoznávaní polohy vozidla na vozovce vzhledem k vodorovnému
dopravnímu značení
Doplňkové funkce - řízení stěračů, nastavování polohy volantu, sedaček,
stahování oken (snímání proudu - bezpečnost), ovládání střešního okna
Odemykání a zabezpečovací systém – RFID, komunikace,
(viz. příklad klika- přijímací anténa RFID, kapacitní snímače, mikrořadič,
komunikace
19
Palubní deska Octavia
.
20
Palubní deska - přední strana spoje - LED
.
21
Palubní deska - indikační LED skrytem
.
22
Palubní deska - prosvětlovací folie před LED
.
23
Palubní deska deska – zadní strana
konektor.
rozhr. CAN
krystal pro RTC
(hodiny)
.
otočné
indikátory
zvuk. sig.
zesilovač
procesor
24
Palubní deska- krokový motorek - stav paliva
.
krokový
motorek
25
Shrnutí- bloky palubní desky
•
•
•
•
•
mikrořadič
komunikace- CAN
výstupy_ LED, LCD, zvuk, otočná indikace s krokovým motorkem(
rychlost, otáčky, palivo, teplota)
blok reálného času – hodiny
regulátor napájecího napětí (z palubní sítě + 12,6 V)
26
Řídicí jednotka Diesel, Octavia 2 řada
.
27
Deska říd. jed.
řídicí
procesor
pam. prog.
NOR Flash
.
budiče akč.
členů
28
Shrnutí- říd. jednotka diesel. motoru
•
•
•
•
•
mikrořadič
komunikace- CAN
vstupy. analogové vstupy – motor,
výstupy – výkonové výstupy pro ovládání elektromagnetických
akčních členů (vstřik paliva,.)
29
BCM – Body Control Modul
.
výkonová
relé
procesor
30
Parkovací asistent- ultrazvuk
.
31
Parkovací asistent- ultrazvuk
.
řídicí
procesor
32
Blok ovládání naklápění reflektorů - Fabia
.
33
Blok ovládání naklápění reflektorů - Fabia
.
řídicí
procesor
výkonové
stupně
ovládací
výstupy
kom. rozhr.
CAN
34
Deska komunikace s Bluetooth
SRAM
(NOR) Flash
.
anténa
(procesor)
35
Multifunkční volant - Octavia
.
36
.
opt. snímač
enkodéru
kontakty
tlačítek
37
.
mikrořadič Infineon
TLE 9832 jádro ´51
38
Shrnutí – bloky multifunkčního volantu
•
•
•
•
•
mikrořadič
ovládací vstupy - tlačítka, rotační ovládač- enkodér,
výstupy- LED
komunikace- CAN
Snímky desek „automotive“ byly pořízeny v laboratoři videoemetrie
katedry měření ČVUT – FEL v únoru 2015 péčí pana Bc. Jiřího Hladíka
39
Příklady aplik. mikrořadičů „wearable electronics“
„.Wearable electronics“, „wearable technology“ – velké série mikrořadičů
Prudce se rozvíjející se segment trhu aplikací mikrořadičů
Nike – Fuelband (dle firemních materiálů) snímání
a vyhodnocení pohybové aktivity za časový úsek
Mikrokontrolér, MEMS akcelerometr, bezdrátový
přenos dat, paměť (pozn.- návrh čipu pro říz. LED)
heslo: Wearable technology, wearables
40
Příklady aplikace mikrořadičů
.
HAPIfork – vidlička, mikrokontrolér, akcelerometr, bezdrátový
přenos, logování dat, vibrace, blikání
počítání soust a intervalu mezi sousty,..
upozornění – („měl jsi již moc jídla“)
zpracování dat za den, Na trhu od 9/2013, za 99 USD
HAPItrack sledování pohybu osoby
http://www.hapilabs.com/
41
Wearable technology- bloky a hesla
Napájení:
baterie, sluneční články, piezo měniče,..
Řízení:
mikrořadiče, číslicová a analogová elektronika
Senzory:
zvuk, teplota, vlhkost, tlak, elektrické signály (
bio), akcelerace, úhlová poloha,
Uživatelská komunikace:
stisk- tlak, akustická komunikace, zobrazovač –
LED, LCD
Akční členy- aktuátory:
Zvuk, optické signály,vibrace, optické filtry
42
(brýle), klimatizace
.Futurocube – český výrobek !!!
www.futurocube.com, www.princip.cz/projekty/kostka
MEMS, mikrokontroléry (7 kusů), bezdrátový
přenos, buzení LED, generace zvuku- řeč
vstupy - akcelerometr, mikrofon
výstupy - LED, repro, komunikace,.
43
.
Petzl – horolezecká čelovka („high end“)
mikrokontrolér, akceleromer, optický senzor, řízení
výkonu podle odraženého světla, náklonu, případně
pohybu hlavy,…
44
Blokové schéma přístroje řízeného uP
Shrnutí: bloky přístroje řízeného procesorem, mikrořadičem:
ovládací vstupy, analogové a číslicové vstupy, zobrazení, komunikace,
výstupy, komunikace, akční výstupy
analogové
logické
vstupy
tlačítka
klávesnice
řízené obvody
vstupy, výstupy,
A/D, D/A
analogové
logické
mikropočítač
mikrořadič
( microcontroller)
ext. paměti
Flash, pam. karty
výstupy
LED
zobrazení
LED
7- segment
LCD- segment
graf.
LCD
rozhraní
RS232, USB,
Ethernet
45
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
46
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
47
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
48
Náplň předmětu – cvičení
Použití jednočip. mikropočítače 8051 ( AT89C51RC2), 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
Realizace mikropočítače na nepájivém kontakt.
Snímání odporu (napětí), výstup na terminál
návrh a realizace zobrazovací jednotky se 7 segment LED
informace výuka, bakalářská etapa, stránka předmětů
49
Vývojové nástroje
Programování v asembleru 51,
IDE Microvision firmy KEIL www.keil.com
demoverze IDE, volná, do 2kByte kódu
překlad, simulace, odladění na HW
nainstalovat doma IDE, seznámení s uP
Boot Loader v AT89C51RC2
Potřeba PC s COM portem, nebo převodník USB – RS232
dostupné např. www.NC.com
AT89C51RC2
RS 232
nepájivé kontaktní pole
PC + IDE Keil
Microvision
50
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
Doporučení – další předmět Návrh plošných spojů- Ing. Vít Záhlava , CSc.
51
Podmínky zápočtu, zkouška A3B38MMP
•
•
•
•
•
•
•
•
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 s využitím měř. přístrojůna 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
52
Poznámky ke cvičením
Zapojení mikrořadiče AT89C51RC2 na kontaktním poli v laboratořích A3B38MMP
53
Rozvod napájení na kontaktním poli blokování
+5V
0V
GND
Ucc
0V
GND
Ucc
40
1
C2
100 nF
keram.
u_procesor
Vodiče ze zdroje přivedeny a upevněny
pod svorky (mechanicky odolnější)
od svorek- další vodiče do kont. pole.
(nedávat přímo)
Rozvod napájení- vodiče vedle sebe
malá plochy smyčky (menší parazitní indukčnost)
Blokování napájení elektrolytickými kondenzátory
(příklad C1), v kritických místech
+5 V
i keramickými kondenzátory zapojenými
UCC
blízko obvodů (příklad C3)
Detailní vysvětlení- později v přednáškách, zde
pouze zkráceně – kondenzátory působí
jako rychlé „mezisklady“ el. energie.
elektrolytický kondenzátor- „mezisklad s velkou
kapacitou, ale pomalou odezvou na požadavek“
keramický kondenzátor „mezisklad s menší kapacitou,
ale rychlou odezvou na požadavek“
Ln2
o dodání el. energie.
20
GND
C3
21
+
C1
22 uF elyt
Ln1
Ln4
54
Ln3
Způsob a význam blokování napájení
Ls- parazitní indukčnosti v rozvodu napájení
krátká zmínka s ohledem na zapojování
na kontaktním poli
Nepoužívat zbytečně dlouhé vodiče
Používat krátké vodiče, případně
fixovat
zdroj
tak, aby nevypadával při transportu
Icc
Ucc
Ucc
Cb
Lo2
Lo1
GND
+
GND
Icc
Ucc
Ucc
Icc_ss
Ucc
icc_imp
Lfitr
Lo2
zdroj
Lo1
zdroj
GND
Lo2
GND
Ls
Cb
+
GND
ur
GND
Ls
urGND
LGND_pin
55
Složitější sestava na kont.poli
.
56
Příkl. realizace obvodu na kont. poli- dig.osciloskop
Tak složité věci nebudeme řešit,
(to bylo dříve v předmětu „Návrh řídicí části přístrojů“)
57
Regulace ventilátoru pomocí AT89C51RC2
.
optický reflexní snímač
pro vyhodnocení
průchodu lopatek
ventilátoru
58
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“,
(pak přejít na další předměty s ARM – Cortex M3 seznámení se za -23 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.
59
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)
stále nové varianty čipů s jádrem 8051
např. v r. 2014
http://www.ftdichip.com/Corporate/Press/FT51%20Press%20Release.pdf
obvod FT51 http://www.ftdichip.com/MCU.html
60
Procesory s jádrem ARM Cortex -M
Pro přístrojovou techniku je nyní posun – použití jádra ARM,
Především jádro ARM – Cortex–M3, Cortex–M4, Cortex–M0
http://www.arm.com/products/processors/cortex-m/index.php
více- viz výuka A4B38NVS, pří. A4M38AVS
Po základním seznámení s problematikou mikrořadičů v kursu A3B38MMP
je možno pokračovat mikrořadiči s jádrem ARM CORTEX-M3, M4
např. STM32Fxx, LPC13xx, TM4Cxxx
Je možno využít levné kity např.:
• STM32VLDiscovery kit,
• STM32 Nucleo
• LPCXpresso
• Ti Launch pad Tiva -C
61
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
62
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
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
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
63
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
10
31
30
EA
ALE/PR OG
13
29
28
P3.5/T1
14
15
27
26
PSEN
P2.7/A15
P2.6/A14
P2.5/A13
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
P3.0/RxD
P3.1/TxD
P3.2/INT0
P3.3/INT1
P3.4/T0
VSS
5
11
12
PDIL
P0.6/AD6
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
64
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
12
29
PSEN
P3.3/INT1
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
65
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
10
31
30
EA
ALE/PR OG
P2.7 a sig. sběrnice AD15
13
29
28
P3.5/T1
14
15
27
26
PSEN
P2.7/A15
P2.6/A14
P2.5/A13
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
P3.0/RxD
P3.1/TxD
P3.2/INT0
P3.3/INT1
P3.4/T0
VSS
5
11
12
PDIL
P0.6/AD6
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
66
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
67
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
68
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
69
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
70
Prostor DATA, paměť RAM u 8051
FF
80
7F
speciální
funkční
registry
FF
128 Byte paměti RAM
nepřímo adres.
dat. pam.
( pouze u xx52
verzí)
SP
P0
zápisník, data
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
paměť RAM
128 Byte
v prostoru
DATA
reg. banka 2
reg. banka 1
R7
R0
reg. banka 0
71
Registry R0 - R7
FF
80
7F
speciální
funkční
registry
FF
nepřímo adres.
dat. pam.
( pouze u xx52
verzí)
SP
P0
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
bitově
adresovatelná
paměť
reg. banka 3
reg. banka 2
reg. banka 1
R7
R0
reg. banka 0
registry
R0 až R7
72
Bitově adresovatelná paměť RAM
FF
80
7F
speciální
funkční
registry
FF
nepřímo adres.
dat. pam.
( pouze u xx52
verzí)
SP
P0
zápisník, data
128B
30
2F
20
1F
18
17
10
0F
08
07
00
Registry R0 - R7,
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
73
Doplňková - pouze nepřímo adr. paměť RAM (8x52)
FF
80
7F
speciální
funkční
registry
FF
nepřímo adres.
dat. pam.
( pouze u xx52
verzí)
SP
P0
zápisník, data
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)
Registry R0 - R7,
bit 00,01,02 ....celk. 128 bitů
(pouze) nepřímo adres.
paměť RAM -128 Byte
reg. banka 3
reg. banka 2
reg. banka 1
R7
R0
reg. banka 0
74
Prostor DATA přímo i nepřímo adr. RAM
FF
80
7F
speciální
funkční
registry
FF
nepřímo adres.
dat. pam.
( pouze u xx52
verzí)
SP
P0
zápisník, data
128B
30
2F
20
1F
18
17
10
0F
08
07
00
80
7F
17
0F
07
10
08
00
bit 00,01,02 ....celk. 128 bitů
70
bitově
adresovatelná
paměť
Registry R0 - R7,
128 Byte
přímo i nepřímo
adres. pam
Přímo i nepřímo adr. pam.
RAM - 128 Byte
reg. banka 3
reg. banka 2
reg. banka 1
R7
R0
reg. banka 0
75
Celá oblast nepřímo adr. paměti RAM
FF
80
7F
speciální
funkční
registry
FF
nepřímo adres.
dat. pam.
( pouze u xx52
verzí)
SP
P0
zápisník, data
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
Registry R0 - R7,
bit 00,01,02 ....celk. 128 bitů
RAM - 128 Byte
reg. banka 3
reg. banka 2
Nepřímo adr. pam 256 Byte
reg. banka 1
R7
R0
reg. banka 0
76
Prostor DATA, Speciální funkční registry - SFR
FF
80
7F
speciální
funkční
registry
FF
nepřímo adres.
dat. pam.
( pouze u xx52
verzí)
SP
P0
zápisník, data
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
Registry R0 - R7,
bit 00,01,02 ....celk. 128 bitů
RAM - 128 Byte
Nepřímo adr. pam 256 Byte
Spec. funkční registry pouze přímo adresovatelné
v prostoru DATA
77
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
bitově
adresovatelná
paměť
• na P1.0 a P1.1 nejsou PULL - UP
rezistory - není schopen generovat
na výstupu úroveň H
reg. banka 3
reg. banka 2
reg. banka 1
R7
R0
reg. banka 0
78
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
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)
bitově.
adresov.
0 (8)
1 (9)
97h
WMCON
2 (A)
3 (B)
4 (C)
5 (D)
8Fh
PCON
6 (E)
87h
7 (F)
79
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
80
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
SETB 90h nastav bit v s bit. adr. 90h (nejnižší bit-LSB- brány P1)
90h bitová adresa od začátku (obtížně se pamatuje)
81
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
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
82
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
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
83
Registry speciálních funkcí - SFR
střadač ACC ..............
registr B
.............
8 bitový registr; funkce střadače
8 bitový reg., pomoc. reg. pro násobení/ dělení
84
střadač ACC ..............
registr B
.............
registry R0..R7 .........
ukazatel zásobníku - SP
8 bitové registry; 4 banky, přepínané v PSW
8 bitový reg.
85
střadač ACC ..............
registr B
.............
datový ukazatel - DPTR
porty P0..P3 ..............
8 bitový reg.
16 - bitový registr (DPH, DPL); adresace XDATA
8-bitové registry; čtení, zápis na porty procesoru
86
střadač ACC ..............
registr B
.............
porty P0..P3 ..............
stavový registr PSW
8 bitový reg.
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
87
střadač ACC ..............
registr B
.............
porty P0..P3 ..............
stavový registr PSW
8 bitový reg.
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
88
Přehled rezervovaných symbolů
A
- střadač
89
A
- střadač
R0 - R7
- osm obecných registrů v právě aktivní bance
90
A
- střadač
R0 - R7
DPTR
- datový ukazatel (data pointer), 16- bitový registr, který se
používá pro adresování v programové a externí datové
paměti
91
A
- střadač
R0 - R7
DPTR
paměti
PC
- programový čítač; 16 - bitový registr, který obsahuje adresu
následující instrukce
92
A
- střadač
R0 - R7
DPTR
paměti
PC
C
- Carry flag - přenosový bit; indikuje přenos z MSB při
operacích ALU
93
A
- střadač
R0 - R7
DPTR
paměti
PC
C
- Carry flag - přenosový bit; indikuje přenos z MSB při
operacích ALU
AB
- registrový pár; používá se při násobení a dělení
94
Přehled instrukčního souboru 8051
• aritmetické operace
(sčítání, odečítání, násobení, dělení,...)
95
• logické operace
(AND,OR, XOR, bitové rotace, nastavování/nulování bitu
96
• přesuny dat
(mezi registry, styk s programovou a externí datovou pamětí)
97
• přesuny dat
(mezi registry, styk s programovou a externí datovou pamětí)
• předání řízení (skoky)
(skoky, volání podprogramu,návrat z podprogramu a z přerušení,...)
98
Instrukční soubor 8051 - Operandy instrukcí
rezervované symboly:
<název>
A,C,DPTR, registry speciálních funkcí -SFR
99
<název>
bajtové adresy:
<adresa>
adresy vnitřní datové paměti (0-127) a SFR registry (128 -255)
100
rezervované symboly: <název>
bajtové adresy:
<adresa>
bitové adresy:
<adresa bitu>
bitově adresovatelná paměť RAM a vybrané SFR
101
<název>
bajtové adresy:
<adresa>
bitové adresy:
<adresa bitu>
přímá data :
# <hodnota>
operand je přímo zadán, je součástí instrukce
102
bajtové adresy:
<adresa>
bitové adresy:
<adresa bitu>
přímá data :
# <hodnota>
nepřímé adresování: @R0, @R1, @DPTR, @A+PC
data (skok) se adresují přes ukazatel
103
bajtové adresy:
<adresa>
bitové adresy:
<adresa bitu>
přímá data :
# <hodnota>
nepřímé adresování: @R0, @R1, @DPTR, @A+PC
data (skok) se adresují přes ukazatel
relativní adresa:
8 bitů se znaménkem (+127 až -128)
104
Instrukční soubor 8051 - Přesuny dat
obecné přesuny dat:
MOV
obecná instrukce pro přesun (18 variant)
105
MOV
speciální přesuny dat:
MOVC přesun z programové paměti (CODE)
MOVX přesun z/do externí datové paměti (XDATA)
106
MOV
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
107
Instrukční soubor 8051 - Aritmetické instrukce
sčítání:
ADD prosté sečtení
ADDC sčítání s přenosem z nižšího řádu
INC
přičtení jedničky (inkrementace)
108
sčítání:
INC
odčítání:
SUBB odečítání s výpůjčkou
DEC odečtení jedničky (dekrementace)
109
sčítání:
INC
odčítání:
násobení:
MUL
násobení obsahu střadače obsahem registru B
110
sčítání:
INC
odčítání:
násobení:
MUL
násobení obsahu střadače obsahem registru B
DIV
dělení obsahu střadače registrem B
dělení:
111
sčítání:
INC
odčítání:
násobení:
MUL násobení obsahu střadače obsahem registru B
dělení:
DIV
dělení obsahu střadače registrem B
dekadická korekce:
DA
dekadická korekce po sčítání dvou BCD čísel
112
Logické instrukce a instrukce pracující s bity
logické operace:
AND
ORL
XOR
logický součin
logický součet
nonekvivalence
113
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
114
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)
115
AJMP
LJMP
JMP
skok uvnitř 2kB stránky
dlouhý skok ( v rámci 64 kB)
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
116
AJMP skok uvnitř 2kB stránky
LJMP dlouhý skok ( v rámci 64 kB)
JMP
podmíněné skoky:
JBC
DJNZ
volání podprogramu:
ACALL volání podprogramu uvnitř 2 kB stránky
LCALL dlouhé volání podprogramu
CALL obecná inst. volání podprogramu (překladač ...)
RET
návrat z podprogramu
117
AJMP skok uvnitř 2kB stránky
LJMP dlouhý skok ( v rámci 64 kB)
JMP
podmíněné skoky:
JBC
DJNZ
volání podprogramu:
ACALL volání podprogramu uvnitř 2 kB stránky
LCALL dlouhé volání podprogramu
CALL obecná inst. volání podprogramu (překladač ...)
RET
návrat z podprogramu
návrat z přerušení:
RETI
návrat z přerušení
118
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 P2.0
; Strida blikani je 1:1. LED je zapojena proti napajeni.
; perioda blikani nastavena cekaci funkci Cekej, kde pocet
; cekacich cyklu udava konstanta POCET
LED
equ P2.0
POCET equ 35000
PROG_PAM equ 00000h
; LED - buzena proti napajeni
; pocet cyklu cekaci smycky
; adresa ulozeni programu
dseg at 30h
WaitLo: ds
1
WaitHi: ds
1
; Pomocne promenne pro cekaci smycku
;
cseg at PROG_PAM
jmp Init
; 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
119
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
djnz
ret
WaitLo,Znovu
WaitHi,Znovu
end
120
Jak postupovat
Nainstalovat IDE
Ověřit funkčnost na testovacím programu
Seznámit se s architekturou 8051 – lit.
www.measure.feld.cvut.cz stránky předmětu A3B38MMP
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)
AT88C51RC2 – příprava programu,
sestavit mikropočítač na nepájivém kontaktním poli
překlad, „napálení“ do vnitřní paměti Flash. program – blikání LED
podle vstupu – tlačítko.
121
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
122

Úvod - Katedra měření

Transkript

Podobné dokumenty

zde - Ženy 50+

Stanovisko NRC pro pitnou vodu k přístrojům na úpravu

Přednáška č.5 - - Senzory, jejich funkce, základní principy, motory

Kontrolní otázky ke zkoušce MIP

Přednáška č.3 - - Senzory, jejich funkce, základní principy, motory

Senzory, jejich funkce, základní principy, motory