Ознайомлення із стендом мікропроцесорного контролера ОМК сімейства MCS-51 та виконання команд

Комп’ютерна схемотехніка

Лабораторна робота  № 6

 

Ознайомлення із стендом мікропроцесорного  контролера ОМК сімейства MCS-51 та виконання  команд

 

1 Мета роботи: вивчення функціональних можливостей навчально-налагоджувального стенду, внутрішньої структури та команд однокристального мікроконтролера сімейства MCS-51

2 Апаратура та прилади: ПЕОМ, навчально-налагоджувальний стенд EV8031/AVR

3 Схема підключення  стенда:

Підключення напруги  живлення стенда (+5 В) і зв’язок з  персональним комп’ютером здійснюється універсальним кабелем зв’язку з комп’ютером (DB9+DB25+живлення) за схемою рисунка 1.

      

Рисунок 1 – Схема підключення  стенда до ПК і живлення

4 Опис стенда:

Стенд представляє собою  мікропроцесорний контролер, що містить  пам’ять програм, пам’ять даних  і набір периферійних пристроїв. Структурна схема стенда наведена на рисунку 2, розташування елементів схеми на рисунку 3. Стенд дозволяє налагоджувати програми, написані на мовах Сі і Асемблер. Завантаження програми здійснюється з персонального комп’ютера по послідовному порту RS-232C.

Рисунок 2 – Структурна схема стенда  Рисунок 3 – Схема розташування елементів стенду

 

Структурна схема плати  розширення наведена на рисунку 4, розташування основних органів керування і  мікросхем на платі наведені на рисунку 5.

  

888 – 4-розрядна динамічна індикація;   HG1 – знакосинтезуючий індикатор 5х7;

ЗСІ – знакосинтезуючий індикатор;   HL2 – 4-х розрядна динамічна індикація;

ІПП – інтерфейс периферійних пристроїв; J2– роз’єм підключення зовнішніх контрольно-вимірювальних приладів; 

СДІ – світлодіодні індикатори;    R19–резистор, змінює частоту генерації змінного генератора;

ЦАП – цифро-аналоговий перетворювач;  HL1 – індикатор стану виходу компаратора

ГПЧ – генератор із плавно змінюваною частотою; R4 – змінний резистор, джерело вхідного сигналу для АЦП;

АЦП – аналого-цифровий перетворювач;

INT – кнопки запиту  переривання;

Uх     – джерело  вимірюваної напруги;

ШД – шина даних

= =     – компаратор;

Рисунок 4–Структурна схема плати розширення    Рисунок 5-Розташування елементів плати розширення

5 Основні  теоретичні положення 

ОМК MCS-51 є мікропроцесорним пристроєм з архітектурою СІSC –  з повним набором команд. Система  команд містить 111 базових команд форматом 1 – 3 байти. До складу операндів входять  булеві дані – біти, цифрові (4 біти), байтові і адресні дані. Всі команди виконуються за 1–2 машинних цикли, тривалість становить 1 або 2 мкс при тактовій частоті 12 МГц, за виключенням команд множення і ділення, які виконуються за 4 машинних цикли тривалістю 4 мкс.

Всі команди MCS-51 поділяються на п’ять функціональних груп:

• команди пересилання;
• арифметичні команди;
• логічні команди;
• команди передачі керування;
• команди операцій над бітами.

 

Всього ОМК виконує 13 типів команд, формат яких наведений  в таблиці 1.  Перший байт команди  завжди містить код операції КОП, адресна частина (другий і третій байти), якщо є, містить адреси операндів або їх безпосередні значення.

При виконанні команд використовуються регістри загального призначення (РЗП) з одного з чотирьох банків РПД Rn   (n = 0, 1,..., 7).

Операндами може бути комірка резидентної або зовнішньої пам’яті програм або даних,  константа – безпосередній операнд, регістри спеціальних функцій і SFR, порти вводу/виводу. Порти і SFR адресуються тільки прямим способом.

Байти пам’яті можуть адресуватися непрямим способом через адресні регістри R0, R1, DPTR, PC.

Акумулятор є джерелом операнду і місцем фіксації результату при виконанні  арифметичних, логічних операцій і деяких операцій передачі даних. Крім того, тільки з використанням  акумулятора можна виконати операції зсувів, перевірки на нуль, формування прапорця паритету тощо.

 

#d – безпосередні 8-розрядні дані

ad – байт з РПД за прямою адресацією, в команді вказується або адреса байту 00 – FFН, або позначення одного з регістрів SFR

bit – біт з прямою адресацією, в команді вказується або адреса біта 00 – FFH, або розташування його в регістр спеціальних функцій

/bit - инверсия прямо адресуемого бита

rel – відносна адреса одного з переходів

a7 . . . a0  – 8-розрядна адреса

a10 . . . a0 – 11-розрядна адреса

add, ads – байт-приймач і байт-джерело з прямою адресацією

ad16h, ad16l – старший і молодший байти 16-розрядної адреси

#d16h, #d16l  – старший і молодший байти безпосередніх 16-розрядних даних.

 

Таблиця 1 – Формати  команд

Тип   команди	1-й байт	2-й байт	3-й байт
1	коп
2	коп	#d
3	коп	ad
4	коп	bit
5	коп	rel
6	коп а10а9a8	а7...a0
7	коп	ad	#d
8	коп	ad	rel
9	коп	add	ads
10	коп	#d	rel
11	коп	bit	rel
12	коп	ad16h	ad16l
13	коп	#d16h	#d16l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6   Послідовність  виконання роботи

6.1 Підготовка до роботи

Вивчити структурну схему  стенда і призначення його вузлів. Вивчити призначення виводів, структуру  ОЕОМ сімейства MCS-51, розподіл пам’яті. Вивчити синтаксис команд передачі, арифметичних команд і команд переходів.

6.1.2 Розглянути випробувальну програму, записану в мнемокодах мови Асемблер для MCS-51, проаналізувати застосовані команди, їх синтаксис, формат і спосіб адресації:

ORG 0

Start:

mov DPTR,#0A000h ; занести в регістр DPTR адресу індикації

mov A,#28h  ; занести в регістр А дані для відображення

movx @DPTR,A  ; вивести число 28 на індикацію, адреса якої

                ; знаходиться в регістрі DPTR

jmp Start   ;перехід на початок

END

6.2  Завантаження випробувальної програми в стенд

6.2.1 На ПК завантажити  текстовий редактор.

6.2.2 В текстовому редакторі  набрати текст випробувальної  програми.

6.2.3 Зберегти набраний  файл з розширенням *.ASM (наприклад, proba.ASM).

6.2.4 Відкомпелювати набрану  програму можливими засобами  (…\ASM51.EXE proba.ASM) . Можливі помилки в програмі можна переглянути в одноіменному файлі з розширенням *LST.

6.2.5 Дані файла з  розширенням *.НЕХ перенести в  стенд  програмою EVAL32.EXE  (…\EVAL32.EXE -hs -com 2 9600 IND.HEX).

Вивід на екран  підказки про параметри програми завантаження  даних в стенд із ПК здійснюється шляхом запуску програми EVAL32.EXE без параметрів.

6.2.6 При передачі  даних з ПК в стенд на  екрані монітора відображаються  дані, що передаються. Ці ж дані  відображаються на індикаторі  стенда, при цьому світиться світлодіод HL9.

6.2.7 Зупинка завантаженої програми і перехід в режим очікування на прийом даних з ПК можливий тільки натисканням кнопки SW2. При цьому гасне світлодіод HL9. Запис нової програми можливий в будь-який момент роботи завантаженої програми.

6.2.8 Записати лістинг правильно працюючої програми

7   Зміст  звіту

1. Найменування роботи
2. Мета роботи і застосоване обладнання
3. Порядок завантаження програми
4. Алгоритм програми
5. Лістинг програми
6. Відповіді на контрольні питання

8  Контрольні  питання:

1. Які команди із програми мають пряму адресацію?
2. Вкажіть команди з непрямою адресацією.
3. Визначте, чи є в програмі директиви? Якщо є, вкажіть.
4. Перелічіть типи індикаторів, встановлених у стенді.
5. Поясніть застосування елементу програми «Start:».
6. Яким чином забезпечується з’єднання стенду з ПК?
7. Як можна здійснити зовнішнє переривання за допомогою стенда?

Лабораторна робота  № 7

 

Дослідження схем відображення інформації із статичною індикацією

 

1 Мета роботи: вивчення побудови схем відображення інформації із статичною індикацією та на одиничних світлодіодах та програмування відображення інформації з використанням ОМК сімейства MCS-51

2 Апаратура  та прилади: ПЕОМ, навчально-налагоджувальний стенд EV8031/AVR

3 Схема дослідження:

Рисунок 1 – Схема підключення  статичної індикації та лінійки  одиничних світлодіодів

4 Основні теоретичні  положення 

Найпростішими пристроями відображення інформації в цифрових пристроях  є світлодіоди і цифрові індикатори. 

В напівпровідникових світлодіодах використовується властивість p-n переходу випромінювати  світло у видимій частині спектра при протіканні через нього прямого струму (I_пр=5-20мА, U_пр=2-3В). Варіанти вмикання індикаторів наведені на рис.2.

Для відображення цифрової інформації найбільше поширені семисегментні  індикатори, в яких зображення цифри  утворюють сім лінійних світлодіодних сегментів, розташованих у вигляді цифри 8.

На основі світлодіодів і семисегментних індикаторів будуються підсистеми  відображення інформації.

                        

а     б

Рисунок 2 – Вмикання одиничних  світлодіодних індикаторів а) з спільним анодом та б) з спільним катодом

Статична індикація полягає  у постійній підсвітці індикаторів HL1- HLn від одного джерела інформації (рис.3).

DA – дешифратор-селектор  адреси, необхідний для вибірки  відповідного регістра;

R1…R4 – регістри, в яких тимчасово зберігається значення коду числа для відображення (відповідний регістр вибирається декодером адреси DA);

DC1…DC4 – семисегментні  дешифратори, що перетворюють  двійковий код в семисегментний;

HL1…HL4 – семисегментні  індикатори;

ШД – шина даних, по якій здійснюється передача даних на індикацію.

Рисунок 3 – Структурна схема статичної індикації

В такій системі кожний індикатор HLі підключений через власний дешифратор DCі і регістр-клямку RGі до шини даних, вибірка регістрів RGі здійснюється за допомогою селектора адреси DА. Апаратні витрати при такій організації складають n пар (регістр + дешифратор) при n десяткових розрядах індикатора.

Додатково в схемі  може застосовуватись пристрій керування  дозволом вмикання індикаторів, що побудований  на додатковому регістрі, і формує сигнали гасіння для індикаторів (регістр DC REG на рис.1).

В стенді статична індикація  реалізована на чотирьох  статичних  семисегментних індикаторах HG1 (розряди HG1.0, HG1.1, HG1.2, HG1.3). Звертання до них  здійснюється як до комірок пам’яті з адресами А000h (ліва пара знакомісць), В000h (права пара знакомісць).

Доступ до лінійки  світлодіодів стенду HL1…HL8 здійснюється як до комірки зовнішнього ОЗП  за адресою 0A006h.  Світлодіоди засвічуються шляхом запису логічних одиниць у відповідні розряди регістра LED REG.

 

5   Послідовність  виконання роботи

5.1 Підготовка до роботи

Вивчити функціональну  схему підключення статичної  та світлодіодної індикації, визначити  призначення мікросхем пристрою відображення інформації. Проаналізувати сигнали керування вмиканням індикаторів та адреси звертання до правої та лівої пари знакомісць індикаторів.

5.1.2 Розглянути варіанти  програм відображення інформації, записану в мнемокодах мови  Асемблер для MCS-51, проаналізувати  застосовані команди, їх синтаксис, формат і спосіб адресації:

 

Програма додавання  вмісту регістрів R1 і R4 з відображенням результату на статичному індикаторі

ORG  0

mov R1,#04h  ;записати в R1 число 04

mov R4,#30h  ;встановити в R4 число 30

mov DPTR,#0B000h ;встановити в DPTR адресу індикаторів ;DD17,DD18 

mov A,R1  ;записати в A значення R1

add A,R4  ;додати до вмісту А значення в R4

movx @DPTR,A ;засвітити на інд. DD17,DD18 число із Акк.

mov A,#00h  ;обнулити А

Сon: jmp  Con  ;перехід на циклічність програми

END

 

Програма відображення на статичному індикаторі числа 04 з частотою 1 Гц (застосовується примусове  гасіння індикаторів):

CSEG

ORG 0

Continue:

mov A,#0

mov DPTR,#0A004h

movx @DPTR,A  ;відмінити гасіння знакомісць стат_інд

mov A,#04h    ;записати в Акк.число 04

mov DPTR,#0A000h  ;встановити в DPTR адресу лівої пари

; знакомісць  стат_інд

movx @DPTR,A  ;засвітити число 04

mov DPTR,#0B000h ;встановити в DPTR адресу правої пари

;знакомісць  стат_інд

movx @DPTR,A  ;засвітиті число 04

CALL ZAТ   ;виклик підпрограми затримки

mov A,#00001111b

mov DPTR,#0A004h

movx @DPTR,A  ;загасити усі знакомісця стат_інд

CALL ZAТ

jmp Continue  ;перехід на початок програми

ZAТ:   ;підпрограма затримки

mov R1,#0FFh

C2: mov R2,#0FFh

C4: djnz R2, C4

djnz R1, C2

ret  ;вихід з підпрограми

END

 

5.1.3 Розробити алгоритм  для виконання індивідуального  завдання за таблицею. Варіант  завдання визначити за номером  по списку.

5.1.4 Розробити програму  для виконання індивідуального  завдання.

5.2 Завантажити програму  в стенд ОЕОМ. Впевнитись в  правильному виконанні. При негативному результаті змінити алгоритм або виправити помилки програми. Повторити завантаження програми.