Схема электрическая принципиальная.

Блок-схемы алгоритмов управляющей программы.

4. Список рекомендуемой литературы

1. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. Уч. Пособие. Издательство «БХВ - Петербург» СПБ, 2007г.

2. Редькин П.П. Прецизионные системы сбора данных семейства MSC12xx фирмы Texas Instruments: архитектура, программирование, разработка приложений. - М.: Издательский дом «Додэка-ХХI», 2006. - 608с.

3. Боборыкин А.В. и др. Однокристальные микро - ЭВМ. М.: Микап, 1994, - 400с.

4. Предко М. Руководство по микроконтроллерам, в двух томах. М.: Постмаркет, 2001г.

5. Гибсон Г., Ю-Чжен Лю. Аппаратные и программные средства микро-ЭВМ.- М.: Финансы и статистика, 1983.- 255с.

1. Дерюгин А.А. Применение ИМС памяти / Под ред. А.Ю. Гордонова.- М.: Радио и связь, 1994.- 380с.

2. Коффрон Дж., Лонг В. Расширение микропроцессорных систем.- М.: Машиностроение, 1987.- 320с.

3. Левенталь Л., Сэйвилл У. Программирование на языке Ассемблера для микропроцессоров 8080 и 8085: Пер. с англ.- М.: Радио и связь, 1987.- 448с.

4. Лебедев О.Н. Применение микросхем памяти в электронных устройствах.- М.: Радио и связь, 1994.- 380с.

5. Логические ИС КР1533, КР1554: Справочник: В 2-х ч.- М.: ТОО Бином, 1993.- 354с.

6. Рафикузаман М. Микропроцессоры и машинное проектирование МПС: В 2-х кн.- М.: Мир, 1988.- 323с., 277с.

7. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC: Пер. с англ./ Под ред. У. Томкниса, Дж. Уэбстера.- М.: Мир, 1992.- 273с.

8. Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение.- М.: Энергоатомиздат, 1990.- 320 с.

9. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 2-х т.- М.: Мир, 1983.-584с., 604с.

10. Щелкунов Н.Н., Дианов А.П. Микропроцессорные средства и системы.- М.: Радио и связь, 1989.- 287с.

11. Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования. - М.: Мир, 2001.- 379с.

12. Кропотов Ю.А., Кулигин М.Н., Кузичкин О.Р. Цифровые и микропроцессорные устройства: учеб. пособие / Ю.А.Кропотов, М.Н. Кулигин, О.Р. Кузичкин - Муром: Изд.- полиграфический центр МИ ВлГУ, 2011. - 198c (75 экз.)

13. Микропроцессорные системы: учеб. пособие / М.Н. Кулигин - Муром: Изд.-полиграфический центр МИ ВлГУ, 2010. - 130 c. (70 экз.)

14. Аверченков О.Е. Основы схемотехники аналого-цифровых устройств. М: - "ДМК Пресс", 2012. - 80 стр.

15. Магда Ю.С. Микроконтроллеры серии 8051. Практический подход. М: - ДМК Пресс, 2008.- 228с..

16. Микушин А.В. Электронный конспект «Микропроцессоры в устройствах и системах», «Микропроцессоры и цифровая обработка сигналов», СибГУТИ.

5. Рекомендации по разработке аппаратных и программных средств МПС

Разработка МПС на базе микропроцессорного комплекта требует решения следующих основных задач:

Определение состава памяти и устройств ввода-вывода (УВВ) и способов их подключения к системной шине МПС.

Разработка системы адресации памяти и УВВ.

Разработка системы прерывания.

Обеспечение электрического сопряжения компонентов МПС.

Разработка программного обеспечения (ПО).

В ТЗ состав памяти и УВВ задан, необходимо разработать схемы сопряжения для подключения заданных устройств к системной шине.

Для управления модулями памяти можно использовать микросхемы (м\с) любых серий. Порты ввода-вывода, необходимые для подключения клавишного пульта, индикатора и АЦП - для четных вариантов должны быть реализованы с использованием м\с малой и средней степени интеграции, включая МБР К589ИР12, для нечетных с использованием К580ВВ55А.

Выбор м\с аналогового коммутатора определяется числом аналоговых сигналов. Выбирая м\с из справочников или из табл. 1.1-1.3, необходимо приводить в пояснительной записке их основные технические характеристики и режимы работы, а так же ссылки на № источника в квадратных скобках [ ].

5.1 Разработка аппаратных средств МПС

5.1.1 Разработка модуля центрального процессора (ЦП)

В состав ЦП должны входить: микропроцессор, тактовый генератор, узел сброса МПС в начальное состояние (как при включении питания, так и при нажатии кнопки “Сброс”), шинные формирователи и буферные регистры (для хранения адреса).

5.1.2 Разработка модуля ОЗУ и ПЗУ

Исходные данные для разработки модуля ОЗУ и ПЗУ приведены в табл.1.1. Структура модуля памяти и рекомендации по разработке приведены в методических указаниях по проектированию модулей памяти. В табл.1.1 заданы типы микросхемы ОЗУ, ПЗУ, а также минимальный объем памяти - 1 Кб. Для заданных в табл.1.1 микросхем из справочников выписываются основные технические характеристики: емкость микросхемы, таблица управляющих сигналов, параметры, которые характеризуют быстродействие микросхемы.

5.1.3 Разработка пульта управления и индикации

Пульт управления должен содержать следующие элементы:

тумблер включения питания;

кнопку “Сброс”, при нажатии на которую производится начальная установка (инициализация) МПС;

кнопку “ввод”, при нажатии на которую начинается ввод и оцифровка аналоговых сигналов; Состояние кнопки «ввод» фиксируется отдельным триггером и может опрашиваться программно или подключаться к входу запроса прерывания микропроцессора. Четные варианты - по прерыванию, нечетные - программной.

- линейный индикатор на ССИ. Исходные данные для проектирования индикатора приведены в табл.1.2. Принцип управления индикатором динамический.

5.1.4 Разработка модуля ввода аналоговых сигналов

Для организации интерфейса с устройствами ввода аналоговой информации (аналоговый коммутатор, АЦП) необходимо два порта. Порт ввода оцифрованных данных с АЦП и порт управления. Разрядность порта ввода определяется разрядностью заданного в табл.1.3 АЦП, а разрядность порта управления типом выбранного аналогового коммутатора и типом заданного АЦП. Через порт управления от микропроцессора задается номер канала аналогового сигнала, выдается управляющий сигнал “Начало преобразования”, и передается в МП сигнал “ Конец преобразования”. Микросхемы портов выбираются для четных и нечетных вариантов (раздел 3). Тип датчика выбирается по согласованию с преподавателем; для выбранного датчика разрабатывается схема включения с целью преобразования измеряемой физической величины в ток или напряжение.

Примечание: обозначение сигналов АЦП “Начало преобразования” и “Конец преобразования” у конкретного типа АЦП будет своё.

5.2 Разработка программного обеспечения

Разработка ПО включает разработку схем алгоритмов управления в соответствии с общим алгоритмом управления МПС (рис. 5.2.1), а также программных модулей реализации данных алгоритмов на языке ассемблера.

Программное обеспечение МПС должно выполнять следующие функции:

начальный запуск (инициализация) МПС;

управление вводом аналоговой информации и ее обработку по заданному алгоритму;

вывод информации на индикатор.

Для написания программы необходимо распределить адреса ПЗУ, ОЗУ, стека, портов ввода (вывода), выделить адреса памяти для переменных, адреса буферной области ОЗУ для хранения оцифрованных данных, таблиц перекодировки в семисегментный код и тому подобное. Карту распределения адресов (с комментариями) необходимо поместить в начало программы.

При включении питания или сбросе в исходное состояние, МПС должна находиться в состоянии готовности к работе (состояние индикаторов - 0000), при этом производится программный опрос состояния кнопки «ввод» и сканирование индикатора. Так как микропроцессоры и микроконтроллеры после включения питания начинают выполнять программу с так называемого стартового адреса, то по этому адресу обычно записывают команду безусловного перехода (JMP START) на действительную точку начала программы. Это необходимо потому, что аппаратные прерывания МП всегда передают управление по фиксированным адресам, расположенным в начале адресного пространства МПС. Находящиеся по этим адресам команды безусловного перехода на подпрограммы обслуживания соответствующих прерываний, основная программа должна обойти.

С метки “START“ начинается процедура инициализации МПС (на время выполнения процедуры необходимо запретить прерывания). Эта процедура устанавливает начальные значения стека, ячеек буферного ОЗУ для индикаторов, переменных, производит инициализацию памяти и БИС ППИ, задаёт исходное состояние триггера кнопки “Ввод” и т.п. Далее МП переходит к опросу состояния кнопки «ввод» и, если она будет нажата, вызывается подпрограмма ввода аналоговых сигналов. Подпрограмма ввода аналоговых сигналов реализует блок 4 общего алгоритма управления МПС (рис. 5.2.1). Для организации приема одного из 8-ми (или 4-х) аналоговых сигналов с помощью преобразования на АЦП следует задать адрес номера канала ввода аналогового коммутатора (мультиплексора) и сформировать сигнал «начало преобразования».

На время преобразования одной выборки аналогового сигнала в цифровой код АЦП формирует сигнал неготовности, что держит МП в состоянии ожидания. Закончив преобразование, АЦП формирует сигнал «конец преобразования» и снимает сигнал неготовности, МП считывает с порта ввода оцифрованные данные и передает их в ОЗУ. Частоту дискретизации выбирают исходя из времени, которое требуется на преобразование одной выборки, то есть исходя из быстродействия АЦП.

В блоке 5 осуществляется программная обработка оцифрованных данных в соответствии с алгоритмом заданным в техническом задании КР. Результат преобразования выводится на индикатор. После включения питания на индикаторах должны высвечиваться нули.

Примечание: разрабатываемые процедуры должны сопровождаться подробными комментариями. Ниже, для примера оформления, приведен фрагмент программы:

Таблица 5.1

ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ ППИ 1

ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ ППИ 2

Смотри также раздел 6.3.2. «Модульное программирование систем управления».

5.3 Требования к оформлению КП

При проектировании любого устройства или узла исходной информацией является задача (задачи, функции), решаемая устройством (узлом):

описание устройства (узла) делается в следующей последовательности:

задача, решаемая устройством;

состав и назначение составляющих устройство частей;

входные и выходные (внешние) и внутренние связи (сигналы), если требуется;

функционирование устройства в заданном или во всех возможных режимах работы;

временные диаграммы для пояснения режимов работы (если требуется);

оформление пояснительной записки и графических материалов, должно соответствовать требованиям ЕСКД:

ГОСТ 2.702-75. Правила выполнения электрических схем.

ГОСТ 2.708-81. Правила выполнения электрических схем цифровой вычислительной техники.

ГОСТ 2.710-81. Буквенно-цифровые обозначение в электрических схемах.

ГОСТ 2.743-82. Условные графические обозначения в схемах. Элементы цифровой техники;

рисунки следует выносить на отдельные листы, которые тоже нумеруются, размещая каждый из них на следующем листе после того листа, на котором он упоминается первый раз. Размер листа рисунка - A4 (в исключительных случаях - A3). На одном листе можно располагать несколько рисунков. "Большие" рисунки целесообразно раскрывать по частям (иерархически). Нумерация рисунков может быть либо сквозной по всей работе (рис.1...), либо по разделам (в первом разделе рис.1.1...). Каждый рисунок должен иметь название. Нумерация рисунков должна быть по порядку (ГОСТ 2.105-79,п.2.3);

необходимо строго придерживаться единства обозначений. Одни и те же узлы или сигналы и в тексте, и на рисунках должны быть обозначены одинаково. Не должно быть одинаковых обозначений у разных узлов (сигналов). Все обозначения и сокращения выполняются латинскими прописными буквами и должны быть пояснены (ГОСТ 2.710-81, п.2.1);

графический материал (чертежи, спецификации) выносятся в приложения. Не допускается пояснять работу устройства (узлов), ссылаясь на графический материал приложений. Должны быть приведены все необходимые поясняющие рисунки в тексте пояснительной записки (п. 5).

Разработка программного обеспечения производится в тексте записки. При этом приводятся требуемые иллюстрации (классификации решаемых задач, схемы алгоритмов и т.п.). Оформление разделов по программному обеспечению должно соответствовать требованиям ЕСКД:

ГОСТ 19.001-77. Общие положения.

ГОСТ 19.002-80. Схемы алгоритмов и программ. Правила выполнения.

ГОСТ 19.003-80. Схемы алгоритмов и программ. Обозначения условные графические.

ГОСТ 19.402-78. Описание программы.

Распечатки программ с необходимыми пояснениями выносятся в приложения.

5.4 Рекомендации по методике написания основных разделов пояснительной записки

В разделе «Анализ технического задания» необходимо проанализировать исходные данные к устройству, указанному в ТЗ, и на основании этого анализа сделать предварительные выводы по выбору одного из вариантов схемотехнического решения поставленной задачи.

Пример написания раздела «Анализ технического задания»

В данном курсовом проекте требуется разработать микропроцессорное устройство (МПУ), предназначенное для сбора аналоговой информации. Устройство должно представлять собой комплекс программно-аппаратных средств. Аппаратная часть (согласно ТЗ) включает:

микропрограммный блок;

блок управления и индикации;

буфер последовательного порта.

Программное обеспечение МПУ необходимо для инициализации устройства, формирования необходимых временных интервалов, управления процессом оцифровки и записи оцифрованных данных в буфер последовательного порта.

Общую задачу, возлагаемую на МПУ, можно разделить на несколько подзадач:

- сбор информации;

- сохранение собранной информации для последующей обработки на IBM PC.

Сбор информации.

Сигналы датчиков подаются в МПУ в виде напряжения. Сбор информации с датчиков осуществляется через определенные фиксированные моменты времени - 2 раза за один час.

Запись информации.

Информация, поступающая с датчиков, оцифровывается. Оцифрованная информация должна сохранятся в энергонезависимой памяти.

Обычно система сбора аналоговой информации состоит из двух основных компонентов:

- система датчиков;

- МПУ.

Общее число датчиков равно 8; при этом часть датчиков предназначена для регистрации температуры, а другая часть (интегрально - индукционные датчики) - для регистрации электропроводности почвы.

Датчики должны подключаться к МПУ через цепь устройств: датчик - усилитель - фильтр - линия - масштабирующий усилитель - коммутатор - АЦП. Предполагается, что масштабирующие усилители и дополнительные фильтры будут конструктивно выполнены в виде отдельного блока. А коммутатор и АЦП будут входить в состав МПУ.

Согласно ТЗ амплитуда сигнала после усиления может изменяться от - 2,5 В до +2,5 В. Точность оцифровки аналоговых сигналов в ТЗ не задана, поэтому основным критерием при выборе типа АЦП является двухполярный сигнал низкой частоты (согласно ТЗ - 60100 Гц). Коммутатор необходим для выбора датчика, с которого в текущий момент происходит съем (сбор) информации. Коммутатор должен быть восьми канальным.

Для аналого-цифрового преобразования предполагается использовать микросхему К1108ПВ1, точность и быстродействие которой вполне удовлетворяют ТЗ.

Автономный, круглосуточный режим работы МПУ предполагает, что мощность, потребляемая устройством от источника питания, должна быть минимальной, так как возможна ситуация, когда питание схемы будет осуществляться от аккумуляторов. Это является основным аргументом для выбора элементной базы МПУ.

Техническое задание рекомендует использовать для микропроцессорного блока однокристальные микро-ЭВМ серии MCS-51. Организация однокристальных микро-ЭВМ ориентирована на применение встраиваемых в изделие управляющих микропроцессорных систем реального времени, рабочая программа которых расположена в ПЗУ системы.

В настоящее время на мировом рынке электронных компонентов микроконтроллеры представлены большим числом фирм. Ниже представлены основные из них:

ATMEL, BASIC CONCEPTS, DALLAS SEMICONDUCTOR, EPSON, FUJITSU, HITACHI, HOLTEK MICROELECTRONICS, INTEL, MAZET, METCOMP, MICROCHIP, MITSUBISHI, MOTOROLA, NATIONAL SEMICONDUCTOR, NEC ELECTRONIC, OKI, PANASONIC, PHILIPS SEMICONDUCTORS, SAMSUNG, SANYO, ISS, SGS-THOMSON, SHARP, SIEMENS, TEMIC, TEXAS INSTRUMENTS, TDK SEMICONDUCTOR, TOSHIBA, ZILOG.

Для устройства, разрабатываемого в данном курсовом проекте, идеально подходят микроконтроллеры серии ADuC812 фирмы ANALOG DEVICES.

Обработка, полученной с датчиков информации будет производиться на IBM PC. Для связи с компьютером необходимо использовать последовательный интерфейс R8-232С. Так как разрабатываемое устройство должно работать в автономном режиме (без ПК), а компьютер будет подключаться для считывания оцифрованных данных с буфера последовательного порта по мере их накопления, то для управления и контроля системой в состав МПУ входят блок клавишного пульта и блок индикации. На индикаторы предполагается выводить время, прошедшее с момента последнего цикла опроса датчиков, а клавишный пульт позволит оперативно корректировать работу МПУ.

В разделе «Выбор и обоснование структурной схемы» следует сделать сравнительный анализ нескольких вариантов схемотехнического решения, включая и вариант, выбранный в предыдущем разделе. Сравнивать можно два варианта и более. На основании проведенного анализа выбирается одно какое-то решение, которое и рассматривается далее.

В разделе «Описание работы схемы» дается описание выбранного варианта схемы и ее расчет в объеме достаточном для защиты курсовой работы. Здесь же необходимо обосновать выбор применяемых в схеме микросхем.

В разделе «Заключение» даются выводы по проделанной работе, т.е. необходимо кратко рассмотреть, как решена поставленная задача. Если были получены какие-то характеристики разрабатываемого устройства (экспериментально или рассчитаны), то их следует вынести и в заключение.

Список используемой литературы оформляется в соответствии с требованиями ГОСТа: Библиографическое описание документа.

В приложения выносятся схемы и графики, которые не помещаются в формат пояснительной записки.

Листы (размер A4) нумеруются, начиная с титульного листа (но номер на нем не ставится) и до конца, включая приложения.

6. Краткие теоретические сведения по микроконтроллерам

6.1 Организация ОЭВМ семейства MCS-51

Назначение выводов микросхемы AT89C51:

· GND - потенциал общего провода («земли»);

· Vсс - основное напряжение питания +5В;

· XTAL1, ХTAL2 - выводы для подключения кварцевого резонатора;

· RST - вход общего сброса микроЭВМ;

· PSEN - разрешение внешней памяти программ; выдается только при обращении к ПЗУ;

· ALE - строб адреса внешней памяти;

· ЕА - отключение внутренней программной памяти;

через порт 0 (в мультиплексном режиме) выводится младший байт адреса, а также выдается и принимается в микроконтроллер байт данных при работе с внешней памятью программ/данных.

через порт 2 выводится байт старший байт адреса внешней памяти программ и данных;

порт 1 предназначен для задания младшего байта адреса при программировании и проверке ПЗУ микросхемы.

порт 3 имеет следующие альтернативные функции:

Р3.7 - строб чтения из внешней памяти данных (Read Data for External Memory, );

P3.6 - строб записи во внешнюю память данных (Write Data for External Memory, )

P3.5 - внешний вход T/C1 (Timer/Counter 1 External Input, T1);

P3.4 - внешний вход T/C0 (Timer/Counter 0 External Input, T0);

P3.3 - вход внешнего прерывания 1 (External Interrupt 1 Input Pin, );

P3.2 - вход внешнего прерывания 0 (External Interrupt 0 Input Pin, );

P3.1 - выход данных передатчика последовательного порта (Serial Port Transmit Pin, TxD);

P3.0 - вход данных передатчика последовательного порта (Serial Port Receive Pin, RxD).

Рис. 6.1 Условное графическое обозначение микросхемы AT89C51

На рис. 6.2 приведена схема формирования внешних шин адреса (А15-А0) и данных (D7-D0). На схеме показаны также 3 сигнала шины управления: . Внешние шины позволяют подключить к микроконтроллеру дополнительные микросхемы внешней памяти программ и внешней памяти данных (см. также раздел 6.3. - рис. 6.6.).

6.2 Карта памяти MCS-51

Вся серия MCS-51 имеет гарвардскую архитектуру, то есть раздельные адресные пространства памяти программ и данных. Структура адресного пространства микроконтроллеров семества MCS-51 представлена на рисунке 6.3.

Память программ имеет 16-ти битовую адресную шину, ее элементы адресуются с использованием счетчика команд (РС) или инструкций, которые вырабатывают 16-ти разрядные адреса.

Рис. 6.2 Схема микропроцессорного блока.

Рис 6.3 - Пространство памяти ОЭВМ

Память программ доступна только по чтению. ОЭВМ не имеют команд и управляющих сигналов, предназначенных для записи в память программ. Память программ имеет байтовую организацию и общий объем до 64 КБ.

При выборке из внешней памяти программ всегда используется 16-ти битовый адрес, младший байт которого выдается через порт Р0, а старший байт - через порт Р2 ОЭВМ. Байт из внешней памяти программ вводится в ОЭВМ через порт Р0, который в этом случае используется как шина адреса / данных в режиме мультиплексирования.

Объем внутренней (резидентной) памяти программ, располагаемой на кристалле AT89C51, имеет объем 4 КБ (базовый кристалл). Доступ к внутреннему или внешнему ПЗУ определяется значением сигнала на выводе ЕА:

- EA=V_cc (напряжение питания) - доступ к внутреннему ПЗУ;

- EA=V_ss (потенциал земли) - доступ к внешнему ПЗУ.

Строб чтения внешнего ПЗУ - (Program Store Enable) генерируется при обращении к внешней памяти программ и является неактивным во время обращения к ПЗУ, расположенному на кристалле.

Область нижних адресов памяти программ используется системой прерываний. Архитектура микросхемы AT89C51 обеспечивает поддержку пяти источников прерываний:

· двух внешних прерываний;

· двух прерываний от таймеров;

· прерывания от последовательного порта.

На рисунке 6.4 изображено распределение адресов нижней области памяти программ

Рис. 6.4 Нижняя область памяти программ

Внутренняя память данных ОЭВМ состоит из двух областей: 128 байт оперативной памяти (ОЗУ) с адресами 0-7FН и области регистров специальных функций, занимающей адреса 80Н-FFН. Распределение пространства внутренней памяти данных показано на рисунке 6.5.

Физически внутреннее ОЗУ данных и область регистров специальных функций являются отдельными устройствами. Все ячейки внутреннего ОЗУ данных могут адресоваться с использованием прямой и косвенной адресации. Кроме того, внутреннее ОЗУ данных имеет следующие особенности. Младшие 32 байта внутреннего ОЗУ данных сгруппированы в четыре банка по восемь регистров в каждом (БАНК 0 - БАНК 3 на рис. 6.5). Команды программы могут обращаться к регистрам, используя их имена R0-R7.

Рис. 6.5 - Адресное пространство внутренней памяти данных

Два бита PSW (указатели банка рабочих регистров RS0 и RS1) определяют, с регистрами какого банка производится манипуляция. Наличие такого механизма работы с ячейками ОЗУ позволяет экономить память программ, так как команды, работающие с регистрами R0-R7, короче команд, использующих прямую адресацию.

При выполнении многих команд в АЛУ формируется ряд признаков операции (флагов), которые фиксируются в регистре PSW. В табл. 6.1 приводится перечень флагов, даются их символические имена и описываются условия их формирования.

Таблица 6.1. Формат регистра PSW (слово состояния программы)

6.3 Построение микропроцессорной системы на базе МК-51

6.3.1 Расширение памяти программ и данных

В МПС, построенных на базе ОЭВМ МК51, доступ к внешней памяти программ, осуществляется с помощью управляющего сигнала , выполняющего функцию сигнала для разрешения включения дешифратора DC1 (рис.6.6). При обращении к внешней памяти программ всегда используется 16-разрядный адрес. При этом старший байт адреса выводится через порт Р2, младший байт адреса - через порт Р0, причем порт Р0 при обращениях к микросхемам внешней памяти выполняет также роль шины данных и через него вводится код команды из внешней памяти программ (ROM). Разделение адреса и кода команды во времени производится с помощью сигнала ALE, во время действия которого младший байт адреса записывается во внешний регистр RG. Старший байт адреса запоминается в порту Р2 и сохраняется неизменным в течение цикла обращения к внешней памяти программ.

Рис. 6.6 Структурная схема микропроцессорной системы с внешней памятью

Доступ к внешней памяти данных возможен с использованием как 16-разрядного адреса (команды MOVX А, @ DPTR и MOVX @ DPTR, A), так и 8-разрядного адреса (команды MOVX А, @ R0 (R1) и MOVX @ R0 (R1), А). При использовании 16-разрядного адреса старший байт адреса выводится через порт Р2, а младший байт адреса выводится через порт P0 и запоминается по сигналу ALE во внешнем регистре RG. При использовании 8-разрядного адреса порт Р2 может быть использован для организации функций ввода/вывода.

Если на вход /RD БИС внешней памяти данных поступает сигнал низкого уровня, то осуществляется цикл записи, иначе - цикл чтения. Формирование циклов записи или чтения производится с помощью команд типа MOVX, во время выполнения которых с выводов порта РЗ снимался сигналы или . Поскольку сигналы и взаимоисключающие, то во время цикла чтения на выводе порта РЗ формируется сигнал высокого уровня, и поэтому на вход /RD БИС внешней памяти данных сигнал не заводится.

В тех случаях, когда в систему входят интерфейсные БИС серии К580 (например, программируемый параллельный интерфейс К580ВВ55А), то используются оба сигнала и , и обращение к БИС ВВ55А производится как к ячейке памяти с помощью команд типа MOVX.

Иногда бывает удобно совместить внешнюю память программ и данных с общим адресным пространством, т. е. иметь возможность (например, на этапе отладки) вводить программу во внешнее ОЗУ с клавиатуры или по последовательному интерфейсу, с компьютера. В этом случае с помощью внешней логики (рис. 6.7) формируются сигналы, и , аналогичные сигналы используются в системах, построенных на базе микропроцессоров К580 или К1810.

Рис. 6.7 - Формирование управляющих сигналов для совмещения адресного пространства внешней памяти программ и данных

Пример схемы подключения внешнего ОЗУ для совмещения адресного пространства внешней памяти программ и данных показан на рис. 6.8.

В качестве ОЗУ использована микросхема КР537РУ8. Объем памяти данной микросхемы составляет 2К. При записи программы пользователя в память программ, обращение к ОЗУ осуществляется как к памяти данных. Во время работы программы, как к памяти программ.

Рис. 6.8 Схема подключения внешней памяти программ к микроконтроллеру

6.3.2 Модульное программирование систем управления

Разработка и модернизация программ управления значительно облегчаются, если строить их по модульному принципу. В этом случае после накопления некоторого опыта, а главное - собственной библиотеки отлаженных модулей, программирование новой системы управления (СУ) сводится к замене некоторых модулей уже действующей и отлаженной программы и, возможно, дополнение ее фрагментами, учитывающими особенности конкретной системы. Этот принцип заложен в структуру многих языков высокого уровня, и программист буквально вынужден ему следовать.

К сожалению, Ассемблеры, предоставляя программисту большую свободу выбора средств и методов решения задач, как правило, совсем не следят за соблюдением дисциплины программирования. Это нередко приводит к созданию настолько запутанных программ, что даже их авторы не могу спустя некоторое время разобраться в том, что было сделано, не говоря уже об использовании отлаженных фрагментов в других программах. Сознательное соблюдение общих модульных концепций значительно облегчает и ускоряет программирование микроконтроллеров.

Далее рассмотрим пример типичной модульной программы для СУ. В начале текста директивами EQU константам даются имена и присваиваются значения. Пользоваться именованными константами всегда предпочтительнее, чем указывать числовые значения непосредственно в исполняемых командах микропроцессора.

Например:

константы и переменные

CL0EQU98h; младший байт начального значения для T/C 0

CH0EQUBDh; старший байт начального значения для T/C 0

CL1EQUF0h; младший байт начального значения для T/C 1

CH1EQUD8h; старший байт начального значения для T/C 1

OV1EQUFFh; флаг переполнения T/C 1

TEQU50d; задержка 0.5 с

Далее в программе выделяют память для переменных. Делают это теми же самыми директивами EQU, но в отличие от описаний константы задают не численные значения переменных, а адреса занимаемых ими ячеек памяти.

Если позволяет Ассемблер, не следует пренебрегать возможностью использования макрокоманд. Каждая из них представляет собой как бы новую команду, выполняющую операцию, прямо не предусмотренную системой команд микропроцессора.

После включения питания (или подачи сигнала сброса) микроконтроллер начинает выполнять программу с нулевого адреса. По этому адресу обычно записывают команду безусловного перехода на действительную точку начала программы (в данном случае на метку START). Это необходимо потому, что аппаратные прерывания всегда передают управление по фиксированным адресам, расположенным в начале памяти программ (адреса векторов прерываний 0003h, 000Bh,..).

Находящиеся по этим адресам команды безусловного перехода на подпрограммы обслуживания соответствующих прерываний основная программа должна «обойти».

Начало основной программы (с метки START) обязательно должно включать установку режимов работы контроллера, инициализацию переменных и внешних программируемых микросхем. Типичная ошибка начинающих программистов - считать, что сразу после пуска программы переменные уже имеют какие - то определенные значения.

START:CALL INIT;вызов подпрограммы инициализации

CYCLE:CALL INP_DIG;ввод/вывод цифровых сигналов

CALL INP_ANL;аналоговый ввод/вывод

CALL PAUSE; задержка в 0,5с

………………………

SJMP CYCLE

Хороший стиль программирования требует, чтобы начальные значения были присвоены переменным в самом начале работы программы. В данном случае это делает подпрограмма INIT.

Раздел инициализации внешних устройств обычно выглядит как поочередный вызов подпрограмм, каждая из которых приводит в исходное состояние одно из них (АЦП, индикатор, клавишный пульт и т.п.) и может быть легко заменена при доработке и совершенствовании системы. Нередко эти же подпрограммы проверяют работоспособность устройств.

Далее большинство управляющих программ входит в бесконечно повторяющийся основной цикл, выполнение которого приостанавливается только для обработки прерываний (это связано с отсутствием в микроконтроллерах операционных систем). Цикл состоит из подпрограмм опроса клавиатуры и других датчиков, проверки флагов, выставляемых подпрограммами обработки прерываний (например, флага истечения заданного интервала времени или окончания работы АЦП), обработки поступившей информации в соответствии с заданным алгоритмом управления, вывода управляющих воздействий на исполнительные механизмы, вывода информации о состоянии технологического процесса на индикаторы. Выход из основного цикла обычно предусматривается только в аварийных ситуациях, например, если для ликвидации последствий сбоя необходимо построить инициализацию переменных и ВУ, а также при обработке прерываний.

Таким образом, программа, построенная по модульному принципу, представляет собой набор подпрограмм. Если во вновь разрабатываемой СУ применена, например, иная клавиатура, достаточно будет изменить подпрограмму клавиатуры. Для того чтобы такая замена была простой, следует выработать и всегда соблюдать определенные правила. Подпрограммы, по возможности, должны сохранять содержимое всех регистров контроллера, получать исходные данные и выдавать результаты работы в одних и тех же регистрах и ячейках памяти, пользоваться одной и той же кодировкой символов и т.п.

Вовсе не обязательно записывать все необходимые подпрограммы в текстовый файл основной программы. Отлаженные и неоднократно использованные в разных программах модули могут находиться в отдельных файлах и подключаться к основной программе директивами INCLUDE. Каждый включаемый файл может содержать одну или несколько подпрограмм. При этом способе имена переменных, констант и меток во всех используемых модулях не должны повторяться.

Далее приведён пример программы, которую можно использовать при курсовом проектировании.

Программа шаблон, организации точных задержек в 1мс и 1 сек

Частота процессора F =12 Mhz

Делитель таймера для получения задержки в 1 мс

THCONST EQU 0FCh

TLCONST EQU 1Fh

Режим работы таймеров

TMODC EQU #11h

Т/C0 ведет отсчеты равные 1 ms

Приоритет прерывания от TMR0 наивысший

Т/C1 здесь для теста (можно использовать для других задач)

Org 0000h ; Вектор сброса

sjmp Start

Org 0003h ; Вектор внешнего прерывания Int0

reti

Org 000bh ; Вектор прерывания TMR0

ljmp Timer0H

Org 0013h ; Вектор внешнего прерывания Int1

reti

Org 001bh ; Вектор прерывания TMR1

ljmp Timer1H

Org 0023h ; Вектор прерывания последовательного порта

reti

Org 0030h ; начало программы

Start:

Предстартовые настройки (блок инициализации системы)

mov SP, #30h ; Настроить указатель стека

mov P2, #1h ; инициализация порта P2

acall LoadTMR0 ; Загрузить делитель TMR0 (Для частоты чипа F)

mov Th1, #80h ; Начальное значение делителя TMR1

setb PT0 ; Повышаем приоритет прерывания от TMR0

mov IE, #8Ah ; Разрешить прерывание от TMR0 и TMR1

mov TMOD, #11h; Оба таймера работают в режиме 1

setb tr0 ; Запуск TMR0

setb tr1 ; Запуск TMR1

acall ClrBanks

mov R0, #10h ; Для теста

Здесь основной цикл программы

MainCyc: ; <---------- ОСНОВНОЙ ЦИКЛ ПРОГРАММЫ

управляющая программа для МК-ра должна иметь бесконечный цикл

из этого цикла осуществляется вызов подпрограмм, реализующих алгоритм управления

sjmp MainCyc ; <---------- ОСНОВНОЙ ЦИКЛ ПРОГРАММЫ

Область подпрограмм

Очистка всех банков регистров

ClrBanks:

mov R0, #20h

ClrL0:

mov @R0, #0

djnz R0, ClrL0

mov R0, #0h

ret

Обработчик прерывания от TMR0

Работает с регистровым банком 1 (RS0 = 1, RS1 = 0)

Timer0H:

...