Разработка микропроцессорной системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева» (НГТУ)

Институт радиоэлектроники и информационных технологий

Кафедра «Информационные радиосистемы»

Курсовой проект

Разработка микропроцессорной системы

Проверил:

Букварев Е.А.

Выполнил:

студент гр. 20-Р

Краев А.А.

Нижний Новгород

2023



Оглавление

Задание

1. Описание электрической схемы

2. Описание модулей программы

2.1 Работа блока «main»

2.2 Работа блока «INT_1»

2.3 Работа блока «RS_INT»

2.4 Работа блока «INT_0»

3. Карта памяти системы

4. Текст программ

4.1 Программа основного модуля

4.2 Программы модулей прерываний

4.3 Файл, содержащий все переменные

Список литературы



Задание

память контроллер микросхема программа

Вариант 06. Разработать систему, обеспечивающую прием и обработку массива из 64 восьмиразрядных чисел из микросхемы КР1446ХК1 в оперативную память контроллера. Обработка - сортировка чисел в порядке убывания по модулю. При ошибке в канале обеспечить световую индикацию. Тип микроконтроллера - AT89C4051.



1. Описание электрической схемы

Электрическая схема представляет собой соединение используемого микроконтроллера AT89C4051 и микросхемы КР1446ХК1 с подключением постоянного напряжения питания VCC. На микроконтроллер подаётся частота тактирования 12 МГц.

Кнопка (лог. «0» при нажатии, при отжатой кнопке напряжение лог. «1» обеспечивается подтягивающим резистором R3) и светодиод ошибки подключены к выводам микроконтроллера. Элементы C1, C5 используются для фильтрации цепей питания.

Ножки микроконтроллера подключены следующим образом:

VCC - напряжение питания 5В;

GND - потенциал корпуса;

RST - сброс микроконтроллера, выполнен на элементах R1 и C4;

XTAL1, XTAL2 - кварцевый резонатор Z1 с конденсаторами C2 и C3 подключены по типовой схеме;

P3.0 (последовательный порт) принимает данные с ножки DATA микросхемы;

P3.2-ERR2 оповещает микроконтроллер о возникновении ошибки в канале, вызывает прерывание;

P3.3-RX оповещает микроконтроллер о готовности следующих двух байт;

P1.7-PROG позволяет программировать режим работы микросхемы;

P1.6-CLK контролирует тактирование передачи из микросхемы;

P1.5-W/R контролирует режим принятия и передачи данных микросхемы;

P1.4-RESET даёт возможность сбросить микросхему при возникновении ошибки в канале;

P1.3 связана с кнопкой;

P3.7-VD1 - светодиод, загорается при ошибке в канале.

Схема приведена на рисунке 1. VCC = 5В, Номиналы С1 = 10 мкФ, C2, C3 = 30 пФ, С4 = 1мкФ, С5 = 0.1 мкФ. R1 = 30 кОм, R2 = 510 Ом, R3 = 10 кОм.

Рисунок 1. Принципиальная электрическая схема системы



2. Описание модулей программы

Было принято решение разбить всю программу на несколько модулей, один из которых - основной модуль «main», содержащий в себе подпрограмму сортировки алгоритмом «пузырька», который вызывается при принятии 64 байтов (установлении бита «DATA_READY»). Также введены три модуля прерывания: при поступлении сигнала на контакт «INT_0», при поступлении сигнала на контакт «INT_1» и прерывание с последовательного порта «RS_INT».

2.1 Работа блока «main»

Работа этого блока частично описана выше: делается начальная настройка, после которой идёт ожидание становления бита готовности данных. По готовности данных, вызывается подпрограмма сортировки массива. Принимается, что байт с младшим адресом - старший, а значит, после сортировки там будет наибольший байт. Т.к. в MCS-51 нет инструкции сравнения, мы будем смотреть по знаковому биту при вычитании. Блок-схема «main» показана на рисунке 2, а блок-схема метода сортировки - на рисунке 3.

Рисунок 2. Блок-схема программы «main»

Рисунок 3. Блок-схема подпрограммы сортировки



2.2 Работа блока «INT_1»

Прерывание «INT_1» вызывается, когда микросхема посылает флаг готовности к передаче двух байт данных. После получения этого флага, в микросхеме устанавливается логическая «1» на входе W/R для смены режима приёма/передачи данных на передачу в микроконтроллер. Далее, программно тактируется вход CLK микросхемы с периодом 2 мкс для последовательной передачи 16 бит. В конце прерывания - вход W/R устанавливается в исходное положение (лог «0»). Блок-схема «INT_1» показана на рисунке 4.

Рисунок 4. Блок-схема прерывания INT_1



2.3 Работа блока «RS_INT»

Прерывание последовательного порта «RS_INT» сопровождается установкой флага RI, который говорит о заполнении буфера последовательного порта SBUF. Это прерывание должно возникать, пока действует прерывание «INT_1». Сначала определяется ячейка, куда нужно записать принятый байт. Это делается с помощью переменных, одна из которых хранит ячейку ОЗУ, где находится начало массива, а вторая - номер текущего записываемого байта. Далее, идёт запись из буфера последовательного порта в эту ячейку. При заполнении массива устанавливается бит «DATA_READY». Блок-схема «RS_INT» показана на рисунке 5.

Рисунок 5. Блок-схема прерывания RS_INT



2.4 Работа блока «INT_0»

Прерывание «INT_0» возникает, когда микросхема посылает флаг ошибки в канале. Это прерывание необходимо сделать приоритетным, т.к. от него зависит работа всей системы. Алгоритм прерывания: зажигается светодиод ошибки, ожидается нажатие на кнопку сброса. После нажатия на кнопку, подаётся лог «0» на контакт RESET микросхемы на время 1 мкс. Блок-схема «INT_0» показана на рисунке 6.

Рисунок 6. Блок-схема прерывания INT_0



3. Карта памяти системы

А. Память программ (FLASH).

Вектора прерывания - 0x0ч0x25, длина - 38 байт,

Код программы - 0x26ч0x101, длина - 220 байт,

Б. Память данных (внутреннее ОЗУ).

Регистры РОН - 0x0ч0x7, длина - 8 байт,

Переменные -0x21ч0x63, длина - 67 байт,

Битовые переменные - 0x20.0, длина - 1 бит,

Стек -0x6Aч0x7F, длина - 8 байт.

ВСЕГО:

258 bytes of CODE memory

67 bytes of DATA memory

22 bytes of IDATA memory

1 bit of BIT memory



4. Текст программ

4.1 Программа основного модуля

; тактовая частота контроллера 12 МГц

#include "ioAT89C4051.h"; файл API для AT89C4051

; МОДУЛЬ ЗАПУСКА ПРОГРАММЫ

NAME CSTARTUP

EXTERN main; метки из внешних модулей,

EXTERN INT_0; на которые есть ссылки из данного модуля

EXTERN INT_1

EXTERN RS_INT

ASEGN INTVEC:ROOT; абсолютный сегмент. в нем - таблица вызовов прерываний

CSTARTUP

ORG 0x00

JMP main; основной модуль

ORG 0x03

JMP INT_0; внешнее прерывание INT0.

JMP main; защита

ORG 0x13

JMP INT_1; внешнее прерывание INT1.

JMP main; защита

ORG 0x0B; под таймер 0 (не используем)

JMP main; защита

ORG 0x1B; под таймер 1 (не используем)

JMP main; защита

ORG 0x23

JMP RS_INT; прерывание последовательного порта.

ENDMOD; КОНЕЦ МОДУЛЯ CSTARTUP

; ОСНОВНОЙ МОДУЛЬ

NAME main ; имя модуля main

PUBLIC main ; имя этого модуля, доступное для других модулей

EXTERN RS_INT

#include "Variables.h" ; там - общие для всех модулей переменные

STACK ISTACK ; сегмент области стека

RSEG RCODE ; сегмент программного кода

main

MOV SP, #(SFB(ISTACK)); инициализация стека на начало сегмента ISTACK.

MOV IE, #00010101B ; прерывания (разрешёны прерывания ot SerBus, external_INT 0 & 1)

MOV IP, #00010001B ; приоритеты (max u INT_0 - ERR2 и "средний" у послед порта, см. RS_INT)

CLR A ; обнуляем аккумулятор

CPL A

MOV P3, A ; инициализация порта P3 (записываем число 0xFF)

MOV P1, #11011111B ; инициализация порта P1 ( все 1, кроме W/R)

MOV SCON, #00000000B ; последовательный порт - в режиме 0, с откл. приёмом REN = 0,

; частота для последовательного интерфейса - 12000/12 = 1000 кГц = 1 мкс

MOV PCON, # 00H ; при f кварца=12000, не удвоена (бит SMOD =0).

MOV TMOD, #00000000B ; таймеры выкл

MOV TCON, #00000000B ;таймеры выключены

; инициализация переменных

CLR A

MOV Rx_PTR, A ; сброс счётчика номера принятого байта

CLR DATA_READY

; данные пока не готовы (бит будет выставлен в подпрограмме RS_INT - обработки прерывания приемопередатчика)

SETB IE_EA ; разрешение прерываний

; секция основного кода

START: SETB LED_OUT ; потушили светодиод ошибки

CYC: JNB DATA_READY, CYC ; ждём, пока данные не будут готовы

CLR DATA_READY

ACALL SORT ; сортируем по убыванию

JMP CYC

; ОБЛАСТЬ ПОДПРОГРАММ ВНУТРИ МОДУЛЯ MAIN

; Сортировка

SORT:

PUSH A

PUSH PSW

MOV Rx_PTR, Buff_Size ; счётчик для количества байтов, которые надо проверить

SORT_CYC0:

MOV CNT, Buff_Size ; счётчик для проверки байта с соседним байтом

SORT_CYC1:

MOV A, #RxD_IN ; заносим в аккумулятор адрес последнего

ADD A, CNT ; байта массива

MOV r0, A ; устанавливаем указатель косвенной адресации

; сравниваем соседние байты

MOV A, @r0 ; В акк - первый сравниваемый байт

ANL A, #01111111B ; Сбрасываем знак (берем модуль)

DEC r0 ; сдвиг на 1 байт назад

MOV A, @r0 ; В акк - второй сравниваемый байт

ANL A, #01111111B ; Сбрасываем знак (берем модуль)

INC r0

SUBB A, @r0 ; вычитаем два байта

JB ACC.7, swap ; проверяем по знаку

noswap: ; всё как надо, смотрим дальше

DEC CNT ; в счётчике минус 1, когда там будет 0 - выход из цикла и функции

JNZ SORT_CYC1

JMP CYC1_stop

swap: ; не по порядку, надо поменять местами

MOV A, @r0 ; записываем то, что во втором байте в акк

DEC r0 ; возвращаемся на первый байт

MOV TMP, @r0 ; сохраняем то, что там в память

MOV @r0, A ; копируем из второго в первый

INC r0 ; идём во второй байт

MOV @r0, TMP ; копируем то, что было в первом во второй

DEC CNT ; в счётчике минус 1

JNZ SORT_CYC1

CYC1_stop:

DEC Rx_PTR

JNZ SORT_CYC0

POP PSW

POP A ; возвращаем то, что было в акк, PSW и r0

RET

4.2 Программы модулей прерываний

#include "ioAT89C4051.h" ; файл API для AT89C4051

;ПРЕРЫВАНИЕ INT0

NAME INT_0_INTERRUPT_SUBROUTINE

PUBLIC INT_0

EXTERN main

#include "Variables.h" ; там - общие для всех модулей переменные

RSEG RCODE:NOROOT

INT_0: PUSH A

PUSH PSW

CLR LED_OUT ; зажгли светодиод ошибки

BCHECK: JNB BTN, INT_0_OUT ; Проверка на нажатие

JMP BCHECK ; вечный цикл до нажатия на кнопку сброса

INT_0_OUT:

CLR RST

CALL DELAY ; Сброс с задержкой 1 мкс

SETB RST

CLR PSW

CLR A

JMP main ; Сбрасываем микроконтроллер и м/сх

DELAY:

PUSH A

MOV A, #0Ch ; 12 NOP - cчётчик для 1 мкс

D_CYC:

NOP

JNZ D_CYC

POP A

RET

ENDMOD; конец прерывания INT_0

;ПРЕРЫВАНИЕ INT1

NAME INT_1_INTERRUPT_SUBROUTINE

PUBLIC INT_1

#include "Variables.h" ; там - общие для всех модулей переменные

RSEG RCODE:NOROOT

INT_1: PUSH A ; Сохраняем в стек все,

PUSH PSW ; что будем использовать

CLR WR_switch ; защита

SETB WR_switch ; переводим м/сх в режим передачи

MOV A, #10h ; счётчик на 16 бит, что мы должны принять

INT_1_CYC:

CALL DELAY ; задержка 1 мкс в CLK

SETB REN ; включаем приём последовательного порта

CLR CLK ; ноль в CLK, смена бита

CLR REN ; выключаем приём последовательного порта,

; что б не было повторного принятия того же бита

CALL DELAY ; задержка 1 мкс в CLK

SETB CLK ; возврат CLK

DEC A

JNZ INT_1_CYC

CLR WR_switch ; переводим м/сх в режим приёма

POP PSW

POP A

RETI

DELAY:

PUSH A

MOV A, #0Ch ; 12 NOP - cчётчик для 1 мкс

D_CYC: NOP

JNZ D_CYC

POP A

RET

ENDMOD ; конец прерывания INT_1

;ПРЕРЫВАНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ПОРТА

NAME RS_INTERRUPT_SUBROUTINE

PUBLIC RS_INT

#include "Variables.h" ; там - общие для всех модулей переменные

RSEG RCODE:NOROOT

RS_INT:

PUSH IE ; Из пособия Intel: делаем так, что б было

; возможно прерывание от INT0 пока мы в RS_INT

MOV IE, #10000001B ; переопределяем прерывания (разрешены прерывания ot INT 0)

CALL PRIOR_SET ; сбрасываем "состояние прерывания", продолжаем работу текущего прерывания

PUSH A ; сохраняем аккумулятор в стек

PUSH PSW ; сохраняем регистр состояния процессора в стек

MOV A, #RxD_IN ; начальный адрес массива данных

ADD A, Rx_PTR ; вычисляем адрес, куда писать

MOV r0, A ; устанавливаем указатель косвенной адресации

MOV @r0, SBUF ; записываем принятый байт

CLR SCON.0 ; обнуляем бит RI (Receive Interrupt Flag)

INC Rx_PTR ; индексируем значение принятого байта

MOV A, Rx_PTR

CJNE A, #Buff_Size, RS_OUT ; проверяем на максимальное значение (A <> #Buff_Size ?) .

SETB DATA_READY ; если записали последний символ, взводим бит готовности данных

CLR A

MOV Rx_PTR, A ; и обнуляем номер символа

RS_OUT:

POP IE ; восстанавливаем исходные прерывания

POP PSW ; восстанавливаем регистр состояния процессора

POP A ; восстанавливаем аккумулятор

RET

PRIOR_SET: RETI

ENDMOD ; конец прерывания RS_INT

END

4.3 Файл, содержащий все переменные

; константы

Buff_Size EQU 64 ; размер буфера приема из последовательного интерфейса

; переопределения выводов микросхемы AT89C4051

RX_input EQU P3.0 ; (выв 02) вход последовательного интерфейса

LED_OUT EQU P3.7 ; (выв 11) выход на светодиод (горит по лог "0")

BTN EQU P1.3 ; (выв 15) вход от кнопки сброса (по лог "0")

RST EQU P1.4 ; (выв 16) выход для сброса микросхемы

WR_switch EQU P1.5 ; (выв 17) выход для смены ввода/вывода у микросхемы

CLK EQU P1.6 ; (выв 18) выход строба на м/сх ( \__/ по отр. фронту - выход данных)

PROG EQU P1.7 ; (выв 19) выход для задания режима работы микросхемы

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

COMMON DATA_I ; сегмент данных в оперативной памяти контроллера (переменные пользователя)

; доступный всем модулям. После сброса процессора данные случайные.

; (линкер размещает его в нижней области внутренней памяти, 0x08-0x7F)

RxD_IN: DS Buff_Size ; массив размером Buff_Size, куда принимаются байты из приемопередатчика

Rx_PTR: DS 1 ; указатель номера байта, принимаемого из последовательного интерфейса

TMP: DS 1 ; хранилище для замены двух байтов местами

CNT: DS 1 ; счётчик для сравнения байта с байтом

COMMON BREG ; сегмент служебных бит (линкер размещает его в области памяти бит, 0x20-0x2F)

DATA_READY DS 1 ; если бит="1", то данные готовы (его устанавливает обработка прерывания последовательного порта)



Список литературы

1. Новиков Ю.В. Основы микропроцессорной техники. Курс лекций: Учеб. пособие / Ю.В. Новиков, П.К. Скоробогатов. - 2-е изд., испр. - М.: Интернет-Ун-т Информ. Технологий, 2004. - ISBN 5-9556-0016-7.

2. Материалы сайта microchip.com.

3. В.Н. Веприк, В.А. Афанасьев, А.И. Дружинин, А.А. Земсков, А.Р. Исаев, О.В. Малявко. Микроконтроллеры семейства MCS-51: Учебное пособие. - Новосибирск, 1997.

4. Intel Corp. MCS 51 Microcontroller Family User's Manual, 1994.

5. Электронные материалы, выдаваемые преподавателем при получении темы.

Размещено на Allbest.ru

...