Microcontrollers 8051 based microcontroller

Presentatie over: "Microcontrollers 8051 based microcontroller"— Transcript van de presentatie:

1 Microcontrollers 8051 based microcontroller
ADuC832 from Analog Devices 12/2011 Roggemans M. (MGM)

2 LES 1 Doelstellingen: situering vak, afspraken labo en evaluatie toelichten concept embedded oplossing probleem blokdiagramma computersysteem wat is een microcontroller? hoe ziet een basis 8051 er uit ADuC mogelijkheden en blokdiagramma memorymap 8051/ADuC832 MOV instructies (inwendige adressering)

3 Situering van het vak Embedded systemen Hardware georiënteerd
Basis automatisering Basis voor PLC Specifieke uitwerking onderdeel computersystemen Manier van denken

4 Afspraken Labo Microcontrollers
Aanwezigheid niet verplicht Passieve aanwezigheid verboden Actieve participatie verplicht Misbruik infrastructuur verboden: niet eten of drinken in labo respect voor apparatuur Stiptheid verplicht!!

5 Cursusmateriaal Nederlandstalige cursus:
thuis lezen als herhaling/voorbereiding les (min 5X) ADuC_condensed (onmisbaar in labo) Stick: bevat info van telescript (onmisbaar in labo) bevat eigen programma’s (onmisbaar in labo) ADuC microcontroller kit met kabel (onmisbaar in labo) Slides (PPT) (beknopte versie cursus) (onmisbaar in labo)

6 Evaluatie GEEN permanente evaluatie:
lessen zijn er om te oefenen en vragen te stellen Open boek examen (praktische opgave): vak kan je enkel leren door te doen!!! vak vraagt zekere incubatietijd!!! blok en examenperiode onvoldoende tijd!!! Je mag op het examen alles gebruiken behalve communicatiemiddel of laptop

7 Examenverloop en quotering
Opgave beschikbaar op papier (moet je afgeven) Je moet op de PC’s van het labo werken Examen duurt 1,5u Puntenverdeling: Flowchart (5/20) (DIGITALE BEOORDELING) Werkt het programma 100% (5/20) (DIGITALE BEOORDELING) Programma (10/20) (ANALOGE BEOORDELING)

8 Concept embedded oplossing probleem

9 Concept embedded oplossing probleem
Universele hardware Relatie tussen input en output : eenvoudig aanpasbaar (software=programma) kan afhankelijk zijn van input en output (adaptief(remmen voertuig)) kan gebaseerd zijn op ervaringsgegevens (FUZZY) is aanpasbaar nadat product verkocht is (firmware upgrade) aanpasbaar aan voorkeuren gebruiker

10 Blokdiagramma computersysteem

11 Wat is een microcontroller?

12 Voordelen microcontroller (t.o.v. discrete computer)
Slechts enkele componenten: eenvoudige PCB weinig kans op hardware fouten betrouwbaar low cost kleine afmetingen Nadeel microcontroller (t.o.v. discrete computer): minder flexibel (je koopt een totaal pakket, maar er is wel veel keuze) minder rekenkracht/geheugen

13 Basis 8051

14

15

16 Memory map 8051

17

18 Memory map 8051 (ADuC832) General Purpose Registers

19 Memory map 8051 (ADuC) Onderste 128 GPR’s

20 Memory map 8051 (XC888) SFR’s “oude” 8051

21 Memory- map (ADuC832)

22 Memory- map (ADuC832)

23 Memory map ADuC832 256 bytes registers

24 De MOV instructies Mnemonic OP-CODE Uitvoeringssnelheid
Symbolische werking

25 Alle MOV instructies (tussen registers met 8 bit getallen)

26 LES 2 Doelstellingen: Testen en verdelen van de hardware
Verkennen van de IDE (Integrated design environment) en WSD software Overlopen schema’s ADuC bord maken programma’s (via sjabloon): schakelaars naar LED’s knipperlicht zonder tijdsvertraging (basis uitvoeringstijd instructies) knipperlicht vaste snelheid (met delaya0k05s) knipperlicht variabele snelheid (met delaya0k05s) looplicht variabele snelheid (rotate instucties) Knight rider (herhaald gebruik rotate instructies)

27 Hardware ADuC bord

28

29

30

31 ADuC832 poorten

32 Les 3 Doelstellingen: MOVX en MOVC
looplicht via tabel (DJNZ, CJNE, DB, DPTR) gebruik van de drivers voor: LCD SIO Arithmetic

33 MOVC & MOVX

34 DPTR instructies

35 DJNZ of lussen tellen

36 CJNE of getallen testen

37 ADuCEZ ; LCD interace ; initlcd klaar zetten LCD voor gebruik ; lcdoutchar schrijven van ascii code (accu=input) ; lcdoutbyte schrijven hex waarde accu naar LCD ; lcdoutnib afdrukken 4 laagste bits accu op LCD ; lcdoutmsga afdrukken ascii tot 000h code De reële adressen +80h Voor gebruik met driver: 00 wordt 80h, 01 wordt 81h,…

38 ADuCEZ ; Seriële interface ; initsio klaar zetten seriële poort 9600 baud ; siooutchar afdrukken ascii code (accu=input) ; siooutbyte afdrkken getal in accu ; siooutnib afdrukken 4 laagste bits accu ; siooutmsga afdrukken ascii tot 000h code ; sioinchar inlezen van 1 ascii code in de accu ; sioinbufa inlezen van ascii buffer vanaf adres strtbuf, max 20h karakters!

39 ADuCEZ ; Arithmetic: ; mul16 vermenigvuldigen 2 16 bit getallen ; mul32 vermenigvuldigen 2 32 bit getallen ; div16 delen 2 16 bit getallen ; div32 delen 2 32 bit getallen ; add16 optellen 2 16 bit getallen ; add32 optellen 2 32 bit getallen ; sub16 verschil 2 16 bit getallen ; sub32 verschil 2 32 bit getallen ; hexbcd8 omvormen 8 bit hex naar bcd ; hexbcd16 omvormen 16 bit hex naar bcd ; bcdhex8 omvormen 8 bit bcd naar hex ; bcdhex16 omvormen 16 bit bcd naar hex

40 ADuCEZ ; Diverse ; delaya0k05s tijdsvertraging (waarde in accu)*0,05s

41 Les 4 Doelstellingen talstelsels
basis wiskundige berekeningen (+,-,x,/, 8 en 16 bit, CY vlag) teller op LCD (een decimaal en een hex, stand dip-switches bij op tellen, een decimaal en een hex stand dip-switches er van aftrekken (4 tellers!!)) uurwerk in uu:mm:ss, met software delay

42 Talstelsels Getal=voorstelling!! Decimaal getal: Binair getal:
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 waarde afhankelijk plaats getal Binair getal: 0, 1 waarde afhankelijk plaats getal

43 Talstelsels Hexadecimaal getal: BCD getal:
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F waarde afhankelijk plaats getal FF BCD getal: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 binair gecodeerd: 0000, 0001, 0010, 0011, ...

44 Talstelsels

45 Optelling

46

47 Verschil berekenen

48 INC en DEC

49 Vermenigvuldigen en delen

50 Les 5 Doelstellingen: Overlopen instructieset (adhv. CONDENSED) :
speciale “verplaats” instructies logische instructies (ANL, ORL, XRL) bit-instructies voorwaardelijke sprongen stack bij subroutines (LCALL, RET, PUSH en POP) Programma looplicht 1 uit 4 via functieschakelaars: contactdender overnamecontact

51 Basis stack werking

52 subroutine aanroepen

53 STACK bij CALL en RET

54 Les 6 Doelstellingen: principe AD omvorming mogelijkheden ADC ADuC832
Mogelijkheden DAC ADuC832 lezen potmeter lezen potmeter als voltmeter tussen 0-5v

55 ADC

56 ADC SAR

57 ADC sample and hold

58 ADC 1LSB 1LSB= Vref/(aantal schaaldelen) 5v/4096=0,001220703v

59 ADuC832 ADC Output formaat ADC
ADC SFR’s

60 ADuC832 ADC Optionele buffering voor externe signalen.
-beveiliging tegen overspanning -opvangen capacitieve load S&H

61

62

63 ADuC832 DAC

64 ADuC832 DAC

65 DAC SFR’s

66 Les 7 Afwerken alle vorige oefeningen Stellen van vragen

67 Les 8 Doelstellingen: Timers 0, 1 RTC (TIC) Oefening:
Afdrukken van een uurwerk in UU:MM:SS op LCD

68 Timers 0 & 1 OSC/12 C/T=0 C/T=1

69 Timers 0 & 1 OSC/12 C/T=0 C/T=1

70 T0 en T1 SFR’s

71 TMOD register

72 RTC (TIC) TIC SFR’s

73 TIMECON

74 Les 9 Doelstellingen: Uitleg interrupt op 8051 en generiek Belang van:
PUSH-POP uitvoeringstijd flowchart Oefening: knipperlicht op interrupt, teller LCD in hoofdprogramma teller lcd in interrupt, looplicht in hoofdprogramma Uitleggen hoe interrupt interval instelbaar

75 Interrupt

76

77 Interrupts Noodzakelijk wanneer hardware niet kan wachten op polling door CPU Wordt gegenereerd door hardware: timers, I/O pinnen, ADC, SIO, system,... Initialisatie nodig: hardware die interrupt zal genereren CPU Er moet een interruptroutine klaar staan

78 Mogelijke interrupt bronnen en -adressen
-Interrupts zijn HARDWARE GEBEURTENISSEN. -Een interrupt activeert een interruptroutine (indien ingeschakeld). -Een interruptroutine moet met een RETI afgesloten worden. -PUSH en POP kunnen noodzakelijk zijn. -Interruptroutines zijn beperkt in de tijd. -Bij meer dan een interruptbron zijn PRIORITEITEN belangrijk. -Overlappingen in het geheugen moeten vermeden worden.

79 Interrupt structuur

80 Standaard 8051 interrupt hardware

81

82

83 Les 10 Doelstellingen: Uitleg over stappenmotoren
Uitleg over DC motoren oefening met stappenmotor oefening met DC motor

84 Digitale output: stappen motoren
Interface Technieken

85 Digitale output: stappen motoren
Interface Technieken

86 Digitale output Interface Technieken

87 Digitale output Interface Technieken

88 Digitale output Interface Technieken

89 Digitale output Interface Technieken

90 Digitale output: current chopping
Interface Technieken

91 Digitale output (recirculatie)
Interface Technieken

92 Digitale output (braking)
Interface Technieken

93 Digitale output: full step aansturing
Interface Technieken

94 Digitale output: half step aansturing
Interface Technieken

95 Digitale output (microstepping0
Interface Technieken

96 Digitale output: microstepping
Interface Technieken

97 Digitale output: inductieve belasting
Interface Technieken

98 Les 11 Doelstellingen: Speciale mogelijkheden:
Fail safe werking Spanningsbewaking Software bewaking Snelheid processor wijzigen Low power mogelijkheden (hier generiek bespreken) Afwerken oefeningen vorige les

99 Fail safe werking: Systeem kan de fout ingaan door:
storingen in voedingsspanning spanningsbewaking overspanningsbeveiliging storingen in programmaverloop (externe of interne factoren) externe beinvloeding (EMC, EMI) eventuele bugs in code uitblijven van verwachte signalen (inputs) defect gaan van de hardware (heel duur om op te vangen) space, nucleaire toepassingen, ... Bewaking van de systeemklok

100

101

102 Snelheid processor aanpassen:
OSC: RC, XTAL, TTL-klok kunnen gekozen worden uit gamma aan mogelijkheden (toepassingsafhankelijk, wat is beschikbaar in systeem) PLL: aanpassen ingangsklok aan basisfrequentie hardware

103 PLLCON

104 Les 12 Doelstellingen: stellen van vragen afwerken van oefeningen
oplossen specifieke problemen