- •Вычислительные машины, системы и сети. Микроконтроллеры и микропроцессоры в системах управления
- •Содержание
- •Глава 1. Архитектура семейства mcs51 14
- •Глава 2. Особенности микроконтроллера 80c51gb 46
- •Глава 3. Программирование mk 8051gb 94
- •Глава 4. Язык программирования asm-51 117
- •Глава 5. Язык программирования с-51 139
- •Введение
- •Глава 6. Подготовка программ в интегрированной среде разработки Keil μVision2 187
- •Глава 7. Описание учебного контроллера 204
- •Глава 1. Архитектура семейства mcs51
- •1.1 Общие характеристики
- •1.2 Структурная схема
- •1.4 Организация памяти
- •1.4.1 Память программ (пзу)
- •1.4.2 Память данных (озу)
- •1.4.3 Регистры специальных функций
- •1.4.4 Регистр флагов (psw)
- •1.5 Устройство управления и синхронизации
- •1.6 Организация портов ввода-вывода
- •1.6.1 Общие сведения
- •1.6.2 Альтернативные функции
- •1.7. Таймеры / счетчики микроконтроллеров семейства 8051
- •1.7.1. Структура таймеров-счетчиков
- •1.7.2 Режимы работы таймеров-счетчиков
- •1.8. Последовательный порт
- •1.8.1. Структура последовательного порта
- •1.8.2. Регистр управления/статуса приемопередатчика scon
- •1.8.3. Регистр управления мощностью pcon
- •1.9. Система прерываний
- •1.9.1. Структура системы прерываний
- •1.9.2 Выполнение подпрограммы прерывания
- •Глава 2. Особенности микроконтроллера 80c51gb
- •2.1 Функциональные особенности
- •2.2 Порты I/o p0-p5
- •2.2.1 Функционирование портов ввода-вывода
- •2.2.2 Запись в порт
- •2.3 Особенности системы прерываний 8xc51gb
- •Разрешение/запрещение прерываний
- •Регистр iе
- •Регистр iеа
- •Управление приоритетами прерываний
- •Регистр ip
- •Регистр iрн кристаллов 8xc51gb
- •Регистр ipа кристалла 8xc51gb
- •Регистр iрна кристаллов 8xc51gb
- •Внешние прерывания
- •Регистр exicon
- •2.3. Узел ацп
- •Регистры результатов преобразований ацп
- •Регистр результатов сравнения ацп - асмр
- •Регистр результата сравнения асмр
- •Режим сравнения ацп
- •Режим запуска ацп
- •Режимы входа ацп
- •Использование ацп для меньшего количества каналов
- •Ацп в режиме микропотребления.
- •2.4. Аппаратный сторожевой таймер
- •2.5. Обнаружение сбоя тактового генератора
- •2.6. Матрица программируемых счётчиков рса
- •2.6.1. Структура pca
- •2.6.2. Регистр режима счётчика рса (cmod)
- •2.6.3. Регистр управления счётчика рса (con)
- •Регистр управления рса - ccon
- •Режим 16-битного программного таймера
- •Высокоскоростной выход - hso
- •Режим сторожевого таймера (рис. 2.22)
- •Широтно-импульсный модулятор — pwm (рис.2.23, рис.2.24)
- •2.7. Расширенный последовательный порт
- •2.8. Таймеры/счетчики
- •Таймер 0 и Таймер 1
- •Таймер 2
- •Режимы работы таймера 2
- •Режим захвата
- •Генерирование импульсов
- •Глава 3. Программирование mk 8051gb
- •3.1. Программная модель (рис. 3.1, рис. 3.2)
- •3.2 Типы данных
- •3.3 Способы адресации данных
- •3.4 Система команд
- •3.4.1 Общая характеристика
- •3.4.2 Типы команд
- •3.4.3 Типы операндов
- •3.4.4 Команды пересылки данных микроконтроллера
- •3.4.5 Команды арифметических операций 8051
- •3.4.6 Команды логических операций микроконтроллера 8051
- •3.4.7 Команды операций над битами микроконтроллера 8051
- •3.4.8. Команды передачи управления микроконтроллера 8051
- •3.5 Отладка программ
- •Глава 4. Язык программирования asm-51
- •4.2 Запись текста программы
- •4.3 Алфавит языка.
- •4.4 Идентификаторы.
- •4.5 Числа
- •4.6 Директивы
- •4.7.4. Реализация подпрограмм обработки прерываний на языке asm51
- •4.7 Реализация подпрограмм на языке asm51
- •4.7.1 Структура подпрограммы-процедуры на языке asm51
- •4.7.2 Передача переменных-параметров в подпрограмму
- •4.7.3 Реализация подпрограмм-функций на языке asm51
- •4.8 Структурное программирование на языке ассемблера
- •4.9 Особенности трансляции многомодульных программ
- •4.10 Использование сегментов
- •4.10.1 Разбиение памяти мк на сегменты (рис. 4.9)
- •4.10.2 Абсолютные сегменты памяти
- •4.10.2 Перемещаемые сегменты памяти.
- •Глава 5. Язык программирования с-51
- •5.1 Общая характеристика языка
- •5.3 Структура программ с-51
- •5.3. Элементы языка программирования с-51
- •5.3.1. Символы
- •5.3.2. Лексические единицы, разделители и использование пробелов
- •5.3.3 Идентификаторы
- •5.3.4 Ключевые слова
- •5.3.5 Константы
- •5.4. Выражения в операторах языка программирования
- •5.5. Приоритеты выполнения операций
- •5.6. Операторы языка программирования c-51
- •5.6.1. Операторы объявления
- •5.6.2 Исполняемые операторы
- •5.6.3 Оператор присваивания
- •5.6.4 Условный оператор
- •5.6.5 Структурный оператор {}
- •5.6.6 Оператор цикла for
- •5.6.7 Оператор цикла с проверкой условия до тела цикла while
- •5.6.8 Оператор цикла с проверкой условия после тела цикла do while
- •5.6.9 Оператор break
- •5.6.10 Оператор continue
- •5.6.11 Оператор выбора switch
- •5.6.12 Оператор безусловного перехода goto
- •5.6.13 Оператор выражение
- •5.6.14 Оператор возврата из подпрограммы return
- •5.6.15 Пустой оператор
- •5.7. Объявление переменных в языке программирования
- •5.7.1. Объявление переменной
- •5.7.2 Категории типов данных
- •5.7.3 Целые типы данных
- •5.7.4 Числа с плавающей запятой
- •5.7.5 Переменные перечислимого типа
- •5.7.6. Объявление массивов в языке программирования c-51
- •5.7.7. Структуры
- •5.7.8. Объединения (смеси)
- •5.8. Использование указателей в языке c-51
- •5.8.1. Объявление указателей
- •5.8.2. Нетипизированные указатели
- •5.8.3. Память зависимые указатели
- •5.9. Объявление новых типов переменных
- •5.10. Инициализация данных
- •5.11. Использование подпрограмм в языке программирования с-51
- •5.11.1. Определение подпрограмм
- •5.11.2. Параметры подпрограмм
- •5.11.3. Предварительное объявление подпрограмм
- •5.11.4 Вызов подпрограмм
- •5.11.5 Рекурсивный вызов подпрограмм
- •5.11.6 Подпрограммы обработки прерываний
- •5.11.7 Области действия переменных и подпрограмм
- •5.12. Многомодульные программы
- •Глава 6. Подготовка программ в интегрированной среде разработки Keil μVision2
- •6.1 Создание проекта на языке asm-51
- •6.2 Пример создания проекта на языке c для учебного контроллера в интегрированной среде разработки Keil μVision2
- •Глава 7. Описание учебного контроллера
- •7.1. Структура контроллера (рис. 7.1)
- •7.2. Адресное пространство
- •7.2.1. Распределение памяти (рис. 7.2)
- •7.2.2 Внешняя память
- •7.2.3. Внутренняя память данных
- •7.3. Распределение портов ввода-вывода
- •7.4. Последовательный порт
- •7.5. Работа с жки
- •Приложение п1. Список рекомендуемых лабораторных работ
- •Конкретные задания для обучаемых составляет преподаватель. Для отладки каждой из программ необходимо:
- •7. Текст программы.
- •8. Перечень выявленных в примерах ошибок
- •9. Выводы.
- •Список литературы
- •195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29.
- •194021, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 21
Глава 6. Подготовка программ в интегрированной среде разработки Keil μVision2 187
6.1 Создание проекта на языке ASM-51 187
6.1 Создание проекта на языке ASM-51 187
6.2 Пример создания проекта на языке C для учебного контроллера в интегрированной среде разработки Keil μVision2 193
6.2 Пример создания проекта на языке C для учебного контроллера в интегрированной среде разработки Keil μVision2 193
Глава 7. Описание учебного контроллера 204
7.1. Структура контроллера (рис. 7.1) 204
7.1. Структура контроллера (рис. 7.1) 204
7.2. Адресное пространство 205
7.2. Адресное пространство 205
7.2.1. Распределение памяти (рис. 7.2) 205
7.2.1. Распределение памяти (рис. 7.2) 205
7.2.2 Внешняя память 206
7.2.2 Внешняя память 206
7.2.3. Внутренняя память данных 207
7.2.3. Внутренняя память данных 207
7.3. Распределение портов ввода-вывода 207
7.3. Распределение портов ввода-вывода 207
7.4. Последовательный порт 208
7.4. Последовательный порт 208
7.5. Работа с ЖКИ 210
7.5. Работа с ЖКИ 210
Приложение П1. Список рекомендуемых лабораторных работ 220
Конкретные задания для обучаемых составляет преподаватель. 221
Конкретные задания для обучаемых составляет преподаватель. 221
Для отладки каждой из программ необходимо: 221
Для отладки каждой из программ необходимо: 221
Приложение П2 Структура отчета о лабораторной работе 223
Список литературы 230
Введение
В освоении специальностей, связанных с автоматизацией технологических процессов и производств, изучение микроконтроллеров является одним из важных разделов.
В мире происходит непрерывное развитие и появление все новых и новых 16- и 32-разрядных микроконтроллеров и микропроцессоров, но наибольшая доля мирового микропроцессорного рынка и по сей день остается за 8-разрядными устройствами. По всем прогнозам аналитических компаний на ближайшее время, лидирующее положение 8-разрядных микроконтроллеров на мировом рынке сохранится.
В настоящее время среди всех 8-разрядных микроконтроллеров семейство MCS-51 является несомненным лидером по количеству разновидностей и количеству компаний, выпускающих его модификации. Оно получило свое название от первого представителя этого семейства — микроконтроллера 8051. Удачный набор периферийных устройств, возможность гибкого выбора внешней или внутренней программной памяти и приемлемая цена обеспечили этому микроконтроллеру успех на рынке.
Достоинства семейства MCS-51:
архитектура, являющаяся стандартом де-факто;
чрезвычайная широта семейства и разнообразие возможностей;
наличие высокопроизводительных и расширенных версий процессоров;
значительное число свободно доступных программных и аппаратурных наработок;
легкость аппаратного программирования, в т. ч. и внутрисхемного;
дешевизна и доступность базовых чипов;
наличие специализированных версий контроллеров для особых условий применения
наличие версий контроллеров с пониженным уровнем электромагнитных помех;
широкая известность среди разработчиков старшего поколения, как в мире, так и в странах СНГ;
поддержка архитектуры ведущими учебными заведениями мира.
И, наконец, главное преимущество: освоив базовый чип семейства, легко начнеть работать с такими вычислительными «монстрами», как микроконтроллеры Cygnal, Dallas Semiconductor, Analog Devices, Texas Instruments.
В состав семейства MCS-51 входит целый ряд микросхем от самых простых микроконтроллеров до достаточно сложных. На сегодняшний день существует более 200 модификаций микроконтроллеров семейства 8051, выпускаемых почти 20-ю компаниями. Каждый год появляются все новые варианты представителей этого семейства.
Основными направлениями развития являются:
увеличение быстродействия (повышение тактовой частоты и переработка архитектуры);
снижение напряжения питания и энергопотребления;
увеличение объема ОЗУ и FLASH памяти на кристалле с возможностью внутрисхемного программирования;
введение в состав периферии микроконтроллера сложных устройств типа системы управления приводами, CAN и USB интерфейсов и т.п.
Микроконтроллеры семейства MCS-51 позволяют выполнять как задачи управления различными устройствами, так и реализовывать отдельные узлы аналоговой схемы. Все микросхемы этого семейства работают с одной и той же системой команд. Большинство из них выполняется в одинаковых корпусах с совпадающей цоколевкой (нумерация ножек для корпуса). Это позволяет использовать для разработанного устройства микросхемы разных фирм - производителей без переделки принципиальной схемы устройства и программы.
Основными производителями разновидностей 51-го семейства в мире являются фирмы Philips, Siemens, Intel, Atmel, Dallas, Temic, Oki, AMD, MHS, Gold Star, Winbond, Silicon Systems и ряд других.
Характеристики аналогов микроконтроллеров семейства MCS-51 (Intel 8XC51FA, 8XC51GB, 80С152) с расширенными возможностями приведены в табл. В.1.
Таблица В.1
|
ОЗУ |
ПЗУ |
РСА |
АЦП |
WDT |
T/C |
Послед. Каналы |
Особенности |
Atmel:
AT89C2051 |
|
|
|
|
|
|
|
|
128 |
- |
- |
- |
- |
2 |
UART |
Flash 2 Кб |
|
AT89C4051 |
128 |
- |
- |
- |
- |
2 |
UART |
Flash 4 Кб |
AT89S4D12 |
256 |
128K |
- |
- |
- |
0 |
UART, SPI |
Flash 4 Кб |
DALLAS Semiconductor: DS5000FP |
|
|
|
|
|
|
|
|
128 |
- |
- |
- |
+ |
2 |
UART |
Bootstrap loader |
|
DS5001FP |
128 |
- |
- |
- |
+ |
2 |
UART |
Bootstrap loader |
DS8xC520 |
1280 |
16K |
- |
- |
+ |
3 |
2xUART |
2 DPTR |
SIEMENS:
C505C |
|
|
|
|
|
|
|
|
512 |
16K |
- |
+ |
+ |
3 |
UART, CAN |
8 DPTR |
|
C515C |
2304 |
64K |
- |
+ |
+ |
3 |
UART+ SSC+CAN |
4 ШИМ, 8 DPTR |
Philips:
*89C51RA+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
512 |
- |
+ |
- |
+ |
3 |
UART |
2 DPTR, 4 ур. прер., clock out, Flash 8K |
|
P51XAG1x |
512 |
8K |
- |
- |
+ |
3 |
2 UART |
|
Intel:
8xC51RA |
|
|
|
|
|
|
|
|
512 |
8K |
- |
+ |
+ |
3 |
UART |
4 уровня IRQ, clock out |
|
8XC196KC |
64K |
16K |
- |
+ |
- |
2 |
UART |
3 ШИМ |
80C196KB |
64K |
8K |
- |
+ |
- |
2 |
UART |
ШИМ |