18_08.pdf

Też to potrafisz

W poprzednim odcinku zapoznałeś

się, drogi Czytelniku ze znaczeniem po−

szczególnych wyprowadzeń mikrokont−

rolera 8051. Ze względu na chęć czysto

praktycznej nauki „użytkowania” tego

układu, nie opisywałem dokładnie wszys−

tkich funkcji każdej z „nóżek”, a jedynie

krótko zaznajomiłem Cię z przedstawio−

nym w EdW 5/97 tematem. Być może

nie wszystkie pojęcia są dla Ciebie od ra−

zu oczywiste, lecz nie powinieneś się

tym przejmować, na tym etapie pozna−

wania mikroprocesora wszystko co Ci po−

trzeba to „osłuchanie się” z typowymi

hasłami na temat naszego bohatera. Na

późniejszym etapie – praktycznej nauki

z wykorzystaniem układu elektroniczne−

go, wiedza ta przyda Ci się z pewnością,

szczególnie że wtedy zaczniemy wspól−

nie wchodzić w temat 8051 coraz głębiej.

W tym odcinku kolejna porcja podsta−

wowych informacji które pozwolą Ci na

oswojenie się z naszym 8051!

Pamięć mikroprocesowa

Jak zapewne pamiętasz, w pierw−

szym odcinku naszego cyklu mówiąc

o budowie „rasowego” mikrokontrolera

jednoukładowego, wspominaliśmy

o drugim ważnym elemencie jego archi−

tektury, a mianowicie – pamięci. Ten od−

cinek naszego cyklu zostanie poświęco−

ny właśnie jej.

Prawdopodobnie spotkałeś się

wcześniej z pojęciami pamięci RAM,

ROM, EPROM, EEPROM itd. Wszystkie

one odnoszą się do cyfrowych układów

scalonych w strukturze których możliwe

jest zapisanie i przechowanie informacji.

Od wielu lat na rynku elektronicznym

znajduje się wiele takich układów, różnią−

cych się typem, pojemnością pamięci,

technologią wykonania, wszystko to bar−

dzo często narzuca sposób ich wykorzys−

tywania w konkretnych rozwiązaniach

układowych.

Zacznijmy od krótkiej powtórki doty−

czącej samych pamięci i sposobu prze−

chowywania w nich informacji, i tak:

– podstawową jednostką przechowania

informacji w cyfrowych pamięciach

jest bit;

– bit może przyjmować jedna z dwóch

wartości: logiczne 0lub 1;

– podobnie jak np. w układzie metrycz−

nym, gdzie w celu uproszczenia pomia−

rów wprowadzono jednostki pochodne

odległości (metr = 100cm = 1000mm),

tak w przypadku jednostek informacji

wprowadzono bajt, który jest równy

8 bitom.

– w odróżnieniu do typowych dziesięt−

nych systemów liczenia, przy omawia−

niu rozmiarów jak i odwoływania się

do pamięci – stosuje się szesnastkowy

(heksadecymalny) zapis liczb;

Mikrokontrolery?

To takie proste...

Część 2

Mikrokontroler 8051 – opis układu

– wszystkie interesujące nas pamięci bę−

dą miały architekturę 8–bitową – czyli

bajtową bowiem nasz bohater – 8051

jest mikrokomputerem 8–bitowym.

– podczas omawiania mikroprocesora,

często przy okazji pamięci zamiast sło−

wa „komórka pamięci” będziemy uży−

wać zamiennie słowa „rejestr”. Prak−

tycznie każdy rejestr w 8051 możemy

traktować jako oddzielną, posiadająca

swoje miejsce (adres) komórkę

w przestrzeni jego pamięci danych.

– każdy rejestr w 8051 jest 8–bitowy,

niektóre z nich tworzą pary , dlatego

czasami będziemy mówić o 16–bito−

wych rejestrach (2x8bitów = 16bi−

tów = 2 bajty);

– powinieneś wiedzieć że w prawie każ−

dym wskazanym (zaadresowanym) re−

jestrze (jak w komórce pamięci) mo−

żesz zapisać dowolną liczbę 8–bitową,

lub odczytać wskazany (zaadresowa−

ny) rejestr;

– traktuj więc rejestr jako miejsce zapisu

lub odczytu 8 bitów (bajtu) informacji,

tak jak to ma miejsce w komórce 8–bi−

towej pamięci (dla maniaków cyfrówki

z serii TTL rada –możesz sobie wyob−

razić rejestr fizycznie jako trochę zmo−

dyfikowany np. 74198 lub 74373).

Wracajmy jednak do tematu.

Z pierwszego odcinka wiesz już że

8051 posiada 2 rodzaje pamięci. Pierw−

sza służy do przechowywania instrukcji

programu, który ma być wykonany po

włączeniu zasilania układu. W drugiej pa−

mięci znajdują się zmienne (tak jak

w równaniach matematycznych) prze−

chowujące określone dane i wyniki obli−

czeń. W 8051 dodatkowo w wydzielonej

części tej drugiej pamięci znajdują się tak−

że specjalne komórki zwane rejestrami.

W słownictwie związanym z 8051 używa

się pojęcia SFR – z angielskiego „Special

Function Registers” – rejestry specjalne−

go przeznaczenia (“funkcji specjalnych”,

jak kto woli). Tego zwrotu będziemy

w przyszłości używać bardzo często, war−

to więc abyś sobie go zapamiętał.

Rysunek 1 przedstawia poglądową

mapę pamięci zawartą w mikroproceso−

rze 87C51 (8751). Już wiesz że ten typ

‘51–ki charakteryzuje się 4 kB (kilobajta−

mi) wewnętrznej pamięci stałej do prze−

chowywania programu typu EPROM. Do−

Rys. 1. Organizacja pamięci

wewnętrznej w mikrokontrolerze 8751.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/97

Też to potrafisz

datkowo układ ten (podobnie jak wszyst−

kie inne ‘51–ki) zawiera w swojej struktu−

rze 128 B (bajtów) pamięci danych RAM.

Tak więc masz do dyspozycji

4kB = 4096 bajtów pamięci stałej EPROM

– wszystkie komórki są zawsze numero−

wane (adresowane) jak wspomniano

wcześniej w kodzie heksadecymalnym

– tworzącej przestrzeń adresową o adre−

sach: 0 – 4095 (dziesiętnie) lub 0000h

– 1FFFh (heksadecymalnie). Dalej będzie−

my posługiwać się tylko tym drugim spo−

sobem zapisu.

Wewnętrzna pamięć danych zajmuje

adresy: 00h – 7Fh (0 – 127 dziesiętnie).

Musisz w tym miejscy wiedzieć że pomi−

mo, że adresy komórek pamięci RAM po−

krywają się z częścią adresów pamięci

programu, fizycznie w układzie nie wy−

stępuje żaden konflikt, bowiem dostęp

do omawianych obydwu rodzaj pamięci

jest zupełnie inny. Mikroprocesor korzys−

ta z innych poleceń w przypadku czytania

lub zapisu do wewnętrznych 128 bajtów

pamięci RAM, inne rozkazy służą do ob−

sługi pamięci programu.

Poniżej pokrótce opiszę oba rodzaje

pamięci i ich znaczenie w pracy mikro−

kontrolera.

Wewnętrzna pamięć

programu

Program napisany przez użytkownika,

dedykowany konkretnemu zastosowaniu

8051–ki powinien zostać umieszczony

wewnątrz mikrokontrolera – czyli w we−

wnętrznej pamięci programu. Jak powie−

działem wcześniej pamięć ta służy mikro−

kontrolerowi wyłącznie do odczytu rozka−

zów programu. W pamięci tej mogą być

umieszczone także argumenty bezpo−

średnie rozkazów oraz tablice ze stałymi

potrzebnymi do pewnych działań progra−

mu, np. tablica sinusów, tablica czasów

zachodu słońca, lub cokolwiek innego.

Mikroprocesor 8051 ma możliwość póź−

niejszego pobrania ze swojej pamięci pro−

gramu takiej stałej i wykorzystania jej np.

w obliczeniach. Stała i tablice wprowadza−

ne są przez programistę na etapie tworze−

nia programu, ale o tym innym razem.

Jeżeli program został przez nas utwo−

rzony a następnie zapisany w pamięci

programu (o tym jak to się robi będzie

mowa dalej), mikrokontroler jest gotowy

do działania. Otóż po włączeniu zasilania

dzięki obwodowi „Reset” (cz. I artykułu),

wyzerowane zostają prawie wszystkie

wewnętrzne układy mikroprocesora

w tym także uwaga: „licznik rozkazów”.

Ten ostatni służy mikroprocesorowi do

kolejnego pobierania rozkazów z pamięci

programu, a dokładnie do adresowania

(czyli wskazywania) gdzie w przestrzeni

adresowej pamięci programu znajduje się

kolejna komenda. Jak się możesz domyś−

Rys. 2. Rozmieszczenie adresów

zgłoszeń przerwań w 8051.

powiednią dla niego procedurę obsługi

(przyjęcia) przerwania.

W celu ujednolicenia systemu prze−

rwań procesora w pamięci programu

określono odpowiednie miejsca – adresy

od których rozpoczyna się wykonywanie

określonych procedur obsługi przerwań.

W podstawowej rodzinie ‘51 są to adre−

sy: 3, 11, 19, 27, 35 i 43 (03h, 0Bh, 13h,

1Bh, 23h, 2Bh szesnastkowo). Każdy

z tych adresów określa początek wykona−

nia innej procedury obsługi przerwania,

dla 8051 są one następujące:

0003h – przerwanie zewnętrzne z we−

jścia (końcówki) INT0 (pin 12)

000Bh – przerw. wynikłe z przepełnienia

pierwszego wewnętrznego licz−

nika T0procesora

0013h – przerwanie zewnętrzne z we−

jścia (końcówki) INT1 (pin 13)

001Bh – przerw. wynikłe z przepełnienia

drugiego wewnętrznego liczni−

ka T1 procesora

0023h – przerwanie wynikłe z odebrania

lub zakończenia wysyłania da−

nej poprzez wewnętrzny port

szeregowy mikroprocesora

Dodatkowo w układach 8052, 8032

(8752) występuje:

002Bh – przerw. wynikłe z przepełnienia

trzeciego wewnętrznego liczni−

ka T2.

Na rysunku 2 zilustrowano rozmiesz−

czenie w/w adresów zgłoszenia przerwań.

Praktycznie wygląda to tak, że w mo−

mencie zgłoszenia któregoś z wymienio−

nych przerwań, automatycznie zachowa−

na zostaje aktualna wartość licznika PC,

a następnie zostaje wpisana do niego

wartość odpowiednia do rodzaju prze−

rwania jak opisano wyżej. Czyli np. jeżeli

wewnętrzny licznik procesora T1 został

przepełniony, do PC zostaje wpisana war−

tość 001Bh, po czym mikroprocesor roz−

poczyna wykonywanie programu od tego

adresu w pamięci programu. Po zakoń−

czeniu wykonywania czynności związa−

nych z przepełnieniem T1, licznik rozka−

zów PC przyjmie ponownie wartość jak

z przed nadejścia przerwania i program

„potoczy się” dalej.

Dokładne objaśnienie działania syste−

mu przerwań omówię przy innej okazji,

na razie istotne jest abyś wiedział o ist−

nieniu adresów specjalnych w pamięci

programu procesora 8051.

Wewnętrzna pamięć danych

W mikrokontrolerze pamięć ta prze−

znaczona jest dla użytkownika do prze−

chowywania argumentów wartości

zmiennych oraz wyników obliczeń aryt−

metyczno – logicznych.

W zależności od typu mikrokontrolera

pamięć ta ma pojemność 128 lub 256

bajtów.

lać jego początkowa wartość wynosi

0(zero), toteż pierwszym rozkazem po−

branym z tej pamięci będzie ten umiesz−

czony pod adresem 0000h.

Licznik rozkazów oznaczany jest

w skrócie jako PC z angielskiego

„Program Counter” – licznik programu

(rozkazów) – warto o tym pamiętać. Licz−

nik PC ma długość 16 bitów, czyli maksy−

malnie może liczyć do 65535 włącznie,

po czym zostaje wyzerowany. Stąd wyni−

ka m.in. maksymalna wielkość pamięci

programu z jakiej procesor może korzys−

tać a mianowicie 64kB (65536 bajtów).

Tak dużą pamięć posiadają niektóre

mutacje ‘51−ki, ale prawie każdy z mikro−

procesorów może współracować z tak

dużą pamięcią zewnętrzną.

W trakcie pobierania i wykonywania

przez mikrokontroler kolejnych instrukcji

licznik PC zmienia swoja wartość zawsze

wskazując na aktualny adres kolejnego

rozkazu w pamięci programu. Nasuwa

się prosty wniosek, że maksymalną war−

tość jaką może osiągnąć licznik w na−

szym przypadku będzie 4095 – bowiem

w naszym przykładzie z kostką 87C51

mamy do dyspozycji 4kB pamięci progra−

mu. O tym co się stanie po przekroczeniu

tej wartości powiem później.

Na początek warto tez wiedzieć, że

oprócz wspomnianego miejsca „star−

towego” programu – czyli adresu 0000h

(zero), w przestrzeni adresowej pamięci

programu istnieje kilka innych istotnych

dla programisty miejsc. Czy pamiętasz

potoczne objaśnienie pojęcia „przer−

wanie”, pisaliśmy o tym w EdW 4/97?,

jeśli nie to radzę sobie to przypomnieć.

Otóż wyobraź sobie, że nasz mikroproce−

sor wykonuje określony program pobiera−

jąc kolejne instrukcji z pamięci programu,

która to jest adresowana poprzez licznik

rozkazów PC. Wtem nadchodzi „przer−

wanie” – mikroprocesor w zależności co

było jego źródłem powinien wykonać od−

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/97

Też to potrafisz

Rys. 3. Wewnętrzna pamięć danych

w mikrokontrolerze 8051.

Rys. 4.

Dla 8051 wynosi ona 128 B (8052 – 256 B).

Na rysunku 3 przedstawiono organizację

wewnętrznej pamięci danych.

W przestrzeni tej pamięci można wy−

różnić kilka obszarów. Dwa główne,

wspomniane wcześniej to obszar pamię−

ci użytkowej, oraz obszar rejestrów spe−

cjalnych SFR. Pamięć użytkowa zajmuje

128 komórek, adresy: 0– 127

(00h – 7Fh), natomiast obszar SFR obe−

jmuje adresy 128 – 255 (80h – FFh), z tym

że nie wszystkie są wykorzystane przez

rejestry specjalne.

I chociaż pamięć użytkownika podzie−

lona jest na obszary, do których dostęp

może odbywać się przez tzw. indeksowa−

nie obszaru, to użytkownik może adreso−

wać ją poprzez proste adresowanie.

W pamięci użytkowej komórki o adre−

sach 0...7, 8...15, 16...23 i 24...31 tworzą

cztery zbiory uniwersalnych rejestrów

roboczych. Każdy z rejestrów oznacza

się symbolami R0...R7. W danej chwili

użytkownik ma możliwość dostępu (po−

przez nazwy R0...R7) tylko do jednego

„banku” (zbioru) rejestrów roboczych.

Przełączanie zbiorów odbywa się po−

przez odpowiednie ustawienie dwubito−

wego wskaźnika zwanego jako RS

– z angielskiego „Register bank Swich”.

O szczegółach powiemy przy okazji oma−

wiania znaczenia poszczególnych rejest−

rów specjalnych SFR.

Rejestry R0 i R1 z aktywnego banku

pełnią rolę wskaźników danych do po−

średniego adresowania wewnętrznej pa−

mięci danych jak i zewnętrznej. W przy−

padku adresowania pamięci wewnętr−

znej można adresować cały obszar 8051

czyli adresy 0...7Fh. Sposoby adresowa−

nia pamięci przedstawimy przy okazji

„pierwszych kroków w asemblerze”.

Na rys. 3 górna część przestrzeni adre−

sowej: 80h...FFh zajmują SFR. W tabe−

li 1 opisano symbole oraz nazwę każdego

z nich. W tym miejscu warto zapamiętać

iż rejestry specjalne stanowią niejako

sprzętowy „pomost” komunikacyjny po−

między programistą a wszystkimi bloka−

mi funkcjonalnymi mikrokontrolera. Dla

przykładu, aby „dobrać się” i odpowied−

nio ustawić wewnętrzny licznik T1, nale−

ży odpowiednio zmodyfikować zawar−

tość rejestru TMOD – (rejestr trybu liczni−

ków T0 i T1) oraz TCON (rejestr sterujący

licznikami oraz zgłaszaniem przerwań ze−

wnętrznych INT0 i 1).

W przestrzeni adresowej SFR znajdu−

ją się także rejestry będące jednocześnie

portami wejścia–wyjścia, tymi o których

mówiliśmy w poprzednim odcinku arty−

kułu. Dzięki temu możliwy jest łatwy

i szybki dostęp do dowolnych bitów por−

tu czyli fizycznie do jego wyprowadzeń.

Zapis do odpowiedniego rejestru portu

spowoduje pojawienie się kombinacji na

końcówkach mikrokontrolera, odczyt re−

jestru pozwoli użytkownikowi na zbada−

nie poziomu logicznego na wybranej linii

portu.

Jak widać z tabeli nie wszystkie 128

adresów z przestrzeni SFR jest wykorzys−

tanych. „Puste” adresy nie nadają się do

wykorzystania przez użytkownika. Nie

jest to bynajmniej marnotrawienie cen−

nych bajtów pamięci, lecz czysta przezor−

ność projektantów rodziny 8051, którzy

konstruując rozszerzone wersje poczci−

wej ‘51–ki wyposażają je w nowe dodat−

kowo bloki funkcjonalne, a w wolnych

miejscach przestrzeni SFR umieszczane

są dodatkowe rejestry sterujące ich pracą

(wspomniane „pomosty”).

I tak np. w mikrokontrolerze 8052

umieszczono dodatkowy licznik T2, do

sterowania którego niezbędne stało się

zaimplementowanie w strukturze SFR re−

jestrów T2CON, TH2, TL2, RLDH

i RLDL – patrz tabela 1.

W tym miejscy widoczny jest geniusz

architektury jednoukładowców z rodziny

‘51. Otóż producenci wytwarzając nowe

mutacje tych procesorów, nie musza się

martwić o kompatybilność programo−

wą, czy architekturę dostępu do poszcze−

gólnych bloków układu. W każdym przy−

padku dodatkowe rejestry specjalne ste−

rujące ich pracą umieszczane są w tej sa−

mej przestrzeni SFR, w taki sam sposób

dostępnej dla użytkownika. Czyli jeżeli

np. któryś z producentów zechce umieś−

cić w strukturze 8051 8–bitowy przetwor−

nik analogowo – cyfrowy, to prawdopo−

dobnie w wolnych miejscach obszaru

SFR umieści dodatkowe rejestry: a) re−

jestr sterujący pracą przetwornika, oraz b)

rejestr danych z przetwornika, prawda że

proste, no przynajmniej z naszego punktu

widzenia.

Tabela 1. Rejestry specjalne

mikrokontrolera 8051.

Adres Symboll Nazwa

E0h ACC Akumulator

F0h B Rejestr B

D0h PSW Słowo stanu programu

81h SP 8–bitowy wskaźnik stosu

83h DPH bity 8 – 15 wskaźnik danych

82h DPL bity 0– 7 DPTR

80h P0 Port 0

90h P1 Port 1

A0h P2 Port 2

B0h P3 Port 3

B8h IP Rejestr sterujący

priorytetem przerwań

A8h IE Rejestr kontrolny sterujący

pracą systemu przerwań.

88h TCON Rejestr kontrolny pracy

liczników T0 i T1 oraz

przerwań INT0 i INT1

89h TMOD Rejestr sterujący trybem

pracy liczników T0 i T1

8Ch TH0 bity 8 – 15 16–bitowy

8Ah TL0 bity 0 – 7 licznik T0

8Dh TH1 bity 8 – 15 16–bitowy

8Bh TL1 bity 0– 7 licznik T1

C8h T2CON rejestr sterujący licznikiem T2

(w 8052)

CDh TH2 bity 8 – 15 16–bitowy

CCh TL2 bity 0– 7 licznik T2

CBh RLDH bity 8 – 15 Słowo ładowane

CAh RLDL bity 0– 7 do licznika T2

98h SCON Rejestr sterujący portem

szeregowym

99h SBUF Bufor portu szeregowego

87h PCON Rejestr sterujący zasilania

Cd. na str. 46

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/97

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: