МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Новосибирский государственный технический университет»

Кафедра электронных приборов

Методические указания

для лабораторных работ по дисциплине

«Автоматизация эксперимента»

Составил: Микерин В.А.

Руководитель: Макуха В.К.

Дата: 15.05.2010

Версия: 1.0

Новосибирск 2010

Содержание

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ С8051F340 4

1.1 Процессорное ядро CIP-51ТМ 4

1.2 Система команд 4

1.3 Команды и тактирование 4

1.4 Организацияпамяти 5

1.4.1 Память программ 5

1.4.2 Память данных 6

1.4.3 Стек 6

1.4.4 Регистры общего назначения 7

1.4.5 Ячейки памяти с битовой адресацией 7

1.4.6 Команда MOVX и память программ 8

2 Написание и отладка программ на лабораторном стенде. 10

2.1 Основы ассемблера 10

2.2 Методика работы со стендом 11

2.3 Настройка программного обеспечения 12

2.4 Редактирование и отладка программ. 14

3. ЗАДАНИЕ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 15

Домашняя подготовка к работе и оформление отчета 15

4 КОМПЛЕКС ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 16

2.5 Лабораторная работа 1. «Изучение системы команд и основных принципов программирования микроконтроллеров» 16

Цель работы: 16

Знакомства с отладочной средой для разработки программного обеспечения микроконтроллеров. 16

Знакомства с основами языка Ассемблер изучаемого микроконтроллера. 16

Изучения принципов программирования микроконтроллеров. 16

Изучения основ организации и функционирования ядра и различных видов памяти микроконтроллеров. 16

Теоретические сведения 16

Ниже приведен возможный перечень заданий для выполнения. Конкретные параметры (адреса, количество пересылаемых байт и т.д.) получаются у преподавателя индивидуально. 16

1Написать программу складывающую два числа, находящихся во внутренней памяти данных, и помещающую результат вычисления в ячейку памяти следующую за аргументами. 16

2 Написать программу складывающую массив чисел находящихся во внутренней памяти данных, и помещающую результат(двухбайтный) после массива. 16

3Написать программу складывающую два массива чисел расположенных во внутренней памяти данных и заносящую результат в третий массив. 16

4Написать программу нахождения контрольной суммы содержимого внешней памяти данных. 17

5Написать программу, находящую среднее арифметическое содержимого памяти программ. 17

После реализации каждого пункта и демонстрации его работы преподавателю, студент получает индивидуальное задание на модификацию программ. 17

4.2 Лабораторная работа 2.«Работа с внешними устройствами» 18

4.3 Лабораторная работа 3.«Работа с таймерами и системой прерываний» 25

4.4 Лабораторная работа 4. «Работа с клавиатурой и семисегментными индикаторами» 38

38

Схема подключения 7-сегментного индикатора 38

1. Часы. 41

2. Конвертер DEC->HEX. 42

3. Бегущая цифровая строка. 42

4. Простой калькулятор. 42

5. Таймер. 42

6. Измеритель длительности импульса. 42

Литература 46

Данный лабораторный практикум предназначен для практического закрепления знаний полученных в лекционном курсе «Автоматизация эксперимента» и приобретения опыта программирования микроконтроллеров на языке ассемблер. Практикум разработан на базе лабораторного стенда с 51-совместимым микроконтроллером фирмы Silabs C8051F340.

1. Общие сведения о микроконтроллере с8051f340

В данной работе изучаются 8051-совместимые микроконтроллеры на примере МК C8051F340 фирмы SiLabs. Ниже дан небольшой краткий теоретический и справочный материал, необходимый для выполнения данных лабораторных работ. Более подробную информацию можно получить в конспектах лекций и учебниках, а также документации на данный микроконтроллер.

1. Процессорное ядро cip-51тм

МК семейства C8051FХХХ используют разработанное фирмой Cygnal процессорное ядро CIP-51, которое по системе команд полностью совместимо с ядром MCS-51TM. Для разработки программного обеспечения могут использоваться стандартные 803x/805x ассемблеры и компиляторы. Ядро содержит все периферию, соответствующую стандарту 8052, включая четыре 16-разрядных таймера/счетчика, полнодуплексный УАПП, 256 байт внутреннего ОЗУ, 128 байт для регистров специального назначения, а также четыре 8-разрядных порта ввода/вывода.

2. Система команд

Система команд CIP-51 полностью совместима с системой команд MCS-51™, поэтому разработка программного обеспечения может осуществляться с использованием средств проектирования для стандартной архитектуры 8051. Все команды CIP-51 являются двоичным и функциональным эквивалентом аналогичных команд MCS-51™, включая коды операций, режимы адресации и изменение флагов состояния. Однако, по времени выполнения команды отличаются.

3. Команды и тактирование

Во многих МК с архитектурой 8051 существует различие между машинным циклом и циклом тактирования, при этом машинный цикл длится от 2 до 12 циклов тактирования. Однако, CIP-51 основан исключительно на синхронизации тактовым сигналом и все временные параметры команд приводятся на основе циклов тактирования.

Благодаря конвейерной архитектуре CIP-51, количество тактовых циклов, требуемых для выполнения большинства команд, равно количеству байтов в команде. Команды условных переходов требуют для завершения на один цикл меньше, если переход не происходит (по сравнению с тем случаем, когда переход происходит). Система команд CIP-51 приведена в приложении А, которая содержит мнемонику, количество байтов и количество тактовых циклов для каждой команды.

4. Организацияпамяти

Организация памяти МК с ядром CIP-51 соответствует стандарту 8051. Имеется две отдельных области памяти, память программ и память данных, которые разделяют одно и то же адресное пространство, но доступ к ним осуществляется командами различного типа. Объем внутренней памяти данных составляет 256 байт. Адресное пространство внутренней памяти программ составляет 64 Кбайт. Организация памяти CIP-51 показана ниже на рис. 1.

1. Память программ

CIP-51 имеет адресное пространство памяти программ 64 Кбайт.

C8051F340 содержит 64 Кбайт памяти программ, которая является внутрисистемной перепрограммируемой Flash-памятью, занимающей непрерывный блок адресов от 0x0000 до 0xFFFF. Адреса 0xFC00 – 0xFFFF этой памяти зарезервированы для целей производителя и не доступны для хранения программ пользователя.

По умолчанию память программ настраивается только для чтения. Однако CIP-51 может записывать данные в память программ (с использованием команды MOVX), для чего необходимо установить в 1 бит разрешения записи памяти программ (PSCTL.0). Эта возможность позволяет CIP-51 обновлять программный код и использовать память программ для долговременного хранения данных.