Порядок выполнения работы

В данной лабораторной работе необходимо разработать и отладить программу, реализующую обращение к портам ввода-вывода микроконтроллера PIC16F873A. Конкретное задание выдается преподавателем.

В качестве примера рассмотрим следующее задание. В исходном состоянии все светодиоды погашены, звуковой сигнал не подается. После нажатия кнопки SA2 выдается звуковой сигнал частотой 1 кГц. После нажатия кнопки SA3 включается красный светодиод в мигающем режиме. После нажатия кнопки SA4 схема возвращается в исходное состояние.

Постановка задачи

Представим исходную словесную форму задания в виде графа переходов (рис. 3.1.).

Рис. 3.1. Граф переходов по программе

Разработка алгоритма программы

Укрупненный алгоритм основной программы приведен на рис. 3.2. Поскольку в программе многократно используется блок выдержки времени, то данная последовательность команд оформлена в виде подпрограммы, алгоритм которой приведен на рис. 3.3.

Рис. 3.2. Блок-схема алгоритма основной программы

В первом блоке алгоритма подключается текстовый файл с символьными обозначениями РСН, присваиваются символьные наименования трем регистрам общего назначения, выполняющим роль счетчиков времени, задается адрес вектора сброса и начальный адрес основной программы, производится настройка параллельных портов ввода-вывода на соответствующий режим работы.

Порты А и С, к которым подключены светодиоды и пьезокерамический звукоизлучатель, настраиваются на вывод информации, а порт В, к которому подключены контакты кнопок, – на ввод. К выводам порта В подключаются внутренние подтягивающие резисторы.

Блоки со второго по пятый соответствуют исходному состоянию графа. Во втором и третьем блоках осуществляется гашение светодиода и выключение звукоизлучателя. В четвертом и пятом блоках производится опрос состояния контактов кнопок. Если контакты кнопок SA2 и SA3 разомкнуты, то программа возвращается на метку М10 и данный цикл повторяется заново. Если нажата кнопка SA2, то осуществляется переход на метку М30, а если нажата SA3, то – М20.

Блоки с шестого по одиннадцатый отвечают за мигание красного светодиода. В шестом блоке происходит подача питания на светодиод. Седьмой блок вызывает подпрограмму выдержки времени длительностью 1 с. В восьмом блоке питание со светодиода снимается. Девятый блок вызывает подпрограмму выдержки времени длительностью 0,5 с. В десятом и одиннадцатом блоках производится опрос состояния контактов кнопок. Если контакты кнопок SA2 и SA4 разомкнуты, то программа возвращается на метку М20 и данный цикл повторяется заново. Если нажата кнопка SA2, то осуществляется переход на метку М30, а если нажата SA4, то – М10.

Блоки с двенадцатого по семнадцатый обеспечивают подачу звукового сигнала. В двенадцатом блоке формируется передний фронт импульса, подаваемого на звукоизлучатель. Тринадцатый блок вызывает подпрограмму выдержки времени длительностью 0,5 мс. В четырнадцатом блоке формируется задний фронт импульса, подаваемого на звукоизлучатель. Пятнадцатый блок снова вызывает подпрограмму выдержки времени длительностью 0,5 с. В шестнадцатом и семнадцатом блоках производится опрос состояния контактов кнопок. Если контакты кнопок SA3 и SA4 разомкнуты, то программа возвращается на метку М30 и данный цикл повторяется заново. Если нажата кнопка SA3, то осуществляется переход на метку М20, а если нажата SA4, то – М10.

Перед вызовом подпрограммы выдержки времени в регистры-счетчики необходимо записать определенные числовые значения. Методика расчета этих значений приведена ниже.

Во-первых необходимо определить количество регистров-счетчиков. Тактовая частота микроконтроллера PIC16F873A в лабораторном макете равна 4 МГц, а длительность машинного цикла – четырем периодам тактовой частоты или 1 мкс. Большинство команд микроконтроллера выполняются за один машинный цикл, исключение составляют команды перехода, вызова и возврата из подпрограмм, которые выполняются за два цикла. Проще всего реализовать цикл требуемой длительности используя следующие команды:

T10: DECFSZ CNT,F ;уменьшение значения счетчика на 1, скачек если 0

GOTO T10 ;возврат к декременту счетчика.

Команда DECFSZ выполняется за один машинный цикл, а GOTO за два, то есть время выполнения цикла составляет 3 мкс.^* При использовании одного регистра-счетчика можно сформировать выдержку времени T от 3 до 3·2⁸=768 мкс, при использовании двух регистров-счетчиков T ≤ 3·2¹⁶=196 608 мкс, при использовании трех регистров T ≤ 3·2²⁴=50 331 648 мкс и т. д. В нашем примере достаточно трех регистров-счетчиков.

Рис. 3.3. Блок-схема алгоритма подпрограммы выдержки времени

Во-вторых необходимо вычислить числовые значения помещаемые в каждый из этих регистров. Число циклов старшего регистра определяется по формуле , число циклов второго регистра – , а младшего – . Рассчитывается количество полных циклов, то есть полученные значения округляются в меньшую сторону.

В-третьих необходимо учесть, что в команде DECFSZ сначала выполняется декремент, и лишь потом сравнение содержимого регистра с нулем (преддекремент), то есть в начале первого же цикла число записанное в регистр будет уменьшено на единицу, что приведет к ошибке в счете. Эта ошибка может оказаться фатальной, если число циклов равно нулю. Поэтому к вычисленным значениям необходимо прибавить единицу: CNT_H = H +1, CNT_M = M +1, CNT_L = L +1. Эти значения заносятся в регистры-счетчики перед вызовом подпрограммы выдержки времени.

Алгоритм самой подпрограммы выдержки времени включает блоки с восемнадцатого по двадцать пятый. Вход в подпрограмму осуществляется по метке Т10. В девятнадцатом, двадцать первом и двадцать третьем блоках производится последовательный декремент регистров-счетчиков, а в двадцатом, двадцать втором и двадцать четвертом сравнение значений этих счетчиков с нулем. При обнулении всех счетчиков в двадцать пятом блоке происходит выход из подпрограммы.

Написание текста программы на языке Ассемблер

Исходный текст программы приведен далее:

;предварительные настройки

#include p16f873a.inc

__CONFIG _HS_OSC ;

CNT_L: EQU H'20' ;определение младшего регистра счетчика

CNT_M: EQU H'21' ;определение среднего регистра счетчика

CNT_H: EQU H'22' ;определение старшего регистра счетчика

ORG H'000' ;вектор сброса

GOTO H'05' ;переход на адрес следующий за вектором прерыв.

ORG H'05' ;начало основной программы

BCF STATUS,RP1 ;выбираем банк регистров 1

BSF STATUS,RP0 ;|

MOVLW B'00001110' ;задаем аналоговый вход PORTA,0

MOVWF ADCON1 ;программируем регистр АЦП 1

MOVLW B'00000001' ;PORTA,7-1 выходы, PORTA,0 вход

MOVWF TRISA ;программируем регистр направления PORTA

MOVWF OPTION_REG;включаем подтягивающие резисторы PORTB

MOVLW B'11111111' ;PORTB,7-0 входы

MOVWF TRISB ;программируем регистр направления PORTB

MOVLW B'11000000' ;PORTC,7-6 вход, PORTC,5-0 выходы

MOVWF TRISC ;программируем регистр направления PORTC

;исходное состояние

M10: BCF STATUS,RP1 ;выбираем банк регистров 0

BCF STATUS,RP0 ;|

CLRF PORTC ;гасим все светодиоды и выключаем пищалку

CLRF PORTA ;|

BTFSS PORTB,5 ;скачек,если не нажата кнопка SA2

GOTO M30 ;переход к включению пищалки

BTFSS PORTB,4 ;скачек,если не нажата кнопка SA3

GOTO M20 ;переход к включению светодиода HL3

GOTO M10 ;возврат к исходному состоянию

;включение мигания красного светодиода HL3

M20: BSF PORTC,1 ;включаем HL3 на 1 с

MOVLW D'6' ;задаем начальное значение старшего счетчика

MOVWF CNT_H ;|

MOVLW D'23' ;задаем начальное значение среднего счетчика

MOVWF CNT_M ;|

MOVLW D'22' ;задаем начальное значение младшего счетчика

MOVWF CNT_L ;|

CALL T10 ;вызов подпрограммы выдержки времени

BCF PORTC,1 ;гасим HL3 на 0,5 с

MOVLW D'3' ;задаем начальное значение старшего счетчика

MOVWF CNT_H ;|

MOVLW D'140' ;задаем начальное значение среднего счетчика

MOVWF CNT_M ;|

MOVLW D'11' ;задаем начальное значение младшего счетчика

MOVWF CNT_L ;|

CALL T10 ;вызов подпрограммы выдержки времени

BTFSS PORTB,5 ;скачек,если не нажата кнопка SA2

GOTO M30 ;переход к включению пищалки

BTFSS PORTB,2 ;скачек,если не нажата кнопка SA4

GOTO M10 ;переход к исходному состоянию

GOTO M20 ;возврат к включению светодиода HL3

;включение пищалки

M30: BCF PORTC,1 ;гасим HL3

BSF PORTA,2 ;подаем на пищалку импульс длительностью 0,5 мс

MOVLW D'1' ;задаем начальное значение старшего счетчика

MOVWF CNT_H ;|

MOVLW D'1' ;задаем начальное значение среднего счетчика

MOVWF CNT_M ;|

MOVLW D'168' ;задаем начальное значение младшего счетчика

MOVWF CNT_L ;|

CALL T10 ;вызов подпрограммы выдержки времени

BCF PORTA,2 ;подаем на пищалку интервал длительностью 0,5 мс

MOVLW D'1' ;задаем начальное значение старшего счетчика

MOVWF CNT_H ;|

MOVLW D'1' ;задаем начальное значение среднего счетчика

MOVWF CNT_M ;|

MOVLW D'168' ;задаем начальное значение младшего счетчика

MOVWF CNT_L ;|

CALL T10 ;вызов подпрограммы выдержки времени

BTFSS PORTB,4 ;скачек,если не нажата кнопка SA3

GOTO M20 ;переход к включению светодиода

BTFSS PORTB,2 ;скачек,если не нажата кнопка SA4

GOTO M10 ;переход к исходному состоянию

GOTO M30 ;возврат к включению пищалки

;подпрограмма выдержки времени

T10: DECFSZ CNT_L,F ;уменьшение младшего счетчика на 1, скачек если 0

GOTO T10 ;возврат к декременту счетчика

DECFSZ CNT_M,F ;уменьшение среднего счетчика на 1, скачек если 0

GOTO T10 ;возврат к декременту счетчика

DECFSZ CNT_H,F ;уменьшение старшего счетчика на 1, скачек если 0

GOTO T10 ;возврат к декременту счетчика

RETURN ;выход из подпрограммы

END ;конец программы

Трансляция текста программы в машинные коды

Процесс создания нового проекта и компиляции программы подробно описан в лабораторной работе 1.

Тестирование и отладка

На этапе отладки программы необходимо выявить и устранить все возникшие на предыдущих этапах ошибки. Описание процесса программирования микроконтроллера и запуска программы приведен в лабораторной работе 1.

Сопровождение

Поскольку все программы, разрабатываемые при изучении курса ОМТ носят чисто учебный характер, то их работоспособность необходимо поддерживать лишь до момента защиты лабораторной работы преподавателю.