===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

14. Программирование прерываний

Система прерываний процессора 8051 обеспечивает эффективную обработку внешних событий и процессов с временным разделением. С помощью программ прерываний решается широкий круг задач, в основе которых лежит параллельная отработка нескольких процессов, и связь действий и событий с отметками реального времени. Bascom позволяет полностью использовать возможности системы прерываний как стандартных, так и более старших моделей. При программировании прерываний возможно несколько подходов:

а) создание максимально быстро работающих программ обработки прерываний, использующих минимальные ресурсы памяти. Разработка таких программ не отличается от традиционного программирования на Ассемблере. Ассемблерные программы прерывания необходимо применять тогда, когда время реакции на прерывание очень критично и требуется полностью контролировать использование ресурсов памяти. Сложность создания ассемблерных программ обработки прерывания (да и всех остальных вставляемых ассемблерных программ) заключается в необходимости “подглядывать” за операторами Bascom (с помощью дисассемблера), чтобы понять и правильно организовать передачу данных Бейсику или считывание данных из переменных Бейсика;

б) использовать только директивы Bascom и не обращать внимания на скорость обработки и количество занимаемой памяти. Это наилучшее решение при создании простых программ, использующих не более двух прерываний и не требующих очень быстрой реакции на события. Применение операторов Bascom, без сомнения, снижает затраты времени на программирование, а при выполнении определенных правил и вероятность ошибок; в) комбинирование достоинств ассемблера и Бейсика. Это самый практичный и рекомендуемый подход – максимально использовать Бейсик, вставляя ассемблерные команды только в самые «горячие» участки программы

туда, где компилятор дает явно неоптимальный код или использует ресурсы памяти недопустимым образом. Правила описания программ прерывания не менее актуальны и для Бейсика:

а) предельная краткость – будет меньше ошибок; б) совершать как можно меньше действий - перемещать данные между переменными (объектами) и

устанавливать флаги для вызова программ обработки этих данных, управлять внешними устройствами, таймерами и портами (считывать или загружать, останавливать или запускать) и, наконец, обслужить устройство вызвавшее прерывание (сбросить флаг вызова, перезагрузить таймер);

в) использовать минимальное количество переменных (регистров); г) быть внимательным и не забывать о стеке, в котором уже хранится прерванная задача, и в который

будет загружена текущая задача, если случится прерывание более высокого уровня. Переполнение стека или нарушение последовательности загрузки-извлечения данных приводит работу программы к фатальному исходу. Компилятор и даже отладчик ошибки такого рода не выявляет;

д) в программе прерывания, описанной операторами Bascom, должна быть только одна точка выхода, т.к. компилятор только в одном месте (и только один раз) поставит команду RETI. И эта точка выхода должна обозначаться только оператором RETURN. Если точек выхода несколько, то нужно вместо операторов RETURN вставлять ассемблерную команду RETI. Если говорить точнее, то компилятор заменяет командой RETI только первый оператор RETURN, который он встретит, после метки, обозначающей вектор прерывания;

е) допускается использование в программе прерываний блока регистров 3. Чтобы правильно его использовать, нужно сохранить значение регистра PSW и установить биты RS0 и RS1 (Psw = &h18). Если в программе используются операторы умножения чисел в формате с плавающей точкой, то необходимо сохранять и регистр с адресом 18H (R0 третьего банка).

Ограничения в применяемости операторов Bascom в программах прерываний, с точки зрения компилятора, отсутствуют. Практически, в реальных программах существуют очень жесткие ограничения на характер действий, допустимых в прерываниях и, естественно, распространяющихся на программы, создаваемые в Бейсике. Рекомендации по возможности применения операторов Bascom и допустимости совершаемых действий выглядять следующим образом:

а) можно без ограничения применять операторы перезаписи данных (без преобразования форматов), устанавливать и изменять значения переменных, осуществлять преобразования и вычисления в регистрах, используемых в текущем прерывании. Допускается делать изменение состояние SFR, таймеров и портов, если этого требует алгоритм программы прерывания и предусмотрено в прерванной программе;

б) почти всегда можно применять преобразования форматов целых чисел, одиночных символов и символьных переменных, определенных пользователем. Нежелательно применять операторы вычисления и сравнения чисел с плавающей точкой (они, к тому же, слишком продолжительны). Всегда в этих случаях нужно анализировать возможные последствия. Критерием допустимости является не использование программой прерывания не сохраненных регистров, используемых другой программой. Косвенным признаком возможности коллизии является одновременное использование одного и того же оператора (а значит одной и той же библиотечной подпрограммы) или похожих операций;

в) совсем нежелательно использовать операции с символьными переменными. Внутренние переменные Bascom, используемые для этого, располагается вне области автоматического сохранения в стеке. Еще в большей степени это относится к семейству операторов вывода данных (PRINT, LCD). Они используют еще больше не

============================================================================= 14-1

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

сохраняемых регистров и периферийные устройства. Критерием возможности применения таких действий является только однозначное разделение во времени (зачем тогда это делать в прерывании?) или использование во всей программе только одной операции, работающей с символьными переменными. Вообще, сложности безошибочного использования в прерываниях и прерываемых программах процедур обработки и вывода символьных строк столь значительны, что решать их лучше радикально – просто не применять в программах обработки прерывания;

г) запрещено применять операторы ожидания событий, например, из семейств WAIT и INPUT. Происходящие события, напротив, должны вызывать прерывания;

д) невозможно правильное одновременное использование в прерываемой программе и программах прерывания операторов RESTORE и READ;

е) очень сложно предсказать последствия использования в прерываниях сложных программных конструкций (OPEN .. CLOSE, DO .. LOOP, WHILE .. WEND, SELECT .. CASE). Поэтому лучше их не применять;

ж) с очень большой вероятностью будут правильно работать операторы проверки условий (IF .. THEN), операторы циклов (FOR .. NEXT), операторы INCR, DECR применительно к битовым и байтовым переменным. Допустимо применение этих операций и с двух- и четырехбайтовыми переменными, хотя при этом падает скорость обработки, получается более громоздкий код и требуется более тщательная проверка правильности работы программы. Не рекомендуются использовать в указанных операторах переменные с плавающей точкой, и тем более, символьные;

з) выполнение операторов GET и PUT, использующих последовательный программный интерфейс, не должно вообще прерываться, иначе произойдет нарушение синхронизации;

и) во всех сомнительных случаях нужно дисассемблировать подпрограмму прерываний и тщательно проверять в отладчике используемые регистры. По возможности применять уже проверенные и известные программы модули программ прерывания.

Рассмотрим примеры оформления программ прерываний. Вначале будут представлены фрагменты инициализации прерываний различных типов. Затем будут даны примеры программ обработки прерываний.

Программирование внешних прерываний INT0 (или INT1) по уровню или спаду:

On Int0 Int_0_int 'выполнять внешнее прерывание INT0 (INT1 – аналогично)

Rem On Int0 Int0_int Nosave 'то же самое без сохранения и восстановл. регистров

'-------------------------------

'подпрограмма обработки внешнего прерывания

Int_0_int:

Reset P1.7 : Buf = P0 : Set P1.7 : Set New_data Return

'-------------------------------

Программирование прерывание таймера 0 (или таймера 1):

Config Timer0 = Timer , Gate = Internal , Mode = 1 'режим 16-разрный

On Timer0 Timer_0_int 'выполнять прерывание от Таймера0 (Timer1 – аналогично)

Показан более подробный пример программирование прерывания последовательного канала. В его основе прием по прерыванию символьной строки во временный буфер. Процедура прерывания написана на ассемблере, что обеспечивает “прозрачность” использования ресурсов. При объявлении прерывания применена опция Nosave, запрещающая автоматически сохранять регистры.

'--------

'TIMER2 в режиме 16-бит. таймера с внутр. тактир. для синхронизации UART $crystal = 12000000 'при кварце 12 МГц

============================================================================= 14-2

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

'обработка прерывания последовательного интерфейса

Ser_int: $asm

Jbc {Ri} , Intsr ;ищем источник прерывания

Jbc {Ti} , Intst ;заодно и сбрасываем бит вызвавший прерывание

Push Acc

Mov {R_ch} , Sbuf ;сохранить принятый символ

Mov A , {R_ch}

Ints1:

Cjne A , #&h0d , Ints3

$end Asm

Return 'этот оператор, компилятор заменит командой Reti

'-------------------------------

Программирование таймера 2 для получения такого же результата, как выше в примере программирования таймера 0:

Config Timer2 = Timer , Gate = Internal , Mode = 0

============================================================================= 14-3

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

Return '-------------------------------

Программирование нестандартного прерывания, например, от счетчика PCA процессора 87C51FA. Компилятор не поддерживает инициализацию нестандартных прерываний, поэтому необходимо загрузить непосредственно регистры конфигурации, которые должны быть описаны в соответствующем файле:

'Выбрать файл 8051fa.dat !!!

Для повышения эффективности генерируемого кода некоторые операции в программах прерываний рекомендуется заменять ассемблерными командами (можно и не только в программах прерываний). Ниже в таблице представлены такие примеры.

============================================================================= 14-4

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

15.Проверка условий и изменение хода выполнения программы

Вописываемой версии Bascom-8051, как и в классическом Бейсике, основу организации работы отдельных частей (модулей) программы обеспечивают операторы проверки условий и изменения хода выполнения программы. Компилятор Bascom-8051 предоставляет возможность проверки значений всех типов переменных. Причем, проверяемая переменная может сравниваться как с константой, так с другой переменной, такого же типа.

Все числовые переменные могут проверяться на соответствие условиям соотношения с числовым значением и значением другой переменной. Bascom позволяет проверять переменные на соответствие условиям: равенства ( знак соотношения « = »), неравенства (« <> »), меньше (« < »), больше (« > »), меньше или равно (« <= ») и больше или равно («>=»). Задаваемое значение константы, записываемое в выражение сравнения, должно соответствовать типу проверяемой переменной таким образом, чтобы не вызывать трудностей компилятору при переводе этого числа в исполняемый код. Сравнение производится с учетом знака переменных и констант.

Битовые переменные могут сравниваться только с числами 0 и 1 или с другой битовой переменной. Bascom также обеспечивает проверку битов одно-, двух- и четырех байтовых переменных, даже не расположенных в битовой области внутренней памяти.

Строковые переменные могут сравниваться друг с другом или с непосредственно заданной строкой. В примере, приведенном ниже, показаны примеры использования операторов проверки условий с различными типами переменных. Мы видим, что имеется возможность выключать или включать исполнение отдельных участков программы, а также осуществлять переход в другие точки программы с помощью операторов GOTO. Применение операторов RETURN (или команды RET) внутри конструкции IF…END IF запрещено, т.к. при этом нарушается баланс стека.

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

Для того, чтобы программа работала быстрее, надежнее и затрачивала меньше ресурсов, следует применять максимально простую конструкцию операций проверки условий и использовать наиболее компактный тип сравниваемых данных. Не рекомендуется без особой необходимости сравнивать числа в формате с плавающей точкой и строковые переменные длиной более двух-трех символов.

В последних версиях компилятора стала возможной классическая запись операции проверки условий в одну строку в простом:

If Wd >= 1000 Then Goto M4

Или расширенном виде:

If Wd >= 1000 Then Print ">>" Else Print "<<" 'если меньше 1000000

При этом нужно иметь в виду, что качестве действия на истинность или не истинность проверяемому условию может быть применен только один оператор. Двоеточие в этой строке понимается как начало следующего оператора, выполняемого безусловно. Также понимается и оператор в следующей строке.

Еще одна новинка Bascom версии 2.xx – возможность проверки значения индексированных битов. Причем индекс может быть задан байтовой переменной:

============================================================================= 15-2

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

16. Программирование вывода на индикатор

Компилятор Bascom обеспечивает вывод на символьный индикатор значений числовых переменных и символьных строк во всех возможных вариантах. Синтаксис операторов вывода данных и команд управления курсором достаточно прост и не требует дополнительных, более подробных пояснений, чем это сделано выше. Однако нужно заметить, что построение системы отображения данных является более сложной задачей, чем применение последовательности операторов вывода. Проектируемые устройства с символьным индикатором должны отвечать требованиям эргономики, включающей обязательное форматирование и позиционирование выводимых цифровых данных и сообщений. С учетом этого, рассмотрим практические вопросы построения и программирования системы отображения информации. Как обычно, перед началом программирования требуется разработать план системы отображения, включающий в себя следующие составляющие, перечисленные в порядке очередности:

а) определить число и разрядность, отображаемых параметров (числовых). Необходимо, хотя бы приблизительно, определить форматы отображения данных, чтобы зарезервировать место для десятичной точки, знака полярности и пробелов-разделителей. При отображении числовых данных нужно решительно избавляться от избыточности - исключать незначащие разряды (за пределами точности или нестабильные);

б) определить номенклатуру и число, одновременно отображаемых параметров (переменных); в) определить атрибуты изображения (выбрать сообщения или символы размерности числовых

параметров, разделителей полей данных, выбрать или разработать специальные символы); г) придумать все текстовые сообщения таким образом, чтобы они были краткими, приблизительно одной

длины и понятны. Настоятельно рекомендуется применять только латинский алфавит потому, что коды кириллических шрифтов и наборов символов (выше 7Fh) отличаются у разных изготовителей индикаторов;

д) определить число и расположение полей данных. Для правильного восприятия отображаемой информации расположение и размер полей данных должен быть фиксированным, включая и поле для текстовых сообщений. Так как текстовые сообщения обычно появляются на короткое время (постоянно не отображаются), лучше их размещать на полях малозначительных (второстепенных) параметров и таким образом экономить место. Наиболее важные параметры нужно располагать в середине рабочего поля. Менее важные сообщения по краям, на периферии. Ввиду того, что все символы имеют одинаковый размер, для улучшения восприятия, размер полей более важных параметров (сообщений) должен быть больше, чем у менее важных даже путем использования аббревиатур последних. В качестве разделителей полей данных рекомендуется применять пробелы и (или) специальные знаки в виде вертикальных и горизонтальных пунктирных линий;

е) произвести выбор типа символьного индикатора. Лучше применять модули индикации стандартных размеров и наиболее употребляемых форматов (в порядке предпочтения): 16 символов х 2 строки, 20 х 2, 20 х 4, 16 х 1, 24 х 2, 40 х 4. Они более доступны, всегда дешевле, имеют лучшие светотехнические параметры (чаще совершенствуются в процессе производства). Индикаторы уникальных типоразмеров, как правило, только заявлены изготовителем и производятся по специальному заказу. Лучше использовать индикаторы со светодиодной подсветкой (они дает постоянную контрастность изображения при любом освещении) с черными знаками на желтом поле – исполнение для стандартного температурного диапазона. Не рекомендуется без необходимости применять индикаторы, предназначенные для расширенного температурного диапазона (они имеют заметно меньшую контрастность и угол видимости);

ж) важно выбрать способ подключения индикатора к микроконтроллеру. При интенсивном использовании индикатора, например, для случаев полного обновления всех данных индикатора несколько раз в секунду (это характерно для измерительных систем), и для модулей с числом знаком более 32 необходимо применение 8-разрядной шины, иначе регенерация изображения станет заметной (появляется эффект снижения контрастности и «паразитного свечения» неиспользуемых знакомест);

з) еще раз смоделировать (на бумаге) возможность расположения и читаемость на выбранном индикаторе всех возможных сообщений при всех возможных комбинациях и режимах. Уточнить форматы индикации параметров, текстовые сообщения, атрибуты, аббревиатуры, стараясь максимально использовать общепринятые обозначения и термины.

Следующий вопрос – программирование изображений. Существуют два подхода к формированию изображения на индикаторе:

а) каждый раз при обновлении данных, очищать поле индикации и затем заполнять его данными, зависимыми от текущего состояния выводимых переменных. Принципиально то, что в этом случае не производится анализ и выявление изменившихся данных. Преимущества такого подхода заключаются в том, что формирование и вывод данных в индикатор легко сосредоточить в рамках одной универсальной процедуры и сделать регулярным, со скоростью удобной для восприятия (несколько раз в секунду). При этом процессы формирования данных и отображения данных становятся независимыми и параллельными, что также очень удобно. Недостаток - повышенные требования к быстродействию интерфейса индикаторного модуля и наличие кратковременного состояния неопределенности данных (старое изображение стерто, а новое еще не записано). Если это время превышает 5-10 мс (более одного периода частоты сканирования всех сегментов), то становится видимым «мелькание» сегментов с частотой обновления данных;

============================================================================= 16-1

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

б) обновлять только изменяющиеся данные. Достоинства такого подхода - немигающее изображение, отсутствие проблем со способом подключения индикатора. Недостатки - усложнение программного интерфейса (он рассыпается на множество процедур по числу отображаемых переменных), вывод становится нерегулярным (с частотой изменения отображаемых переменных), обработка изменения состояния переменной, в свою очередь, тормозится процедурой вывода в индикатор (единицы миллисекунд). Область применения - индикаторы с числом более 40 знаков и системы с нерегулярным обновлением информации, например, при поступлении одиночных событий.

Ниже представлена большая демонстрационная программа, в которой решаются несколько проблем вывода цифровых данных.

'--------------------------------------------------------------

'Демонстрационная программа вывода данных в символьный индикатор

'показывает, как формируется показания на индикаторе

'измерительного прибора - мультиметра, работающего в пяти режимах

'и имеющего на каждом по пять пределов измерения. Все пределы

'измерения пронумерованы от 0 до 24 (сквозная нумерация).

'Программа построена так, что все режимы индикации привязаны

'к переменной Rang, определяющей номер предела. Данные АЦП

'и предел изменяются после цикла индикации (каждые 2 секунды)

============================================================================= 16-2

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

If Cnt = 0 Then

Set B_nd : Cnt = 200

Fld = Lookup(rang , _tab_mes) : Incr Rang

If Rang = 25 Then

Anl {rfld + 3} , #&H7f ;сделаем показания безусловно положительными

'форматирование положительного числа. Выбираем программу форматирования, 'соответствующую пределу измерения (все это должно быть записано в одну строчку 'или переносится с помощию символа подчеркивателя

'форматирование отрицательного числа. Аналогично форматируем, 'но длина результата будет на знак больше (добавится знак минуса)

Temp = Mid(temp , 2 , 6 ) : Lcd "-" Lcd_dat:

'еще одна неприятность Bascom: он не выводит незначащие нули слева

'перед десятичной точкой кроме одного. Будем исправлять и этот недостаток. 'для чего проверим длину форматированной переменной

============================================================================= 16-3

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

'--------------------------------------------------------------

'подпрограммы форматирования показаний положительной полярности

F2:

Temp = Fusing(rfld , #.####) : Return F3:

Temp = Fusing(rfld , ##.###) : Return F4:

Temp = Fusing(rfld , ###.##) : Return F5:

Temp = Fusing(rfld , ####.#) : Return

'подпрограммы форматирования показаний отрицательной полярности 'требуется дополнительное место перед цифрами для знака минуса. M2:

Temp = Fusing(rfld , ##.####) : Return M3:

Temp = Fusing(rfld , ###.###) : Return M4:

Temp = Fusing(rfld , ####.##) : Return M5:

Temp = Fusing(rfld , #####.#) : Return '--------------------------------------------------------------

' значения первого аттрибута - режима измерений

_tab_att1:

Data "DCV" , "DCV" , "DCV" , "DCV" , "DCV"

Data "ACV" , "ACV" , "ACV" , "ACV" , "ACV"

Data "Ohm" , "Ohm" , "Ohm" , "Ohm" , "Ohm"

Data "DCI" , "DCI" , "DCI" , "DCI" , "DCI"

Data "ACI" , "ACI" , "ACI" , "ACI" , "ACI" '--------------------------------------------------------------

' управление отображением полярности: 0 - нет, 1 - есть

_tab_polar:

============================================================================= 16-4

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

Data 0.12345! , 1.2345! , 12.345! , 123.45! , 1234.5! 'ACI: Миллиампер '--------------------------------------------------------------

При программировании вывода на индикатор (и вывода в COM-порт тоже) нужно учитывать, что всегда имеет место погрешность представления чисел в формате с плавающей точкой. Погрешность также возникает после арифметических действий и преобразований в результате неопределенности младшего разряда мантиссы, который или теряется, или округляется. Значение погрешности обычно не превышает ±0.000012 %, и намного ниже погрешности отображаемых данных. При отображении измеренных (или других определяемых) данных и записанных в формате с плавающей точкой, погрешность представления чисел не имеет большого значения, т.к. этого не видно. Однако, при индикации задаваемых значений чисел, например, с помощью оператора INPUT и представленных в переменных типа Single, с этим могут возникать проблемы. Например, введенное число 100 после обработки на индикаторе будет записано, как 99.999993. С точки зрения математики, ничего страшного не произошло, но для наблюдателя это явление очень неприятно и, зачастую, непонятно. Более того, будучи отформатировано, отображаемое значение приобретет вообще недопустимый вид. Например, если, указанное выше, число 100 записать без дробной части, то получится 99. Чтобы исключить подобные неприятности, следует применять округление чисел перед форматированием. Самый простой метод округления заключается в добавлении к числу значения равного половине младшего отображаемого разряда. В нашем примере, чтобы получить правильное изображение, нужно к числу 100 добавить число 0.5. Во многих случаях, округляющая добавка может быть значительно меньше и, вообще, приближаться к погрешности представления числа. Так как для округления используется операция суммирования, то нужно учитывать и знак округляемого числа.

Рассмотрим еще один способ форматирования выводимых чисел, применимый при малом числе отображаемых разрядов (до пяти включительно). Этот простой способ заключается в суммировании отображаемого числа с другим, заведомо большим числом, и выделении после преобразования в символьный вид необходимой средней части. Ниже приведен пример, демонстрирующий этот метод и округление для придания изображению строгого вида.

============================================================================= 16-5

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

'положительное: предстоит отображать число в R_fld в следующем виде: +xxx.xx R_fld = R_fld + 1000.005 'добавим заведо большее число и добавку округления Temp = Str(r_fld) 'преобразуем в строку

Temp = Mid(temp , 2 , 6) 'выделим из середины то, что нужно – 6 символов

'отрицательное: предстоит отображать число в R_fld в следующем виде: -xxx.xx R_fld = R_fld - 1000.005 'добавим заведо большее число и добавку округления

$asm

Anl {r_fld + 3} , #&H7f ;сделаем показания безусловно положительными $end Asm

Temp = Str(r_fld) : Temp = Mid(temp , 2 , 6) : Lcd "-" ; Temp Lcd_e:

End

В последних версиях компилятора расширены возможности функции Fusing. Теперь по умолчанию включается режим округления и предусмотрена возможность добавления лидирующих нулей. Однако неприятности представления отрицательных чисел остались. Когда в маску записываются лидирующие нули, то требуется записать их на один больше, чем количество выводимых цифр перед точкой. Все это демонстрирует следующий пример.

$large

Dim X As Single , Y As Single , Result As Single

============================================================================= 16-6

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

17. Программирование последовательного порта

Применение последовательного асинхронного порта предусматривается в большинстве микропроцессорных систем. Даже в тех случаях, когда он не нужен для работы схемы, его используют (и необходимо использовать) на этапе отладки программы, для технологической настройки или при испытаниях. Последовательный порт процессора 8051 способен одновременно принимать и передавать данные, что требует такого построения программ, в которых процессы приема и передачи независимы. А вследствие того, что последовательный порт относится к разряду медленных устройств, то часто при программировании требуется осуществлять прием и передачу параллельно работе основной программы. Чтобы организовать параллельную работу программ ввода (приема), вывода (передачи) и обработки данных приходится задействовать прерывание. Лучше всего для этого использовать прерывание последовательно интерфейса, происходящего при заполнении регистра SBUF-приемника (после приема байта) и опустошении регистра SBUF-передатчика (после выдачи байта). Возможен и экзотический вариант временного разделения задач приема, передачи и обработки с помощью прерывания одного из таймеров. В любом случае, реализация всех возможностей и интенсивной работы последовательного порта представляется очень сложной программной задачей.

Использование в системе последовательного интерфейса почти всегда обусловлено работой в многопроцессорной среде непосредственно или в скрытой форме, как например, при работе с COM-портом персонального компьютера. При программировании подобных интерфейсов возникают проблемы учета глобальных временных соотношений, то есть учета в текущей программе времени реакции другой системы на переданные данные и наоборот. Эти проблемы часто и напрасно игнорируются, хотя именно глобальные процессы определяют скорость взаимодействия систем, а не только физическая скорость передачи данных, как принято думать. В результате таких просчетов может быть потеряна работоспособность многопроцессорной системы только из-за изменения производительности одного компонента, например, при его модернизации. При программировании также необходимо предусматривать и возможность возникновения аварийных ситуаций в периферии одного из компонентов в момент взаимодействия.

Следующий важный компонент программирования системы с последовательным портом - выбор протокола связи и формата данных. Считается, что чем короче передаваемое сообщение, тем лучше. В принципе это правильно, но при одном условии, что это сообщение должно быть понятным, и, самое главное, оставаться понятным в искаженном виде. Имеется в виду, не то, что в сообщении должна содержаться избыточная информация, позволяющая восстановить потерянное, а только то, что принимающая сторона должна обнаружить факт сбоя. Особенно опасно применение протоколов с чисто двоичными данными. Искажение таких данных может оказаться не только незамеченным, но и привести к потере синхронизации (опознаванию начала и конца пакетов данных). Автор продолжает настаивать на необходимость применения в протоколах только текстовых структур с разделителями в виде символов 0Dh («ВК» - возврат каретки) и 0Ah («ПС» - перевод строки). Передача данных в виде чисел, также должна производится символами. Особенно это важно для открытых систем. Причем, чем более система открыта, тем понятней должен быть язык передаваемых сообщений. За применение протоколов с текстовым форматом данных приходится платить приблизительно двукратным увеличением длины передаваемых сообщений и физическим усложнением канала связи (чтобы при необходимости скомпенсировать потерю скорости). Однако это окупает себя надежностью работы, простотой мониторинга (наблюдения) за каналом связи, отличной совместимостью со стандартными языками программирования, в том числе Bascom8051.

В проектируемой программе интерфейса, с самого начала, должен быть заложен резерв производительности (не менее чем двукратный), включающий в себя возможности расширения протокола (введения дополнительных команд) и запасы по скорости передачи и обработки данных, например, увеличения тактовой частоты процессора. Опыт программирования и эксплуатации микропроцессорных систем связи показывает, что почти всегда эти ресурсы оказываются востребованными - на этапе отладки для покрытия ошибок планирования, а позднее для модернизации.

Учет указанных факторов должен проводится на этапе проектирования системы и при оптимальном решении может обеспечить значительное сокращение времени программирования и отладки, а также объем используемых ресурсов процессора. Напротив, непродуманное прямолинейное решение протокола связи и игнорирование реальных временных соотношений в системе могут привести к значительному усложнению программы, и даже невозможности завершения работы ввиду того, что раньше будут исчерпаны ресурсы процессора. Столь длинное вступление, не касающееся непосредственного программирования на языке Bascom, тем не менее, необходимо. Это обусловлено особой важностью правильного решения части программы, обеспечивающей интерфейс с другими микропроцессорами.

Ниже предлагается программы некоторого типичного периферийного устройства, принимающего команды в виде текстовых строк и возвращающего данные также в виде текстовой строки. В программе имеются все обычные для данного случая (но немного упрощенные) компоненты: настройки системы, вхождения в стационарное состояние, декодирования и исполнения принятых сообщений, генератора событий реального времени, формирования передаваемых сообщений, системы ввода и вывода через раздельные буферы. Структура программы обеспечивает возможность параллельно (или почти параллельно) принимать и передавать данные,

============================================================================= 17-1

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

обрабатывать принятые сообщения и формировать выходные данные. Программа может быть дополнена операторами, которые позволят обрабатывать внешние события (через внешние прерывания) и совершать действия, задаваемые счетчиком реального времени. Особенностью программирования последовательного порта в данном примере является использование в прерывании подпрограмм буферированного ввода-вывода, написанных на ассемблере. Представляется, что это самый оптимальный вариант, который не ограничивает скорость работы последовательного интерфейса даже при частоте тактового генератора 3 МГц.

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

'теперь буфер пуст и его уже нельзя испортить 'инициализировать систему

B_entx = 1 : B_nd = 0 : B_sd = 1 : Cnt = 0 : Rang = 0 : Udac = 0

Tmp = Peek(r_buo) : Sbuf = Tmp 'первый символ на передачу

'этой операцией инициализируем систему вывода по прерыванию 'остальные символы буфера будут выводиться автоматически

Incr R_buo поставим указатель буфера на второй символ

End If

Goto Mc '---------------------

'подпрограмма загрузки данных в ЦАП AD766, AD1851 Sload_766:

Return '----------------------------------------------

'обработка прерывания таймера 0 Timer_0_int:

$asm

============================================================================= 17-3

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

'----------------------------------------------

'обработка прерывания последовательного интерфейса

Ser_int: $asm

Jbc {Ri} , Intsr ;ищем источник прерывания

Jbc {Ti} , Intst ;заодно и сбрасываем бит вызвавший прерывание

$end Asm

Return $asm

; прерывание приемника

Intsr:

Push Psw

Push Acc

Mov {R_ch} , Sbuf ;сохранить принятый символ

Mov A , {R_ch}

Ints1:

Cjne A , #&h0d , Ints3

Mov A , #{inp_buf + 10}

Cjne A , {R_bui} , Ints5

; прерывание передатчика

Intst:

Push Psw

Push Acc

Mov A , {R_buo} ; считаем символ из буфера вывода

Xch A , R0

Mov {R_ch} , @R0 Xch A , R0

Mov A , #{out_buf + 10} ;если это произошло за пределами буфера

Cjne A , {R_bui} , Ints6 ;заканчиваем сообщение Sjmp Ints7

Ints6:

============================================================================= 17-4

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

Для многих систем оказывается достаточным компромиссное решение, когда по прерыванию осуществляется только ввод данных, которые могут поступать в произвольный момент времени, а вывод данных производится прямо из главной программы с помощью оператора Print. При этом программы вывода данных и программа прерываний приобретают другой вид и упрощаются. В примере, приведенном выше, при этом также становятся ненужными переменные B_entx, R_bui и Out_buf. Упрощается фрагмент в стартовом блоке программы:

Enable Serial 'разрешить прерывания посл.интерфейса

Print "Test_com" 'инициализировать систему

При этом больше всего изменяется программа обработки прерывания последовательного интерфейса. Она также упрощается и в ней необходимо обрабатывать только прерывание приемника. Бит Ti теперь обрабатывается внутри оператора Print. В состав новой подпрограммы прерывание дополнительно введен полезный модуль преобразования строчных латинских символов в прописные.

'------------------------------------------

'обработка прерывания последовательного интерфейса

Push Acc

Mov {R_ch} , Sbuf ;сохранить принятый символ

Mov {R_bui} , #{inp_buf} ;переинициализировать указатель буфера

Intse:

Pop Acc

Pop Psw

============================================================================= 17-5

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

Reti

Ints3:

Cjne A , #&h0a , Ints4

Mov A , #{inp_buf + 10} Cjne A , {R_bui} , Ints5 Sjmp Intse

Ints5:

Mov A , {R_bui} ;остальное записывать в буфер

Xch A , R0

Mov @R0 , {R_ch} Xch A , R0

Inc {R_bui}

Sjmp Intse

$end Asm '------------------------------------------

Далее рассмотрим программу, в которой вообще не используется прерывание. Это программа является частью классического монитора, обеспечивающего просмотр памяти в текстовом виде и HEX-кодах. Ядро этой программы может служить основой многих других инструментальных программ. Это медленная программа, которая, исполнив команду или совершив действие, находится в режиме ожидания прихода символа в последовательный канал.

'--------------------------------------------------------------

'Демонстрационная программы монитора, работающего

'TIMER2 в режиме 16-бит. таймера с внутр. тактир. для синхронизации UART Config Timer2 = Timer , Gate = Internal , Mode = 2

'внимание! важный момент - обработка символа ВК.

'он может приходить в паре с символом ПС, который нужно игнорировать

'а может быть это уже следующая команда или опять символ ВК

============================================================================= 17-6

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

============================================================================= 17-7

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

Goto Begin '--------------------------------------------------------------

'подпрограммы: все, что повторяется более одного раза

В приведенных программах даны примеры использования почти всех операторов, работающих с последовательным портом. При программировании вывода некоторые неудобства доставляют операторы, завершающие передаваемое сообщение разделителем (ВК ПС). Для устранения этого явления, недопустимого при выводе составных сообщений, применяется буфер, в котором формируется результирующая строка, или используется оператор Printbin.

============================================================================= 17-8

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

Другая проблема вывода данных заключается в том, что иногда требуется включение в выдаваемое сообщение цифровых данных в форматированном виде. Для решения этой задачи необходимо использовать те же приемы, что и при выводе данных в символьный LCD-модуль.

============================================================================= 17-9

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

18.Программирование аналоговых преобразователей

Каналоговым преобразователям, программирование которых будут рассмотрено ниже, относятся аналого-цифровые (АЦП), цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). К АЦП также можно отнести все схемы преобразования аналогового сигнала в частоту или длительность с устройством измерения частоты или периода. К устройствам ЦАП также относятся всевозможные регуляторы уровня, цифровые синтезаторы частоты, генераторы широтно-импульсной модуляции и даже просто управляемые генераторы частоты. Принципиальное различие АЦП и ЦАП с точки зрения программиста, независимо от того с каким аналоговым сигналом работает устройство, заключается в направлении передачи и порядке преобразования данных. При работе с АЦП данные считываются и после многократного преобразования приобретают вид, понятный наблюдателю или субъекту, принимающему решение. Очевидные данные ЦАП, напротив, должны многократно преобразовываться перед загрузкой преобразователь. Задачи и проблемы программирования ЦАП и АЦП можно сформулировать следующим образом:

а) организация работы программы преобразования; б) обеспечение интерфейса ЦАП или АЦП с процессором;

в) выбор формы представления цифрового значения измеряемого или устанавливаемого параметра; г) преобразование из кода АЦП в формат пригодный для вычисления и преобразование устанавливаемого

значения в код загрузки ЦАП д) оптимальная цифровая калибровки преобразователей;

е) накопление, усреднение и вывод данных АЦП; ж) ввод и подготовка данных ЦАП;

з) ускорение принятия решений на основании данных АЦП.

Рассмотрим эти задачи подробнее в том же порядке. Начнем с организации работы программы – с выбора двигателя. Для приведения в действия любой программы, работающей с аналоговыми устройствами, всегда нужен какой-то двигатель. В роли двигателя может выступать:

а) внешнее событие, например, приход команды с клавиатуры или из внешнего интерфейса на установку нового значения воспроизводимого параметра (или запрос измеренных данных). Обычно, таким образом, работают системы с ЦАП;

б) команда от таймера, задающего периодичность операций установки, смены или измерения параметров системы. Системы с периодически воспроизводимым циклом преобразования характерны для измерительных устройств, например, таких как цифровой вольтметр, и применяются наиболее часто;

в) команда измерительного устройства о готовности данных. Самый характерный пример таких систем – устройства, в основе которых лежит медленный АЦП (интегрирующего типа). Привязка всех системы к медленному АЦП является лучшим решением, позволяющим исключить нежелательные переходные процессы и разрывы потока данных. Основной недостаток подобных систем возможность остановки программы при перегрузке или отказе измерительного устройства (впрочем, легко устранимый);

г) команда другой программы, являющейся ведущей или передающей запрос на действие по цепочке. С точки зрения измерительной программы, такая команда является внешней, однако относительно системы в целом могут быть и другие механизмы приведения ее в действие, в том числе, и упомянутые выше.

При планировании взаимодействия других частей программы с измерительной необходимо учитывать время исполнения каждой из них. Например, недопустимо, если обработка и вывод (всегда обращайте внимание на время вывода!) измеренных данных, выполняемых в измерительной цикле, превышает время готовности данных АЦП. Также недопустимо, если частота измерения АЦП меньше частоты считывания данных из него. Все это приводит к потере данных и появлению неявной погрешности измерения. Аналогично, нужно учитывать реальное время установления воспроизводимого параметра, задаваемого с помощью ЦАП. Причем учитывать не время установления выходного сигнала ЦАП, а время установления всей аналоговой схемы (если такая есть). Периодичность загрузки ЦАП должна быть намного больше электрической постоянной времени аналоговой части схемы. Также, время обработки устанавливаемых данных и загрузки кода в ЦАП не должно превышать период повторения операций загрузки.

Рассмотрим с проблему интерфейса. Почти всегда АЦП или ЦАП, с которыми работает микроконтроллер, являются однокристальными устройствами. Номенклатура этих устройств, чрезвычайно широка и всегда, за исключением особых случаев, может быть выбрана модель, удовлетворяющая метрологическим требованиям, скорости, конфигурации входа (выхода) и напряжению питания. Выбранный по указанным критериям, преобразователь чаще оказывается с последовательным портом. В результате возникают сложности достижения высокого быстродействия при считывании (записи) данных. Это обусловлено отсутствием большинства у процессоров семейства 8051 высокоскоростного аппаратного последовательного порта, а с другой стороны использование АЦП и ЦАП с параллельным портом также не всегда возможно из-за дефицита свободных линий портов. Таким образом, задача интерфейса сводится к программному формированию сигналов управления на выводах преобразователя и перемещению данных из регистров процессора в устройство или наоборот. В общем случае, создание программы считывания (из АЦП) и тем более записи данных (в ЦАП) с помощью операторов Bascom не представляет большой сложности. Для этого предусмотрены операторы SHIFTIN,

============================================================================= 18-1

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

SHIFTOUT, SPIIN, SPIOUT. Затруднения появляются, когда устройство, с которым необходимо взаимодействовать, имеет число разрядов не кратное восьми (не целое число байт) и не допускает подачу лишних импульсов на входе синхронизации. Практически таких микросхем очень мало. Чаще микросхемы, не допускающие подачу лишних импульсов, ориентированы на байтовый обмен, и поэтому проблем с ними вообще не возникает. Справедливости ради, нужно сказать, что проблема числа импульсов синхронизации возникает только для микросхем, имеющих двухпроводный интерфейс, или при попытках использования имеющиеся трехпроводные (и более) интерфейсы как двухпроводный. Использование ассемблера для написания подпрограмм ввода-вывода оправдано только в одном случае, когда эти подпрограммы вызывается в прерывании, и к ним предъявляются особые требования по скорости и количеству используемых регистров. В остальных случаях это делать не рекомендуется, т.к. библиотеки Bascom дают оптимальный код и быстродействие (50 - 70 % от возможного). Ниже приведен пример программы, работающей с типичным устройством, имеющим последовательный интерфейс. В тексте программы имеются все варианты организации интерфейса с помощью операторов последовательного вывода SHIFTOUT и SPIOUT.

'--------------------------------------------------------------

' Программа тестирование цифрового потенциометра AD8400 -2,-3 '--------------------------------------------------------------

'|__________________________________________| CS

'___ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ __

'___X____X____X____X____X____X____X____X____X__ Data

============================================================================= 18-2

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

Следующая программа демонстрирует организацию ввода и обработки данных 12-разрядного АЦП с последовательным интерфейсом. Для считывания данных АЦП используется оператор SHIFTIN. Особенность программы заключается в том, что тактирование работы программы осуществляется с помощью таймера, а для вывода вычисляется среднее значение шестнадцати отсчетов.

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

'___ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ _

'___X____X____X____X____X____X____X____X____X_ Data

воспроизводимых или измеренных данных. Лучше и понятней, когда данные представлены в общепринятых единицах, и при этом все числовые значения, принимаемые измеряемым (или воспроизводимым) параметром в процессе работы, соответствуют используемому устройству отображения. Имеется в виду, что, например, нельзя строить измерительную систему, в которой на 3.5-разрядный индикатор должно выводится число 10000 Гц или 20000 кОм. Понятно, форма представления чисел в программе должна быть такой, чтобы указанные числа выводились как 10.00 кГц и 020.0 МОм. Удобней всего, когда числа в программе представлены в формате с плавающей точкой. Это позволяет работать с широким диапазоном значений без потери точности и производить любые вычисления. Микросхемы ЦАП и АЦП принимают и выдают значения, представленные в виде целого двоичного кода числа младших разрядов. Bascom предоставляет прекрасные возможности преобразования числа в формате с плавающей точкой в код загрузки ЦАП (в целое двоичное число) и, соответственно, выходного кода АЦП в число в формате с плавающей точкой, что показано в предыдущих примерах и последующей программе. При преобразовании двухполярного числа нужно позаботится, чтобы источником (или приемником) двоичных данных была знаковая переменная типа Integer или Long, и чтобы старший (знаковый) бит был заполнен, как это сделано в следующей демонстрационной программе (тестирования AD7711A) с помощью оператора ROTATE. Если преобразуется однополярное двоичное число, то его расположение в регистре двоичных данных имеет только то значение, что должно соответствовать разрядам ЦАП или АЦП.

Второй составляющей преобразования кода является операция умножения на масштабирующий коэффициент. В случае загрузки ЦАП с помощью масштабирующего коэффициента происходит переход от принятой размерности к числу устанавливаемых младших разрядов (смотри пример в программе монитора синтезатора частоты). Чтобы привести к требуемой размерности данные АЦП, выраженные в единицах младшего разряда, также применяется соответствующий масштабный коэффициент.

Ниже представлен еще пример программы, работающей с АЦП. В ней осуществляется тестирование 24разрядного АЦП, связанного с процессором через последовательный интерфейс. АЦП перед началом работы инициализируется и проводится его самокалибровка (калибровка нуля и калибровка шкалы). В данной программе АЦП является источником сигнала синхронизации для всей программы. Установив при инициализации АЦП время измерения (интегрирования, т.к. АЦП интегрирующего типа) равное 20 мс и подав сигнал готовности данных АЦП на вход прерывания, мы будем каждые 20 мс получать новый отсчет. Вследствие того, что вывод и визуальное восприятие данных с такой скоростью невозможно, применено усреднение данных шестнадцати отсчетов. Теперь, каждые 320 мс (3 раза в секунду) мы будем получать результат. В программе считывания данных АЦП применено много ассемблерных вставок для повышения скорости работы и лучшего контроля ресурсов, используемых в прерывании. В программе предусмотрена калибровка АЦП, информация о которой будет представлена ниже.

'--------------------------------------------------------------

' Программа тестирования 24-разр. АЦП AD7711A (+-2.5 В) '--------------------------------------------------------------

'TIMER0 в режиме 16-бит. счетчика

Config Timer0 = Timer , Gate = Internal , Mode = 1 : Start Timer0 '---------------------

============================================================================= 18-4

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

'TIMER2 в режиме 16-бит. таймера с внутр. тактир. для синхронизации UART Config Timer2 = Timer , Gate = Internal , Mode = 2

Loop '------------------------------------------

'обработка прерывания таймера 0 Int0_int:

$asm

Push Psw

Push Acc $end Asm

Psw.3 = 1 : Psw.4 = 1 'выберем третий банк - он не используется Bascom Gosub Rd_adc

$asm

'----------------------------------------------

'регистры AD7711

' формат регистра управления

' --------- MD2 0 норм. 0 самокалиб.

'¦-------- MD1 0 изм. 0 в выбранн.

============================================================================= 18-5

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

'¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦-- FS0 ---

============================================================================= 18-6

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

Следующий пример - программа тестирования цифрового синтезатора. В ней значение в формате с плавающей точкой и выраженной в килогерцах, преобразуется в значение количества единиц младшего разряда ЦАП, затем целое двоичное число и загружается в регистры синтезатора. Как и в предыдущих примерах, микросхема синтезатора подключена к процессору через последовательный интерфейс. Количество загружаемых бит – 40.

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

'подпрограммы загрузки данных в синтезатор

Sload_9850:

'выдвинуть данные из R_bd в режиме 3 (мл. сначала , _/\_) Shiftout B_data , B_clk , R_bd , 3

'выдвинуть последний байт с режимом и фазой

Temp = 0 : Shiftout B_data , B_clk , Temp , 3

Set B_fqud : Reset B_fqud 'исполнять загруженные данные

Return '------------------------------------------

Почти всегда точность аналоговых преобразователей недостаточна для решения измерительной задачи. В данном случае речь идет измерения или воспроизведения абсолютного значения напряжения, тока или чего-либо еще. Типичная точность аналоговых преобразователей составляет единицы или, в лучшем случае, доли процента – результат неидеальности технологии их производства. С другой стороны, стабильность метрологических характеристик этих же преобразователе на два-три порядка (десятичных) превосходит их параметрическую точность. Таким образом, выравнивая масштаб преобразования с внешним эталоном, можно достичь повышения их точности до значений стабильности (временной, температурной), нелинейности и шумов. Такая операция называется калибровкой, в результате которой устанавливается коэффициент преобразования АЦП или ЦАП. Калибровка может производиться в аналоговом виде, например, подстройкой напряжения опорного источника, но нас будет интересовать только цифровая калибровка. Ее преимущества очевидны. Во-первых, аналоговая часть схемы не усложняется. Во-вторых, калибровка может проводиться без доступа внутрь калибруемого объекта, и с удаленным объектом тоже. Самое замечательное, что калибровка производится в том состоянии устройства, в котором он и работает. Имеется возможность снизить и случайные составляющие операции калибровки. В итоге, повышается точность измерительного преобразователя, причем даже в большей степени, чем при аналоговой калибровке. Результаты цифровой калибровки, представляющие собой цифровые коэффициенты обычно размещаются в энергонезависимой памяти, чтобы их можно было воспроизвести при повторном включении питания калибруемого устройства. Не останавливаясь на методах организации хранения данных калибровки (это отдельный вопрос), рассмотрим методы калибровки.

Практически все методы цифровой калибровки можно свести всего к двум видам:

а) калибровки масштаба (коррекция мультипликативной составляющей погрешности). Конечно, калибровка масштаба может состоять из нескольких составляющих, но, все равно, каждый раз, это будет операция умножения на корректирующий масштабный коэффициент, зависимый от каких то параметров;

б) калибровка смещения (коррекция аддитивной составляющей погрешности преобразователя).

Можно еще говорить о калибровке нелинейности преобразователя, но этот метод применяется очень редко и всегда в дополнение, к уже указанным.

Калибровка смещения измерительного тракта учитывается путем вычитания из текущих показаний, значения, ранее запомненного при измерении напряжения на закороченном входе (U = 0). Поправка масштаба производится умножением на коэффициент, определенный как отношения эталонного значения к текущим показаниям при подаче на вход напряжения, равного эталонному значению. В программе монитора АЦП AD7711A, приведенной выше, применена и калибровка смещения и масштаба по указанной схеме. Там же имеется процедура калибровки, когда с клавиатуры подается команда произвести калибровку нуля или масштаба. В демонстрационной программе все несколько упрощено, но требуемый порядок полностью выполнен (вначале калибровка нуля, затем масштаба).

Калибровка ЦАП реализуются также, но с точностью, наоборот, вследствие обратного направления преобразования загружаемого кода. Вначале приводится в действие масштабный коэффициент, а затем из значения загружаемого кода вычитается поправка смещения нуля. Порядок же определения коэффициентов и для ЦАП и для АЦП одинаков - вначале определяется поправка смещения, а затем масштаба. Это значительно облегчает процедуру определения поправочных коэффициентов, делая процесс одноступенчатым (без итерационных циклов).

Как указывалось выше, скорость измерения АЦП обычно намного превосходит возможности устройств передачи и отображения данных. Так происходит потому, что конечным приемником информации является человек, для которого пределом комфортного восприятия считается частота смены данных в пределах до 3 - 5 Гц. Это обстоятельство можно использовать с максимальной пользой, например, организовать усреднение избыточных отсчетов АЦП. В результате, достигается повышение точности и разрешающей способности за счет дополнительного подавления шумов и помех. Особенно актуальна эта мера для многоразрядных АЦП (более 14 - 16 разрядов), младшие разряды которых не всегда могут быть реализованы в одиничном цикле преобразования. Усреднение может производиться простым суммированием нескольких отсчетов, так и с помощью алгоритмов цифровой фильтрации. Отличие фильтрации от усреднения в том, что при усреднении поток данных визуально прореживается (данные поступают реже), а при фильтрации скорость выдачи данных может остается прежней, однако, каждый выходной отсчет цифрового фильтра будет нести какую-то часть предыдущих отсчетов. Для

============================================================================= 18-9

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

наблюдателя процесса фильтрации также важен промежуток вхождения в стационарный режим фильтрации после ее включения, т.е. пока необходимый объем обрабатываемых данных еще не накоплен, на выходе программы не должно быть сбойных показаний. Это возможно, если при включении режима фильтрации сбросить параметр фильтрации, имеющий значение, аналогичное постоянной времени обычного фильтра, а затем плавно увеличивать его (соответственно и степень фильтрации до заданной). Ниже представлен фрагмент программы, содержащий самую простую подпрограмму цифровой фильтрации. В представленном примере предусмотрена реализация плавного вхождения в процесс фильтрации. Представленная программа аналогична фильтру первого порядка. Для повышения порядка фильтра достаточно включить в процесс обработки две-три (или более) аналогичные программы, работающие последовательно и с различными коэффициентами, которые и установят характер (модель) фильтра.

'------------------------------------------------------------------------

'Программа обработки по формуле фильтра первого порядка

'вызывается каждый раз в цикле измерения

'Uav = Uav(1-1/N) + Uc/N - КЛАССИЧЕСКАЯ ФОРМУЛА ФИЛЬТРА

' Uav = Uav(1-n) + Uc*n - УПРОЩЕННАЯ ФОРМУЛА

'ОБЕСПЕЧИВАЕТ СОКРАЩЕНИЕ ВРЕМЕНИ ВЫЧИСЛЕНИЙ (ИСКЛЮЧАЕТСЯ ДЕЛЕНИЕ И 'ОДНО ДЕЙСТВИЕ) И ПРАКТИЧЕСКИ НЕОТЛИЧИМА ОТ КЛАССИЧЕСКОГО ВАРИАНТА 'ПРИ НАБЛЮДЕНИИ ПО ИНДИКАТОРУ

'ГДЕ: n - ТЕКУЩЕЕ ЗНАЧЕНИЕ ПАРАМЕТРА УСРЕДНЕНИЯ (R_an)

'Uc - ДАННЫЕ АЦП

'Uav - ТЕКУЩЕЕ И НОВОЕ СРЕДНЕЕ ЗНАЧЕНИЕ

'ЗНАЧЕНИЕ КОНСТАНТЫ ФИЛЬТРАЦИИ, КОТОРОЕ ПРИ ВКЛЮЧЕНИИ РЕЖИМА ФИЛЬТРА 'РАВНО 1, ЗАТЕМ С КАЖДЫМ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ТАКТОМ УМЕНЬШАЕТСЯ

'В 1.11 РАЗА(1/N_m) ДО МИНИМАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ (N_f). ЗНАЧЕНИЯ N_m И N_f 'ПОДОБИРАЮТСЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО, ЧТОБЫ ОБЕСПЕЧИТЬ КОМФОРТНОЕ ВРЕМЯ 'УСТАНОВЛЕНИЯ, И ДОСТАТОЧНОЕ ПОДАВЛЕНИЕ ШУМОВ.

При программировании средствами Bascom часто приходится использовать переменные, не соответствующие по длине разрядной сетке ЦАП. При этом загружаемый в ЦАП код размещается в младших разрядах переменной, в результате чего, возникает опасность переполнения разрядной сетки. Чтобы исключить такую возможность необходимо перед преобразованием проверять максимальное значение вводимого числа или числа, полученного после вычислений.

Легкость программирования Bascom провоцирует применение неоптимальных схем обработки данных (в первую очередь по критерию производительности). Чтобы успешно бороться с этим «злом», рекомендуется в максимальной степени применять обработку данных на низком уровне (непосредственно в кодах загрузки ЦАП или с выходным кодом АЦП). Это, конечно, сложнее для программиста, но дает существенный выигрыш, т.к.

============================================================================= 18-10

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

целые двоичные числа быстрее обрабатываются и занимают меньше места в памяти. На низком уровне рекомендуется выполнять следующие операции:

а) анализировать перегрузку АЦП и осуществлять выбор пределов измерения, если это требуется. Это дает возможность предельно быстро реагировать на изменения входного сигнала, отдавая на «высший уровень» данные, действительно пригодные для получения конечного результата;

б) корректировать смещения АЦП и ЦАП, соответственно сохраняя поправки смешения в виде целых двоичных чисел;

в) осуществлять первичное усреднение данных АЦП и при необходимости преобразовывать в двухполярный вид;

г) записывать в массив или осуществлять сортировку, например по величине; д) вычислять в прерываниях.

============================================================================= 18-11

===================================== Справочник по программированию «Bascom-8051» ==

19.Программирование устройств с шиной Microwire

Вновой версии компилятора Bascom (начиная с 1.20) добавлены операторы для работы с микросхемами, имеющими последовательный интерфейс Microwire. Интерфейс Microwire внешне во многом похож на SPI – те же четыре линии (DI – прием данных, DO – выдача данных, CS – выбор кристалла, Clk – синхронизация). Однако, отличие от SPI существенно – число посылаемых бит не кратно восьми. Таким образом, полноценная реализация интерфейса Microwire имеющимися операторами SPI или аппаратным SPI затруднительна. Основное применение интерфейса Microwire связано с микросхемами энергонезависимой памяти серии 93С06 – 93С57, главное достоинство которых связано с высокой надежностью хранения данных и с очень высокой скоростью считывания. Современные микросхемы с интерфейсом Microwire (серия 45Сххх) имеют наибольшую емкость из всех микросхем с последовательным доступом.

Микросхемы с шиной Microwire могут работать с 8-ми и 16-разрядными данными. Выбор длины слова производится подключение вывода “ORG” шине питания (16 разрядов) или к общему проводу (8 разрядов). Соответственно этому изменяется длина адреса. Компилятор «узнает» о способе подключения микросхемы с помощью опции AL (длина адреса) оператора конфигурации Config Microwire (см главу 4). Там же описывается подключение линий шины к микроконтроллеру.

Для работы с шиной Microwire предусмотрено четыре оператора:

а) оператор MWINIT – устанавливает выводы, предназначенные для интерфейса Microwire, в исходное состояние. Применяется в начале программы, после сброса процессора;

б) оператор MWREAD – считывает значение в переменную из интерфейса Microwire. Применяется столько раз, сколько нужно произвести операций считывания данных. В зависимости от длины слова данных работает с одно или двух байтными переменными. Адрес может быть задан в непосредственном виде или с помощью одноили двухбайтной переменной;

в) оператор MWWRITE – записывает значение переменной в интерфейс Microwire. Записывает одно или двухбайтные данные. Адрес также может быть задан в непосредственном виде или с помощью одноили двухбайтной переменной. После этого оператора необходимо применять оператор временной задержки на 2-10 мс (см. описание применяемой микросхемы), т.к. опрос готовности устройства, в которое производится запись, не выполняется;

г) оператор MWWOPCODE – записывает в устройство код операции на шине Microwire. Все возможные операции приведены в справочных данных микросхем, но две из них должны применяться всегда. Это – разрешение записи (и стирания) перед началом работы и запрещение записи (стирания) после окончания работы. После некоторых команд, например, общего стирания или общей записи также необходимо применять оператор задержки на время, указанное в описании применяемой микросхемы. Однако лучше применить программу ожидания готовности, например, следующую:

Set Cs : Bitwait Dout Set : Reset Cs

Ниже приведена таблица, содержащая изображения временных диаграмм, формируемых описанными операторами с 16-битном и 8-битном режимах.

Далее предлагается пример тестовой программы с использованием шины Microwire. В этой программе создается и записывается в микросхему EEPROM массив двухбайтовых чисел, а затем он считывается обратно. Для усложнения задачи и демонстрации возможностей Bascom микросхема 93С46 включена в 8-разрядном режиме, а двухбайтовые значения записываются и считываются в два приема. Такое решение наиболее часто применяется практически, когда приходится сохранять значения переменных различной длины. В этом примере применена дополнительная программа (Mwrdyw), написанная на ассемблере и обеспечивающая ожидание появления сигнала готовности микросхемы, в которую произведена запись. Особенность этой подпрограммы заключается в том, что ожидание готовности производится только 10 мс, благодаря чему становится невозможным «зависание» процессора при неисправности микросхемы EEPROM, а при исправной микросхеме скорость работы программы увеличивается.

============================================================================= 19-1