6. Рішення технологічних задач з допомогою мікропроцесора
Для того, щоб МП міг виконати якусь задачу, необхідно цю задачу формалізувати, тобто перетворити її на логічний послідовний ряд математичних і логічних дій, після того можна написати алгоритм і програму рішення задачі, згідно зі списком команд конкретного мікропроцесора.
Алгоритм – послідовність виконання операцій з врахуванням особливостей роботи процесора. Потім цей алгоритм необхідно реалізувати на мові обчислювальної машини, з використанням команд, які машина може виконати. Структурну схему програми зображують блок-схемою алгоритму.
Для виконання команд процесором, команди бути переведені в код, зрозумілий МП. Ці коди повинні зберігатись в пам’яті системи. МП починає роботу, зчитуючи перший код з пам’яті, розшифровує відповідну команду і виконує вказану в ній операцію. Потім процесор зчитує наступну команду з наступної комірки пам’яті і виконує ту операцію і т.д. Програма може повернути МП до виконання команди на початку, тим самим утворюючи цикл, який буде виконуватись повторно, для реалізації однотипних операцій, які виконуються багато разів.
Розглянемо приклади складання програм простих технічних задач, розв’язувати які часто треба для вирішення автоматизації технологічних процесів. Програму будемо складати у вигляді блок-схеми алгоритму і програми обчислення на мові процесора.
Нехай необхідно рахувати цифри від 0 до 10. Напрям рахунку може бути від 0 до 10 і навпаки від 10 до 0 з кроком 1. Блок-схема алгоритму (структурна схема / програми зображена на рис. 8.1, а,б.)
|
а) |
б) |
Рахунок від 0 до 10 відповідає рис. 8.1,а. Рахунок від 10 до 0 відповідає рис.8.1,б.
|
Рис.6.1. Блок-схема алгоритму рахунку від 0 до 10
Реалізація цієї блок-схеми (рис.6.1,а) в процесорі вимагає опису команд конкретного процесора. Візьмемо опис команд процесора КР580 (КР580 ИК80), який використовує мову Асемблер і запишемо програму рахунку чисел без використання адресного поля комірок пам’яті
|
Асемблер |
Коментар |
|
MVIA, 0 |
Встановити в регістр А значення 0 |
|
INR, A |
Збільшити регістр А на 1 |
|
CPI 10 |
Порівняти вміст регістр А з числом 10 |
|
JZ, |
Перейти на операцію збільшення на 1, якщо А = 10 |
|
JMP |
Безумовно перейти на сигналізацію “кінець рахунку” |
Для реалізації цієї програми необхідно команди процесора перетворити в машинні коди і записати ці коди і дані (операнди) в пам’ять МП, яка визначається конкретним типом мікропроцесорного пристрою. Нехай для запису нам дано адресне поле з номером початкової адреси А000. В кожну адресу можна записати 1 байт інформації. Програма повинна містити чотири колонки згідно з таблицею 6.1.
Таблиця 6.1.
|
Номер адреси |
Команда на мові Асемблер |
Машинний код команди |
Коментар |
|
А000 |
MVI, A |
3 E |
Переслати в акумулятор |
|
А001 |
|
00 |
Число 0 |
|
А002 |
М1, INR, A |
3 C |
Збільшити А на 1 |
|
А003 |
CPI |
FE 0A |
Порівняти вміст А з числом ОА16 = 1010 – число порівняння |
|
А004 |
| ||
|
А005 |
JZ |
СА |
Перейти на збільшення на 1 знову якщо А ≠ 10 |
|
А006 |
|
02 |
Адреса А002 переходу для виконання збільшення на 1, якщо в А ≠ 10 |
|
А007 |
|
А0 | |
|
А008 |
JMP |
C 3 Адреса переходу М1 |
Безумовний перехід по вказаній в А009, А00А адресах, якщо А=10, кінець рахунку. |
|
А009 |
| ||
|
А00А |
|
Зауважимо, що програма на машинній мові складається з послідовності байтів, кожен з яких може мати: значення коду операції (КОП), значення даних, значення адреси переходу.
Електричні схеми в МП визначають, що повинно йти за КОП – або дані, або адреси і слідкують, щоб названий порядок строго виконувався.
З порівняння програм на мові високого рівня, BASIC, Фортран і програми в машинних кодах процесора виходить, що мови високого рівня набагато легші для програміста. Але для того, щоб перевести програми з мов високого рівня і реалізувати їх з допомогою ЕОМ необхідно мати довгі спеціальні програми – транслятори, що вимагає багато місця в пам’яті. Причому швидкодія ЕОМ також знижується. Машинні команди не єдині команди, що сприймаються безпосередньо МП з допомогою спеціальної програми Асемблер, тому для технологічних пристроїв автоматизації процесів, де МП являється частиною пристрою, системи, програмування МП на рівні машинних кодів набуває величезного значення, бо від раціонального програмування МП залежить швидкодія, габаритні і інші показники системи.
Ця ж сама задача може бути виконана, використовуючи блок-схему алгоритму, рис.6.1,б, програма рішення якої представлена в таблиці 6.2.
Таблиця 6.2
|
Номер адреси |
Команда на мові Асемблер |
Машинний код команди |
Коментар |
|
А000 |
MVІ |
3Е |
Переслати в акумулятор ОА16 = 1010 – число 10 |
|
А001 |
|
0А | |
|
А002 |
DCR, A |
3D |
Зменшити А на 1 |
|
А003 |
JNZ |
С 2 |
Перейти на зменшення знову, якщо n ≠ 0 |
|
А004 |
|
02 |
Адреса А002 переходу для зменшення знову на 1 |
|
А005 |
|
А0 | |
|
А006 |
JMP |
С 3 |
Безумовний перехід по вказаній А007, А008 адресі, якщо в комірках А = 0, кінець рахунку |
|
А007
А008 |
|
Адреса переходу, записана в комірках |
Розглянемо приклади практичних задач.
Приклад. Просумувати перші 10 цифр натурального ряду від 1 до 10.
Складемо блок-схему алгоритму і програму сумування чисел (див. рис.6.2. і табл. 6.3.)
|
|
Адре-са |
Асамб-лер |
Машин-ний код |
Коментар
|
|
А000 |
MVI, A |
3Е |
Переслати в р. А, 0 | |
|
А001 |
|
00 |
00 – число 0 | |
|
А002 |
MVI, D |
16 |
Переслати в р. Д | |
|
А003 |
|
ОА |
Число 10 | |
|
А004 |
ADD,D |
82 |
Сумувати А+Д ←А | |
|
А005 |
DCR, D |
15 |
Зменшити вміст Д на 1 | |
|
А006 |
JNZ |
С2 |
Перейти на зменшення знову, якщо 10 - n ≠0 | |
|
А007 |
|
04 | ||
|
А008 |
|
АО |
04 і А0 адреса А004 переходу | |
|
А009 |
JMP |
С3 |
Безумовний перехід по вказаній в комірках А00А і А00В адресі | |
|
А00А |
|
| ||
|
А00В |
|
| ||
|
|
|
|
|
Рис. 6.2. Блок-схема алгоритму і програма для розрахунку суми чисел від 0 до 10
2. Приклад. Виконання логічних операцій.
В основі побудови цифрових схем лежить логічний вентиль, а найбільш часто використовуються логічні функції “НІ”, “І”, “АБО”, “виключне АБО”, які реалізовані програмним способом, (див. тема № 5). Функцію “НІ” виконує команда СМА, функцію “І” – ANA r , “АБО” - ,ORA r, виключне АБО” – XRA r
З
адача.
Порівняти по “І” вміст інтерфейсного
порту 44, що змінюється від 0 до 5 з
числом 510
, записаним в регістр В. Якщо операція
по “І” виконується, переслати вміст
акумулятора в порт 46.
|
|
Блок-схема алгоритму задачі на рис.6.3. Нехай результат якоїсь дії, виконуваної МП, змінюється від 0 до 5 з кроком 1 і пересилається у вхідний порт 44. МП пересилає ці дані в акумулятор. В регістр В необхідно записати число 00000101(2) = 5(10). Команда ANA B порівнює вміст регістра А і В, а результат порівняння по "І" залишається в акумуляторі. Цей результат виводимо в 46 порт. |
Рис. 6.3. Блок-схема алгоритму порівняння по “І”
Програма порівняння по “І” приведена в машинних кодах МП КР 580 в таблиці 6.4.
Таблиця 6.4
|
Адреса |
Асемблер |
Машинний код |
Коментар |
|
А010 А011 А012 А013 А014
А015 А016 А017 А018 А019 |
…. MVI, A
OUT, 45
IN, 44
MVI, B
ANA, B |
… 3E 81 D 3 45 DB
06 05 CC D 3 46 |
…….. Програмування портів інтерфейсу на вивід і ввід
Читання даних з вхідного порту в регістр А записати в регістр В число 000001012 = 510 →В А і В → А
Вивід результату порівняння в порт 46. |
…..Алгоритм рішення технічної задачі можна описати, користуючись такими поняттями, як:
послідовність операцій;
перевірка умов (а) з наступним прийняттям рішення про напрям ходу обчислень;
ітераційний процес.
Складні алгоритми завжди можна розкласти на послідовність простих названих операцій.
Приклад. Рішення технічної задачі
Скласти блок-схему алгоритму і програму на мові Асемблер рішення технологічної задачі різання деталі заданої довжини. Якщо довжина деталі, що треба відрізати, менша заданої, то цей кусок відкинути.
Загальна довжина – 10 од.
Задана довжина – 3 од.
Лишній кусок – 1 од.
Нижче приведено словесний алгоритм, блок-схему (рис.6.4) і програму (табл.6.5) цієї задачі.
Таблиця 6.5
|
Адреса |
Код |
Команда |
Програмне пояснення |
Технологічне пояснення |
| |
|
А000 |
3Е |
МVI А, 01 |
Світлодіод 01
Свічення порту 44 |
Включення верстату |
| |
|
А001 |
01 |
|
| |||
|
А002 |
D3 |
OUT 44 |
| |||
|
А003 |
44 |
|
| |||
|
А004 |
1E |
МVI E, FF |
| |||
|
А005 |
FF |
|
| |||
|
А006 |
CD |
CALL 030A |
| |||
|
А007 |
0A |
|
| |||
|
А008 |
03 |
|
| |||
|
А009 |
0E |
МVI C, 0A |
Заганяємо 10 в регістр С |
|
| |
|
А00А |
0A |
|
| |||
|
А00В |
3F |
МVI А, 00 |
Гашення порту 45 |
|
| |
|
А00С |
00 |
|
| |||
|
А00D |
|
OUT 45 |
| |||
|
A00E |
45 |
|
| |||
|
A00F |
1E |
МVI E, FF |
| |||
|
A010 |
FF |
|
| |||
|
A011 |
CD |
CALL 030A |
| |||
|
A012 |
0A |
|
| |||
|
A013 |
A0 |
|
| |||
|
A014 |
03 |
МVI, BB3 |
Заганяємо 3 в регістр В |
Задаємо довжину, якою треба нарізати |
| |
|
A015 |
06 |
|
| |||
|
A016 |
03 |
МVI А, 01 |
Світлоогляд 01
Свічення порту 45 |
Підсуваємо деталь на три позиції |
| |
|
A017 |
01 |
|
| |||
|
A018 |
D3 |
OUT 45 |
| |||
|
A019 |
45 |
|
| |||
|
A01A |
1E |
МVI E, FF |
| |||
|
A01B |
FF |
|
| |||
|
A01C |
CD |
CALL 030A |
| |||
|
A010 |
08 |
|
| |||
|
A01E |
03 |
|
| |||
|
A01F |
3E |
МVI А, 00 |
Гашення порту 45 |
| ||
|
A020 |
00 |
|
| |||
|
A021 |
D3 |
OUT 45 |
| |||
|
A022 |
45 |
|
| |||
|
A023 |
1E |
МVI E, FF |
| |||
|
A024 |
FF |
|
| |||
|
A025 |
CD |
CALL 0300 |
| |||
|
A026 |
0A |
|
| |||
|
A027 |
03 |
|
| |||
|
A028 |
0D |
DCR, C |
Зменшити вміст рег.С на 1 |
| ||
|
A029 |
05 |
DCR, B |
Зменшити вміст рег.В на 1 |
|
| |
|
A02A |
B2 |
CMP, B |
Порівняти вміст В з акум. |
|
| |
|
A02B |
C2 |
JNZA 016 |
Перехід на А016 якщо не 0 |
|
| |
|
A02C |
16 |
|
Адреса |
|
| |
|
A02D |
A0 |
|
|
| ||
|
A02E |
3E |
МVI А, 10 |
Світлодіод 10
Свічення порту 45 |
Ріжемо деталь |
| |
|
A02F |
10 |
|
| |||
|
A030 |
D3 |
OUT 45 |
| |||
|
A031 |
45 |
|
| |||
|
A032 |
1E |
МVI E, FF |
| |||
|
A033 |
FF |
|
| |||
|
A034 |
CD |
CALL 0S0A |
| |||
|
A035 |
0A |
|
| |||
|
A036 |
03 |
|
| |||
|
A037 |
3F |
МVI A, 01 |
Задаємо довжину залишка |
|
| |
|
A038 |
01 |
|
| |||
|
A039 |
91 |
SUB, C |
Відняти від акум. вміст рег. С |
| ||
|
A03A |
CA |
JA040 |
Перехід до нульового знач. |
| ||
|
A03B |
40 |
|
Адреса |
| ||
|
A03C |
A0 |
|
| |||
|
A03D |
C3 |
JMP A00B |
Безумовний перехід на А00В |
Відкидання залишка |
| |
|
A03E |
0B |
|
Адреса |
| ||
|
A03F |
A0 |
|
| |||
|
A040 |
3E |
MVI A, 01 |
Світлодіод 01
Свічення порту 46 |
| ||
|
A041 |
01 |
|
| |||
|
A042 |
D3 |
OUT 46 |
| |||
|
A043 |
46 |
|
| |||
|
A044 |
1E |
MVI E, FF |
| |||
|
A045 |
FF |
|
| |||
|
A046 |
CD |
CALL 0S0A |
| |||
|
A047 |
0A |
|
| |||
|
A048 |
03 |
|
| |||
|
A049 |
3F |
MVI A, 00 |
Гашення порту 46 |
| ||
|
A04A |
00 |
|
| |||
|
A04B |
D3 |
|
| |||
|
A04C |
46 |
|
| |||
|
A040 |
1E |
|
| |||
|
A04E |
FF |
|
| |||
|
A04F |
CD |
CALL 0506 |
| |||
|
A050 |
0A |
|
| |||
|
A051 |
03 |
|
| |||
|
A052 |
C3 |
JMP A009 |
|
Перехід на іншу непорізану деталь |
| |
|
A053 |
09 |
|
| |||
|
A054 |
A0 |
|
| |||
|
|
| |||||
Рис.6.4. Блок-схема алгоритму
Словесний алгоритм
1-задаємо загальну довжину; 2-задаємо довжину, якою треба нарізати; 3-зменшуємо загальну довжину на 1; 4-зменшуємо довжину, якою треба нарізати на 1; 5-якщо L<l, то відкидаємо кусок і на кінець; 6-якщо l=0, то ріжемо деталь і перейти на 2, якщо ні то підсовуємо деталь на 1 позицію.
5. Приклад. Маскування
Типове представлення логічних команд – виділення визначених бітів слова (маскування) використовується тоді, якщо потрібно перевірити стан одного з перемикачів, під’єднаних до порту вводу, а стан інших проігнорувати.
На рис.6.5 і в таблиці 6.6. показана блок-схема і програма задачі, яка дозволяє перевіряти стан перемикача, з’єднаного з другим бітом вхідного порту. Якщо ключ замкнено – індикатор засвічується і навпаки.
Т
аблиця
6.6
|
ТАК НІ
Рис.6.5
|
Адреса |
Машин. код |
Асемблер |
Коментар |
|
А000 |
3 Е |
MVI A, 81 |
Програмування інтерфейсу | |
|
А001 |
81 |
| ||
|
А002 |
D 3 |
OUT, 45 |
| |
|
А003 |
45 |
|
| |
|
А004 |
DB |
IN, 44 |
Читання даних з перемикачів в акумулятор | |
|
А005 |
44 |
| ||
|
А006 |
06 |
MVI B, 04 |
Запис в регістр маскуючого слова 04(10)=00000100(2) | |
|
А007 |
04 |
|
| |
|
А008 |
A0 |
ANA B |
А і В →А | |
|
А009 |
CA |
JZ |
Перевірка акумулятора на 0 | |
|
А00A |
A0 |
|
| |
|
А00B |
13 |
|
адреса переходу | |
|
А00C |
3 E |
MVI А, FF |
Включення індикатора | |
|
А00D |
FF |
|
| |
|
A00E |
D 3 |
OUT 46 |
| |
|
A00F |
46 |
|
| |
|
A010 |
C 3 |
JMP A004 |
| |
|
A011 |
04 |
|
| |
|
A012 |
A0 |
|
| |
|
A013 |
3 E |
MVI E, 00 |
Виключення індикатора | |
|
A014 |
00 |
|
| |
|
A015 |
D 3 |
OUT 46 |
| |
|
A016 |
46 |
|
| |
|
A017 |
C 3 |
JMP A004 |
| |
|
A018 |
04 |
|
| |
|
A019 |
A0 |
|
|
В контролері КРВМ – 2 порти інтерфейсної схеми А, В, С відповідно мають шифр 44, 45, 46. Кожен з названих портів може бути запрограмований на ввід чи вивід з акумулятора. Кожен з портів 44, 45, 46 може бути зкомутований через ЯЦВВ мікроконтролера до 3х8=24 проміжних реле, спрацювання кожного з 8 реле сигналізується загорянням світлодіода. Кожне реле (світлодіод) кодується за номерами: 01 – перше реле, 02 – друге реле і т.д.
Завдання на самостійну роботу по темі 6.
Користуючись командами мікропроцесора КР580 ВМ-80, скласти програму рішення технологічної задачі згідно з варіантом наведеним в таблиці 6.7. Варіант вибрати згідно з номером студента по списку групи. Програму необхідно записати в машинних кодах процесора КР580 ВМ80 див. додаток 2.
Скласти словесний алгоритм, блок-схему алгоритму, програму на мові асемблер та в машинних кодах центрального процесорного елемента КР580 ВМ80 рішення технологічної задачі, згідно з варіантом.
Таблиця 6.7
|
В-нт |
Умова задачі |
|
1 |
Штампування дірок в полосі. Якщо ширина полоси більше ≥ діаметра дірки, то іде процес штампування до 8 дірок. Якщо <, то станок стоїть, сигналізуючи. |
|
2 |
Свердління деталі до глибини 10 мм, якщо деталь просвердлена до заданої глибини, то заміна свердла на другий діаметр і свердління свердлом другого діаметра до глибини, що дорівнює 5 мм. |
|
3 |
Рахування ламп до 10. Перевірка робиться, чи є цоколь або колба, якщо немає цоколя або колби, то брак, якщо є, то іде рахунок ламп. |
|
4 |
Свердління деталей до допустимої довжини 10мм, якщо глибина свердління менша за допустиме, то збільшення зусилля подачі свердла до допустимого значення. |
|
5 |
Різання деталей заданої довжини з прутка 20см (4 деталі по 1см). |
|
6 |
Штампування деталі, якщо товщина деталі дорівнює заданому значенню, то збільшення швидкості подачі до допустимого значення. |
|
7 |
Вибір комірки автоматизованого стелажу: якщо N комірок стелажу співпадає із заданим, то стелаж завантажується, якщо ні – пошук продовжується. (Пошук може відбуватися як вперед, так і назад). |
|
8 |
Відрізання деталей від круглого стержня. Від 0 з зупинкою після 5 деталі. |
|
9 |
Фрезерування деталі діаметра d=10мм до d=6мм. За один хід фрезерування можна зняти 1 мм металу. Після закінчення операції сигналізувати про холостий хід верстату або відключення верстату. |
|
10 |
Рахувати деталі по умові довжини, ширини, висоти, якщо умови виконуються, то рахуємо три деталі. |
|
11 |
Після включення верстату завантажити перший піддон 6-ма деталями; другий піддон – 8-ма деталями; третій –10-ма деталями. Відповідно просигналізувати про включення верстату, завантаження першого, другого і третього піддонів, виключення верстату. |
|
12 |
Включення обладнання в моменти часу Т1 і Т3; виключення обладнання в момент Т2 і Т4; час задається зміною Т1=4, Т2=12, Т3=13, Т4=17. |
|
13 |
Різати штабу з металевого листа, якщо товщина металу дорівнює допустимій (5мм), то різати до довжини 10см, якщо довжина нарізки 10см, то перехід на наступну деталь. Кількість деталей рівна 15. |
|
14 |
Відрізання деталей з заданою швидкістю, якщо довжина деталі 3мм, то різання зі збільшенням подачі різання до допустимого зусилля. При відрізанні деталі проводиться відвід супорта в вихідне положення і збільшення припуску на відповідну довжину. |
|
15 |
Рівняння полоси, вісім разів вдаряємо, потім вимірюємо, потім ще раз вдаряємо. |
|
16 |
Процес різання шайб з зовнішнім діаметром 10 мм і внутрішнім діаметром 6 мм і товщиною 2 мм. Поздовжній зсув супорта автоматичний. |
|
17 |
Шліфування деталі до частоти сьомого класу, якщо частота шліфування дорівнює заданій, то кінець операцій. |
|
18 |
Складання деталей в ящик, якщо число деталей дорівнює 8, то заміна ящика і складання ще 8 деталей ще в другий ящик. |
|
19 |
Штампування деталей, діаметром d1 від 0 до 5 дірок, діаметром d2 від 6 до 10 дірок. |
|
20 |
Відрізання деталей з заданою швидкістю, якщо довжина деталі 3мм, то різання зі збільшенням подачі різання до допустимого зусилля. Відрізати 5 раз. |
|
21 |
Штампування деталі по висоті і ширині. Штампуємо 5 разів по ширині і 6 разів по висоті |
|
22 |
Контроль якості деталей. Якщо d (ширина), m (висота) і s (гл убина) деталі дорівнює заданій, то деталь придатна, якщо хоча б один з параметрів не відповідає заданому - брак. |
|
23 |
Якщо в набраному слові з 10 букв є помилка, наприклад, на третій букві – сигналізація про брак. |
|
24 |
Запуску конвеєрної лінії, яка складається з трьох ділянок. Після запуску першої лінії включається друга лінія, після запуску першої і другої лінії включається третя лінія. |
|
25 |
Включення верстату для рубки металу, рубати 5 кусків металу, якщо число кусків металу дорівнює 5-ти, то завантажити ці деталі в піддон і виключити верстат. Просигналізувати про завантаження піддона. |
|
26 |
Вибір номеру зберігання камери схову. Задано число, що визначає номер комірки схову автоматичного стелажу. Якщо це число знаходиться, то в комірку завантажується 10 деталей. Після цього виключається механізм. |
|
27 |
Штампування деталей діаметром d1 від 0 до 5 дірок, діаметром d2 від 6 до 10 дірок. |
|
28 |
Нарізання різьби на круток, якщо довжина нарізки дорівнює 12 мм, реверсувати двигун і вимкнути двигун. |
|
29 |
Розробити програму керування приводом кувального молота і приводом подачі заготовки. Число заготовок довільне. |
|
30 |
Штамповка деталей з полоси, якщо ширина, товщина полоси задані і допустимі, то штампується 10 деталей. Якщо ні – сигналізація про те, що умова не виконується |
Розроблену програму відлагодити і запустити на мікропроцесорному контролері КРВМ-2 (ауд.307).