Microcontrollers 8051 based microcontroller XC888 from Infineon 08/2011 Roggemans M. (MGM)
-
Upload
louisa-van -
Category
Documents
-
view
232 -
download
3
Transcript of Microcontrollers 8051 based microcontroller XC888 from Infineon 08/2011 Roggemans M. (MGM)
Microcontrollers
8051 based microcontrollerXC888 from Infineon
08/2011Roggemans M. (MGM)
LES 1
• Doelstellingen:– situering vak, afspraken labo en evaluatie toelichten– concept embedded oplossing probleem– blokdiagramma computersysteem– wat is een microcontroller?– hoe ziet een basis 8051 er uit– XC888 mogelijkheden en blokdiagramma– memorymap 8051/XC888– MOV instructies (inwendige adressering)
Situering van het vak
• Embedded systemen• Hardware georienteerd• Hoort bij interfacetechnieken• Basis voor embedded systemen derde jaar• Basis voor “C” programmeren• Specifieke uitwerking onderdeel
computersystemen
Afspraken Labo Microcontrollers
• Aanwezigheid niet verplicht• Passieve aanwezigheid verboden• Actieve participatie verplicht
• Misbruik infrastructuur verboden:– niet eten of drinken in labo– respect voor apparatuur
• Stiptheid verplicht!!
Cursusmateriaal
• Nederlandstalige cursus:– thuis lezen als herhaling/voorbereiding les (min 5X)
• XC888 condensed (onmisbaar in labo)
• Stick:– bevat info van telescript (onmisbaar in labo)
– bevat eigen programma’s (onmisbaar in labo)
• XC888 microcontroller kit met USB kabel (onmisbaar in labo)
• Slides (PPT) (beknopte versie cursus) (onmisbaar in labo)
Evaluatie
• GEEN permanente evaluatie:– lessen zijn er om te oefenen en vragen te stellen
• Open boek examen (praktische opgave):– vak kan je enkel leren door te doen!!!– vak vraagt zekere incubatietijd!!!– blok en examenperiode onvoldoende tijd!!!
• Je mag op het examen alles gebruiken behalve communicatiemiddel of laptop
Examenverloop en quotering
• Opgave beschikbaar op papier (moet je afgeven)• Je moet op de PC’s van het labo werken• Examen duurt 1,5u
Puntenverdeling:• Flowchart (5/20) (DIGITALE BEOORDELING)
• Werkt het programma 100% (5/20) (DIGITALE BEOORDELING)
• Programma (10/20) (ANALOGE BEOORDELING)
Concept embedded oplossing probleemVoedingsspannings-
bewakingSysteemvoeding Systeemclock
T sensor
Vref (DC)
CPU8/16/32 bit
AnalogeI/O
poort
Businterface
JTAGinterface
Timer/Countercircuits
Seriële interface
Debugsysteem (PC)
Adresbus
Databus
Signaalbewerking
Opto-coupler
Digitale I/O poort Digitale I/O poort
Powersavingmodes
Netspanning Batterij
Analogesignalen
SignaalbewerkingAnaloge
ingang
Analogeuitgang
Schakelaar
Galvanischgescheiden
digitale ingang
I2CSPIUSB
UART
MICROCONTROLLER
Externeinterruptingangen
Externebusinterface
Digitale signalen
ADC
DAC
I supply
Concept embedded oplossing probleem
• Universele hardware• Relatie tussen input en output :
• eenvoudig aanpasbaar (software=programma)• kan afhankelijk zijn van input en output (adaptief(remmen voertuig))• kan gebaseerd zijn op ervaringsgegevens (FUZZY)• is aanpasbaar nadat product verkocht is (firmware upgrade)• aanpasbaar aan voorkeuren gebruiker
+, -, x, /logische bewerkingen
voorwaardelijke beslissingen
Input:schakelaarsspanningen
seriëelsensoren
...
Output:spanningen
LED'scontactoren
motorenseriëel
...
Blokdiagramma computersysteem
CPU
X-talOsc.
PORADRES
DECODER
ROM(FLASH)(EPROM)
(EEPROM)
SRAM
ADRESBUS
DATABUS
PAR.POORT
SER.POORT
TIMERCOUNTER
Wat is een microcontroller?
Voordelen microcontroller (t.o.v. discrete computer)
• Slechts enkele componenten:– eenvoudige PCB– weinig kans op hardware fouten– betrouwbaar– low cost– kleine afmetingen
Nadeel microcontroller (t.o.v. discrete computer):
– minder flexibel (je koopt een totaal pakket, maar er is wel veel keuze)
– minder rekenkracht/geheugen
CPU
X-talOsc.
PORADRES
DECODER
ROM(FLASH)(EPROM)
(EEPROM)
SRAM
ADRESBUS
DATABUS
PAR.POORT
SER.POORT
TIMERCOUNTER
Basis 8051CPU
X-talOsc.
PORADRES
DECODER
ROM(FLASH)(EPROM)
(EEPROM)
SRAM
ADRESBUS
DATABUS
PAR.POORT
SER.POORT
TIMERCOUNTER
XC888
XC888
Memory map 8051 (XC888)
GPR
00000001
0002
00000001
0002
FFFDFFFEFFFF
FFFD
00040003
00040003
FFFFFFFE
XRAMDATA memory
ROMCODE memory
PROGRAMMA
CPU
Registers
SFR
PIOSIOAD
Timers
00
02
FFFE
8180
FEFF
01
8081
Data bus
Adres bus
RD#
WR#
PSEN#
8 bit 8 bit
MOVC@DPTR
MOVX@DPTR
I/O & control
Read/Write16 bit adres 8 bit adres
Read/WriteRead only
Controlebus
XC888
Memory map 8051 (XC888)
General Purpose Registers
Memory map 8051 (XC888)
Onderste 128 GPR’s
Memory map 8051 (XC888)
SFR’s “oude” 8051
Memory map 8051 (XC888)
SFR’s XC888
Memory map 8051 (XC888)
Effectieve geheugenkaart XC888
De MOV instructies
Mnemonic OP-CODE Uitvoeringssnelheid Symbolische werking
Alle MOV instructies (tussen registers met 8 bit getallen)
LES 2
• Doelstellingen:– Testen en verdelen van de hardware– Verkennen van de IDE (Integrated design environment) en
Infineon FLOAT software– Overlopen schema’s XC888 bord– maken programma’s (via sjabloon):
• schakelaars naar LED’s• knipperlicht zonder tijdsvertraging (basis uitvoeringstijd instructies)
• knipperlicht vaste snelheid (met delaya0k05s)
• knipperlicht variabele snelheid (met delaya0k05s)
• looplicht variabele snelheid (rotate instucties)• Knight rider (hehaald gebruik rotate instructies)
Hardware XC888 bord
Hardware XC888 bord
Hardware XC888 bord
Hardware XC888 bord
Hardware XC888 bord
Hardware XC888 bord
Hardware XC888 bord
Hardware XC888 bord
Hardware schakelaars & LED’s
Les 3
• Doelstellingen:– MOVX en MOVC– looplicht via tabel (DJNZ, CJNE, DB, DPTR)– gebruik van de drivers voor:
• STDIO (herhaling les 2)• Diverse (aanvulling/ herhaling les 2)• LCD• ADC• Arithmetic• IIC
– teller op LCD scherm (8 bit hex en 8 bit decimaal, inc en dec)
MOVC & MOVX
DPTR instructies
DJNZ of lussen tellen
CJNE of getallen testen
XCEZ
; standaard I/O:; initdipswitch klaar zetten poort 4 voor gebruik met de
dipswitch
; initftoetsen klaar zetten 4 functieschakelaars onderaan scherm
; initleds klaar zetten LED's als outputs
XCEZ
; I2C interface (minimale interface op 100kbit/s) enkel master mode!!
; initiic klaar zetten iic interface; iicstart genereren van een startconditie op iic poort; iicstop genereren stop conditie op iic poort; iicinbyteack lezen van 1 byte met ack (accu=output); iicinbytenack lezen van 1 byte met nack (accu=output)
; iicoutbyte schrijven van 1 byte (accu=input, c=waarde ack bit slave)
XCEZ
; LCD interace ; initlcd klaar zetten LCD voor gebruik (incl i2c init); lcdoutchar schrijven van ascii code (accu=input); lcdoutbyte schrijven hex waarde accu naar LCD; lcdoutnib afdrukken 4 laagste bits accu op LCD; lcdoutmsga afdrukken ascii string @dptr, tot 000h code; lcdlighton backlight aan; lcdlightoff backlight uit; lcdbuzon buzzer aan; lcdbuzof buzzer uit
XCEZ
; Seriële interface (via USB stekker!!); initsio klaar zetten seriële poort 9600 baud; siooutchar afdrukken ascii code (accu=input); siooutbyte afdrkken getal in accu ; siooutnib afdrukken 4 laagste bits accu; siooutmsga afdrukken ascii string @dptr tot 000h code; sioinchar inlezen van 1 ascii code in de accu
; sioinbufa inlezen van ascii buffer vanaf adres strtbuf, max 20h karakters!
XCEZ
; ADC; initadc klaar zetten ADC voor minimaal gebruik; adclm335 uitlezen lm35 (a-b) bevat resultaat; adcpotmeter uitlezen van de potmeter (a-b) bevat resultaat
XCEZ; Arithmetic:; mul16 vermenigvuldigen 2 16 bit getallen; mul32 vermenigvuldigen 2 32 bit getallen; div16 delen 2 16 bit getallen; div32 delen 2 32 bit getallen; add16 optellen 2 16 bit getallen; add32 optellen 2 32 bit getallen; sub16 verschil 2 16 bit getallen; sub32 verschil 2 32 bit getallen; hexbcd8 omvormen 8 bit hex naar bcd; hexbcd16 omvormen 16 bit hex naar bcd; bcdhex8 omvormen 8 bit bcd naar hex; bcdhex16 omvormen 16 bit bcd naar hex
XCEZ
; Diverse; delaya0k05s tijdsvertraging (waarde in accu)*0,05s; delay1ms tijdsverraging 1 milliseconde; delay10us tijdsvertraging 10 microseconde; XCsw2xtal overschakelen rc naar kristal (Pauwels Danny); mapregs selecteer de SFR's in de mapped area; nomapregs selecteer de SFR's in de non-mapped area
Les 4
• Doelstellingen– talstelsels– basis wiskundige berekeningen (+,-,x,/, 8 en 16 bit, CY vlag)
– teller op LCD (een decimaal en een hex, stand dip-switches bij op tellen, een decimaal en een hex stand dip-switches er van aftrekken (4 tellers!!))
– uurwerk in uu:mm:ss, met software delay
Talstelsels
Getal=voorstelling!!Decimaal getal:
– 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9– waarde afhankelijk plaats getal 123 1 2 3
Binair getal:– 0, 1– waarde afhankelijk plaats getal 1001 1 0 0 1
Talstelsels
Hexadecimaal getal:– 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F– waarde afhankelijk plaats getal FF
BCD getal:– 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9– binair gecodeerd: 0000, 0001, 0010, 0011, ...
Talstelsels
Optelling
Verschil berekenen
INC en DEC
Vermenigvuldigen en delen
Les 5
• Doelstellingen:– Overlopen instructieset (adhv. CONDENSED) :
• speciale “verplaats” instructies• logische instructies (ANL, ORL, XRL)• bit-instructies• voorwaardelijke sprongen• stack bij subroutines (LCALL, RET, PUSH en POP)
– Programma looplicht 1 uit 4 via functieschakelaars:• contactdender• overnamecontact
Basis stack
werking
ffh
00h
7fh
80h 80h
ffh
SFR (I/O)GPR
81h=SP85h
Stack ruimte
85h
86h
90h
Eerste byte gebruikt als stack
Wordt niet gebruikt als stack
Indirect adresseerbare registers Direct adresseerbare registers
subroutine aanroepen
LCALL
RET
Subroutine
LCALL
Returnaddress 1
Returnaddress 2
STACK bij CALL en RET
instructie ninstructie n+1instructie n+2instructie n+3call subroutineinstructie n+5instructie n+6
XXYY
Externe controller-geheugen met
instructiesAdres vande
instructies16-bits
Interne controller-geheugen
Stack-pointer register(wijst naar intern
geheugen in decontroller)
07h
08h
09h
0Ah
0Bh
SP+1
SP+1
YYXX
SP na reset
SP 8-bit
subroutine
return
1
2
3
4 5
opslaanLSB
opslaanMSB
Program counter 16-bit
PC = subroutine
6
7
8
9
PChigh =XXSP-1
PClow =YYSP-1
Jump to XXYY
Jump to subroutine
PChigh PClow
Les 6
• Doelstellingen:– principe AD omvorming– lezen potmeter (via driver)– lezen temperatuur en omrekening (via driver)– mogelijkheden ADC XC888
ADC
ADC SAR
ADC sample and hold
ADC 1LSB
1LSB= Vref/(aantal schaaldelen)
5v/1024=0,0048828125v4,096v/1024=0,004v
5v/256=0,01953125v4,096v/256=0,016v
XC888 ADC
XC888 ADC
Les 7
• Doelstellingen:– Timers 0, 1 – Timer 2 beknopt– CCU6 met PWM– Oefening:
• meten tijdsinterval indrukken 2 schakelaars (t0 in 16 en 24 bit mode, hex op LCD)
• PWM aansturen LED’s P3
Timers 0 & 1
Timers 0 & 1
Timers 0 & 1
Timers 0 & 1
Timers 0 & 1
Timer 2 (21) Up-down count with reload
Timer 2 (21) capture
Timer 2 (21)
CCU 6
CCU 6
CCU 6
CCU 6
•Gebruik p3.7 om een PWM signaal te genereren met CCU6 en T13•Initialiseer p3.7 (zie figuur onderaan slide)•Initialiseer T13•Lees potmeter en gebruik signaal om PWM in te stellen (10 bit)
CCU 6
CCU 6
CCU 6
CCU 6
CCU 6
CCU 6
CCU 6
Les 8
• Doelstellingen:– Uitleg interrupt op 8051 en generiek– Belang van:
• PUSH-POP• uitvoeringstijd• flowchart
– Oefening:• knipperlicht op interrupt, teller LCD in hoofdprogramma• teller lcd in interrupt, looplicht in hoofdprogramma
– Uitleggen hoe interrupt interval instelbaar
Interrupt
Tijd
1 cyclus programma
Test HW Test HW Test HW
Geen test HW Geen test HW Geen test HW
Initialisaties(geen interrupts)
Taak 1
Test HW
Speciaal 1
Speciaal 2
Taak 2
Taak 3
Initialisaties(ook interrupts)
Taak 1
Taak 2
Taak 3
Interruptroutine
Speciaal 1
Speciaal 2
RETI
Met interruptZonder interrupt
Hoofdprogramma
Hoofdprogramma
Neen
Ja
Door hardware opgestart
Interrupts
• Noodzakelijk wanneer hardware niet kan wachten op polling door CPU
• Wordt gegenereerd door hardware:– timers, I/O pinnen, ADC, SIO, system,...
• Initialisatie nodig:– hardware die interrupt zal genereren– CPU
• Er moet een interruptroutine klaar staan
Interrupt structuur
Interrupt structuur
CPU
sca
nt in
terr
upt i
nput
s
Perif
erie
die
inte
rrup
t op
wek
t
Interrupts en prioriteit toelaten
Interrupt vectoren
Algemene opmerkingen interrupt:
• Per interruptroutine is er een bijkomende flowchart.
• De interruptroutine onderbreekt het hoofdprogramma.
• PUSH-POP!!• Uitvoeringstijd interruptroutine.• Prioriteiten kunnen nodig zijn.
Les 9
• Doelstelling:– Bufferles:
• Afwerken oefeningen• Stellen van vragen• Bijkomende uitleg
Les 10
• Doelstellingen:– Gebruik van de seriële poort via driver routines– Belang van level shifters en baud rate– Programma:
• rekenmachine via hyperterminal (USB poort)• op interrupt echo ingegeven karakters, looplicht als
hoofdprogramma
XCEZ
; Seriële interface (via USB stekker!!); initsio klaar zetten seriële poort 9600 baud; siooutchar afdrukken ascii code (accu=input); siooutbyte afdrkken getal in accu ; siooutnib afdrukken 4 laagste bits accu; siooutmsga afdrukken ascii string @dptr tot 000h ; sioinchar inlezen van 1 ascii code in de accu
; sioinbufa inlezen van ascii buffer vanaf adres strtbuf, max 20h karakters!
Seriële poort hardware
• Controller beschikt over:– 2 UART poorten (met LIN mogelijkheid)– 2 CAN nodes– 1 SPI poort (Synchronous serial channel)– 1 IIC poort (maar enkele via bitbanging)
• LET OP!!!– Bij ontwerp XC888 bord werden keuzes gemaakt
naar mogelijke level shifters!!– Je kan selecteren op welke pinnen SIO naar buiten
komt!
Les 11
• Doelstellingen:– Uitleg over parallelle poorten– Uitleg over stappenmotoren– Uitleg over DC motoren– oefening met stappenmotor– pwm dc motor, meten op tegenEMK
PIO
PIO
PIO als input;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; initdipswitch is een subroutine die de pinnen van poort 4 insteld als input met; pull-up weerstanden ingeschakeld. Hierdoor kunnen schakelaars gebruikt worden naar; massa zonder extra weerstanden.;; Gebruikt geen registers ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
initdipswitch: push syscon0 ;juiste map selecteren mov syscon0,#004h push port_page ;tijdelijk bewaren (later herstellen) mov port_page,#001h ;selecteer poort page 1 mov p4_pudsel,#0ffh ;selecteer pull_up device mov p4_puden,#0ffh ;selectie inschakelen mov port_page,#000h ;pagina 0 selecteren mov p4_dir,#000h ;poort 4 als input schakelen pop port_page ;herstellen in oorspronkelijke staat pop syscon0 ;pagina terug herstellen ret
PIO als output;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; initleds is een routine die de poort 3 als output schakeld. De LED's; worden gedoofd (actief laag om ze te laden branden).;; Gebruikt geen registers;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
initleds: push syscon0 ;juiste map selecteren mov syscon0,#004h push port_page ;tijdelijk bewaren (later herstellen) mov port_page,#000h ;selecteer poort page 0 mov p3_dir,#0ffh ;poort 3 als output schakelen pop port_page ;herstellen in oorspronkelijke staat pop syscon0 ;pagina terug herstellen ret
Les 12
• Doelstellingen:– Speciale mogelijkheden:
• Fail safe werking– Spanningsbewaking– Software bewaking– Beveiligde bits– Bewaking systeemklok
• Snelheid processor wijzigen• Snelheid software deterministisch maken• Low power mogelijkheden (hier generiek bespreken)
– Afwerken oefeningen vorige les– Software delay maken met gekende uitvoeringstijd
Fail safe werking:• Systeem kan de fout ingaan door:
– storingen in voedingsspanning• spanningsbewaking • overspanningsbeveiliging
– storingen in programmaverloop (externe of interne factoren)
• externe beinvloeding (EMC, EMI)• eventuele bugs in code• uitblijven van verwachte signalen (inputs)
– defect gaan van de hardware (heel duur om op te vangen)
• space, nucleaire toepassingen, ...
– Bewaking van de systeemklok (oscillator watchdog, zie verder)
Fail-safe werking: spanningsbewaking(Embedded Voltage Regulator)
Fail safe werking: software bewaking
Fail safe werk-ing:
beveiligde bits
Snelheid processor aanpassen:
• OSC:– RC, XTAL, TTL-klok– kunnen gekozen worden uit gamma aan
mogelijkheden (toepassingsafhankelijk, wat is beschikbaar in systeem)
• PLL: – aanpassen ingangsklok aan basisfrequentie
hardware– bewaking ingangsklok
Snelheid processor aanpassen:
fsys moet 96MHz zijn
Snelheid processor aanpassen:
Snelheid processor aanpassen:
Snelheid programma deterministisch maken:
UITVOEREN ALS: lcall dffch of lcall dfffh
Les 13
• Doelstellingen:– stellen van vragen– afwerken van oefeningen– oplossen specifieke problemen