6 na stronę - Stefan Brock

Literatura
Systemy mikroprocesorowe
• http:\\www.stefanbrock.neostrada.pl
- 1 dzień przed wykładem
• Lista wysyłkowa: zapisy
e-mail z tematem: AiR-2008 na adres
• dr inŜ. Stefan Brock
• pok. 627, hala 22B/3 (PP)
[email protected]
• [email protected]
• [email protected]
• Podręczniki - zakres techniki mikroprocesorowej
• Inne źródła w Internecie - dokumentacja
dostępna na : www.8052.com
www.analog.com
www.keil.com
www.infineon.com
www.pcguide.com
• rozliczenie
– dwa kolokwia w trakcie wykładu
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
1
Literatura podręcznikowa
3
• Podstawy informatyki - architektura
komputerów, programowanie w C
• Podstawy elektroniki, Technika cyfrowa elementy składowe systemów
mikroprocesorowych
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
4
Przykłady systemów wbudowanych
Pojęcie systemu wbudowanego
embedded system
• Telefonia komórkowa (aparaty telefoniczne
i stacje bazowe)
• Motoryzacja - hamulce, kontrola trakcji,
poduszki powietrzne, sterowanie silnika,
sterowanie steer-by-wire
• Gospodarstwo domowe - pralki, zmywarki,
kuchenki, telewizja, video, sterowanie
bramy, systemy alarmowe
• Systemy lotnicze - kontrola lotu, sterowanie
silnika, autopilot
• Aplikacja która zawiera co najmniej jeden
programowalny komputer (mikroprocesor,
mikrokontroler, DSP) lecz której głównym
zadaniem nie jest wykonywanie zadań
obliczeniowych.
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
2
Przedmioty związane
• J.W.Coffron - Technika sprzęgania układów w
systemach mikroprocesorowych
• G.W. Gorsline - Mikrokomputery 16-bitowe
• R. Pełka - Mikrokontrolery
• T. Starecki - Mikrokontrolery jednoukładowe
rodziny 51
• Architektura PC
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
5
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
6
1
Przykłady systemów wbudowanych
Dobór procesora dla systemów wbudowanych
• WyposaŜenie medyczne - monitorowanie stanu
pacjenta, EKG, MRI, pompy insulinowe,
glukometry
• Technika wojskowa - systemy radarowe . . .
• Klawiatura komputerowa, osprzęt
komputerowy
• Typowy procesor dla komputera klasy
desktop:
• Nie zaliczają się do tej kategorii układy klasy
PDA - to raczej zminiaturyzowane komputery
osobiste
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
7
• Systemy wbudowane mają inne wymagania
–
–
–
–
kosztuje około 100-500 $,
wymaga układów otoczenia (chipset, pamięć)
pobiera sporo prądu (100 W - chłodzenie !!!)
zapewnia duŜą moc obliczeniową (n.p.
Pentium-4 2 GHZ: obliczenia
zmiennoprzecinkowe 500 MFLOPS)
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
8
Co to jest 8051
Główne zagadnienia
• Architektura systemów z mikrokontrolerami
- rodzina 51
• Komunikacja w systemach
mikroprocesorowych
• Architektura innych systemów
• Wybrane zagadnienia zaawansowane procesory sygnałowe
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
9
Rodzina mikrokontrolerów 8051
• Jeden z najstarszych (Intel MCS-51 w
1981) i prawdopodobnie
najpopularniejszy mikrokontroler. Wiele
pochodnych jest produkowanych przez
szereg wytwórców
• Te same narzędzia programistyczne
• Wspólny rdzeń i dodatkowe peryferia
zaleŜne od wytwórcy.
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
11
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
10
Cechy wspólne rodziny 51
• – 8-bit procesor
• – 4 I/O port kaŜdy o szerokości 8 bitów
• – max 64K on-chip ROM
(zwykle 0 K to 4k)
• – max 64K zewnętrznej pamięci danych
• – max 64K zewnętrznej pamięci programu
• – 2 timery, 1 port szeregowy
• – 128 bajty on-chip RAM
• – róŜne prędkości od 12 MHz
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
12
2
Architektura ‘51
Przedstawiciele rodziny 51
• 8031 – bez pamięci ROM
• 8751 – z on-chip EPROM
• 8052 – 8051 z 128 B dodatkowo IRAM, dodatkowy
16 bitowy timer
• Atmel AT89C51 – z pamięcią Flash ROM
• Dallas Semiconductor DS5000 On-chip NV-RAM i
programowanie w systemie przez łącze szeregowe
• Philips Corp.
• Analog Device - MicroConverter uC-812 - b.dobre
przetworniki A/C
• rdzeń 8051 wytwórców
FPGA – Xilinx, Altera 13
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
14
Wyprowadzenia 8051•
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
15
Zasilanie - Vcc, Vss
• Reset - RST
• Zegar - XTAL[1,2]
• Porty I/O
– P0[7;0], P1[7:0],
P2[7:0],
• P3 jest współdzielony
z liniami sterowania:
• Szeregowe I/O RxD,
TxD,
• zewnętrzne
przerwania INT0, INT1
• Sterowanie timerami
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
16
T0, T1
Wyprowadzenia 8051•
Do układów zewnętrz.
• EA - External Access
(L dla pamięci zewn.)
• ALE - Address Latch
Enable
• PSEN – Program
Store Enable
• WR – Write Enable
• RD – Read Enable
• P0 i P2 słuŜą jako
zewnętrzne magistrale
adresowa i danych,
multipleksowane
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
17
• A[15:8] AD[7:0]
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
18
3
Minimalna aplikacja z 8051
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
Zegar systemowy
8051
Procesor Atmel 2051 - tylko 20 pin
19
• 8051 ma
wbudowany
układ oscylatora
• Wymagany jest
zewnętrzny
rezonator
kwarcowy,
decydujący o
szybkości pracy
• Standardowe
połączenie
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
21
8 bitowa szyna danych i 16 bitowa szyna adresowa
16
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
23
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
Reset 8051
• RESET jest
aktywny w stanie
High
• W tym czasie
procesor
przechodzi w stan
jak po załączeniu
zasilania
• RST musi być
utrzymany przez
minimum 2 cykle
maszynowe
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
Demultipleksacja
magistrali adresowej
20
22
• ALE – Address
Latch Enable
• HIGH gdy adres na
AD[7,0]
• ALE jest sygnałem
wyzwolenia dla
przerzutnika typu
latch (74LS573 lub
373)
• P0 i P2 są w tym
układzie
niedostępne
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
24
4
Cyfrowe porty wejścia/wyjścia
Porty I/O
• Porty mogą być wykorzystywane jako
wejścia lub wyjścia
• Funkcja wyjścia - napięcie wzg. masy
wynosi 0 V lub 5 V (3V dla systemów o
zasilaniu 3V)
• KaŜde z wejść moŜe przesyłać prąd do
10 mA
• Typowo jest ograniczony prąd całego
procesora - zwykle max 70 mA
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
25
27
Wyświetlacz 7 segmentowy
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
26
Buforowanie wyjść
Podłączenie diody LED
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
28
Odczyt wejść binarnych
29
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
30
5
Odczyt wejść
Wybór języka programowania
• KaŜdy procesor interpretuje wyłącznie kod
maszynowy - ciąg liczb binarnych,
nieczytelny dla człowieka
• KaŜdy inny program - asembler, C, Pascal,
Ada, Java - musi zostać przetłumaczony do
postaci kodu maszynowego
• Aby programować systemy wbudowane
potrzebne są instrukcje bezpośredniego
dostępu do elementów sprzętowych.
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
31
Wybór języka programowania
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
32
Klasyfikacja języków programowania
• Konieczne jest, aby dla nowych projektów
wykorzystywać elementy oprogramowania
juŜ opracowane wcześniej - tworzenie
bibliotek funkcji.
• Wybrany język powinien ułatwiać przejście
pomiędzy róŜnymi platformami
sprzętowymi.
• Dobry wybór - język C
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
33
Zalety C
34
Struktura programu dla mikrokontrolera
• Posiada zalety ‘wysokiego poziomu’ - struktury,
funkcje i ‘niskiego poziomu’ - dostęp do sprzętu
• Jest bardzo efektywne
• Jest popularny, dobrze udokumentowany
• Kompilatory dostępne dla wszystkich platform od 8 bitowych do 64 bitowych
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
35
Część inicjująca
Wykonuje się jeden raz
Część wykonawcza
W pętli nieskończonej
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
36
6
Architektura programu
„super loop” - pętla bez końca
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
Przykład - regulacja temperatury
37
Przykład - regulacja temperatury
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
38
Programowanie portów procesora
• Dostęp do poszczególnych zasobów procesora
poprzez SFR - specjalne rejestry funkcyjne
• Porty wejścia/ wyjścia
–
–
–
–
P0
P1
P2
P3
• Są to konkretne adresy w pamięci wewnętrznej
procesora
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
39
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
40
Przykład - kopiowanie wartości
Zapis i odczyt wartości bajtu
śeby odczytać wartość z portu naleŜy
najpierw wpisać do niego 1
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
41
dr inŜ. Stefan Brock 2008/2009
42
7