Aula 10 Microcontrolador Intel 8051 Parte 2

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1 SEL 0415 Aula 10 Microcontrolador Intel 8051 Parte 2 SEL 0415 INTROD À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES Prof Dr Marcelo A C Vieira

2 SEL 415 Mapeamento das memórias internas

3 Memória de dados interna (RAM) n 8051 oferece uma memória de dados interna, com um mínimo de 128 bytes para o usuário (uso geral) ØVantagem 1: rápido acesso aos dados e, em muitas aplicações, pode eliminar a necessidade da RAM externa _ custo menor; ØVantagem 2: áreas de RAM interna acessíveis bit a bit _ útil para operações booleanas n Duto de endereçamento para a RAM interna 8 bits Æ256 bytes de memória (128 bytes para o usuário e 128 bytes para uso interno e para os registradores de funções especiais ÆModelo 8052 Æ há mais 128 bytes de RAM para uso geral (total de 384 bytes)

4 Memória de dados interna (RAM) FFh 80h (REGISTRADORES DE FUNÇÕES ESPECIAIS) 128 BYTES SUPERIORES 7Fh 00h (REGISTRADORES DE USO GERAL) 128 BYTES INFERIORES DA RAM INTERNA

5 Memória de dados interna (RAM) FFh FFh 80h (REGISTRADORES DE FUNÇÕES ESPECIAIS) 128 BYTES SUPERIORES 80h (Registradores de Uso Geral) 128 BYTES SUPERIORES (modelo 8052) 7Fh 00h (REGISTRADORES DE USO GERAL) 128 BYTES INFERIORES DA RAM INTERNA

6 Modos de Endereçamento FFh FFh 80h Apenas Endereçamento Direto 80h Apenas Endereçamento Indireto 7Fh 00h Endereçamento Direto e Indireto

7 SEL 415 Registradores de Funções Especiais (SFR)

8 Registradores de Funções Especiais (SFR) FFh FFh 80h SFR 80h 7Fh 00h Registradores da CPU para configuração de operações, controle de periféricos, interrupção, temporizadores, portas de I/O, etc 16 posições endereçáveis por bit

9 Registradores de Funções Especiais (SFR) Mapa Endereço 80 P0 SP DPL DPH PCON TCON TMOD TL0 TL1 TH0 TH1 8F 90 P SCON SBUF 9F A0 P2 A7 A8 IE AF B0 P3 B7 B8 IP BF C0 C7 C8 D0 D8 E0 E8 F0 PSW ACC B CF D7 DF E7 EF F7 F8 FF

10 Registradores de Uso Geral (GPR) FFh FFh 80h 7Fh 00h GPR 80h Registradores para uso do programador 4 bancos de registradores Ri para facilitar a programação 16 posições endereçáveis por bit

11 Registradores de Propósito Geral (GPR) 7F 30 2F 20 1F F BYTES ENDEREÇÁVEIS 7F BYTES ENDE- REÇÁVEIS POR BIT BANCO DE REGISTRADORES 3 BANCO DE REGISTRADORES 2 BANCO DE REGISTRADORES 1 BANCO DE REGISTRADORES 0 R7 R0 R7 R0 R7 R0 R7 R0

12 Banco de Registradores Formados pelos registradores R0 a R7 Seleção entre os Bancos feita pelos bits 3 e 4 do registrador PSW Program Status Word - PSW 7 0 CY AC F0 RS1 RS0 OV P Bits de controle do banco de registradores RS1 RS0 Banco Endereço h Fh h Fh

13 Memória de dados interna (RAM) Área de dados 7Fh As posições de 30h a 7Fh da RAM interna são disponíveis para leitura e escrita, através de endereçamento direto e indireto 30h 20h 2Fh 1Fh Bits de seleção em um registrador especial chamado de PSW 11 18h 10 10h 01 08h 00 00h Banco 3 Banco 2 Banco 1 Banco 0 17h 0Fh 07h

14 Flags n Bits indicadores de estado: Ø São bits que são setados ou apagados (0 ou 1), geralmente por hardware, dependendo do resultado de alguma operação do microcontrolador ØAlguns podem ser setados ou apagados na instrução (por software) ØAlgumas instruções testam flags para ver se elas devem ser executadas ou não Ø flags típicas: CARRY, ZERO, OVERFLOW Ø No 8051 as flags de estado da ULA ficam no registrador PSW ØHá também outras flags, como das interrupções, comunicação serial, temporizadores, etc

15 Registradores de Funções Especiais (SFR) Program Status Word - PSW 7 0 C AC F0 RS1 RS0 OV P Flag de CARRY Flag de CARRY Auxiliar* Flag auxiliar (*) Para operações BCD Flag de OVERFLOW Flag de Paridade

16 Endereçamento por Byte SFR Endereçáveis por Byte Todas as posições de memória RAM dos registradores especiais (80-FF) podem ser acessadas por byte (usando o nome ou o endereço do registrador), mas apenas por endereçamento direto Ex: a) Endereçamento Direto MOV P0, #0AAh ou MOV 80h, #0AAh MOV PSW, # b ou MOV D0h, # b MOV SP, #00 ou MOV 81h, #00

17 Endereçamento por Bit SFR endereçáveis a bit Os SFR s cujos endereços terminam em 0 ou 8h podem também ser endereçados a bit Modos de acesso ao bit: (I) por endereço do Bit dentro do Byte: 1 SETB 80h1; seta o bit 1 do endereço 80h (Porta 0) 2 CLR 80h2 ; zera o bit 2 do endereço 80h (Porta 0) A0 A8 B0 B8 C0 C8 D0 D8 E0 E8 F0 F8 P0 TCON P1 SCON P2 IE P3 IP PSW ACC B

18 Endereçamento por Bit SFR endereçáveis a bit Os SFR s cujos endereços terminam em 0 ou 8h podem também ser endereçados a bit Modos de acesso ao bit: (II) por nome : 1 SETB P01 ; seta o bit 1 do endereço 80h (Porta 0) 2 CLR P02 ; zera o bit 2 do endereço 80h (Porta 0) A0 A8 B0 B8 C0 C8 D0 D8 E0 E8 F0 F8 P0 TCON P1 SCON P2 IE P3 IP PSW ACC B

19 Endereçamento por Bit SFR endereçáveis a bit Os SFR s cujos endereços terminam em 0 ou 8h podem também ser endereçados a bit Modos de acesso ao bit: (III) pelo endereço absoluto do bit : 1 SETB 81h ; seta o bit 1 do endereço 80h (Porta 0) 2 CLR 82h ; zera o bit 2 do endereço 80h (Porta 0) A0 A8 B0 B8 C0 C8 D0 D8 E0 E8 F0 F8 P0 TCON P1 SCON P2 IE P3 IP PSW ACC B

20 SEL 415 Registradores de Uso Geral (GPR)

21 Endereçamento por Byte GPR Endereçáveis por Byte Todas as posições de memória RAM dos registradores de uso geral (00-7F) podem ser acessadas por byte, por endereçamento direto ou indireto Ex: a) Endereçamento Direto MOV 30h,#0AAh b) Endereçamento Indireto MOV R0,#30H

22 Endereçamento por Bit GPR Endereçáveis por Bit Todos os bytes de endereço entre 20h 2Fh também podem ser endereçados por bit Ex SETB 0Ah ou SETB 21h2 CLR 47h ou CLR 28h7

23 Instruções de operação direta com bit CLR bit à zera o bit diretamente SETB bit à seta o bit diretamente CPL bit à complementa o bit diretamente ANL C,bit à AND entre o bit e o carry ANL C,/bit à AND entre o complemento do bit e o carry ORL C,bit à OR entre o bit e o carry ORL C,/bit à OR entre o complemento do bit e o carry MOV C,bit à move o bit para o carry MOV bit,c à move o carry para o bit JB bit,rel à pula para o end rel se bit = 1 JNB bit,rel à pula para o end rel se bit = 0 JB bit,rel à pula para o end rel se bit = 1 e zera o bit

24 Registradores de controle das portas de I/O P0 (80h) Æ Porta 0 P1 (90h) Æ Porta 1 P2 (A0h) Æ Porta 2 P3 (B0h) Æ Porta 3 Contêm os dados das 4 portas de I/O do 8051 (cada porta tem um latch associado de 8 bits) Todas podem ser endereçáveis a bit (controle de cada pino individualmente) Escrever nesses registradores Æ altera o conteúdo nos pinos de saída do chip MOV P1,#01h Leitura Æ os registradores armazenam o estado presente nos pinos do chip na posição desejada MOV A, P1

25 Ponteiros n PC (Program Counter): ponteiro de 16 bits para área de programa (ROM) n DPTR (Data Pointer): ponteiro de 16 bits para área de dados em memória RAM interna e externa n SP (Stack Pointer): ponteiro de pilha (8 bits), determina a área da RAM interna dedicada à pilha n R0: ponteiro de 8 bits para RAM interna ou externa n R1: ponteiro de 8 bits para RAM interna ou externa

26 Instruções para Memória de Dados Interna (RAM) Exemplos com instrução MOV: Endereçamento imediato: MOV R0,#0F8H Endereçamento direto: MOV R3,6FH MOV 34H, 7FH Endereçamento indireto: MOV MOV Endereçamento por registrador: MOV A,R7

27 Exemplo de Programação #1

28 Exemplo de Programação 1 Vcc Vcc P P10 P11 P17 R R R Vcc Vcc Ex aplicativo: Suponhamos que, em função de um certo bit (P35), os leds nos 8 pinos da porta 1 sejam acesos sequencialmente conforme o estado daquele bit

29 Exemplo de Programação 1 Software simbólico: faz acumulador = Lê o bit se P35 = 0 então roda acumulador à esquerda (coloca o bit D0 em D1 e assim por diante, até colocar o bit D7 em D0) move acumulador para a porta 1 perde um tempo volta para o Lê o bit senão (isto é, se P35 = 1) roda acumulador à direita (coloca o bit D7 em D6 e assim por diante, até colocar o bit D0 em D7) move acumulador para a porta 1 perde um tempo volta para o Lê o bit

30 Software Real ORG 0 ;define início do programa no end 00h MOV A,# B ;faz acumulador = MOV P1, A ;move acumulador para a Porta 1 LEITURA: RIGHT: LEFT: JNB P35, LEFT ;pula para LEFT se P35 = 0, senão próx linha RR A ;roda byte do Acumulador para direita MOV P1, A ;move Acumulador para a Porta 1 ACALL TEMPO ;gasta tempo SJMP LEITURA ;lê bit P35 novamente RL A ;roda byte do Acumulador para esquerda MOV P1, A ;move Acumulador para a Porta 1 ACALL TEMPO ;gasta tempo SJMP LEITURA TEMPO: xxx RET END ;lê bit P35 novamente ;sub-rotina para gastar tempo ;retorna da sub-rotina ;fim do programa (compilador)

31 Como fica na Memória ROM (Flash) do 8051?

32 Exemplo de Programação #2

33 Exemplo # 2 Usando ponteiro de 8 bits ORG 0 ; define início do programa no endereço 00h MOV R0, #30h ; carrega ponteiro com endereço 30h CLR A ; apaga conteúdo do acumulador SOMA: ADD ; soma o valor apontado pelo ponteiro INC R0 ; incrementa ponteiro CJNE R0, #34h, SOMA ; verifica se o ponteiro chegou no end 34h FIM: SJMP FIM ; fim lógico do programa

34 Como fica na memória ROM (Flash) no 8051?

35 Como fica a memória RAM após a execução do programa?

36 SEL 415 Rotinas de Temporização

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38 Clock e Temporização no 8051 CICLO DE MÁQUINA n Consiste numa seqüência de 6 estados, cada um formado por dois períodos de CK Æ por isso: 1 ciclo de máquina = 12 períodos de CK

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40 Clock e Temporização no 8051 CICLO DE MÁQUINA n Instruções da família MCS-51 duram 12 ou 24 TCK (1 ou 2 Ciclos de máquina - CM) n Exceção Æ MUL AB e DIV AB (usam 4 CM)

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45 Exemplo de Programação #3

46 Exemplo de Programação Fazer o mesmo exemplo #1 do acendimento sequencial de LEDs considerando agora um intervalo de 1s entre cada acendimento; Considerar que o 8051 está alimentado com um cristal de 1,0 MHz

47 Exemplo de Programação Vcc Vcc P P10 P11 P17 R R R Vcc Vcc Ex aplicativo: Suponhamos que, em função de um certo bit (P35), os leds nos 8 pinos da porta 1 sejam acesos seqüencialmente conforme o estado daquele bit; Considerar agora um atraso de 1s na seqüência

48 Exemplo de Programação Software simbólico: faz acumulador = Lê o bit se P35 = 0 então roda acumulador à esquerda (coloca o bit D0 em D1 e assim por diante, até colocar o bit D7 em D0) move acumulador para a porta 1 perde um tempo 1s com clock de 1MHz volta para o Lê o bit senão (isto é, se P35 = 1) roda acumulador à direita (coloca o bit D7 em D6 e assim por diante, até colocar o bit D0 em D7) move acumulador para a porta 1 perde um tempo 1s com clock de 1MHz volta para o Lê o bit

49 Cálculos para atraso de 1s Clock (cristal) de 1 MHz : Tcristal = 1 / f = 1/10 6 = 1μs Ciclo de máquina (M) = 12 x Tcristal = 12μs fcristal = 1MHz fciclo de máquina = 1MHz / 12 = 0,08333 MHz Ciclo de máquina (M) = 1 / fciclo de máquina = 1 / 0,08333 MHz = 12μs

50 Cálculos para atraso de 1s Números de ciclos de máquina : Rotina de 16 bits (R0 e R1): C = ((((R0 x 2) +3) x R1) +3) Δt = C x M = 1s - como M = 12μs, temos: C = 1/12μ ~ ciclos Escolho um valor para R0 e determino R1 Fazendo R0 = 250 e R1 = 166 C = ciclos \ Δt = C x M = x 12μs ~ 1,002s

51 Software Real (com atraso) ORG 0 MOV A,# B ;faz acumulador = MOV P1, A ;move acumulador para a Porta 1 LEITURA: JNB P35, LEFT ;pula para LEFT se P35 = 0, senão próx linha RIGHT: RR A ;roda byte do Acumulador para direita MOV P1, A ;move Acumulador para a Porta 1 ACALL TEMPO ;gasta tempo SJMP LEITURA ;lê bit P35 novamente LEFT: RL A ;roda byte do Acumulador para esquerda MOV P1, A ;move Acumulador para a Porta 1 ACALL TEMPO ;gasta tempo SJMP LEITURA ;lê bit P35 novamente TEMPO: ;sub-rotina para gastar 1s MOV R1, #166 ;considerando cristal de 1MHz LOOP: MOV R0, #250 DJNZ R0, $ DJNZ R1, LOOP RET ;retorna da sub-rotina END ;fim do programa para o compilador

52 Exemplo de Programação #4

53 SEL 415 Uso da memória de programa para armazenamento de dados não voláteis

54 Instrução para Memória de Programa Utiliza a memória de programa (ROM) para armazenar dados É denominado modo de endereçamento indexado Utilizado para armazenamento de tabelas (dados não voláteis) É endereçável pelo ponteiro de dados DPTR (16 bits) É necessário utilizar uma diretiva do compilador para armazenar a tabela de dados (o compilador deve saber diferenciar o que é instrução e o que é dados parar escrever na memória de programa) Instrução: MOVC A,@A+DPTR Exemplo: MOV DPTR, #0F0BH CLR A MOVC A,@A+DPTR

55 Exemplo de Programa Tabela de conversão para cálculo de 20*log(num+1), sendo num o valor colocado na porta P0 ORG 0 MOV DPTR, #TABELA LOOP: MOV A, P0 MOVC MOV 30H, A SJMP LOOP TABELA: DB 0,6,10,12,14,16,17,18

56 Como fica na memória ROM (Flash) no 8051?

57 Algumas Instruções MOV MOVC MOVX ADD SETB CLR SJMP ACALL INC DEC CPL JB JNB RET RETI DJNZ NOP RR RL PUSH POP ORG EQU END DB diretivas do compilador Ver apostila na página da disciplina: Capítulos 10 e 11

58 FIM