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1 Exemplo de Projeto com Microcontrolador MCS-51 Prof. Adilson Gonzaga

2 Definições Iniciais: Microcontrolador Tamanho da Memória de Programa Interna define o tamanho da Memória de Programa Externa a ser utilizada. Periféricos Definição das Interfaces necessárias ao projeto (Serial,Teclado, Display, conversores A/D e D/A, sensores, atuadores, etc...) Prof. Adilson Gonzaga 2

3 Microcontrolador AT89S52 Prof. Adilson Gonzaga 3

4 Microcontrolador AT89S52 Prof. Adilson Gonzaga 4

5 Características de Alimentação Valores Máximos suportados pelo componente: Para que se possa utilizar circuitos integrados no padrão TTL, a alimentação recomendada é Vcc = 5v Prof. Adilson Gonzaga 5

6 Características Elétricas do AT89S52 Prof. Adilson Gonzaga 6

7 Freqüência de Operação Para poder projetar uma interface serial operando em Baud Rate padrão, será utilizado um Cristal de 11,0592 MHz Prof. Adilson Gonzaga 7

8 Ciclos de Máquina Um ciclo de máquina (M) consiste de uma seqüência de 6 estados (S1 a S6). Cada estado é formado por 2 períodos de clock (P1 e P2). Logo : 1 ciclo de máquina (M) = 12 períodos de clock (P)

9 Ciclos de Máquina Se o cristal é de Mhz: Ciclo de Máquina (M):

10 Reset de Power-On e Manual Δt 2*1,085 μs 2,17 μs Δt = R*C = 10k*C 2, C= > 217 pf Não há precisão na escolha do capacitor. Logo, escolhendo C =1μF >> 217pF 3 6 t = x1 10 = 10ms>> 2,17µ s Prof. Adilson Gonzaga 10

11 Reset e Cristal Prof. Adilson Gonzaga 11

12 Recursos Internos do Microcontrolador Caso as necessidades do projeto exijam apenas os Recursos internos de memória, as Interfaces podem utilizar as Portas P0, P1, P2 e P3. Prof. Adilson Gonzaga 12

13 Acesso a Recursos Externos ao Microcontrolador Os microcontroladores da família MCS-51 possuem o duto de Dados (D0 a D7) multiplexado ao Duto de Endereços (A0 a A7) na Porta P0 (AD0 a AD7). Torna-se necessário, portanto, demultiplexar os dois dutos para gerar o duto de Dados (D0 a D7) e o duto de Endereços (A0 a A15) separadamente. Prof. Adilson Gonzaga 13

14 Timming dos Dutos de Dados e de Endereços Externos O 8051 mantém os endereços de A0 a A7 na Porta P0 enquanto pulsa o ALE (Adress Latch Enable) Depois desse tempo, o 8051 transforma os pinos da P0 em Duto de Dados (D0 a D7) Os pinos da Porta P2 (A8 a A15) são mantidos constantes durante todo o ciclo de máquina Prof. Adilson Gonzaga 14

15 Circuito de Latch (74373) Deve-se armazenar (latch) o Duto de Endereços (A0 a A7) durante o pulso de ALE. Um circuito de latch apropriado é o que possui 8 Flip-Flops tipo D e controle de tri-state das saídas. Prof. Adilson Gonzaga 15

16 Duto de Dados Duto de Endereços As Memórias Externas poderão ser acessadas em toda a extensão de 64k x 8 Bytes Prof. Adilson Gonzaga 16

17 Mapa de Memória de Programa Externa O AT89S52 possui 8 Kbytes de Memória de Programa Interna Memória de Programa Interna 1FFFh 8 KBytes Para utilizar toda a Memória de Programa Interna e também a Memória de Programa Externa, o endereço de início desta deverá ser: 2000h 0000h Se for utilizada apenas a Memória de Programa Externa, esta começará no endereço: 0000h Prof. Adilson Gonzaga 17

18 Mapa de Memória de Programa Externa FFFFh Memória de Programa Externa (56k) Memória de Programa Interna (8k) 2000h 1FFFh 0000h Duto (Bus) de Endereços A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 Decodificação de Endereços (2000h a FFFFh) Qualquer endereço igual ou maior que 2000h pode ser decodificado pelas linhas A13, A14 e A15. Se o número binário formado por A15 A14 A13 for maior ou igual a 1, o endereço equivalente será maior ou igual a 2000h Prof. Adilson Gonzaga 18

19 Mapa de Memória de Programa Externa Decodificação das linhas de Endereço da Memória de Programa Externa S = A15 + A14 + A13 S = 1 se o endereço estiver no intervalo de 2000h a FFFFh S = 0 se o endereço estiver no intervalo de 0000 a 1FFFh Prof. Adilson Gonzaga 19

20 Mapa de Memória de Programa Externa FFFFh S = 1 S = 0 Memória de Programa Externa (56k) Memória de Programa Interna (8k) 2000h 1FFFh 0000h Prof. Adilson Gonzaga 20

21 Mapa de Memória de Programa Externa Se o componente de memória utilizado tiver capacidade inferior a 56 K, deverá ser realizada uma Associação de componentes. Neste caso, o mapa de memória definido por S deverá ser particionado considerando-se os blocos existentes. A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 A15 A14 A13 Saída Y Y Y Y Y Y Y Y Neste caso toda a Memória de Programa está particionada em 8 Blocos de 8k. O Y0 refere-se aos endereços de 0000 a 1FFFh, e não deve ser usado pois acessa a Memória Interna (A15=A14=A13=0) Prof. Adilson Gonzaga 21

22 Mapa de Memória de Programa Externa Memória de Programa (64k) particionada em 8 blocos de 8 Kbytes A15 A14 A13 Saída End. Inicial End. Final Y0 0000h 1FFFh Y1 2000h 3FFFh Y2 4000h 5FFFh Y3 6000h 7FFFh Y4 8000h 9FFFh Y5 A000h BFFFh Y6 C000h DFFFh Y7 E000h FFFFh S = 0 S = 1 Y7(8k) Y6(8k) Y5(8k) Y4(8k) Y3(8k) Y2(8k) Y1(8k) Memória de Programa Interna (8k) Y0 FFFFh 56k 2000h 1FFFh 0000h Prof. Adilson Gonzaga 22

23 Ciclo de Leitura na Memória de Programa Externa No início do Ciclo de Máquina o 8051 pulsa o ALE para que se possa armazenar externamente o Duto de Endereços (A0 a A7) Após esse tempo, o 8051 coloca em zero o pino PSEN, para que se possa ler a instrução no endereço acessado (A0 a A15) Prof. Adilson Gonzaga 23

24 Exemplo_1: Mapeamento completo 64k bytes de Memória de Programa D0 a D7 A0 a A7 A8 a A15 Prof. Adilson Gonzaga 24

25 Memória ROM de 64k Bytes A chave em EA seleciona se a Memória de Programa é Externa de 64k (EA=0) ou Interna de 8k (EA=1) mais 56k de memória externa. Prof. Adilson Gonzaga 25

26 Espaço de Endereçamento da Memória de Programa As 64 K posições da Memória de Programa podem ser também utilizadas tanto por componentes de memória (ROM) como por dispositivos de Entrada de Dados. Dispositivo n FFFFh Dispositivo 2 Dispositivo 1 Os dispositivos de Interface podem ocupar uma ou várias posições de memória e somente poderão ser Interfaces de Entrada, ou seja, o programa somente conseguirá ler cada dispositivo e NUNCA escrever. Memória de Programa 0000 Exemplos de Dispositivos de entrada de Dados: Chaves, Conversor A/D, sensores, Portas de Entrada. Prof. Adilson Gonzaga 26

27 Exemplo_2: Espaço da Memória de Programa Externa com 16Kbytes de ROM e um conjunto de 8 chaves mecânicas. A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A Espaço de 16 K da Memória de Programa Externa FFFh Enquanto A14 e A15 forem zero, o espaço acessado pelo microcontrolador refere-se aos primeiros 16 Kbytes. Se A15 =1 Faixa de endereços de 8000h a FFFFh (32 Kbytes) h Este espaço pode ser usado para dispositivos de entrada de dados FFFFh Prof. Adilson Gonzaga 27

28 Seleção dos Endereços das Chaves Se A15 =1 Faixa de endereços de 8000h a FFFFh (32 Kbytes) h Este espaço pode ser usado para dispositivos de entrada de dados FFFFh Lógica de seleção dos endereços das chaves: S A15+ = PSEN S somente será igual a zero no intervalo de endereços de 8000h a FFFFh, pois A15 =1 e durante o pulso de leitura, PSEN = 0 Prof. Adilson Gonzaga 28

29 Chaves conectadas diretamente no Duto de Dados (Espaço da Memória de Programa) E necessário utilizar um circuito Octal Buffer/Line Driver Tri-state Ex: As Saídas Y copiam as entradas A quando os pinos OE estão em nível baixo. Caso contrário, as saídas ficam em tri-state (Alta impedância). Prof. Adilson Gonzaga 29

30 Memória de Programa: 0000 a 3FFFh (16 Kbytes) Qual instrução pode ser usada para ler o valor das 8 chaves? Chaves: Qualquer endereço no intervalo: 8000h a FFFFh Acessa o conjunto de 8 chaves Res: MOVC A,@A+DPTR tendo carregado antes o DPTR MOV DPTR,#8000h ou com qualquer outro valor até FFFFh Prof. Adilson Gonzaga 30

31 Ex: Programa que lê as chaves e mostra seu valor na P1 continuamente Observe que qualquer valor no DPTR entre 8000h e FFFFh gera sinal de leitura no circuito de Line-Driver das chaves. Prof. Adilson Gonzaga 31

32 Espaço de Endereçamento da Memória de Dados Externa A Demultiplexação dos dutos realizada para a Memória de Programa Externa é também utilizada para endereçar a Memória de Dados Externa. O que diferencia o espaço de endereçamento da Memória de Programa Externa do espaço de endereçamento da Memória de Dados Externa são as linhas de leitura (RD) e escrita (WR). Prof. Adilson Gonzaga 32

33 Mapeamento Completo da Memória de Dados Externa - RAM (64K) O pino EA não tem nenhum efeito sobre a Memória Externa de Dados E possível escrever ou ler em qualquer posição, de 0000 a FFFFh, usando as instruções MOVX Prof. Adilson Gonzaga 33

34 Ciclo de Leitura na Memória de Dados Externa ( MOVX A,@DPTR ) No início do Ciclo de Máquina de uma instrução MOVX A,@DPTR o 8051 pulsa o ALE para que se possa armazenar externamente o Duto de Endereços (A0 a A7) O DPL é enviado para a Porta P0 e o DPH para a Porta P2. O pino RD ativa a leitura O dado acessado no endereço (DPH DPL) é colocado no Duto de Dados (Porta P0). Prof. Adilson Gonzaga 34

35 Ciclo de Leitura na Memória de Dados Externa ( MOVX A,@Ri) No início do Ciclo de Máquina de uma instrução MOVX A,@Ri o 8051 pulsa o ALE para que se possa armazenar externamente o Duto de Endereços (A0 a A7) O Ri é enviado para a Porta P0. O pino RD ativa a leitura O dado acessado no endereço ( Ri) é colocado no Duto de Dados (Porta P0). Prof. Adilson Gonzaga 35

36 Ciclo de Escrita na Memória de Dados Externa No início do Ciclo de Máquina de uma instrução o 8051 pulsa o ALE para que se possa armazenar externamente o Duto de Endereços (A0 a A7) O DPL é enviado para a Porta P0 e o DPH para a Porta P2. O pino WR ativa a escrita O dado a ser armazenado no endereço (DPH DPL) é colocado no Duto de Dados (Porta P0). Prof. Adilson Gonzaga 36

37 Ciclo de Escrita na Memória de Dados Externa No início do Ciclo de Máquina de uma instrução o 8051 pulsa o ALE para que se possa armazenar externamente o Duto de Endereços (A0 a A7) O Ri é enviado para a Porta P0. O pino WR ativa a escrita O dado a ser armazenado no endereço ( Ri) é colocado no Duto de Dados (Porta P0). Prof. Adilson Gonzaga 37

38 Observações: Tanto na Leitura como na Escrita usando as instruções: MOVX a Porta P2 não é utilizada como duto, logo, pode ser utilizada como porta comum. O acesso à Memória de Dados Externa Usando estas instruções, atinge apenas do endereço 0000 a 00FFh ( as primeiras 256 posições). Prof. Adilson Gonzaga 38

39 Mapa de Memória de Dados Externa Memória de Dados (64k) particionada em 8 blocos de 8 Kbytes A15 A14 A13 Saída End. Inicial End. Final Y0 0000h 1FFFh Y1 2000h 3FFFh Y2 4000h 5FFFh Y3 6000h 7FFFh Y4 8000h 9FFFh Y5 A000h BFFFh Y6 C000h DFFFh Y7 E000h FFFFh Y7(8k) Y6(8k) Y5(8k) Y4(8k) Y3(8k) Y2(8k) Y1(8k) Y0(8k) FFFFh 64k 0000h As linhas RD e WR garantem que as saídas (Y0 a Y7) fiquem ativas somente durante uma leitura ou escrita no endereço selecionado. Prof. Adilson Gonzaga 39

40 Espaço de Endereçamento da Memória de Dados Externa As 64 K posições da Memória de Dados Externa podem ser também utilizadas tanto por componentes de memória (RAM) como por dispositivos de Entrada/Saída de Dados. Dispositivo n FFFFh Os dispositivos de Interface podem ocupar uma ou várias posições de memória e poderão ser Interfaces de Entrada ou Saída. Dispositivo 2 Dispositivo 1 Se o dispositivo for uma Entrada, o pino de RD será ativado e a instrução a ser usada é do tipo MOVX A,@DPTR Memória de Dados Se o dispositivo for uma Saída, o pino de WR será ativado e a instrução a ser usada é do tipo 0000 Prof. Adilson Gonzaga 40

41 Entrada e Saída mapeada em Memória (Espaço da Memória de Dados Externa) Exemplos de Dispositivos de Entrada: Conversor A/D Chaves Sensores Exemplos de Dispositivos de Saída: Conversor D/A Displays Leds Atuadores (Relês, motores, etc...) Prof. Adilson Gonzaga 41

42 Exemplo_3: Espaço da RAM Externa com 32 Kbytes de RAM + 8 Chaves e 8 Leds. A15=0 A15=1 Mapeamento: A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A Espaço de 32 Kbytes de RAM FFFh h Espaço de 32 Kbytes (Mapeados como I/O) FFFFh A15 RD WR RAM Entrada Saída 0 x x Ativa Desativada Desativada Desativada Ativa Desativada Desativada Desativada Ativa Prof. Adilson Gonzaga 42

43 Circuitos de interface para a Entrada e para a Saída Line-driver para a Entrada: (74244) O circuito é ativado com nível lógico zero Latch para a Saída: (74373) O circuito é ativado com nível nível lógico um. Prof. Adilson Gonzaga 43

44 Exemplo_3: Espaço da RAM Externa com 32 Kbytes de RAM + 8 Chaves e 8 Leds. S i = RD+ A15 RD A15 Si WR A15 So S o = WR A15 Prof. Adilson Gonzaga 44

45 Programa que lê as chaves, armazena o byte equivalente na RAM Externa e acende ou apaga os Leds correspondentes LED é aceso com nível lógico UM Chave Fechada = Nível lógico ZERO Prof. Adilson Gonzaga 45

46 Projeto: (Entregar até o dia da P2) Projetar um Circuito Microcontrolado baseado no AT89S52 e com os seguintes requisitos mínimos: a) Memória de Programa externa = mínimo de 8K Bytes b) Memória de Dados externa = mínimo de 8k Bytes c) Teclado Matricial (hexadecimal) de 16 teclas. Cada tecla apertada gera sinal na INT1 d) Display LCD de 16 caracteres x 2 linhas e) Quatro Motores de Passo com acionamentos independentes f) Um sensor óptico conectado na Interrupção externa INT0 g) Um encoder óptico conectado na entrada T0 h) Um Conversor A/D de 8 Bits i) Um Conversor D/A de 8 Bits j) Interface Serial RS232 k) 8 Leds de sinalização Fornecer o Esquema eletrônico (Hardware), o Mapeamento de memória e Periféricos e o data sheet (pinagem e Tabela Verdade) de cada circuito integrado utilizado. Prof. Adilson Gonzaga 46

47 Escrever um programa em Assembly, para o projeto desenvolvido que: a) Rode na memória de programa externa. b) Leia continuamente o conversor A/D, envie o valor lido para o conversor D/A e armazene na RAM externa cada valor lido em intervalos de 1 segundo. Quando a RAM externa estiver cheia, o programa deve continuar a armazenando a partir da primeira posição. c) Na primeira linha do display de LCD deve aparecer o valor em hexadecimal de cada byte lido do A/D sempre na mesma posição. A mesma informação deve ser enviada para um monitor RS232 a uma taxa de 9600,N,8,1. d) Se o valor do conversor A/D estiver entre 00 e 1Fh, acender somente o led menos significativo, entre 20h e 3Fh acender somente o segundo led, entre 40h e 5Fh acender o próximo e assim por diante até entre E0h e FFh que deve acender apenas o led mais significativo. e) Se uma descida de borda for detectada pelo sensor óptico, acionar os quatro motores de passo na velocidade de 100 Hz, sentido horário, contar o número de pulsos do encoder óptico durante 10 segundos e enviar o valor hexadecimal para a segunda linha do display de LCD. f) O código 3F4Dh digitado no teclado dispara todo o processo e o código E123h termina o programa e envia a mensagem Programa suspenso para o display de LCD e para o monitor de vídeo na mesma taxa do item c. Prof. Adilson Gonzaga 47