Apêndice A Placa Experimental do 8051

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1 Apêndice A Placa Experimental do 8051 L.M.S. e P.S.C. / 2001 (revisão) E.T.M./2005 (revisão) Para viabilizar uma rápida familiarização e uso do 8051, foi desenvolvida no PCS/EPUSP, uma Placa Experimental, denominada MC8051 (denominado também "Kit"), que utiliza o microcontrolador 8051, e outros recursos que permitem a verificação dos dispositivos de entrada e saída e sua conexão com placas ou circuitos externos. Essa placa foi baseada em um projeto de formatura [2], com ampla participação de seus autores. Com o intuito de agilizar a interação do usuário com a Placa Experimental, foi incorporado o "Programa Monitor", e prevista a sua conexão serial que pode ser utilizada para comunicação com um microcomputador ou um terminal. Esses recursos são de fundamental importância prática, pois viabilizam de maneira fácil o carregamento, a execução e a depuração de programas. As características principais da Placa Experimental são detalhadas nos próximos itens. 1. Descrição da Placa Experimental MC8051 A Placa Experimental MC8051 contém os componentes básicos para a constituição de um microcomputador de 8 bits e também alguns recursos adicionais de interface. Todos os componentes deste sistema estão dispostos em uma única placa de circuito impresso especialmente projetada para aplicações didáticas e de desenvolvimento de protótipos. Além de possuir espaços reservados para a expansão, a placa já dispõe de alguns periféricos básicos, como temporizador de tempo real, portas de entrada e saída, interface para teclado, conversor A/D, e interface para LCD. 1 A arquitetura do sistema é ilustrado na figura A.1. Teclado Microcontrolador 8051 ROM RAM Canal de Comunicação Relógio de Tempo Real Display de Cristal Líquido Sistema de Som Conversor A/D Figura A.1 Diagrama de Blocos do Sistema O microcontrolador é utilizado com uma frequência de relógio de 11,0592 MHz e seu modo de endereçamento está configurado para possibilitar a existência da memória externa. Assim, as interfaces, usualmente portas paralelas, estão configuradas para funcionarem como via de dados (porta P0) e vias de endereçamento (portas P0 e P2). A porta P1 do controlador é utilizado em sua função normal e está conectado a matriz (4x4) de teclados do sistema [1]. Os componentes periféricos do sistema estão dispostos de forma que ocupam o mesmo tipo de endereçamento da memória RAM externa. Esse tipo de endereçamento é normalmente denominado de Entrada e Saída mapeada em memória. 1 Vide referência [2] para detalhes. Microprocessadores Apêndice A (2005) 1

2 A forma do microcontrolador acessar a memória externa, devido a sua arquitetura, é feita de forma a dividir as áreas de programa e de dados, sendo a área de programa acessível apenas para leitura. Desta forma, em projetos experimentais onde é necessário grande quantidade de escritas e leituras dos programas na etapa de depuração, o sistema não seria viável. Uma forma de solucionar tal questão é fazer com que as duas áreas de memória sejam sobrepostas e se utilize memórias do tipo RAM nessa área. No sistema implementado, a sobreposição da área é feita através de uma operação AND entre os sinais PSEN e RD do microcontrolador. Assim, no sistema implementado, é possível realizar uma carga do programa e executá-la a seguir. O mapeamento da memória e dos periféricos é mostrado figura A.2. Área de Programa Área de Dados FFF FF Livre Entrada e Saída Área de memória ROM para programa Monitor FFF FF FFF Alias de E/S Alias de E/S Alias de E/S 7FFF FFF 8000 Livre Área sobreposta para possibilitar Carga de Programa Área de Memória para Programas e Dados FFFF FFFF Figura A.2 Mapa de memória e endereçamento de periféricos. A área de memória designada para o usuário se localiza entre os endereços 8000H e FFFFH, sendo que os espaços finais, de alguns bytes, são designados para tratamento de interrupções e para a pilha. O tratamento de interrupção no 8051 é feito através de endereços específicos e consecutivos para onde o processamento é transferido para cada ocorrência de interrupção (Vide referência [1] ou [3] para maiores detalhes.) O endereço para onde o processamento é transferido se localiza nos endereços iniciais da área de programa. Como no kit a área designada está implementada em memória ROM, um outro JUMP incondicional, para a área de RAM, foi implementado para permitir que o usuário possa, a partir destes endereços, implementar os programas de tratamento da interrupção. Os endereços para as interrupções seguem o seguinte posicionamento descrito na Tabela I. Tabela I Endereço para tratamento de Interrupção. Interrupção Endereço Origem da Interrupção XIE0 FFF0H Interrupção externa 0 XTF0 FFF3H Timer/Contador 0 XIE1 FFF6H Interrupção externa 1 XTF1 FFF9H Timer/Contador 1 XRITI FFFCH Canal Serial Microprocessadores Apêndice A (2005) 2

3 Programas de tratamento da interrupção devem ser escritos em local de memória conhecido e referenciado a partir dos endereços acima de acordo com a interrupção gerada. O acesso aos periféricos pode ser feito tanto nos endereços 2000H até 27FFH ou em qualquer outra área de Alias, uma vez que, a decodificação de endereço desconsidera os bits A12 e A11 de endereço. O endereçamento de cada dispositivo externo é implementado como mostra a Tabela II. Tabela II Endereçamento de dispositivos periféricos. Periférico Registrador Endereço Display de Cristal Líquido Escrita de Controle 200XH Escrita de Dado Leitura de Controle Leitura de Dado 201XH 202XH 203XH Relógio de Tempo Real Segundos 2100H Alarme de Segundos Minutos Alarme de Minutos Horas Alarme de Horas Dia da Semana Dia do Mês Mês Ano Registrador A Registrador B Registrador C Registrador D Memória do Usuário 2101H 2102H 2103H 2104H 2105H 2106H 2107H 2108H 2109H 210AH 210BH 210CH 210DH 210EH-213FH Conversor A/D Registradores 2200H-22FFH Gerador de Sinal Sonoro Contador H Contador 1 Contador 2 Controle C 2301H 2302H 2303H Para permitir a interconexão de outros circuitos e periféricos, existe um conector com os principais sinais do sistema (também conhecido por barramento), no qual placas específicas ou projetadas pelo usuário poderão ser interligadas. A descrição da Placa Experimental MC8051 é encontrada na referência [1]. 2. Programa Monitor A Placa Experimental dispõe de um Programa Monitor residente que pode ser comparado, do ponto de vista funcional, ao sistema operacional de um microcomputador. Esse programa faz uso de um terminal de vídeo externo à Placa Experimental, através de uma interface de comunicação serial. Dessa forma implementou-se uma interface "homem-máquina" que permite a execução de uma série de funções ou comandos, dentre as quais estão as seguintes: exame do conteúdo das posições de memória DM - Display Memory Microprocessadores Apêndice A (2005) 3

4 exame do conteúdo dos registradores DR - Display Register execução de programas G - Executa armazenamento de instruções de programas em memória L - Lê e carrega HEX modifica conteúdo de memória M - Modifica memoria (sem ler) substitui conteúdo de mémoria após verificação S - Substitui Memoria (lê e modifica) teste de memória RAM T - Testa RAM A comunicação serial entre o kit e o Microcomputador é feita em 9600bps. 3. Interligação da Placa Experimental a um Terminal de Vídeo O Terminal de Vídeo é conectado ao canal serial da Placa Experimental. Normalmente, um microcomputador de uso geral (por exemplo, compatível com o modelo PC da IBM), pode se comportar como um Terminal de Vídeo desde que nele se instale um programa que emule tal equipamento, e se utilize um de seus canais de comunicação seriais. Um dos programas emuladores de terminais de vídeo a ser utilizado é o XTALK e é apresentado em [5]. 4. O Cross Assembler X8051 Um programa CROSS é aquele que permite a geração de códigos executáveis em uma máquina diferente daquele no qual foi gerado. Utilizamos um CROSS Assembler que permite gerar códigos para o 8051 em ambiente PC. Veja a referência [4] para detalhes. As etapas para se gerar o código para o 8051, utilizando o X8051, são resumidamente explicadas a seguir: 1. Criar um arquivo com o programa escrito em linguagem assembly tomando os cuidados e adotando as regras do X8051. Dentro das regras, observar a existência de variáveis previamente definidas, a declaração de constantes e variáveis, a utilização de Labels e as diretivas de compilação tais como o controle do endereço de armazenamento do programa e de término de programa. 2. Através do prompt do PC, digitar: X8051 arquivo_assembly.asm arquivo_objeto.obj. Como resultado será gerado o código objeto para o programa fonte em assembly. 3. Uma vez gerado o código objeto é necessário que o programa, ou os programas, sejam conectados e transformados em código executável. Isto é feito através do programa LINK2 que deve ser rodado pelo prompt e que solicitará a introdução do nome, ou nomes, dos arquivos a linkar, o endereço de carga do programa e o nome do arquivo de saída. 4. Ao final será gerado um arquivo (usualmente com extensão HEX e formato Intel Hexa) que pode ser carregado no kit para execução. Para facilitar a execução das etapas acima descritas é aconselhável a utilização de arquivos BAT de comandos. 5. PROGRAMA-EXEMPLO Apresentamos aqui um exemplo de programa e arquivos se suporte para o kit MC Conteúdo do arquivo BAT Um arquivo BAT para a execução do cross-assembler e do linker. x8051 NL TEST1.asm TEST1.obj link2 TEST1.dat Microprocessadores Apêndice A (2005) 4

5 5.2. Conteúdo do arquivo TEST1.dat O arquivo.dat deve conter o seguinte: TEST1.obj 0000 _ TEST1.hex OBS.: A linha com 0000 indica o endereço de carga do programa. Este valor é somado com o valor declarado no programa fonte pela diretíva ORG. No caso do kit utilizado, a soma destes dois valores deve gerar um endereçamento de origem de carregamento em 8000H Programa exemplo para verificação de memória RAM. TESTE DE MEMORIA ORG 8000H INICIO: MOV DPTR,#9000H INICIO DA AREA DE MEMORIA VERIFICADA MOV R2,#5FH NUMERO DE BYTES + SIG. MOV R3,#0FFH - SIG. END1: MOVX A,@DPTR LE E SALVA O CONTEUDO DA POSICAO EM MOV R0,A R0 MOV A,#55H CARREGA DADO DE TESTE ESCREVE DADO DE TESTE NA MEMORIA MOVX A,@DPTR LE DADO ESCRITO NA MEMORIA CJNE A,#55H,ERRO SALTA PARA ERRO EM CASO DE VALOR LIDO DIFERENTE DO ESCRITO MOV A,R0 RESTAURA VALOR ORIGINAL INC DPTR PROXIMO ENDERECO DJNZ R3,END1 VERIFICA TERMINO DA FAIXA DE TESTE DJNZ R2,END1 MOV B,#'CR' ENVIA MENSAGEM DE TESTE OK MOV B,#'LF' ENVIA MENSAGEM DE TESTE OK MOV B,#'F' ENVIA MENSAGEM DE TESTE OK END2: NOP AJMP END2 TERMINA EXECUCAO E FICA EM LOOP RET ERRO: MOV B,#'E' ENVIA MENSAGEM DE ERRO MOV R4,DPH ESCREVE O ENDERECO DO ERRO + SIG. MOV R5,DPL ESCREVE O ENDERECO DO ERRO - SIG. MOVX A,@DPTR VALOR LIDO MOV R6,A AJMP END2 TERMINA A EXECUCAO ROTINA DE COMUNICACAO SERIAL Envia caractere presente em B para a interface serial CO: JNB TI,$ Testa TI CLR TI MOV SBUF,B JNB TI,$ RET END Microprocessadores Apêndice A (2005) 5

6 5.4. Rotina adicional para espera de dados pela via serial. * * * ROTINA PARA RECEBER DE CARACTERE DO TERMINAL * * * PARAMETROS: - Recebe o caracter pelo ACC CI: JNB RI,$ Verifica se o Port serial esta' CLR RI com dados a serem lidos. MOV A,SBUF Recebe os dados pelo Port serial. RET 6. BIBLIOGRAFIA 1. HIRAKAWA, A CUGNASCA, C. Laboratório de Microprocessadores, Apostila da experiência Familiarização com a placa experimental de microcontrolador 8051, MATSUNAGA, A., TSUGAWA, M. Sistema de Pesagem Dinâmica, Projeto de formatura, EPUSP, SILVA, V. Microcontrolador 8051, São Paulo: Érica, AD Software, 8044/51 Cross Assembler for MSDOS. 5. Instruções e comandos do programa XTALK. Microprocessadores Apêndice A (2005) 6