Цель работы. Целью лабораторной работы является исследование работы таймеров/счетчиков событий в различных режимах и системы прерываний микроконтроллеров семейства MCS-51 с помощью персонального компьютера и программных средств отладки.
1. Зафиксировать содержимое регистров, флагов и ячеек памяти микроконтроллера после загрузки эмулятора (avsim51 -c1 a). Чему равно содержимое указателя стека? Разрешены ли прерывания? На какой режим настроены таймеры? Какая установлена скорость выполнения программы?
2. Составить комментарий к программе преобразования двоичного числа, задаваемого на линиях порта Р1, в двоично-десятичное содержимое регистра DPTR:
| MOV | A,P1 | |
| MOV | B,#100 | |
| DIV | AB | |
| MOV | DPH,A | |
| MOV | A,#10 | |
| XCH | A,B | |
| DIV | AB | |
| SWAP | A | |
| ORL | A,B | |
| MOV | A,B |
В режиме Patch Code ввести текст программы в эмулятор и проверить ее работу в пошаговом (F10) режиме. Как выполняется команда деления? Какие флаги PSW изменяются при выполнении программы?
3. Записать в первые две ячейки памяти программ программу, состоящую из одной команды SJMP 0 (80 FE), и запустить ее на выполнение в автоматическом режиме. Почему не работают таймеры Т/С0 и Т/С1?
Установив TR0=1, проверить работу Т/С0 в режиме таймера (скорость счета изменяется клавишей F5) и счетчика событий (TMOD.2=1). Перепады на линии Т0 (Р3.4) формировать с помощью клавиши Insert. В каком диапазоне изменяется содержимое регистров TL0 и TH0 при работе T/C0 в режиме 0? Когда устанавливается флаг TF0?
Проверить работу Т/С1 в режиме 1. Установив TR1=1 и GATE1=1, проверить возможность аппаратного управления работой таймера уровнем сигнала на входе INT1 (P3.3).
Перевести Т/С0 в режим 2 (8-битный автоперезагружаемый таймер/счетчик). Установив (ТН0)=0D5H, проследить работу Т/С0 в режиме таймера и счетчика событий.
Перевести Т/С0 в режим 3 (TL0 и ТН0 функционируют как два независимых 8-битных счетчика). Возможно ли в этом режиме использование прерываний от Т/С1?
4. В режиме Patch Code ввести в эмулятор текст программы, при реализации которой регистры R0, R1, R2, R3, R4 фиксируют число выполнения подпрограмм обслуживания прерываний от различных источников, а аккумулятор работает в режиме двоичного счетчика:
| ORG | 00H | |
| INC | A | |
| SJMP | 0 | |
| ORG | 03H | |
| INC | R0 | |
| RETI | ||
| ORG | 0BH | |
| INC | R1 | |
| RETI | ||
| ORG | 13H | |
| INC | R2 | |
| RETI | ||
| ORG | 1BH | |
| INC | R3 | |
| RETI | ||
| ORG | 23H | |
| INC | R4 | |
| CLR | SCON.0 | |
| CLR | SCON.1 | |
| RETI |
Разрешить прерывания по входу INT0, установив в режиме окна ЕА=1 и ЕХ0=1. При работе программы в автоматическом режиме исследовать различие механизма обработки прерывания при IT0=0 и IT0=1 (по уровню и по срезу Р3.2).
Разрешить прерывания и по входу INT1. При IT0=IT1=0 установить INT0=INT1=0 и запустить программу. Почему не выполняется подпрограмма обслуживания прерываний по входу INT1? Повторить работу программы, установив в регистре приоритетов прерываний РХ1=1.
Разрешить все прерывания. Установить TR0=TR1=IT0=IT1=1. Запустить программу на выполнение. Убедиться, что периодически выполняются подпрограммы обслуживания прерываний по переполнению таймеров. Что происходит при изменении содержимого буферных регистров приемника и передатчика последовательного порта SBUF? Проимитировать внешние прерывания по входам INT0 и INT1.
Остановить выполнение программы. Установить все флаги прерываний (IE0, IE1, TF0, TF1, RI и TI). Продолжить выполнение программы в пошаговом режиме. Объяснить поведение микроконтроллера. В какой момент сбрасываются флаги IE0, IE1, TF0, TF1(при передаче управления подпрограмме обслуживания или по команде RETI)? Повторить эксперимент, установив в регистре приоритетов PS=1. Объяснить новую последовательность выполнения подпрограмм обслуживания прерываний. Что будет, если при выполнении подпрограммы обслуживания прерываний пришел запрос прерываний с большим приоритетом? Нужно ли сбрасывать программно флаги TF0, TF1, RI и TI?
5. Испытать на эмуляторе работу следующей программы, формирующей в аккумуляторе двоично-десятичный код длительности импульса (единицы и десятые доли мс) на входе INT0:
| ORG | 00H | ; RESET | |
| MOV | TH0,#156 | ; Загрузка регистров Т/С0 | |
| MOV | TL0,#0 | ||
| MOV | TMOD,#0AH | ; Настройка Т/С0 на режим 2 | |
| SJMP | M1 | ||
| ORG | 0BH | ; Вектор прерывания от Т/С0 | |
| ADD | A,#1 | ; Подпрограмма обслуживания | |
| DA | A | ; прерываний | |
| RETI | ; Возврат из подпрограммы | ||
| M1: | CLR | A | ; Очистка аккумулятора |
| MOV | IE,#82H | ;Разрешение прерываний от Т/С0 | |
| SETB | TR0 | ; Запуск таймера Т/С0 | |
| SJMP | $ | ; Зацикливание программы |
Начиная с адреса 0ВН записана подпрограмма обслуживания прерываний по таймеру Т/С0. После каждого переполнения таймера (т.е. через каждые 100 мкс при частоте кварца 12 МГц) содержимое двоично-десятичного счетчика, организованного в аккумуляторе, увеличивается на единицу. Основная программа начинается с нулевой ячейки, при выполнении обходит ячейки, занятые подпрограммой, и заканчивается командой SJMP $.
Таймер Т/С0 настраивается на режим 8-разрядного счетчика с автоперезагрузкой и возможностью аппаратного запуска логической 1 на входе INT0 (перед запуском программы на этом входе надо зафиксировать логический 0). В регистр ТН0 загружается дополнительный код числа минус 100.
Проимитировав на входе INT0 импульс длительностью 10 мс, измерить секундомером реальное время работы программы при наивысшей скорости (HI). Во сколько раз скорость воспроизведения программы с помощью эмулятора отличается от реального масштаба времени?
6. Апробировать программу, реализующую на микроконтроллере К1830ВЕ51 электронные часы с индикацией часов, минут и секунд реального времени. Все операции по решению поставленной задачи выполняет подпрограмма обслуживания прерываний. Остальное время контроллер находится в режиме зацикливания основной программы.
| Программа «Часы» |
; Начальная установка и запуск часов в 00 00 00
| ORG | 00H | ||
| MOV | P0,#0 | ; Cчетчик часов | |
| MOV | P1,#0 | ; Cчетчик минут | |
| MOV | P2,#0 | ; Cчетчик секунд | |
| MOV | R0,#100 | ; Начальная загрузка | |
| MOV | R1,#100 | ; счетчиков генератора | |
| MOV | TH1,#9CH | ; секундных импульсов | |
| MOV | TMOD,#20H | ; Т/С1 в режиме 2 | |
| MOV | IE,#88H | ; Разрешение прерываний от Т/С1 | |
| SETB | TR1 | ; Старт таймера Т/С1 | |
| MAIN: | SJMP | MAIN | ; Основная программа |
; Подпрограмма обслуживания
прерываний
| ORG | 1BH | ; Вектор прерывания | |
| DJNZ | R0,EXIT | ; Задержка в одну | |
| MOV | R0,#100 | ; секунду | |
| DJNZ | R1,EXIT | ||
| MOV | R1,#100 | ||
| JNB | T0,M1 | ; Коррекция минут | |
| JNB | T1,M2 | ; Коррекция часов | |
| MOV | A,P2 | ; Счетчик секунд | |
| ADD | A,#1 | ||
| DA | A | ||
| MOV | P2,A | ||
| CJNE | A,#60H,EXIT | ||
| MOV | |||
| M1: | MOV | A,P1 | ; Счетчик минут |
| ADD | A,#1 | ||
| DA | A | ||
| MOV | P1,A | ||
| CJNE | A,#60H,EXIT | ||
| MOV | P1,#0 | ||
| M2 | MOV | A,P0 | ; Счетчик часов |
| ADD | A,#1 | ||
| DA | A | ||
| MOV | P0,A | ||
| CJNE | A,#24H,EXIT | ||
| MOV | P0,#0 | ||
| EXIT: | RETI | ; Возврат из п/п прерываний | |
| END |
При отладке программы с помощью эмулятора ход часов замедлен. Для ускорения процессов рекомендуется в регистры R0 и R1 загружать число 3, а не 100.
После старта программы производится начальная загрузка регистров секундной задержки, а также счетчиков секунд, минут и часов. Таймер/счетчик Т/С1 настраивается на работу в режиме 2, когда TL1 работает как 8-битовый автоперезагружаемый таймер, а TH1 хранит значение, которое перезагружается в TL1 каждый раз по переполнении. Разрешаются прерывания от Т/С1, и после его запуска они происходят через каждые 100 машинных циклов (100 мкс при частоте кварца 12 МГц), вызывая выполнение подпрограммы обслуживания с начальным адресом 1ВН. Через 10000 прерываний, которые подсчитывают счетчики на регистрах R0 и R1, т.е. ежесекундно, меняется содержимое порта Р2, определяющее показания цифрового индикатора секунд.
Двоично-десятичный счетчик минут реализован c помощью порта Р1, аналогичный счетчик часов ? с помощью Р0. При включении контроллера счетчики сбрасываются и на цифровые индикаторы заносятся нули. Установка реального времени производится в определенной последовательности. Сначала держат лог. 0 на входе Т1 до тех пор, пока индикаторы покажут требуемое число часов. Затем держат лог. 0 на входе Т0 до тех пор, пока не высветятся нужные цифры минут. Коррекция осуществляется подачей секундных импульсов на счетчики часов и минут.
Оценить минимальное и максимальное время выполнения подпрограммы обслуживания прерываний.
Отчет должен содержать листинги отлаживаемых программ, ответы на контрольные вопросы и комментарии по ходу выполнения пунктов программы работы.