Модульное программирование систем управления на MCS48. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Микроконтроллеры

 Комментарии к статье

Известно, что один и тот же микроконтроллер может управлять как сложным технологическим оборудованием, так и бытовой кофемолкой или электронными часами. Адаптация к конкретному объекту осуществляется изменением программы микроконтроллера, аппаратные средства почти не затрагиваются. Предлагаемая статья посвящена приемам программирования микроконтроллеров серии МСS48, широко используемых в системах управления различного назначения. Ее основные положения справедливы и для более современных приборов.

Разработка и модернизация программ управления значительно облегчаются, если строить их по модульному принципу. В этом случае после накопления некоторого опыта, а главное - собственной библиотеки отлаженных модулей, программирование новой системы управления (СУ) сводится к замене некоторых модулей уже действующей и отлаженной программы и, возможно, дополнении ее фрагментами, учитывающими особенности конкретной системы.

Этот принцип заложен в структуру многих языков высокого уровня (PASCAL, C++), и программист буквально вынужден ему следовать. К сожалению, АССЕМБЛЕРЫ (в том числе для МСS48), предоставляя программисту большую свободу выбора средств и методов решения задач, как правило, совсем не следят за соблюдением дисциплины программирования. Это нередко приводит к созданию настолько запутанных программ, что даже их авторы не могут спустя некоторое время разобраться в том, что было сделано, не говоря уже об использовании отлаженных фрагментов в других программах. Сознательное соблюдение общих модульных концепций значительно облегчает и ускоряет программирование микроконтроллеров. Пример типичной модульной программы для СУ приведен в таблице. Ее синтаксис соответствует табличному АССЕМБЛЕРУ ТАSМ в варианте для микропроцессора 8048.

Как видно, в начале текста программы директивами ЕQU константам даются имена и присваиваются значения. Пользоваться именованными константами всегда предпочтительнее, чем указывать числовые значения непосредственно в исполняемых командах процессора. Например, выдержка времени, реализуемая одной из рассматриваемых ниже подпрограмм, определяется тремя числами. Они заданы константами N1, N2 и N3. Если нужно изменить выдержку .достаточно в операторах ЕQU указать новые значения. В противном случае пришлось бы разыскивать во всей программе команды с операндами, равными этим числам, решать, относится ли каждая из них к выдержке времени, и в нужных случаях указывать новые значения.

Очевидно,такая работа требует много времени и часто не обходится без ошибок. Особенно усложняет ее то, что в некоторых командах может использоваться не число целиком, а, например, его старший или младший байт. АССЕМБЛЕР уже на этапе трансляции программы способен вычислить некоторые константы, исходя из значений других. Эту возможность иллюстрирует вычисление старшего (NЗН) и младшего (N3L) байтов числа N3.

Далее в программе выделяют память для переменных. Делают это теми же самыми директивами ЕQU, но в отличие от описаний констант задают не числовые значения переменных, а адреса занимаемых ими ячеек памяти.

(нажмите для увеличения)

Если позволяет АССЕМБЛЕР, не следует пренебрегать возможностью использования макрокоманд. Каждая из них представляет собой как бы новую команду, выполняющую операцию, прямо не предусмотренную системой команд процессора. Описывая макрокоманду, программист дает ей имя (конечно, не совпадающее с именем ни одной из "настоящих" команд) и задает требуемые действия в виде Последовательности машинных команд. Каждый раз, встретив макрокоманду в программе, АССЕМБЛЕР заменит ее указанной последовательностью. В рассматриваемом примере Используются две макрокоманды. Одна из них пересылает содержимое аккумулятора в заданную параметром макрокоманды ячейку памяти данных, а другая - обратно.

После включения питания (или подачи сигнала сброса) микроконтроллер начинает выполнять программу с нулевого адреса. По этому адресу обычно записывают команду безусловного перехода на действительную точку начала программы (в данном случае, на метку START). Это необходимо потому что аппаратные прерывания всегда передают управление по фиксированным адресам 3 и 7 (у микроконтроллеров других типов адреса могут быть иными, но все равно они расположены в начале памяти программ). Находящиеся по этим адресам команды безусловного перехода на подпрограммы обслуживания соответствующих прерываний основная программа должна "обойти".

Следующий этап-установка режимов работы контроллера (например, выбор банков памяти и регистров), инициализация переменных и внешних устройств. Типичная ошибка начинающих программистов - считать, что сразу после пуска программы переменные уже имеют какие-то определенные значения. Укреплению этого заблуждения способствует предусмотренное в некоторых языках высокого уровня (например, в BASIC) автоматическое присвоение всем переменным начального нулевого значения. В программах на языке АССЕМБЛЕРа (и многих других языках) программист должен сам позаботиться, чтобы до первого считывания значения переменной в отведенную ей ячейку памяти уже было что-нибудь записано. Хороший стиль программирования требует, чтобы начальные значения были присвоены переменным в самом начале работы программы. В данном случае это делает подпрограмма 1INIT.

Раздел инициализации внешних устройств обычно выглядит как поочередный вызов подпрограмм, каждая из которых приводит в исходное состояние одно из них (аналого-цифровой преобразователь, светодиодный индикатор, кнопочный пульт и т. п.) и может быть легко заменена при доработке и совершенствовании системы. Нередко эти же подпрограммы проверяют работоспособность устройств.

Далее большинство управляющих программ входит в бесконечно повторяющийся основной цикл, выполнение которого приостанавливается только для обработки прерываний. Цикл состоит из подпрограмм опроса клавиатуры и других датчиков, проверки флагов, выставляемых подпрограммами обработки прерываний (например, флага истечения заданного интервала времени или окончания работы аналого-цифрового преобразователя),обработки поступившей информации в соответствии с заданным алгоритмом управления, вывода управляющих воздействий на исполнительные устройства, вывода информации о состоянии технологического процесса на жидкокристаллическое табло или другие индикаторы. Выход из основного цикла обычно предусматривается только в аварийных ситуациях, например, если для ликвидации последствий сбоя необходимо повторить инициализацию всех переменных и внешних устройств, а также при обработке прерываний.

Таким образом, программа, построенная по модульному принципу,представля-от собой набор подпрограмм. Если в новой СУ применена, например, иная клавиатура, достаточно будет заменить подпрограмму BUTT. Для того чтобы такая замена была простой и безболезненной, следует выработать и всегда соблюдать определенные правила. Подпрограммы, по возможности, должны сохранять содержимое всех регистров контроллера, получать исходные данные и выдавать результаты работы в одних и тех же регистрах и ячейках памяти, пользоваться одной и той же кодировкой символов и т. п.

Следует бороться с естественным (особенно для программистов, преодолевших первые трудности и начинающих чувствовать себя профессионалами) стремлением упростить программу за счет отхода от строгих правил и применения нестандартных приемов. Кажущееся, на первый взгляд.неоправданным усложнение вполне окупится облегчением отладки и переработки программы в целом.

Рассмотрим некоторые особенности подпрограмм. I NCREM и DЕСRЕМ выполняют требуемые во многих случаях операции увеличения или уменьшения на заданную величину 16-разрядного двоичного числа (его старший и младший байты находятся соответственно в регистрах R6 и R5). Константы, задающие величину приращения, описаны в начале программы.

Так как любой микроконтроллер работает значительно быстрее технологического оборудования, очень важно уметь организовывать в программе выдержку времени. В данном случае использован внутренний счетчик/таймер процессора. Он имеет ограниченную емкость и переполняется за время, измеряемое миллисекундами. Каждое переполнение генерирует запрос прерывания. Подпрограмма обслуживания прерываний от таймера (ТIМЕ) подсчитывает их и при достижении заданного числа присваивает единичное значение флагу истечения времени FLT. Всем подпрограммам,работа которых зависит от времени, остается анализировать состояние этого флага. Так удается реализовать выдержки в несколько секунд и даже минут.

Для того чтобы начать отсчет нового интервала, необходимо занести исходные значения в рабочие ячейки подпрограммы ТIМЕ и включить таймер. Подпрограмма SET2М, например, задает выдержку времени, равную 2 мин. Расчет исходных значений имеет несколько тонкостей.

Известно, что в микроконтроллерах серии МСS48 на вход внутреннего счетчика/таймера импульсы поступают с частотой, в 480 раз меньшей частоты кварцевого генератора. Например, при частоте кварцевого резонатора 7 МГц число, записанное в счетчик, изменяется каждые 480/7000000 = 0,00006857 с = 68,57 мкс. Так что счетчик переполнится (и будет сформирован запрос прерывания) через 68,57 -(256-N1) мкс, где N1 -число,первоначально записанное в счетчик. Если каждый раз начинать новый счет с этого числа, то за 0,1 с (минимальная выдержка времени) произойдет N2 = 0,1 · 7000000/[1480 · (256-N1)] переполнений.

Очевидно, одну и ту же выдержку времени можно получить при разных N1 и N2, но так как эти числа не могут быть дробными, она будет реализована с некоторой ошибкой. Задача состоит в подборе такой пары значений, при которых ошибка минимальна. В рассматриваемом случае наилучший вариант N1 = 13, N2 = 6, Выдержка времени, равная 2 мин, получается повторением описанной процедуры N3 = 1200 раз.

Часто бывает необходимо в разных режимах работы программы применять разные процедуры обработки одних и тех же аппаратных прерываний. Один из способов сделать это иллюстрирует подпрограмма INTER. Она анализирует код типа прерывания, занесенный основной программой в ячейку INTT,и в зависимости от его значения вызывает одну из подпрограмм обслуживания прерывания ISR1 или ISR2. Заметим, что обе они заканчиваются командой RЕТ,а не RETR. Число вариантов обработки нетрудно увеличить и даже сделать так, что при некотором значении кода будут вызываться одна за другой несколько различных подпрограмм.

Вовсе не обязательно записывать все необходимые подпрограммы в текстовый файл основной программы. Отлаженные и неоднократно использованные в разных программах модули могут находиться в отдельных файлах и подключаться к основной программе директивами INCLUDE. Каждый включаемый файл может содержать одну или несколько подпрограмм. Недостаток такого способа заключается в том, что имена переменных, констант и меток во всех используемых модулях не должны повторяться. Лишенный этого дефекта метод раздельной трансляции модулей с последующим объединением их на уровне объектного кода, к сожалению, не поддерживается АССЕМБЛЕРОМ ТАSМ.

Автор: Д.Рыжов, г.Владимир

Смотрите другие статьи раздела Микроконтроллеры.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Орбитальное кольцо вокруг Земли 24.11.2019 Если построить кольцо вокруг Земли, кажется, что гравитация будет тянуть его к центру Земли со всех сторон с одинаковой силой, что даст кольцу "парить" над поверхностью. Но проблема заключается в неоднородности гравитационного поля Земли и в влиянии гравитационных полей соседних небесных тел. Такая конструкция будет иметь неустойчивое положение, что привело бы к ее деформации, падению и разрушению. Отсутствие стройматериалов требуемой невообразимой прочности тоже является камнем преткновения. При смещении к центру Земли одного фрагмента кольца, сила притяжения, действующая на него, возрастает, а сила, действующая на противоположную часть, уменьшается, поэтому кольцо падает, теряя устойчивость. То есть достаточно небольшого случайного колебания, чтобы вся конструкция рухнула.

Другие интересные новости:

▪ Эффективный способ борьбы с комарами

▪ Влияние стресса на структуру мозга

▪ Альтернатива пенопласту

▪ Новый Кубик Рубика сам научит себя собирать

▪ Определение спелости с помощью нейронных сетей

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Основы первой медицинской помощи (ОПМП). Подборка статей

▪ статья Водой не разольешь. Крылатое выражение

▪ статья Где был распространен обычай самосожжения женщин? Подробный ответ

▪ статья Немного солнца в ведре воды. Детская научная лаборатория

▪ статья Узлы радиолюбительской техники. Кварцевые фильтры. Справочник

▪ статья Защита электрических сетей напряжением до 1 кВ. Область применения, определения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026