Отладочный модуль для микроконтроллеров серии MCS51. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Микроконтроллеры

 Комментарии к статье

Разработка устройств на микроконтроллерах (МК), как правило, осуществляется по простому плану: МК в типовом включении "обвешивается" необходимой периферией, затем пишут программное обеспечение. При этом приходится использовать различные инструментальные средства, которые берут на себя рутинную работу, оставляя программисту решение творческих задач.

Описываемое ниже устройство - "полуфабрикат" микроконтроллерной системы, инструмент для ее отладки и объект исследования одновременно. Оно предназначено для приобретения навыков программирования и отладки программ для MCS51, но может служить и как макет реальной системы, позволяя отлаживать прикладное программное обеспечение совместно с объектом управления. Имея такой модуль, разработчик будет избавлен от необходимости часто пользоваться программатором или эмулятором ПЗУ, недоступными для многих из-за высокой стоимости.

Принципиальная схема отладочного модуля для МК серии MCS51 изображена на рисунке. Большинство узлов выполнено по типовым схемам, а устройство сопряжения с последовательным портом персонального компьютера (ПК) заимствовано из прибора, описанного в статье С. Кулешова и Ю. Зауменного "Программатор микросхем ПЗУ" ("Радио", 1995, № 10, с. 22-25). К свободным выводам портов P1 и P3 микроконтроллера DD1 (на схеме они заканчиваются стрелками) можно подключать различные периферийные устройства. Вилку XP1 соединяют кабелем с розеткой одного из последовательных портов ПК, под управлением которого будет работать модуль.

(нажмите для увеличения)

После подачи напряжения питания конденсатор C3 заряжается через резистор R1. По сигналу сброса RES, формируемому элементом DD3.4, МК DD1 переходит в исходное состояние и выполняет подготовительные операции, в том числе устанавливает уровень логической 1 на всех выводах порта P3. Триггер на элементах DD3.1, DD3.2 находится в состоянии, когда его выходным сигналом установлено такое распределение памяти, что область адресов 0-7FFFH памяти программ занимает ПЗУ (DD5), а 8000H-0FFFFH - ОЗУ (DD6). Выполняется программа Монитор, находящаяся в ПЗУ. Набирая команды Монитора на клавиатуре ПК, оператор может работать с ОЗУ и периферией модуля.

Для перевода триггера в другое состояние необходимо подать с управляющего ПК описанную ниже команду Монитора RESET, которая устанавливает сигнал MOD=0. Адреса ОЗУ и ПЗУ памяти программ меняются местами и начинает работать программа, предварительно занесенная оператором в ОЗУ модуля. Это позволяет эмулировать работу реального устройства и проверять программы, оттранслированные в младшие адреса памяти, например, подготовленные для записи в ПЗУ. Кнопка SB1 служит для установки МК в исходное состояние без изменения распределения памяти. Вновь запустить Монитор можно только, нажав на кнопку SB2 или выключив и включив питание. Это позволяет в отлаживаемых программах свободно оперировать состоянием порта P3 (например, работая с периферией), не опасаясь случайно переключить распределение памяти.

Светодиод HL1 служит простейшим средством отображения информации и весьма полезен, особенно если связь с ПК по той или иной причине отсутствует. После подачи питания он мигает с частотой примерно 1 Гц, что свидетельствует о работоспособности Монитора. Стабилитрон защищает устройство от неправильной полярности или повышенного напряжения источника питания +5 В.

Программа Монитор (табл.1) обеспечивает управление модулем и его взаимодействие через последовательный порт RS-232C с ПК, из которого передаются команды и данные, необходимые для работы над конкретной задачей. Через этот же порт ПК получает и отображает на своем экране результаты работы модуля. В ПК должна быть запущена коммуникационная программа "Telemax" из широко распростран╦нной оболочки Norton Commander 5.0, "Hyper Terminal" из Windows 95 OSR2 или другая подобная. В крайнем случае можно обойтись и без специальной программы, просто посылая командой MS DOS файлы с подготовленными данными в последовательный порт ПК.

(нажмите для увеличения)

Настраивая коммуникационную программу, следует удалить строки инициализации модема, установить режимы "Локальное эхо" и "Трансляция CR/LF", при необходимости выбрать терминал ANSI и кодовую таблицу ASCII. Режим работы последовательного порта должен быть следующим: скорость - 4800 Бод, число бит на символ - 8, контроль паритета выключен, число стоп-битов - 1. Если все правильно, набираемый на клавиатуре ПК текст будет поступать в отладочный модуль, а его ответы - отображаться на экране.

Команды Монитора можно набирать как в верхнем, так и нижнем регистрах клавиатуры. Все символы должны быть в кодировке ASCII. Клавиша [BackSpace] удаляет из буфера отладочного модуля последний введ╦нный символ. Каждая команда состоит из имени и операнда. Признаком окончания имени служит символразделитель: пробел, табуляция, перевод строки или возврат каретки. Далее будем условно обозначать его символом подчеркивания (_), но вводить можно любой из названных.

Приняв разделитель, Монитор сравнивает первые четыре ранее принятых и находящихся в буфере символа с содержимым имеющейся в ПЗУ таблицы команд. Обнаружив совпадение, он запоминает адрес обработчика команды из той же таблицы и начинает при╦м операнда - одного или нескольких шестнадцатиричных чисел. Условимся, что одно- и двубайтные адреса внутренней и внешней памяти МК будут обозначены соответственно XX и XXXX, длина блока - YYYY, прочие данные - ZZ или ZZZZ. Например, XXXX,YYYY - блок внешней памяти данных, начинающийся с адреса XXXX, длиной YYYY байт. Все незначащие нули необходимо указывать. Операнд также должен закончиться разделителем, после приема которого запускается обработчик команды. Разделитель, введ╦нный в пустой буфер, игнорируется.

RESET_ ZZZZ_ - включается второй режим распределения памяти, МК приводится в исходное состояние, управление передается по адресу ZZZZ. Для нормальной работы команды требуется исправное ОЗУ.

DATA_ XXXX:_ ZZ_ [ZZ_][XXXX:_ZZ_ [ZZ_]._- вводится информация в последовательные ячейки внешней памяти данных, начиная с адреса XXXX . Квадратные скобки вводить не нужно, они лишь говорят о том, что число операндов ZZ_ может быть произвольным. Ввод данных заканчивается символом точки. В табл. 2 приведен пример использования команд DATA и RESET для ввода в ОЗУ простой программы и ее запуска.

READ_XX_ или READ_XXXX_ - читается слово (два последовательных байта) из ячеек памяти внутреннего или внешнего ОЗУ данных. Результат в виде шестнадцатиричного числа (байт по старшему адресу - первым) передается в последовательный порт.

WRITE_XX,ZZ_, WRITE_XX,ZZZZ_, WRITE_XXXX,ZZ_ или WRITE_XXXX,ZZZZ_ - записывается байт ZZ или слово ZZZZ по адресу XX или ХХХХ.

Следует иметь в виду, что команды READ и WRITE реализованы с использованием косвенной адресации, поэтому с регистрами специальных функций работать не могут. Для доступа к регистрам следует специально для каждого из них написать процедуры обмена с прямой адресацией. Примером может служить обработчик команды SPEED. Если в модуле установлен МК с 256-байтным внутренним ОЗУ, команды READ и WRITE смогут работать с его дополнительными 128 байтами по адресам 80H-0FFH.

LOAD_XXXX,YYYY_ - заполняется информацией, поступающей через последовательный порт, блок внешней памяти данных.

SAVE_XXXX,YYYY_ - в последовательный порт передается содержимое блока внешней памяти данных.

CALL_ZZZZ_ - вызывается подпрограмма, начинающаяся с адреса ZZZZ. Для возврата в Монитор она должна закончиться командой RET. На время выполнения подпрограммы прерывания запрещены.

CHECK_XXXX,YYYY_ - вычисляется контрольная сумма - младший байт суммы всех байтов блока внешней памяти данных.

FILL_XXXX,YYYY,ZZ_ - заполняется байтом ZZ область внешней памяти данных и вычисляется ее контрольная сумма.

COPY_XXXX,YYYY,ZZZZ_ или COPY_PXXXX,YYYY,ZZZZ_ - копируется по адресу ZZZZ блок внешней памяти данных. Символ P указывает, что копируемая область находится в памяти программ. Одновременно вычисляется контрольная сумма.

TEST_XXXX,YYYY_ - проверяется исправность блока внешнего ОЗУ. При отсутствии ошибок выводится сообщение "OK", в противном случае - "XXXX: YY<>ZZ", где XXXX - адрес сбойной ячейки, YY - записанное в нее, а ZZ - считанное значение. Команда не разрушает содержимого оперативной памяти.

SPEED_ZZ_ или SPEED_ZZ+_ - изменяется скорость обмена данными через последовательный порт. По умолчанию она равна 4800 Бод (определяется байтом программы Монитора по адресу 2DH). Значение, равное операнду ZZ, помещается в регистр TH1 микроконтроллера и определяет скорость работы его при╦мопередатчика. Знак плюс в операнде приводит к удвоению скорости за счет установки бита PCON.7.

Последовательный порт ПК может работать со скоростями 110, 300, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 Бод и выше. Возможность достаточно точной настройки последовательного порта МК серии MSC51 на указанные скорости зависит от частоты примененного кварцевого резонатора. Например, если она равна 12 МГц, порт может быть настроен на 300, 600, 1200, 2400 и 4800 Бод командой SPEED с операндами соответственно 98, CC, E6, F3 и F3+. Применив резонатор на 11 МГц, можно было бы достичь скорости 9600 Бод. Однако при передаче файлов МК, вероятно, не будет успевать обрабатывать поступающие со слишком высокой скоростью данные.

Описанный набор команд может быть расширен и дополнен без повторной трансляции Монитора и даже без стирания ПЗУ. Обработчик новой команды размещают в его свободной области. Имя команды (четыре первых символа в верхнем регистре) записывают, начиная с адреса 5ABH, далее следуют двубайтный адрес обработчика и байт 0FFH. Обработчик должен заканчиваться переходом по адресу 23FH.

Все упоминаемые далее однобайтные адреса ячеек относятся к внутреннему ОЗУ МК. Монитор использует банки регистров 0 и 2, а также ячейки 20H-3FH. Стек растет с адреса 50H. В свободное от приема и обработки команд время микроконтроллер непрерывно выполняет подпрограмму, находящуюся в ПЗУ по адресу, указанному в ячейках 35H и 36H. По умолчанию он равен 063H. Эта подпрограмма, периодически изменяя состояние разряда P3.4, зажигает и гасит светодиод HL1. Частота мигания зависит от содержимого ячейки 3DH. Если предполагается использовать этот разряд для других целей, следует подать команду WRITE_35,006A_.

В ячейках 37H и 38H находится адрес обработчика прерывания от последовательного порта, который фактически служит костяком Монитора и определяет его реакции на команды оператора. По умолчанию здесь записан 0, что соответствует вызову стандартного обработчика, находящегося в ПЗУ по адресу 081H.

Записав по адресу 3BH код, отличный от 0, можно активизировать функцию "Эхо". Все принимаемые через последовательный порт данные Монитор будет отсылать обратно. Это позволит выключить "Локальное эхо" в коммуникационной программе, а при необходимости - сохранить в текстовом файле все посылаемые отладочному модулю команды и его ответы на них.

Число по адресу 3AH задает паузу между приемом команды Монитором и ответом на нее, необходимую для переключения некоторых коммуникационных программ с передачи на прием (для "Telemax" этого не требуется). Оно равно длительности паузы в секундах, умноженной на 50.

Один из результатов работы команд, оперирующих блоками памяти (LOAD, SAVE, CHECK, FILL, COPY), - контрольная сумма блока, помещаемая в ячейку 39H. Ее можно использовать для контроля правильности исполнения перечисленных команд.

Монитор может непосредственно принимать создаваемые многими ассемблерами файлы формата Intel HEX. Достаточно переслать такой файл в последовательный порт ПК с помощью коммуникационной программы или просто командой MSDOS COPY <имя файла> COM2. Предварительно используемый порт (в данном случае COM2) должен быть настроен командой MODE COM2:4800,N,8,1. Информация будет записана во внешнюю память данных отладочного модуля, а в случае несовпадения контрольных сумм выдано соответствующее сообщение.

Каждая строка файла формата Intel HEX начинается символом двоеточия, за которым без пробелов следуют представленные двузначными шестнадцатиричными числами байты:

• число байтов данных, содержащихся в строке;
• старший и младший байты адреса первого из байтов данных;
• нулевой байт;
• байты данных (их число задано первым байтом строки);
• контрольная сумма
• младший байт обычной суммы всех байтов строки, взятой со знаком минус.

HEX-файл всегда завершается строкой, содержащей после двоеточия нулевые значения числа байтов данных и адреса, за которыми следуют признак последней строки (01) и контрольная сумма, равная FF. В табл.3 приведен пример такого файла, содержащего те же данные, что и вводимые командой Монитора DATA согласно табл.2.

Автор: В.Оглезнев, г.Ижевск

Смотрите другие статьи раздела Микроконтроллеры.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Дети, растущие рядом с природой, обретают крепкие кости 02.03.2026

Влияние окружающей среды на здоровье человека становится все более очевидным, особенно в детском возрасте. Новое исследование, опубликованное в журнале JAMA Network Open, показывает, что близость к природе напрямую связана с крепостью костей у детей. Ученые установили, что у детей, чьи дома окружены природными территориями в радиусе 1000 метров на 25% больше обычного, риск развития крайне низкой плотности костей снижается на 65%. Для проведения исследования были проанализированы данные более 300 детей, проживающих в городских, пригородных и сельских районах Фландрии в Бельгии. Плотность костной ткани у детей в возрасте от четырех до шести лет оценивалась с помощью ультразвуковых методов. Такой подход позволил безопасно и точно измерить состояние костей на ранних этапах формирования скелета. При анализе учитывались ключевые факторы, влияющие на рост и развитие детей: возраст, вес, рост, этническая принадлежность и уровень образования матери. На основании этих параметров исследоват ...>>

Самовосстанавливающаяся инфраструктура будущего 02.03.2026

Современные мосты и бетонные конструкции по всему миру сталкиваются с проблемой устаревания и износа. Многие сооружения, построенные до 1980-х годов, постепенно теряют свою несущую способность, что требует дорогого ремонта или полной замены. Недавние разработки ученых из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий (Empa) предлагают инновационное решение - систему укрепления бетонных конструкций с помощью "умной стали", способной самостоятельно устранять трещины и повреждения. В основе новой технологии лежит арматура из сплава на основе железа с эффектом памяти формы (Fe-SMA). Этот материал обладает уникальным свойством: при нагревании до 190-200 °C стержни стремятся вернуться к своей первоначальной конфигурации. В бетонной конструкции это создает внутреннее напряжение, которое затягивает трещины и выравнивает деформированные элементы, существенно повышая прочность и долговечность сооружений. Актуальность разработки объясняется критическим состоянием инфрастр ...>>

Поцелуи полезны для здоровья 01.03.2026

Вопрос о том, как социальные связи и близость с партнером отражаются на здоровье человека, привлекает внимание не только психологов, но и специалистов в области микробиологии. Новое исследование показывает, что совместное проживание с любимым человеком может оказывать значительное влияние на микробиом кишечника и общее самочувствие. Доктор Наоми Миддлтон, клинический психологи и эксперт по здоровью кишечника, объяснила, что все аспекты совместной жизни - поцелуи, совместное питание, физическая близость и даже просто пребывание рядом - тесно связаны с поддержанием сбалансированной кишечной микрофлоры. Она подчеркивает, что здоровье экосистемы кишечника во многом определяется социальными взаимодействиями и повседневной близостью с другими людьми. По словам Миддлтон, длительное совместное пребывание с партнером может способствовать увеличению микробного разнообразия в кишечнике, а также снижать воспалительные процессы, связанные со стрессом. Такой эффект обусловлен тем, что микробио ...>>

Случайная новость из Архива Процесс создания конденсата Бозе-Эйнштейна ускорен в 100 раз 15.12.2017 Ученые из Массачусетского технологического института нашли способ обхода ограничений процесса лазерного охлаждения, что позволило ускорить процесс создания облака конденсата Бозе-Эйнштейна в 100 раз. В новом методе для охлаждения и компрессии облака конденсата Бозе-Эйнштейна используется исключительно лазерный свет, что позволяет не только ускорить весь процесс, но и сохранить большее число исходных атомов, из которых формируется облако конденсата. Новый метод состоит из трех этапов. На первом этапе используется традиционный метод лазерного охлаждения, который охлаждает и сжимает облако до тех пор, пока сами фотоны лазерного света не начинают его нагревать. На следующем, втором этапе процесса используется так называемый метод Рамановского охлаждения, в котором два луча лазерного света охлаждают атомы до еще более низкой температуры. Параметры лучей лазеров подбираются таким образом, что кинетическая энергия атомов превращается в их же магнитную энергию. В результате этого атомы замедляются и охлаждаются до более низкой температуры, а их суммарная энергия остается, при этом, на прежнем уровне. И на третьем этапе свет еще одного лазера, нацеленного на уже достаточно холодное и сжатое облако газа, отбирает энергию от медленных атомов, охлаждая их еще глубже. При получении конденсата Бозе-Эйнштейна традиционным способом из миллиона исходных атомов получается облако, в котором насчитывается порядка 10 тысяч атомов. Новый же способ позволяет сохранить в облаке 70 процентов от начального количества атомов. Используя этом метод, ученым удалось охладить атомы рубидия до температуры от 200 микрокельвинов до 1 микрокельвина всего за 0.1 секунды, что приблизительно в 100 раз быстрее традиционного способа. В получившемся облаке конденсата Бозе-Эйнштейна содержалось 1 400 атомов, при этом, количество исходных атомов было равно всего 2 тысячам. Исследователи считают, что им удалось раскрыть только небольшую часть потенциала нового метода. В дальнейшем, за счет более тонкой настройки параметров лазерного света и других параметров можно будет добиться 1000-кратного ускорения процесса получения конденсата Бозе-Эйнштейна по сравнению с традиционным методом.

Другие интересные новости:

▪ Антенна беспроводной передачи данных 1 Тбит/с и выше

▪ Цифровой кошелек вместо бумажных и пластиковых документов

▪ Электронный шлем для водителей грузовиков

▪ Аромат розмарина улучшает память

▪ Электронные туфли-навигаторы для туристов

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Звонки и аудио-имитаторы. Подборка статей

▪ статья Муниципальное право. Шпаргалка

▪ статья Как в Древнем Риме забывали о злодеяниях преступников? Подробный ответ

▪ статья Чайный куст. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Электронный кодовый замок из четырех цифр. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Магические фотографии. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026