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:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Переработка пластика в графен с выделением чистого водорода 13.09.2023 Проблема загрязнения окружающей среды пластиковыми отходами продолжает требовать новых решений, мотивируя ученых по всему миру искать инновационные способы борьбы с этой экологической угрозой. Однако, что если пластик можно сделать ценным ресурсом, а не просто мусором? Этот вопрос пока остается открытым, но ученые из Университета Райса в США предлагают уникальное решение, которое может изменить пластиковую индустрию и сделать ее более экологически устойчивой. Группа ученых из факультета материаловедения и наноинженерии Университета Райса разработала технологию превращения пластиковых отходов в ценный графен, при этом процесс сопровождается выделением чистого водорода. Водород считается одним из потенциальных топлив будущего, так как его сжигание способно обеспечить высокий уровень энергии и породить только обычную воду в качестве побочного продукта. Это делает водород более экологически чистым по сравнению с нефтепереработкой и более удобным как автомобильное топливо по сравнению с электрическими батареями, требующими длительной зарядки. Необходимо отметить, что водород уже используется в промышленности, однако существующие методы его производства связаны с выбросами углекислого газа, и на каждую тонну водорода производится от 10 до 12 тонн углекислого газа. Новый метод, разработанный учеными, включает в себя технологию, известную как "импульсный джоулевый нагрев". Путем пропуска короткого электрического импульса через пластик, который моментально разогревается до 2,5 тысяч градусов по Цельсию благодаря сопротивлению току, атомы углерода связываются в структуру графена, а атомы водорода высвобождаются в виде чистого газа. Несмотря на потребность в дальнейшем удешевлении производства, этот метод имеет потенциал изменить игру, позволяя более эффективно перерабатывать пластиковые отходы, производить экологически чистый водород и создавать графен, стоимость которого на рынке достигает от 60 до 200 тысяч долларов за тонну. Кевин Вис, один из авторов и химик, подчеркнул: "Наш метод позволяет снизить выбросы CO2 и парниковых газов при производстве водорода на 84% по сравнению с существующими промышленными методами паровой конверсии метана". Этот подход может стать ключом к более чистой и устойчивой будущей энергетике и управлению пластиковыми отходами.

Другие интересные новости:

▪ Омолодить сердце

▪ Технология плоской камеры для смартфона

▪ Магнитные головки полируют зеленым чаем

▪ Электроэнергия из снега

▪ Процессоры Samsung с нейросетью

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электронные справочники. Подборка статей

▪ статья Суперкомпьютер. История изобретения и производства

▪ статья Почему растения поворачиваются к Солнцу? Подробный ответ

▪ статья Орехи. Советы туристу

▪ статья Химическая отбелка воска. Простые рецепты и советы

▪ статья Самоупорядочивающаяся колода. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026