MIC29004-2013-2

Microprocessadores: Diário de Aula 2013-2

Professor: Roberto de Matos
Encontros: 4ª feira 9:40 e 6ª feira 9:40
Atendimento paralelo: 4ª feira das 13:30 às 15:20.

• Ementa e referências bibliográficas

• Conceitos.

Slides

• Slides Histórico
• Arquitetura e IAS
• Microcontrolador e 8051

Listas de Exercício

• 1ª Lista de Exercícios: Arquitetura de Processadores
• 2ª Lista de Exercícios: Microcontrolador 8051

Aula 16/08: Apresentação

• Apresentação do professor.
• Apresentação dos alunos: Nome, perfil, preferências, etc.
• Apresentação da disciplina: conteúdo, bibliografia e avaliação.
• Aula Introdutória: Projetos práticos com Microcontroladores

Aula 21/08: Histórico

• Evolução dos processadores

Aula 23/08: Introdução a Arquitetura de Computadores

• Introdução a Arquitetura de Computadores
• Conceito de Processador (Unidade de Controle + Unidade de Processamento)
• Memória, Registradores, Barramentos

Aula 28/08: IAS

• Arquitetura Von Neumann
• Arquitetura IAS
• Execução de um Programa (Acesso a memória, Registradores Internos, Sinais de Controle)
• Assembly IAS (Classes de Instruções)

Aula 30/08: Não Houve Aula

• Paralisação

Aula 04/09: IAS Sim

Objetivo

Ao final da aula o aluno deverá:

• Entender na prática a organização da memória do IAS e a diferença na representação de instruções e dados.
• Se familiarizar com o simulador acadêmico IAS Sim (rodar o simulador, carregar programa, janela de memória, registradores, etc.)
• Conseguir criar e executar um programa simples em Assembly.

Memória IAS

Instalação

• Link Download:

http://www.cs.colby.edu/djskrien/IASSim/IASSim2.0.4.zip

• Rodar no Linux:

java -cp IASSim2.0.4.jar:jhall.jar:IASSimHelp2.0.jar iassim.Main -m IAS.cpu

Exercício: Instruções de Transferência e Aritméticas

• Instruções com Opcode 1 a 12, 17, 20 e 21 do conjunto de instruções

• Faça um programa que execute o seguinte conjunto de instruções:

g = 3; h = 5; i = 2; j = 1; f = (g+h) – (i+j); </syntaxhighlight>

• Solução:

S(x)->Ac+ g S(x)->Ah+ h S(x)->Ah- i S(x)->Ah- j At->S(x) f halt

g: .data 3 h: .data 5 i: .data 2 j: .data 1 f: .data 0 </syntaxhighlight>

Aula 06/09: IAS Sim (continuação)

Estrutura do IAS

Registradores IAS Sim

Registradores "Visíveis" ao programador:

• Accumulator (AC)
• Arithmetic Register (AR)

Registradores internos:

• Control Counter (CC): Contador de Programa.
• Control Register (CR): Instrução em execução.
• Function Table Register (FR): Opcode em execução.
• Memory Address Register (MAR): Posição de memória que sofrerá ação do Opcode.
• Selectron Register (SR): O valor lido ou escrito na memória.

Exercício: Instruções de Desvio

• Instruções com Opcode 13 a 16 do conjunto de instruções

• Reproduza cada um dos seguintes programas para assembly, atribuindo às variáveis valores que lhe permitam testar o seu programa.

a) if (a>=b) b=b+1;

b) if (a>b) a=a+1;

c) if (a==b) a=a+1;

d) Adicione "else" nos exercícios anteriores.

e) a=0;c=5;

  while (a<c){

a=a+1;

  }

f) a=0;

  for (i=0; i<5 ;i++){

a=a-1;

  }

</syntaxhighlight>

Exercício: Instruções para modificação de Instrução

• Instruções com Opcode 18 a 19 do conjunto de instruções

• Faça um programa que contenha o vector v = {1,2,3,4,5} na memória e substitua todos os elementos pelo seu dobro.

Aula 11/09: IAS Sim (continuação)

• Problemas na rede de computadores
• Correção do último Exercício
• Detecção de problema na compreensão da estrutura de memória (Revisão Próxima Aula)

Aula 13/09: Revisão IAS

Aula 18/09: Microcontroladores

• Microcontrolador vs Microprocessador
• Aplicações
• Limitações

Aula 20/09: 8051

• Introdução
• Arquitetura Interna
• Memória

Aula 25/09: Modos de Endereçamento 8051

• Instruction Set

• Endereçamento por Registrador
• Endereçamento Imediato (#)
• Endereçamento Direto
  • IDATA
• Endereçamento Indireto (@)
  • IDATA
  • XDATA
  • CODE

Aula 27/09: MCU8051IDE – Exercícios IDATA

• Prática com o MCU8051IDE.

Exemplo

INSTRUÇÕES DO 8051

mov 20h,#30h ;Ender. Imediato (valor constante esta' no opcode) mov 30h,#07ah ;Ender. Imediato (valor constante esta' no opcode) mov r0,30h ;Ender. Direto (operando especifica ENDERECO de 8 bits da RAM interna)

mov a,r0 ;Ender. via registrador (opcode contem 3 bits indicando qual registrador usar) mov a,20h ;Ender. Direto (operando especifica ENDERECO de 8 bits da RAM interna) mov a,#20h ;Ender. Imediato (valor constante esta' no opcode) mov a,@r0 ;Ender. Indireto (registrador R0, R1, contem endereco do operando)

mov dptr,#tabela ;Ender. Imediato (valor constante esta' no opcode)

tabela: db 10h,20h,30h,0BBh,0AAh

end

</syntaxhighlight>

Exercícios

Endereçamento direto da IDATA

• Construir um trecho de código para colocar a mensagem "ALO" na memória RAM interna, a partir do endereço 30H. Usar endereçamento imediato e direto.
• Construir um trecho de código para copiar 5 bytes consecutivos da memória RAM interna a partir do endereço 50H para um destino a partir de 42H. Usar somente endereçamento direto e por registrador.
• Repetir o exercício anterior usando somente endereço direto.

Aula 02/10: Exercícios IDATA (cont.)

Endereçamento indireto da IDATA

• Copiar 5 bytes consecutivos de uma área interna de memória de dados, a partir da posição 40H para a posição 66H. Usar endereçamento indireto e imediato.

Aula 04/10: Exercícios XDATA

Endereçamento indireto da XDATA

• Zerar as posições de memória RAM externa (XDATA) de número 80FFH, 9765H e FEA5H.
• Colocar a mensagem "ALO" nas posições de memória externa de dados 0670h,0671h e 0672h.
• Copiar os bytes das posições 4654H, 7687H e FADEH da XDATA para as posições 0000H, 0005H e A000H respectivamente.

Aula 09/10: Avaliação

Aula 11/10: Exercícios CODE

• Instrução do montador: ORG, DB, end

Endereçamento indexado do CODE

• Uma mensagem "ALO" foi gravada na área CODE a partir da posição de memória 5465H. Copie esta mensagem para a área de memória interna de dados, a partir das posições 76H.
• Repetir o exercício anterior mas agora copiando para a RAM externa de dados para um destino a partir de F555H.

Aula 18/10: Correção da Avaliação

• Correção da Avaliação.
• Introdução as instruções de desvio e loop.
  • Desvio Incondicional:
    • AJMP adr11
    • LJMP adr16
    • SJMP Rel
    • JMP @A+DPTR
  • Desvio Condicional:
    • JZ rel
    • JNZ rel
    • CJNE A, direto ,rel
    • CJNE A, #data ,rel
    • CJNE Rn,#data ,rel
    • CJNE Ri,#data ,rel
  • Desvio baseado em bits:
    • JC rel
    • JNC rel
    • JB bit, rel
    • JNB bit, rel
    • JBC bit, rel
  • Loop:
    • DJNZ Rn, rel
    • DJNZ direto, rel
• Endereçamento:
  • adr16 –> endereço de 16 bits (endereça 64 KB)
  • adr11 –> endereço de 11 bits (endereça 2 KB)
  • rel –> deslocamento relativo (complemento a 2: -128 a +127)

Aula 19/10: Aula Sábado – Exercícios de Instruções de Desvio

• Assumindo que alfa é o registrador A e beta é um dado armazenado em 20H. Mapear em assembly as seguintes estruturas decisórias:

if (alfa==beta) {

       /* bloco1 */

} else {

       /* bloco2 */

} </syntaxhighlight>

if (alfa>=beta) {

       /* bloco1 */

} else {

       /* bloco2 */

} </syntaxhighlight>

if (alfa>beta) {

       /* bloco1 */

} else {

       /* bloco2 */

} </syntaxhighlight>

• Construir uma estrutura equivalente a um "for"conforme mostrado abaixo. Use o acumulador como variável de controle.

for (i=5;i<100;i++) {

 /* bloco */

} </syntaxhighlight>

• Construir uma estrutura em assembly equivalente a um comando case do C;

• Faça um programa que escreva os números de 1 a 15H na memória interna de dados a partir do endereço 50H e na memória externa de dados a partir do endereço 2200H. Utilize modo de endereçamento indireto para escrita nas duas regiões de memória.

• Faça um programa que copie os dados da região de memória de dados externa de 2100H a 210FH para a região de memória de dados externa que inicia em 2300H.

• Faça um programa que copie os dados da área de memória de programa que devem estar armazenados a partir do endereço "TAB:" para a memória interna de dados a partir do endereço 30H. A seqüência de dados na memória de programa deve ser finalizada com o código 00. O programa deve contar o número de dados da seqüência, menos o último valor = 00, e armazenar o resultado no endereço 20h da RAM interna.

Aula 23/10: NÃO HOUVE AULA

Aula 25/10: Aula trocada com o Prof. Tiago

• Reposição no dia 18/11 (segunda-feira)

Aula 30/10: Fluxograma, Pseudo-Instruções, Pilha e Subrotinas

Aula 01/11: Exercícios Pilha e Subrotinas

• Exemplo: Uma subrotina para zerar n posições de memória RAM interna onde n é passado como parâmetro em R0 e o início da área em R1.

Zerar_N:

   mov @R1,#00
   inc R1
   djnz R0,Zerar_N
   ret

</syntaxhighlight> Uso:

 :
 mov R0,#10
 mov R1,#30h
 lcall Zerar_N
 :
 mov R0,#20
 mov R1,#60h
 lcall Zerar_N

</syntaxhighlight>

Roteiro

PARTE 1

• Implementar o seguinte programa:

       mov A,#65H
       mov B,#87H
       push ACC
       push B
       mov A,#00H
       mov B,#00H        
       pop B
       pop ACC

loop: sjmp loop

       END

</syntaxhighlight>

• Execute passo a passo no simulador. Antes de executar a primeira instrução observe o valor do registrador SP;
• Execute passo a passo até a execução do push ACC. Verifique o valor de SP e da área 08H da IDATA;
• Execute a próxima instrução e as que se seguem observando a evolução do SP e da IDATA;

PARTE 2

• Construa e assemble o seguinte programa:

     ORG 0000H

main: ljmp ponto1

     ORG 01E5H

ponto1:

      mov R0,#55H
      mov R1,#5
      acall setar_mem
      mov R0,#77H
      mov R1,#10
      acall setar_mem

loop: sjmp loop

      ORG 0315h

setar_mem:

      mov @R0,#0FFh
      inc R0
      djnz R1,setar_mem
      ret
      END

</syntaxhighlight>

• Observe o valor do PC e execute o ljmp. O que aconteceu com o PC?
• Execute até a instrução acall. Observe o valor do PC e do SP neste momento. Execute a instrução e verifique novamente o valor do PC. O que ocorreu?
• Observe o estado da pilha. Que valores foram empurrados para a pilha?
• Execute a subrotina até o ret (exclusive). Olhe para SP e IDATA. Execute o ret. O que aconteceu?

PARTE 3

• Construa uma subrotina para copiar uma string terminada em 0 que está armazenada na área de código (CODE) para uma área da XDATA. Passar o ponteiro para a área CODE em DPTR e para a área XDATA em R1R0. Salve na entrada da subrotina os registradores que serão modificados. Teste no simulador. Use o esqueleto de programa colocado a seguir:

main:

       mov DPTR,#str1
       mov R1,#55H
       mov R0,#0fdh
       lcall copiar_str

loop: sjmp loop

copiar_str:

       ret

str1: db 'IFSC',0

       END

</syntaxhighlight>

OBS.: Use a instrução movc A,@A+DPTR para ler da área de código. Use instruções do tipo mov DPH,R0 ou mov DPL,R1 para colocar valores no DPTR a partir registradores de 8 bits.

Exercícios

1. Faça uma subrotina para copiar n posições de memória RAM interna para outra área da RAM interna. Passe os parâmetros em R0, R1 e R2.
2. Implemente uma subrotina para concatenar duas strings terminadas em 0 que estão na área CODE (ponteiros em DPTR e R1R0) para a área IDATA (ponteiro em R2).
3. Se a pilha for inicializada para o começo da memória RAM interna endereçável por byte (SP=2FH). Quantas chamadas aninhadas de subrotina é possível?

Aula 06/11: Portas Paralelas

• Conceitos arquiteturais
• Exercícios

Exercícios

1. Construir um programa para ler um código de 8 bits da porta P1 e acionar um relé pela porta P2.0 se o código for correto. Supor existência de uma subrotina esc_liberado_acesso e esc_acesso_negado. Use o bit P2.0 para validar a entrada do código.
2. Faça um programa que possui uma chave como entrada. Se a chave estiver ON o conteúdo do registrador A é continuamente rotacionado a esquerda, caso contrário continuamente rotacionado a direita.
3. Modifique o exercício para externar o conteúdo de A em uma porta que controla LEDs.

Aula 08/11: Interrupção

• Conceitos gerais
• Conceitos arquiteturais do 8051
• Exercícios

Exercícios

1. Faça um programa que aceite int0 (acionada por borda). Quando a int0 for acionada, escrever na porta P1, caractere por caractere, a cadeia de 16 caracteres: ‘Microcontrolador’.
2. Conceber um programa que controla o acionamento de uma bomba d'água que enche um tanque. Existem sensores para detectar um nível mínimo e um nível máximo. Quando a água chega em um nível máximo a bomba deve ser desligada e quando chega a um nível mínimo a bomba deve ser ligada.

Aula 13/11: Timer/Contador

• Conceitos gerais
• Conceitos arquiteturais do 8051
• Exercícios

• Exemplo:

delay: clr TR0 ;garante que timer esteja parado clr TF0 ;garante que flag de estouro esteja zerado mov TMOD,#00000001b ;configura timer0 para modo 0, sem controle externo mov TH0,#D8h ;\ mov TL0,#F0 ;/ => configura timer0 com D8F0h setb TR0 ;liga timer0 loop: jnb TF0,loop ;espera que timer0 estoure clr TR0 ;para o timer0 clr TF0 ;zera TF0 - note que nao eh zerado de forma automática ret </syntaxhighlight>

Exercícios

1. Construir uma subrotina que realiza um retardo de 50ms. Suponha clock de 12Mhz.
2. Construir uma subrotina para aguardar 1s, usando a rotina de retardo de 50 ms.
3. Construir uma subrotina que aguarda por N segundos, passando N no registrador A.
4. Acender um led na freqüência de 10 Hz. Use interrupção.
5. Acender um led na freqüência de 1 Hz. Use interrupção.

Aula 20/11: Viagem Turma

• Atendimento paralelo

Aula 22/11: Viagem Turma

• Atendimento paralelo

Aula 27/11: Exercícios e Apoio Trabalho Final

1. Faça uma subrotina em assembly para programar o timer 0 do 8051 para que funcione com as seguintes características: modo 1, controle externo de contagem e funcionamento como temporizador. O timer 1 não pode ser desprogramado.
2. Programe o timer 0 para recarga automática e que estoure a cada 10ms (suponha clock de 12Mhz). Prepare uma rotina de interrupção que entra a cada estouro deste timer e que complemente a porta P1.0.
3. Faça duas subrotinas (coloque-as nos endereços corretos) associadas as interrupções externas 0 e 1. Um botão aciona a interrupção externa 0 e acende um LED ligado a porta P1.0. Outro botão, associado a interrupção 1 apaga o LED. Prepare uma subrotina para iniciar estas duas interrupções.
4. Estude o programa de controle da bomba proposto na aula de interrupções. Proponha uma modificação de forma que a bomba, após ligada, permaneça liga no máximo por 1 minuto.
5. Proponha uma solução para construir um flip-flop tipo D usando interrupção para detecção da borda do CLK.

Controle Fermentador Cerveja

• Equipe: Flávia e Elton

Propeller Dilsplay

• Equipe: Thiago Bonotto e Bruno

Demultiplexador de Objetos para Esteira Industriais

• Equipe: Thiago Werner, Marcus e Leonan

Controle de Acesso

• Equipe: Gustavo, Jean e Danilo

Leitor Código de Barra

• Equipe: Letícia e Tamara

Cronometro

• Equipe: Ernani

Aula 29/11: Serial

• Comunicação Paralela vs. Serial
• Comunicação Assíncrona vs. Síncrona
• Tipos de Canal (Simplex, Half-Duplex e Full-Duplex)
• Conceitos da Serial do 8051
• Exemplos

Transmissão e recepção por polling

• O programa a seguir transmite uma mensagem armazenada a partir do endereço "texto":

       org 0h

main:

       acall init_uart
       acall envia_texto

final: sjmp final

inicia a uart para baudrate 9600

init_uart:

       mov TMOD,#00100000b ; timer 1 em modo 2
       mov TH1, #0FDh      ; baudrate 9600
       setb  TR1           ; liga timer 1
       mov SCON,#01010000b ; porta serial modo 1
       clr TI              ; para garantir clear TI mas nao eh necessario
       ret

envia mensagem texto

envia_texto:

       mov DPTR,#texto

tx_msg: mov A,#0

       movc A,@A+DPTR
       acall envia_car
       inc DPTR
       jnz tx_msg

fim_tx: ret

envia um caracter

envia_car:

       mov SBUF,A

loop: jnb TI,loop

       clr TI
       ret

texto: db "Alo Mundo"

       END

</syntaxhighlight>

• O programa a seguir recebe uma mensagem:

buff_rec EQU 30h

       org 0h

main:

       acall init_uart
       acall recebe_texto

final: sjmp final

recebe_texto:

       push R0
       push A
       mov R0,#buff_rec

receber:

       acall rec_car
       mov @R0,A
       inc R0
       jnz A,receber
       pop A
       pop R0
       ret

rec_car: loop: jnb RI,loop

       clr RI
       mov A,SBUF
       ret

       END

</syntaxhighlight>

Usando Interrupção

O programa a seguir recebe a mensagem por interupção:

\tasm buff_rec EQU 30h

       org 0h
       ljmp main
       org 23h
       ljmp handler_tx
       org 100h

main:

       acall init_uart
       mov  IE,#10010000b
       mov R0,#buff_rec

loop: sjmp loop

handler_tx:

       push A
       jnb RI,fim_int ;testa se a interrupcao eh recepcao
       mov A,SBUF
       mov @R0,SBUF
       inc R0

fim_int:

       pop A
       iret        

</syntaxhighlight>

Aula 04/12: Trabalho Final

Aula 06/12: Trabalho Final

Aula 11/12: Trabalho Final

Aula 13/12: Prova

• 2ª Lista de Exercícios: Microcontrolador 8051

Aula 18/12: Recuperação e Apresentação do Trabalho Final