MIC-2013-1-CST Introdução aos Microcoprocessadores

DADOS GERAIS DA DISCIPLINA

• Professor: Eraldo Silveira e Silva (email: eraldo@ifsc.edu.br)
• Plano de Ensino 2013-1

Cronograma

AULA	DATA	Descriçao
1	2/4/2013
2	9/4/2013

AULA 1 - Dia 22/04/2013

OBS: aula improvisada pelo fato de ter sido repassada na última sexta.

Objetivos

• apresentar os objetivos da disciplina
• trabalhar memórias na forma de diagrama em blocos
• apresentar barramentos de endereço/dados/controle
• diferenciar conteúdo de endereço de memória;
• apresentar o procedimento de acesso para escrita e para a leitura;
• apresentar um diagrama de tempo simplificado de acesso a memória;
• apresentar a CPU/microcontrolador como a "entidade" que acessa a memória

Diagrama em blocos da memória e barramentos

No diagrama abaixo está representado um bloco de memória primária de 16x8 (dezesseis endereços por 8 bits).

• Note que uma posição de memória pode ser vista como uma caixa que possue um endereço e um conteúdo.
• O conteúdo associado a posição de memória é uma palavra binária e, neste caso, possui 8 bits.

ou

Para que us dispositivo externo possa "acessar" a memória para leitura ou escrita, ele deve se utilizar de um conjunto de fios que chamamos de barramentos.

Barramento de Endereços

Este barramento permite determinar o endereço de uma posição a ser acessada na memória. Um barramento de 4 linhas de endereço é designado por A3,A2,A1 e A0.

Supondo uma memória com endereços designados da forma hexadecimal de 0h a Fh. Supondo que A3 seja associado ao bit mais significativo e A0 ao bit menos significativo. Então, para acessar a posição Bh de memória, deve-se injetar A3=1, A2=0, A1=1 e A0=1. Note que $B_{h}=1011_{b}$

O termo "injetar" significa aqui que um dispositivo externo deve forçar tensão nas linhas do barramento. Esta tensão depende da tecnologia utilizada. Poderia ser, por exemplo, 5V para o nível lógico 1 e 0V par ao nível lógico 0.,

Diagrama de Tempo - Acesso para escrita

AULA 2

Objetivos

• apresentar, através de um exercício, um sistema hipotético de microprocessamento;
• desenvolver a noção do que é a linguagem de máquina e do que é linguagem assembly;

Sistema de microprocessamento hipotético

Seja um sistema hipotético de processamento com os seguintes componentes:

Uma CPU contendo:

• Unidade de Controle;
• Unidade Lógica e Aritmética;
• Registradores:
  • Registrador de Instrução (IR) de palavra de 6 bits: Armazena a instrução que será executada pela CPU;
  • Contador de Programa (PC) de palavra de 4 bits: Armazena o endereço da próxima instrução a ser executada;
  • Registrador A e Registrador B, ambos de 6 bits: Registros temporários para transferência de dados da memória e operações de lógica e aritmética.
• Barramentos:
  • Barramento de Dados - 6 bits : D5, D4, D3, D2, D1, D0.
  • Barramento de Endereço - 4 bits : A3, A2, A1, A0.
  • Barramento de Controle:
    • WR - Escrever RAM (memória de dados);
    • RD - Ler RAM (memória de dados);
    • PSEN - Ler ROM (memória de programa)
• Memória externa de Dados: 16 posições de 6 bits;
• Memória externa de Programa: 16 posições de 6 bits;

\section{Conjunto de Intruções do Sistema Hipotético}

\begin{table}[h] \caption{Conjunto de Intruções} \begin{tabular} {|p{1.5cm}|c|p{10cm}|l|} \hline % Código & tam & Descrição & Mnemônico\\ \hline % 00\small{XXXX} & 1 & Ler endereço \small{XXXX} da memória de dados para acumulador A. & MOV A,direto \\ 01\small{XXXX} & 1 & Escrever no endereço \small{XXXX} da memória de dados o valor do acumulador A. & MOV direto,A \\ 100000 & 1 & Somar acumulador A com registrador B e colocar resultado em A. & ADD A,B \\ 100001 & 1 & Decrementar acumulador A. & DEC A \\ 100010 & 1 & Mover o conteúdo do acumulador A para o registrador B. & MOV B,A \\ 100011 & 1 & Subtrair o valor do registrador B do acumulador A e colocar resultado em A & SUBB A,B \\ 100100 & 1 & Parar o microprocessador & HALT \\ 100101 \small{YYYYYY} & 2 & Mover o dado imediato \small{YYYYYY} (armazenado na memória de programa) para o acumulador A & MOV A,\#dado6 \\ 11\small{XXXX} & 1 & Saltar (JUMP) para o endereço \small{XXXX} da memória de programa se acumulador A for diferente de 0. & JNZ direto \\ \hline % \end{tabular} \end{table}

\section{Executando um programa}

Considere a memoria de programa com o seguinte código:

\begin{table}[h] \caption{Conteúdo da Memória de Programa} \begin{tabular} {|c|c|p{8cm}|l|} \hline % Endereço & Conteúdo & Descrição & Mnemônico\\ \hline % 0H & 000001 & Movimenta conteúdo lido da posição 0001 da memória de dados para o registrador A & MOV A,1H \\ 1H & 100010 & Move o conteúdo do registrador A para o registrador B & MOV B,A \\ 2H & 000010 & Movimenta conteúdo lido da posição 0010 da memória de dados para o registrador A & MOV A,2H \\ 3H & 100011 & Subtrair o valor do registrador B do acumulador A e colocar resultado em A. & SUBB A,B \\ 4H &110011 & Saltar (JUMP) para o endereço 0011 da memória de programa se acumulador A for diferente de 0. & JNZ 3H\\ 5H & 010000 & Escrever no endereço 0000 da memória de dados o valor do acumulador A. & MOV 0H,A\\ 6H & 100100 & Parar o microprocessador & HALT \\ \hline % \end{tabular} \end{table}

Preencha a taebela conforme a execução do programa:

\begin{table}[h] \caption{Conteúdo dos principais registros a cada passo do programa exemplo} \begin{tabular} {|c|c|c|c|c|c|c|c|c|} \hline % passo & IR & A & B & PC & RAM 0000 & RAM 0001 & RAM 0010 & RAM 0011\\ \hline % 0 & 000000 & 000000 & 000000 & 0000 & 000111 & 000001 & 000011 & 000010\\ \hline % 1&&&&&&&&\\ \hline % 2&&&&&&&&\\ \hline % 3&&&&&&&&\\ \hline % 4&&&&&&&&\\ \hline % 5&&&&&&&&\\ \hline % 6&&&&&&&&\\ \hline % 7&&&&&&&&\\ \hline % 8&&&&&&&&\\ \hline % 9&&&&&&&&\\ \hline % 10&&&&&&&&\\ \hline % 11&&&&&&&&\\ \hline % 12&&&&&&&&\\ \hline %

As condições de ``reset do sistem são as seguintes: Registros A, B, PC e IR são zerados.

A CPU executará eternamente a sequência:\textbf{ ciclo de busca} e \textbf{ciclo de execução de instrução}. O ciclo de busca consiste basicamente em: \begin{enumerate}

\item Colocar o endereço do PC no Barramento de Endereços;
\item Enviar o controle de leitura $\overline{PSEN}$ para Memória de Programa;
\item Ler a instrução do Barramento de Dados através da aplicação de
um comando de escrita no Registrador de Instrução (IR);
\item Incrementar o PC em função do número de palavras da instrução.

\end{enumerate}

O ciclo de execução é basicamente a decoficação da instrução que está no Registrador de Instrução (IR), atualizando os registros ou dados da memória, dependendo da instrução em questão.

AULA 5

Objetivos

Os alunoss deverão ser capazes de:

• enumerar as principais característcias do microcontrolador 8051;
• desenvolver pequenos programas de movimentação de dados entre registradores,memória de código, memória interna e memória externa;

Material de Aula

Arquitetura8051

Apostila Prof.Branco

AULA 6 - Dia 13/05/2013

Simulador MCU8051IDE

Ver detalhes do simulador MCU8051IDE aqui.

Exercícios no simulador

1. Implementar um código para copiar o bloco de memória de 40h-4Fh para 60-6Fh usando movimentação indireta. Usar R0 e R1 e também a instrução incrementa Rn (INC R0 e INC R1).

AULA 7 - Dia 14/05/2013

Instruções de Movimentação Externa de Dados

Intsruções úteis:

  movx A,@dptr
  movx @dptr,A
  inc dptr
  mov dptr,#imediato

</syntaxhighlight>

Exemplo:

Exercícios

1. Colocar a mensagem "ALO" nas posições de memória externa de dados 0670h,0671h e 0672h.
   
2. Copiar o bloco de memória externa de dados das posições 1800h-1804h para as posições de memória externa 0000h-0004h.

AULA 8 - Dia 20/05/2013

Objetivo

• Instruções de Movimentação Dados da Área de Código
• Instruções de Jump Condicional para Controlar Loops
• Exercícios

Material de Apoio

Media:Aula8-ModosEndereçamento-Exercícios.pdf

Exercício 1

Considere o código abaixo.

inicio:

loop: jmp loop

msg1:

       db 'ALO IFSC'

</syntaxhighlight>

Inserir um código para ler a a cadeia 'ALO' para as posições de memória RAM interna 60h,61h e 62h.

SOLUÇÃO:

inicio:

       mov dptr, #msg1
       mov a,#00h
       movc a,@a+dptr
       mov  60h,a

       mov a,#01h
       movc a,@a+dptr
       mov  61h,a

       mov a,#02h
       movc a,@a+dptr
       mov  62h,a
             

loop: jmp loop

msg1:

       db 'ALO IFSC'

</syntaxhighlight>

Exercício 2

Ainda com relação ao código original do exercício anterior. Implementar um código para copiar a cadeia IFSC para as posições de memória RAM externa de dados 1000h,1001h,1002h e 1003h.

       .  

inicio:

       mov dptr,#msg1
       mov a,#4

movc a,@a+dptr mov dptr,#1000h movx @dptr, a

       mov dptr,#msg1
       mov a,#5

movc a,@a+dptr mov dptr,#1001h movx @dptr, a

       mov dptr,#msg1
       mov a,#6

movc a,@a+dptr mov dptr,#1002h movx @dptr, a

       mov dptr,#msg1
       mov a,#7

movc a,@a+dptr mov dptr,#1003h movx @dptr, a

msg1: db 'ALO IFSC'

loop: jmp loop </syntaxhighlight>

Exercício 3

Considere o código abaixo. inicio:

loop: jmp loop

msg1:

       db 'ALO IFSC',0

</syntaxhighlight> Implementar um código para copiar toda a mensagem iniciada em msg1 para uma área de memória interna iniciada em E0h. OBS: Use o fato de que existe um 0 marcador de final de mensagem.

Exercício 4

Implementar uma função de boot (início de sistema) que zera as posições de memória ram interna de 40 a 7f usando movimentação indireta, e de ram externa de dados 0000h a 00ffh. Use a instrução cjne para elaborar loops que realizam as tarefas repetitivas.

Exercício 5

Seja o código abaixo:

inicio:

loop: jmp loop

msg1:

       db 'ALO IFSC',0

</syntaxhighlight>

Observe que a msg 1 é terminada com o byte 0. Sabendo disto, elabore um código para copiar a msg1 para a RAM externa posição inicial 0600h, usando a instrução cjne.

Exercício 6

Considere o programa:

boot:

inicio:

   mov A,#55h
   mov dptr,#0e00h
   movx @dptr,a

fim:

   jmp fim

</syntaxhighlight>

Acrescente um código de boot que copia o código a partir do label inicio para a ram externa de dados, a partir da posição 0e000h.

AULA 8 - Dia 20/05/2013

Objetivo

• uso de instrução cjne para elanborar loops

Exercício 1

Iniciar um bloco de memória RAM interna de 50h até 7fh com o valor E5h.

Solução:

       .

mov A,#0E5h mov R0,#50h inicio: mov @R0,A inc R0 cjne R0,#80h,inicio

loop: jmp loop </syntaxhighlight>

Exercício 2

Copiar um bloco de memória RAM interna de 40h-7f para 20-5F usando move indireto. Sugestão: usar R0 e R1.

       .

mov R0,#40h mov R1,#20h loop1:

       mov A,@R0
       mov @R1,A
       inc R0
       inc R1
       cjne R0,#80h,loop1

loop: jmp loop </syntaxhighlight>

AULA 9 - Dia 27/05/2013

Objetivo

• Instruções de movimentação de byte para as portas
• instruções de loop condicional cjne
• representação de palavras binárias em binário, hexadecimal e decimal

Exercício 1

Piscar 8 vezes o led da posição P1.0 e depois 8 vezes o LED da posição P1.7. Colocar tudo em um loop infinito. Use cjne A,imediato, label

       .         

inicio:

       mov A,#8

loop1: mov P1,#0FEh mov P1,#0FFH dec A cjne A,#00,loop1

       mov A,#8

loop2: mov P1,#01111111b mov P1,#11111111b dec A cjne A,#00,loop2

ljmp inicio </syntaxhighlight>

Exercício 2

Piscar 8 vezes o led da posição P1.0 e depois 8 vezes o LED da posição P1.7. Colocar tudo em um loop infinito. Use de cjne A,direto, label

inicio:

       mov 50h,#8

loop_main:

       mov A,#0

loop1: mov P1,#0FEh mov P1,#0FFH inc A cjne A,50h,loop1

       mov A,#0

loop2: mov P1,#01111111b mov P1,#11111111b inc A cjne A,50h,loop2

ljmp loop_main </syntaxhighlight>

Exercício 3

Piscar 8 vezes o led da posição P1.0 e depois 8 vezes o LED da posição P1.7. Colocar tudo em um loop infinito. Use de cjne @R0,imediato, label

inicio:

       mov R0,#50h

loop_main:

       mov @R0,#0

loop1: mov P1,#0FEh mov P1,#0FFH inc @R0 cjne @R0,#8,loop1

       mov @R0,#0

loop2: mov P1,#01111111b mov P1,#11111111b inc @R0 cjne @R0,#8,loop2

ljmp loop_main </syntaxhighlight>

AULA 10 - Dia 3/06/2013

Objetivo

• Instruções de jump condicional controladas por bit
• Instruções de set, clear bit
• Operações lógicas com bit.
• Registradores com acesso por bit e byte

Instruções de Salto Condicional a um BIT

Observe o exemplo abaixo. A instrução jb testa o estado de um bit (um pino da porta externa P2) e salta se estiver 1. Nos códigos de pisca LED são usadas as instruções setb e clr que permitem setar e resetar bit respectivamente.

. inicio: mov P2,#0FFh loop: jb P2.0,pisca1 jb P2.1,pisca2 sjmp loop

pisca1: clr P1.0 setb P1.0 sjmp loop

pisca2: clr P1.1 setb P1.1 sjmp loop

</syntaxhighlight>

EXERCÍCIOS

1. Modificar o programa anterior criando um código para rotacionar bits a direita na porta P1 e para rotacionar bits a esquerda, conforme o estado das chaves.

. inicio: mov P2,#0FFh loop: jb P2.0,rotaciona_direita sjmp rotaciona_esquerda


rotaciona_direita: mov P1,#01111111b mov P1,#10111111b mov P1,#11011111b mov P1,#11101111b mov P1,#11110111b mov P1,#11111011b mov P1,#11111101b mov P1,#11111110b sjmp loop

rotaciona_esquerda: mov P1,#11111110b mov P1,#11111101b mov P1,#11111011b mov P1,#11110111b mov P1,#11101111b mov P1,#11011111b mov P1,#10111111b

       mov  P1,#01111111b	

sjmp loop </syntaxhighlight>

1. Acrescente no loop principal um jb para saltar para um código que pisca os LEDs de forma alternada.
2. Modificar o programa exemplo substituindo as instruções de setb e clr por instruções de movimentação de byte para a porta.

O registrador PSW e o flag C

Todo microcontrolador possui um registrador que reflete o estado de alguns pontos do sistema. O 8051 possui o registrador PSW de 8 bits. Neste registrador existe um flag chamado de CARRY (C). Este flag possui várias aplicações, mas especialmente é usado para armazenar o VAI UM de operações aritméticas. Ele também pode ser usado para acumular operações lógicas a nível de bit. Por exemplo, as instruções anl c,direto e orl c,direto (e os complementos do direto). Também existem as instruções jnc e jc que permite saltar se o CARRY estiver setado ou resetado.

Exemplo 1: uma implementação da porta E:

inicio:

       mov C, P2.0
       anl C, P2.1
       cpl c
       mov P1.0,c

sjmp inicio </syntaxhighlight>

Exemplo 2: uma implementação da porta OU:

inicio:

       mov C, P2.0
       orl C, P2.1
       cpl c
       mov P1.0,c

sjmp inicio </syntaxhighlight>

inicio: mov P2,#0FFh mov P1,#7fh loop: jb P2.0,pisca1 jb P2.1,pisca2 sjmp loop

pisca1: mov A,P1 rr A mov P1,A sjmp loop

pisca2: mov A,P1 rl A mov P1,A sjmp loop </syntaxhighlight>

EXERCÍCIO 3

Implementar no microcontrolador uma porta lógica E com 3 entradas. Usar como entrada P2.0, P2.1 e P2.2. Usar como saída P1.0.

EXERCÍCIO 4

Implementar no microcontrolador a seguinte função lógica:

$Y=AB+CD$

AULA 11 - Dia 4/06/2013

Objetivo

• Memória RAM com acesso por bit e por byte;
• Exercícios de operações com bits.

Memória RAM com acesso por bit

Na aula anterior vimos que alguns registradores são acessíveis por bit e por byte. Esta facilidade permite que possamos modificar o valor de um bit de um registrador sem alterar os demais. Podemos por exemplo, armazenar bits individualmente em um registrador.

Adicionalmente, o 8051 possui uma parte da memória RAM que é acessível por bit e por byte. Ver detalhes na nota de aula abaixo.

Arquivo:OperacoesBit.pdf

EXERCÍCIO 1: alarme simples

PROBLEMA: Construir um alarme com 4 sensores de entrada. Se pelo menos um sensor (chave) for ativado o sistema deve disparar um alarme. Assim que os sensores forem desabilitados o alarme desliga.

ETAPA 1: Definição de quem é entrada e que é saída.

ENTRADAS: P2.0 a P2.3 SAÌDAS: P1.7 (alarme ativado = LED piscando)

ETAPA 2: Fazer um projeto simples (um fluxograma simples do sistema)

ETAPA 3: Implementação do Código e Testes

EXERCÍCIO 2: alarme simples com memorização de sensores violados

• Acrescentar saídas para representar o estado dos sensores. Se um sensor for violado um LED deve acender (de P1.0 a P1.3).

SOLUÇÃO ERALDO: . inicio: mov P2,#0FFh clr 00h loop:

       jmp trata_sensor0

pta:

       jmp trata_sensor1

ptb:

       jmp trata_sensor2

ptc:

       jmp trata_sensor3

ptd: jb 00h,alarme pte: sjmp loop

alarme: clr P1.7 setb P1.7 clr 00h sjmp pte

trata_sensor0: jnb P2.0,liga_sensor0 sjmp desliga_sensor0 liga_sensor0: clr P1.0 setb 00h sjmp fim_sensor0 desliga_sensor0:

       setb P1.0

fim_sensor0: sjmp pta

trata_sensor1: jnb P2.1,liga_sensor1 sjmp desliga_sensor1 liga_sensor1: clr P1.1 setb 00h sjmp fim_sensor1 desliga_sensor1:

       setb P1.1

fim_sensor1: sjmp ptb

trata_sensor2: sjmp ptc

trata_sensor3:

       sjmp ptd

</syntaxhighlight>

EXERCÍCIO 3

• Acrescentar saídas para representar estado de sensores. Se um sensor for violado, mesmo que volte ao normal deve registrar em uma saída (de P1.0 a P1.3).
• Acrescentar uma chave para resetar registros de violação (P3.0)
• Acrescentar uma chave para desligar alarme (P3.1)

EXERCÍCIO 4: alarme simples com inibidor de entradas

• As vezes é necessário desabilitar algum sensor. Acrescentar uma chave para desligar sensores.

Aula 12 - Dia 10/06/2013

• Uso de Pilha e Subrotina
• Exercíios

Material da Referência

Arquivo:ControleFluxo.pdf

Exemplo do Funcionamento da Pilha

O programa abaixo demonstra o funcionamento da pilha. Execute-o passo a passo, verificando o estado do registrador sp e da memória interna. Note que a pilha poderá ser usada como uma área de rascunho, onde se pode salvar valores que se deseja recuperar futuramtente.

.

        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>

Exemplo de chamada de subrotina

. inicio:

    mov A,#5
    lcall rotacionar_direita
    mov A,#6
    lcall piscar
    mov A,#3
    lcall rotacionar_esquerda
    sjmp inicio

rotacionar_direita:

    ret

piscar:

    ret

rotacionar_esquerda:

    ret

</syntaxhighlight>

Exercícios