microcontroladores PARTE1 [Modo de Compatibilidade]

MICROCONTROLADORES

� MICROCONTROLADORES

1/40

� PROGRAMAÇÃO FAMÍLIA 8051

Jorge Henrique Busatto Casagrande, Msc.

[email protected] - rev. mar/10

Suporte - http://moodle.sj.ifsc.edu.br

MICROCONTROLADORES

� MICROCONTROLADORES

2/40

� PROGRAMAÇÃO FAMÍLIA 8051

� Bibliografia recomendada para esta primeira parte:� Gimenez, Salvador Pinillos – Microprocessador 8051; Pearson Prentice Hall, 2002;

� Nicolosi, Denys E.C. – Microcontrolador 8051 Detalhado, 4ª ed. Erica, 2000

� Set de instruções ATMEL 89S8252

MICROCONTROLADORES

� O que é um microcontrolador:

� Conjunto de circuitos digitais combinacionais e seqüenciais organizados e interconectados em uma arquitetura padrão de modo que possam ser configurados através de um programa de linguagem própria criados livremente pelo programador.

3/40

programador.� Para que servem:

� Redução de complexidade e custos de circuitos aplicados a solução de problemas que possuem muitas variáveis de entrada e saída e que ainda podem necessitar de alguma interação com o usuário ex.: eletrodomésticos, brinquedos, periféricos, instrumentação, controle, acesso, comunicação, etc...

MICROCONTROLADORES

CPUUnidade Central

de Processamento

ROMMemória

de Programa

RAMMemória

deDados

Dispositivos de

Entrada e Saída

Barramento

4/40

� O que é necessário para funcionar:

� Um programa (software - SW) em linguagem de máquina (Assembly) criado pelo usuário;

� Um hardware (HW) adicional (dispositivos de entrada e saída – I/O) de acordo com a aplicação.

MICROCONTROLADORES

� Microcontrolador x Microprocessador

� Suas filosofias são iguais, diferem-se na aplicação:

� O microprocessador (uP) é dedicado para funções que envolvem maior volume de dados na ROM, RAM e processamento de ULA e registradores.

� Microcontroladores (uC) integram, além do Hardware (HW) do uP, outros circuitos com funções diversas e de Entrada/Saída (I/O) nos quais estará mais dedicado.

5/40

Entrada/Saída (I/O) nos quais estará mais dedicado.

� O uC é um uP com seus periféricos em um chip só!

� Arquiteturas internas baseadas em:

� Von-Newman – único barramento de dados para a ROM e RAM - Família 8051, 8751, 80550, etc…

� Harvard – Barramentos independentes da memória de dados (RAM) e de programa (ROM) - PICs em geral

� Instruções disponíveis para programação:� RISC – Reduced Instruction Set Computing (PICs)

� CISC – Complex Instruction Set Computing (família 8051)

MICROCONTROLADORES

� Ciclo de busca de instruções na ROM

REGISTRADORES

Acumulador (ACC)

N

PC

Contador de Programa

xxxxH=opcode

IR

C P U ADDRESS BUS

DATA BUS

DADO END.

6/40

MEMÓRIA VOLÁTIL (RAM INTERNA)

UNIDADE DE CONTROLE

Unidade de decodificação da instrução

ALU

UNIDADE LÓGICA E

ARITMÉTICA

ROM

xxxxH(N)

N-1

N+1

xxxxH=opcode

CONTROLE

MICROCONTROLADORES

� Primeiro contato com um programa em linguagem de baixo nível (assembly): Microprocessador hipotético (não comercial)

� Exemplo de uma arquitetura simplificada de uma CPU e sua interação com as memórias de programa e de dados:

wrrd

RAM

Memória de Dados

ROM

Memória de Programa

7/40

Barramento de Endereço:A3,A2,A1,A0

Barramento de Dados:D5,D4,D3,D2,D1,D0

psen

PC IR A B

Unidade de Controle ULA

MICROPROCESSADOR Hipotético

� Componentes da CPU:� Unidade de Controle.� Unidade Lógica e Aritmética.� Registrador de Instrução (IR): Armazena a instrução que

será executada pela CPU.� Contador de Programa (PC): Armazena o endereço da

próxima instrução a ser executada.Registrador A e Registrador B: Registros temporários

8/40

� Registrador A e Registrador B: 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).


� Inicialização da CPU;� Registros A, B e IR são zerados;

� Registro PC assume endereço inicial da ROM: 0000.

� Ciclo de Busca e Execução de Instrução no uP:� Ciclo de busca:

� 1) Carrega endereço do PC e coloca no Barramento de Endereços;

9/40

Endereços;� 2) Envia controle de leitura psen para Memória de

Programa;� 3) Lê instrução do Barramento de Dados e coloca no

Registrador de Instrução (IR);� 4) Incrementa PC em função do número de palavras da

instrução.� Ciclo de execução:

� Executa a instrução que está no Registrador de Instrução (IR), atualizando registros ou dados da memória, de acordo com o opcode em questão.


Conjunto de Instruções Disponíveis na Unidade de Co ntrole: EXEMPLO!!!

Código Binário daInstrução (opcode):

N. de palavrasda instrução:

Descrição da Instrução: Mnemônico daInstrução(Código Assembly):

00XXXX 1 Ler endereço XXXX da memória dedados para acumulador A.

MOV A,direto

01XXXX 1 Escrever no endereço XXXX damemória de dados o valor doacumulador A.

MOV direto,A

100000 1 Somar acumulador A comregistrador B e colocar resultado

ADD A,B

10/40

registrador B e colocar resultadoem A.

100001 1 Decrementar acumulador A. DEC A100010 1 Mover o conteúdo do acumulador A

para o registrador B.MOV B,A

100011 1 Subtrair o valor do registrador B doacumulador A e colocar resultadoem A.

SUBB A,B

100100 1 Parar o microprocessador. HALT100101YYYYYY

2 Mover o dado imediato YYYYYY(armazenado na memória deprograma) para o acumulador A

MOV A,#dado6

11XXXX 1 Saltar (JUMP) para o endereçoXXXX da memória de programa seacumulador A for diferente de 0.

JNZ direto


� Modos de endereçamento disponíveis:� Direto: O conteúdo entre duas posições (direto) da memória

RAM é associada com o operador. Ex.: Exemplos: � MOV A,direto (coloca o conteúdo de direto em A)

� ADD A,B (soma em A o conteúdo de B)

� Imediato: Um dado fornecido (dado6) é depositado na posição

11/40

de memória (RAM) especificada. Ex.:

� MOV A,#010011 (coloca o conteúdo 010011 em A)

� Relativo: Permite alterar o conteúdo do contador de programa (PC) para um novo valor. Pode-se também testar uma condição para validar o desvio. Ex.:

� JNZ 0010 (compara o A com zero. Se diferente de zero PC=0010, senão segue o próximo passo do programa ou seja PC=PC+1).


Conteúdo Exemplo da Memória de Programa (ROM)

Endereço Conteúdo Significado da instrução(conforme INSTRUÇÕES da UC)

CódigoAssembly

0000 000001 Movimenta conteúdo lido da posição0001 da memória de dados para oregistrador A

MOV A,0001

0001 100010 Move o conteúdo do registrador Apara o registrador B

MOV B,A

0010 000010 Movimenta conteúdo lido da posição MOV A,0010

12/40

0010 000010 Movimenta conteúdo lido da posição0010 da memória de dados para oregistrador A

MOV A,0010

0011 100011 Subtrair o valor do registrador B doacumulador A e colocar resultado em A.

SUBB A,B

0100 110011 Saltar (JUMP) para o endereço 0011 damemória de programa se acumulador Afor diferente de 0.

JNZ 0011

0101 010000 Escrever no endereço 0000 da memória dedados o valor do acumulador A.

MOV 0000,A

0110 100100 Parar o microprocessador. HALT

0111... xxxxxx - -


Conteúdo dos principais registros a cada passo do programa exemploIR(registradorde instrução)

A B PC RAM0000

RAM0001

RAM0010

RAM0011

000000 000000 000000 0000 000111 000001 000011 000010000001 000001 “ 0001 “ “ “ “100010 “ 000001 0010 “ “ “ “000010 000011 “ 0011 “ “ “ “100011 000010 “ 0100 “ “ “ “

13/40

Desafio: Use o uP hipotético e realize um programa que multiplique os valores da RAM 0000 e 0001 colocando o resultado na RAM 0011.

100011 000010 “ 0100 “ “ “ “110011 “ “ 0011 “ “ “ “100011 000001 “ 0100 “ “ “ “110011 “ “ 0011 “ “ “ “100011 000000 “ 0100 “ “ “ “110011 “ “ 0101 “ “ “ “010000 “ “ 0110 000000 “ “ “100100 “ “ 0111 “ “ “ “

“ “ “ “ “ “ “ “



Provável solução desde que B<>0 em AxB=C. Ex.: A= 4 E B=3 ROMROM INSTRUÇÃOINSTRUÇÃO0000 MOV A,#0001000010 MOV 0000,A0011 MOV A,#0000110101 MOV 0001,A

14/40

0101 MOV 0001,A0110 MOV 0010,A0111 MOV A,00001000 ADD A,B1001 MOV B,A1010 MOV A,00101011 DEC A1100 JNZ 01101101 ADD A,B1110 MOV 0011,A1111 HALT



Outra solução desde que A<>{0,1} em AxB=C. Ex.: A= 4 E B=3 MOV A,#000100DEC AMOV 0000,AMOV A,#000011MOV 0001,A

15/40

MOV 0001,ASOMAR: MOV A,0001

MOV B,AADD A,BMOV 0001,AMOV A,0000DEC AMOV 0000,AJNZ SOMARHALT

MICROCONTROLADOR FAMÍLIA 8051

� PESQUISA � Encontre as diferenças entre as arquiteturas computacionais de

Von-Neumann e Harvard. Explique melhor por que a família 8051 se enquadra como Von-Newman.

� Para cada dispositivo programável abaixo, resumidamente explique o que é e qual sua principal aplicação nos dias atuais:

a) PAL e GAL

16/40

b) PLDsc) PICsd) FPGAs

� Que são os modelos RISC e CISC? Por que um PIC se encaixa como um RISC? Existe comercialmente um uC ou uP com um misto destes dois modelos?


� Exemplo de blocos básicos de um microcontrolador comercial:

17/40


� Atmel 89S8252

� CPU de 8 bits otimizada para aplicações de controle;

� Facilidades para processamento “booleano” (Byte/bit);

� Possibilidade de 64 Kbytes de memória de programa;

18/40

� Possibilidade de 64 Kbytes de memória de programa;

� Possibilidade de 64 Kbytes de memória de dados;

� 256 Bytes de RAM de dados sobre o chip;

� 128 Bytes de registradores de funções especiais (SFR);

� 8K Bytes de memória de programa (Flash ROM) sobre o chip;


� Atmel 89S8252

� 2K Bytes EEPROM para dados sobre o chip.

� 32 linhas de I/O bidirecionais endereçáveis individualmente e por byte;

19/40

� 3 temporizadores/contadores de 16 bits;

� 8 fontes de interrupção com dois níveis de prioridade;

� Comunicação serial “full-duplex”;

� Clock variando de 0 Hz à 33 Mhz.


� Atmel: Exemplos de versões 89x

20/40


21/40


� Atmel 89S8252 – encapsulamentos mais comuns

DIP

22/40


� Valores dos operandos:� Nenhum caracter especial: DECIMAL

� Precede com @ ou sucede com O: OCTAL

� Precede com $ ou sucede com H: HEXADECIMAL

� Precede com % ou sucede com B: BINÁRIO 8 BITS

� Modos de endereçamento disponíveis e exemplos:Direto: MOV A,5 ; DIV AB

23/40

� Direto: MOV A,5 ; DIV AB

� Imediato: MOV A,#5 ; MOV DPTR,#10AFH

� Relativo: SJMP DESVIO, SJMP FBH

� Registrador: MOV A,Rn ; MOVX A,@Ri

� n = 0 à 7 e i = 0 ou 1.

� Indireto: MOV A,@R1

� Absoluto: ACALL, AJMP – 2 bytes e desvio de até 2Kbytes

� Longo: LCALL, LJMP – 3 bytes e desvio de até 64Kbytes

� Indexado: JMP @A+DPTR, MOVC A,@A+PC


� Organização da Memória: Programas podem ser deposita dos na ROM interna ou externa e podem manipular dados na RAM i nterna e externa!

RAM Interna

24/40

RAM Externa

ROM Externa

ROM Interna


� Detalhe do endereçamento Relativo: SJMP DESVIO, SJMP FBH

25/40


� Detalhe do endereçamento Absoluto: ACALL, AJMP

26/40


� Detalhe do endereçamento por registrador: MOVX A,@Ri

Consideração: supor que anteriormente:MOV R1,#30HMOV 30H,#05

@ = “ENDEREÇADO POR...”

27/40


� Organização da Memória: Exemplos de instruções para colocar o conteúdo em A das memórias ROM, RAM interna e RAM externa.

28/40

1FFF


� Mapa da memória RAM interna

29/40


� Barramentos para acesso a Memória de dados e de programa externas

30/40


� Detalhe das conexões de HW para acesso a ROM externa

31/40

Portas P0 e P2 são sacrificadas!


� Detalhe das conexões de HW para acesso a RAM externa

32/40

Portas P0 e P2 são sacrificadas!


� Circuito típico de uC com acesso a RAM e ROM externa

33/40


� Ciclo de máquina: Na família 8051, 1 ciclo = 12 pulsos de clock (P).� Um MOV A,Rn gasta 1byte de ROM e 1 ciclo de máquina� Já um MOV direto,direto consome 3 bytes de ROM e 2 ciclos de máquina� Quanto ciclos e espaço de ROM consome um LCALL rel ? E um INC A?

34/40


� Temporizações do ciclo de máquina com e sem um MOVX (acesso à RAM)

35/40


� Detalhe da RAM interna de 256bytes (acesso rápido)

Acesso indireto somente

36/40


� Acesso aos bancos de registradores endereçáveis

37/40

FAMÍLIA 8051

� Mapa dos registradores especiais (SFR)

38/40


� Exemplos de funções dos registradores SFR

39/40


� Mapa da RAM Interna (Upper byte 128 à 255)

40/40


� Mapa da RAM Interna (Lower - byte 0 à 127)

41/40

FAMÍLIA 8051

� Mapa completo dos bits da RAM Interna (8051)

42/40

� FIM DA PRIMEIRA PARTE!

Documents

microcontroladores PARTE1 [Modo de Compatibilidade]