1.3.11 Programmering MCS51

Mikrokontrollerens programkode skrives som assemblerinstruksjoner eller i et programmeringsspråk på et høyere nivå som eksempelvis PLM og C++. Kode skrevet i assembler gir et mer kompakt program og utnytter plassen i hukommelsen mer effektivt. Da hukommelsen i en mikrokontroller er ganske begrenset, kan det derfor være en fordel å skrive programmet i assemblerkode. Etter hvert som utviklingen har gått fremover er det fremkommet mikrokontrollere med stadig større minnekapasitet, og programmering i høynivåspråk er blitt mer aktuelt. Å programmere i høynivåspråk gjør også arbeidet enklere når man først har tilegnet seg kunnskapen.

I dette kapittelet i den videre presentasjonen av MCS51 vil vi kun konsentrere oss om assemblerkoding, da denne gir en god innsikt og forståelse av de mekanismer som foregår mellom mikrokontrollerens programvare (software) og hardvare (hardware). I kapittel 3.4 vil vi ved hjelp av utviklingsverktøyet Arduino ta for oss en mer moderne mikrokontroller for programmering i et høynivåspråk.

Da de første mikrokontrollerne så dagens lys, skrev man programmene i assemblerkode. Årsaken var først og fremst den begrensede ROM-kapasiteten i komponentene, siden program i assemblerkode krever langt mindre minnekapasitet enn tilsvarende program i høynivåspråk. Etter hvert fikk mikrokontrollerne stadig større minnekapasitet, og det ble vanlig å utarbeide programmer også i høynivåspråk.

I denne sammenheng vil vi kun ta for oss assemblerprogrammering, da denne formen for koding gjør det enkelt å forstå de grunnleggende mekanismene som foregår i selve mikrokontrolleren mellom hardwaredelen og softwaredelen.

• Program for mikrokontrollere skrives som instruksjoner i assemblerkode eller i høynivåspråk (for eksempel C eller – mer vanlig – C++).

• Instruksjonene kalles kildekode og lagres som en kildefil (eng. source-file)

• Instruksjonene skrives som forståelig tekst, men må oversettes til maskinkode før de kan kjøres i mikrokontrolleren. Dette kalles assemblering.

• Kildefilen kan skrives som en vanlig tekstfil, men må normalt lagres som DOS-tekst for å kunne behandles i en assembler.

• Etter at kildefilen er kjørt i en assembler, genereres en listfil og en objektfil (nærmere forklaring kommer lenger bak i presentasjonen).

Assemblerinstruksjoner for MCS51

Instruksjonene grupperes etter funksjonstilhørighet:

• aritmetiske instruksjoner (Arithmetic operations)

• logiske instruksjoner (Logical operations)

• instruksjoner for dataoverføring (Data transfer)

• bitinstruksjoner (Boolean variable manipulation)

• hoppinstruksjoner (Program branching)

Aritmetiske instruksjoner

Aritmetiske instruksjoner er instruksjoner som utfører rene regneoperasjoner.

Eksempel:

ADD A,#04 ;adderer innholdet i akkumulator med tallet 4

(# indikerer at verdien som følger, er en konstantverdi (tall) og ikke en adresse.)

ADD A,04 ; adderer innholdet i akkumulator med innholdet i adresse 4

Legg merke til kommentarene som er skrevet etter operasjonen.

Det er viktig at disse innledes med semikolon for at de skal bli oversett av assembleren når kildeprogrammet skal assembleres.

Logiske instruksjoner

Logiske instruksjoner er instruksjoner som utfører logiske operasjoner som OG (AND), ELLER (OR) osv.

Eksempel:

ANL A,#00110101B  ;logisk OG mellom akkumulator og bitmønsteret 00110101

Samme instruksjon kan også skrives med heksadesimalte tall:

ANL A,#35H 

Andre logiske instruksjoner:

  ORL – logisk ELLER

  XRL – eksklusiv ELLER

Instruksjoner for kontroll og setting av bit

Eksempel på instruksjoner som kontrollerer signaler eller bit, er JB og JNB:

JB P1.0,LOOP  ;hopp til adresse LOOP dersom port P1.0 er høy

JNB SIGNAL, LOOP ;hopp til adresse LOOP dersom SIGNAL ikke er høy

Når enkle utgangssignaler eller bit i hukommelsen skal settes, kan vi benytte instruksjonen SETB. Ved nullstilling av tilsvarende benyttes CLR. Eksempel:

  SETB P0.2  ;setter port P0.2 høy

  SETB SIGNAL  ;setter SIGNAL høy

  CLR P2.4  ;setter port P2.4 lav

Hoppinstruksjoner

Hoppinstruksjoner kan deles i tre hovedtyper:

• ubetingede hopp

• betingede hopp

• relative hopp

Noen instruksjoner er en kombinasjon av disse typene.

Ved ubetinget hopp utføres et direkte eller indirekte hopp til en annen adresse, eksempelvis:

AJMP START; hopp til programadresse START

Betingede hopp utføres når en bestemt betingelse er oppfylt, eksempelvis:

JZ START   ;   hopp til adresse START hvis akkumulator er lik 0

Den siste typen instruksjon er samtidig en relativ hoppinstruksjon. Det betyr at programtelleren hopper et visst antall adresser forover eller bakover i programmet relativt til der den i øyeblikket peker.

Programutvikling

Når det skal utvikles program for en mikrokontroller, er det viktig å ha oversikt over hele utviklingsprosessen samt hvilken funksjon mikrokontrolleren skal ha for den enheten den skal benyttes i.

Blokkskjema mikrokontroller

Før man setter i gang programmeringsarbeidet, kan det være lurt å skaffe seg oversikt over alle signaler som skal brukes til og fra mikrokontrolleren for tilkobling til portene.

Blokkskjema for mikrokontroller anvendt i en alarmenhet:

Emulering og fysisk testing

• På en digital trainer kan mikrokontrolleren testes fysisk når den er ferdig programmert.

• Programmet vil normalt starte når driftsspenning settes på, eller når mikrokontrollerens resetinngang aktiveres.

• Ved å tilføre signal til inngangene kan vi kontrollere eller måle om utgangene reagerer slik de skal.

• Det finnes også emulatorverktøy (In-circuit emulator) der vi ved hjelp av en plugget sokkel kan erstatte selve mikrokontrolleren i det utstyret den skal plasseres. Da kan vi kjøre en fullstendig fysisk kontroll av programmet før mikrokontrolleren brennes.

Utstyr for programmering

Her er en link til en emulator levert av Ceibo: http://www.ceibo.com/eng/pdf/ds51.pdf

Her er et annet utviklingsverktøy: http://www.pjrc.com/tech/8051/

Utstyr for brenning (programmering) av mikrokontrollere. Enheten tilkobles USB-porten på en PC:

Kretsskjema

Kretsskjema for alarmkretsen (tegnet i Proteus):

Eksempel på bruk av mikrokontroller i OG-funksjon

OG-port med logisk uttrykk og sannhetstabell:

Flytdiagram og assemblerkode for OG-port

Flytdiagram og assemblerkode for OG-port med to innganger:

Assemblerprogram

Programmet for OG-operasjonen:

INN_A   EQU P0.0

INN_B   EQU P0.1

X  EQU P1.5

;dette er et program som benytter mikrokontrolleren som en OG-port

START:   JNB INN_A,X_LIK_0   ; sjekker inngang A

  JNB INN_B,X_LIK_0   ; sjekker inngang B

  SETB X   ; setter utgangen X lik 1

  JMP START

X_LIK_0: CLR X   ; setter utgangen X lik 0

  JMP START

  END

Program for OG-funksjonen

#######################################################################

#                                                                     #

# Micro Series 8051 Assembler V2.03/DOS 22/May/08 11:13:04           #

#                                                                     #

# Source = n:\iar\exe\ogport.txt                                     #

#                                                                     #

# List = ogport.lst                                                   #

#                                                                     #

# Object = x.r03                                                     #

#                                                                     #

# Options = f                                                         #

#                                                                     #

#######################################################################

;dette er et program som benytter mikrokontrolleren som en OG-port

1 0080   INN_A EQU P0.0

2 0081   INN_B EQU P0.1

3 0095   X EQU P1.5

4

5 0000 308007   START:   JNB INN_A,X_LIK_0   ; sjekker inngang A

6 0003 308104   JNB INN_B,X_LIK_0   ; sjekker inngang B

7 0006 D295   SETB X   ; setter utgangen X lik 1

8 0008 80F6   JMP START

9 000A C295   X_LIK_0:   CLR X   ; setter utgangen X lik 0

10 000C 80F2   JMP START

11 000E END

Errors: None ##########

Bytes: 14   # ogport #

CRC: 0F68   ##########

Tabell   Programmet for OG-fuksjonen ferdig assemblert

Assembler

En assembler for gratis nedlasting kan du finne på denne linken: http://plit.de/asem-51/

NB! Les brukerbetingelsene før du tar i bruk programmet!

Tabell Assemblerinstruksjoner for MCS 51-serien: