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Программирование микроконтроллера на ассемблере. Симуляция игральной кости — Программирование, Базы данных

Projekt

Würfel

8051Win- Simulation

von Ilya Gufan, 4G5

Heilbronn, Juni 2006

Inhaltsverzeichnis

· Lastenheft 3

· Einführung 4

· Aufgaben 5

o Aufgabe 1. 8051Win-Simulation mit LED-Reihe 6

o Aufgabe 2. Programmierung der BB-Mikrocontrollerplatine 12

o Aufgabe 3. 8051Win-Simulation des Würfelmodells 17

o Aufgabe 4. 8051Win-Simulation der 7-Segment-Anzeige 23

o Aufgabe 5. Programmierung der 7-Segment-Anzeige 27

o Aufgabe 6. Langsam auslaufender oder nachlaufender Zähler 29

· Beschreibung der benutzten Befehle 32

· Quellenangabe 33

Anlage: CD

Lastenheft

1. 8051Win-Simulation mit LED-Reihe

a) Dualanzeige des Zählers /DJNZ-Befehl und CJNE-Befehl

b) Start-Stopp Schalter / Bitverarbeitung und bedingte Sprünge

c) Ausgabe auf die LPT-Schnittstelle / Parallele Schnittstelle

d) Ausgabe als Leuchtbalken / Decoder / Unterschied von Wert und Adresse

e) Vollständige Dokumentation mit Programmablaufplänen, Code,

Erklärungen, Snapshots

2. Programmierung der BB-Mikrocontrollerpiatine

a) EEPROM / Flash-EPROM / Harvard-Struktur / Adressbereiche

b) Zählerausgabe auf die LED-Reihe

c) Zeitprogramm / Unterprogramme / Zeitberechnung / Stackpointer

d) Befehlsabarbeitung

e) Vollständige Dokumentation mit Programmablaufplänen, Code,

Erklärungen, Snapshots

3 . 8051Win-Simulation

a) Würfelmodell mit integriertem Decoder

b) Würfelmodell ohne Decoder /indirekte Adressierung @R0, @R1 im 8bit-

Adressraum Code in Adr. 31h ... 36h abspeichern

c) Vollständige Dokumentation mit Programmablaufplänen, Code,

Erklärungen, Snapshots

4. 8051Win-Simulation

a) Siebensegmentmodell / Indirekte Adressierung @DPTR im 16 bit-

Adressraum / Define Byte (DB)

b) Übersicht aller Adressierungsarten.

c) Vollständige Dokumentation mit Programmablaufplänen, Code,

Erklärungen, Snapshots

5. Programmierung der BB-Mikrocontrollerplatine

a) Ausgabe auf 7-Segment-Anzeige /arbeiten mit CJNE-Befehl / DPTR / DB

b) Vollständige Dokumentation mit Programmablaufplänen, Code, Erklärungen, Snapshots

6. Zusatzaufgabe (freiwillig)

a) Langsam auslaufenden / nachlaufenden Zähler entwickeln

b) Vollständige Dokumentation mit Programmablaufplänen, Code,

Erklärungen, Snapshots

7. Vollständige Projektdokumentation incl. Deckblatt, Inhaltsverzeichnis, Lastenheft, Quellangaben und a51- wie hex-Code auf Diskette / CD

Bild 1. Würfelset für das Spiel »Dungeons & Dragons«

Einführung

Dieses Projekt wurde im Rahmen des CT-Unterrichts gemacht. Der Projektleiter ist Herr A. Hein. Das Ziel des Projektes war, die Assembler-Programmierung des µC zu meistern. Das zu programmierende Objekt war der Würfel. Die Ausführung der Programme sollte mit 8051win simuliert werden. Während des Unterrichts hatte der Schüler auch die Möglichkeit, mit dem BB-µC-Platine das Programm direkt auf dem µC ausführen zu lassen.

Bild 2. Würfel üblicher Form

Bild 3. Ein falscher Würfel

Ein Spielwürfel ist ein als Zufallsgenerator verwendeter Gegenstand, der auf mehrere, voneinander unterscheidbare Arten stabil auf der Ebene zu liegen kommen kann. Die meisten Würfel sind heute aus Holz oder Kunststoff und haben einen Durchmesser von etwa eineinhalb Zentimetern. Spielwürfel werden vor allem in den nach ihnen benannten Würfelspielen und in Glücksspielen, gelegentlich auch in Brettspielen und in Rollenspielen (wie z. B. »Dungeons & Dragons«) verwendet.

Die übliche Form ist die eines geometrischen Würfels, worauf auch der Begriff Spielwürfel zurückgeht. Um seine Rolleigenschaft zu verbessern, sind die Ecken heute häufig abgerundet. Die Flächen sind meistens mit ein bis sechs Punkten versehen, die auch als Augen bezeichnet werden, wobei die Augensumme sich gegenüberliegendener Seiten in der Regel sieben ergibt. Die Orientierung der gegenüberliegenden Paare (1,6), (2,5), (3,4) ist im westlichen Kulturkreis so festgelegt, dass die Ziffern 1, 2 und 3 im Gegenuhrzeigersinn gesehen werden, während sie im Fernen Osten im Uhrzeigersinn ausgerichtet sind.

In dem Projekt wird ein Würfel üblicher Form programmiert.

Aufgaben

· Dualanzeige des Zählers

· LED-Reihe

· Würfelmodell

· Siebensegmentmodell

Aufgabe 1. 8051Win-Simulation mit LED-Reihe

LED-Dualanzeige des Zählers.

Bild 4. LED-Dualanzeige in 8051Win-Simulation

Erklärung:

Man baut einen einfachen Zähler von 1 bis 6 bzw. von 6 bis 1 auf. Der Schalter wird durch P1 mit der Adresse 90h, die Ausgabe auf P2 mit der Adresse 0A0h festgelegt. Danach wird der Wert 6 bzw. 1 ins Register 1 geladen (Programmpunkt „laden“). Dann wird der Schalter überprüft, ob er auf 1 gesetzt ist. Wenn ja, überprüft man wieder. Wird er auf Null gesetzt, so lässt man das Programm weiter laufen (Programmpunkt „stopp“).

Danach gibt man den Registerinhalt von R1 auf P2.

Lösung mit DJNZ.

Mit DJNZ wird der Registerinhalt um eins verkleinert, deshalb zählt man von 6 bis 1. Sobald das Ergebnis Null ist, wird der Code weiter abgearbeitet. Mit dem Befehl SJMP springt es zum Programmpunkt „laden“. Ist das Ergebnis keine Null, wird es zum Programmpunkt „stopp“ gesprungen.

Lösung mit CJNE.

Mit INC wird der Registerinhalt um eins erhöht. Man zählt von 1 bis 6. Ist der Inhalt von R1 dem Wert 07h nicht gleich, wird es zum Programmpunkt „stopp“ gesprungen. Im Falle der Gleichheit wird zu dem Programmpunkt „laden“ gesprungen.

Man braucht keine Codierungstabelle, da man keinen Decoder hat.

Bild 6. Programmablaufplan für die Lösung mit INC

Programmablaufpläne

Bild 5. Programmablaufplan für die Lösung mit DJNZ

Assemblercode

א) von 6 bis 1 (mit DJNZ)

Code at 0000h

P1 equ 90h ; Start-Stopp-Schalter

P2 equ 0A0h ; Ausgabe erfolgt an der Adresse 0A0h

laden: mov R1, #06h ; Wert 6 wird in R1 geladen

stopp: JB P1.0, stopp   ; Bei geschaltetem Schalter (d. h.
                         ; bei gesetztem Bit) wird es zu Stopp
                         ; gesprungen

          djnz R1, stopp ; Register wird um 1 verkleinert und
                         ; verzweigt, wenn Ergebnis ungleich
                         ; Null

sjmp laden

end ; Ende des Programms

ב) von 1 bis 6 (mit INC und CJNE)

Code at 0000h

P1 equ 90h ; Register Start-Stopp-Schalter

P2 equ 0A0h ; Ausgabe erfolgt an die Adresse
; 0A0h

laden: mov R1, #01h ; Wert 1 wird ins Register R1 geladen

stopp: JB P1.0, stopp   ; Bei geschaltetem Schalter (d. h.
                         ; bei gesetztem Bit) wird es zu Stopp
                         ; gesprungen

inc R1 ; Registerinhalt wird um eins erhöht

cjne R1, #07h, stopp ; Ist Registerinhalt ungleich #07h,
; erfolgt die Verzweigt zu Stopp

sjmp laden ; Es wird zu Laden gesprungen

end ; Ende des Programms

Ausgabe auf die LPT-Schnittstelle

Ausgabe equ und mov

Bild 7. Auswahl der Schnittstelle LPT1

P2 equ 0A0h

mov P2, #data

Zuerst wird die Adresse 0A0h dem P2 zugewiesen, danach werden die Daten (#data) ausgegeben. Mit dem Befehl mov können einer bestimmten Adresse verschiedene Sachen zugeordnet werden z.B. Wert, Daten oder eine andere Adresse.

Auf diese Weise lässt sich auch die Ausgabe auf die LPT Schnittstelle und Parallele Schnittstelle realisieren.

In dem Programm 8051Win können wir dem Port eine Schnittstelle zuweisen, bei dem Programm ist es LPT1.

Bild 8. Screenshot von 8051Win

Ausgabe als Leuchtbalken.

Aufgabe: Nun sollen die Zahlen nicht als ein binärer Wert von 0001 bis 0101 einfach ausgegeben werden. Es soll ein Decoder Programmiert werden, welcher die Aufgabe hat: Die Anzahl der LED, die leuchten, ist gleich der Zahl.

Erklärung:

Codierungstabelle für diese Aufgabe steht unten.

Die Binärzahl entspricht der daneben stehenden Hexzahl. Eine Lösungsvariante besteht darin, dass man diese Hexzahlen einfach der Reihe nach ausgibt, dabei muss aber jedes Mal geprüft werden, ob der Schalter auf „1“ gelegt wurde. Wenn ja, muss der Ablauf angehalten werden.

Codierungstabelle:

Ausgabewert	Hexzahl	Binärzahl
Eins	01h	0000 0001b
Zwei	03h	0000 0011b
Drei	07h	0000 0111b
Vier	0Fh	0000 1111b
Fünf	1Fh	0001 1111b
Sechs	3Fh	0011 1111b

Assemblercode (1d)

Code at 0000h

P1 equ 90h ;Schalter

P2 equ 0A0h ;LED's

mov P2, #01h ;Wertausgabe, 1x LED leuchtet

stopp1: JB P1.0, stopp1 ;Bei gesetztem Bit STOP

mov P2, #03h ;Wertausgabe, 2x LED's leuchten

stopp2: JB P1.0, stopp2 ;Bei gesetztem Bit STOP

mov P2, #07h ;Wertausgabe, 3x LED's leuchten

stopp3: JB P1.0, stopp3 ;Bei gesetztem Bit STOP

mov P2, #0Fh ;Wertausgabe, 4x LED's leuchten

stopp4: JB P1.0, stopp4 ;Bei gesetztem Bit STOP

mov P2, #1Fh ;Wertausgabe, 5x LED's leuchten

stopp5: JB P1.0, stopp5 ;Bei gesetztem Bit STOP

mov P2, #3Fh ;Wertausgabe, 6x LED's leuchten

stopp6: JB P1.0, stopp6 ;Bei gesetztem Bit STOP

sjmp count ;Es wird zu count gesprungen

end

Programmablaufplan zu 1d

Bild 9. Programmablaufplan zu 1d

Aufgabe 2. Programmierung der BB-µC-Platine

Speicherarten und Harvard-Struktur

(א Speicherarten

Ein µC-System benötigt immer einen Programm- und Datenspeicher. Der Inhalt des Programmspeichers wird vom Mikroprozessor nur gelesen, während der Datenspeicher sowohl gelesen als auch beschrieben wird. Für den Programmspeicher werden deswegen ROMs (read only memory, lese-nur-Speicher) eingesetzt. Der Programmspeicher muss ein nichtflüchtiger Speicher sein d.h. ein Speicher der seinen Inhalt auch dann nicht verliert, wenn die Versorgungsspannung abgeschaltet wird.

EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)

Ist elektrisch programmierbar und auch elektrisch löschbar. Das Programmieren und Löschen kann nicht beliebig schnell erfolgen, deswegen müssen dabei bestimmte Mindestzeiten eingehalten werden.

Flash-Speicher

Hat im Vergleich zu EEPROM wesentlich kürzere Programmier- und Löschzeiten. Die Speicherzellen können nicht mehr, wie im EEPROM einzeln sondern nur Blockweise gelöscht werden.

Diese Speicherart wird im Mikrocontroller als eine Art des ROM Speichers (nur Lese-Speicher) benutzt. In ihm wird der Programmcode abgelegt. Bei der Abschaltung des Stromes gehen die Daten nicht verloren.

RAM-Speicher (Random Access Memory, Schreib-Lese-Speicher)

Für den Datenspeicher benötigt man einen Speicher, den man sehr schnell lesen und beschreiben kann. Für diese Aufgabe verwendet man Halbleiterspeicher, die auf der Basis von Flip-Flops aufgebaut sind.

RAM-Speicher verliert seine Daten bei Stormabschaltung, d. h. sie ist flüchtig.

(ב Harvard-Struktur

Bild 10. Harvard-Struktur

Alle Microcontroller der Familie 8051 verfügen über getrennte Adressierbereiche für den Programmspeicher und den Datenspeicher, welche am gleichen Adressbus liegen.

Der Zugriff auf den exteren Programmspeicher wird über das Signal (Programm Store Enable) gesteuert. Für den Zugriff auf den Datenspeicher stehen die Signale (read) und (write) zur Verfügung. Die Struktur eines solchen Speichersystems wird Harvard-Struktur genannt.

Die Harvard Struktur wird während des normalen Betriebs des Mikrocontrollers verwendet.

Zeitprogramm, Zeitberechnung

Bild 11. Das Auge merkt keine Pausen.

Erklärung.

Das menschliche Auge ist in der Lage, die Ereignisse wahrzunehmen, die länger, als ca.

Schleife:

zeit: DJNZ R1, zeit

Einmaliges durchführen dieser Schleife (bei R1 = #01h) dauert bei unserem µC 2 µs.

Man programmiere eine Schleife, die ca. 0,2 s läuft. 1 s entspricht 100 000 Schleifen:

Folglich brauchen wir sie 100 000 durchlaufen zu lassen, um 0,2 s Zeitpause zu bekommen.

Unterprogramm

uptime:

mov R3, #10 ; lädt 10 in R3 ein

loop3: mov R2, #100 ; Unterschleife; lädt 100 in R2 ein

loop2: mov R1, #100 ; Unterschleife; lädt 100 in R2 ein

loop1: djnz R1, loop1 ; bedingter Sprung zurück

djnz R2, loop2 ; bedingter Sprung zurück

djnz R3, loop3 ; bedingter Sprung zurück

RET                         ; Das Programm wird an der Stelle
                            ; fortgesetzt, an der das Unter-
                            ; programm aufgerufen wurde, also
                            ; nach der lcall uptime

Das Unterprogramm wird aufgerufen, durchgeführt und mit RET kehrt man an den Punkt zurück, von welchem es aufgerufen wurde.

Stackpointer und Stackspeicher.

Die Adresse, an die es zurückspringen muss, wird im Stack-Speicher gespeichert. Der Stackpointer zeigt auf den Platz im Stack-Speicher, in dem die Adresse gespeichert ist.

Ein Stack dient somit zur Zwischenspeicherung der Rücksprungsadressen bei Unterprogrammen.

Zählerausgabe auf die LED-Reihe.

Erklärung

Die Lösung ist wie bei № 1d, jedoch mit einer Erweiterung:

Zwischen den Ausgaben von Zahlen wird jedes Mal ein Unterprogramm „up1sek“ aufgerufen. Das Unterprogramm verbraucht die Zeit von etwa 1Sekunde. Danach wird das Programm weiter an dem Punkt fortgesetzt von dem das Unterprogramm aufgerufen wurde.

Unterprogramm:

In die Register R1, R2, R3 wird jeweils eine Dezimalzahl unmittelbar geladen. In einer Schleife werden diese Zahlen bis Null runtergezählt. Danach wird es wieder mit RET an den Punkt des Aufrufs zurückgesprungen.

Assemblercode

Code at 0000h

P1 equ 90h ; Schalter

P2 equ 0A0h ; LEDs

mov P2, #01h ; 1 LED ist an.