Radioelektronik Audio-HiFi-Video 4/2001

Mikrosterowniki rodziny

MCS51 oraz ich ”klony”

z j¹drem 8051/52

produkowane przez

liczne firmy nadal

utrzymuj¹ wysok¹

pozycjê na rynku i s¹

uwa¿ane za standard

przemys³owy m.in. dziêki

starannie przemyœlanej

architekturze oraz

bogatemu i wzglêdnie

³atwo dostêpnemu

oprogramowaniu.

J

ednak nawet rodzina MCS51 nie jest

tak doskona³a, aby nie da³a siê ulep-

szyæ, tym bardziej, ¿e postêp w tech-

nologii czujników i mikroelektronice

(coraz wy¿sze stopnie scalenia uk³adów pó³-

przewodnikowych) umo¿liwia uproszczenie

metod projektowania systemów, co obni¿a

ogólne koszty opracowania projektu.

Na przyk³ad, w robotyce po czujnikach ”inteli-

gentnych” pojawi³o siê zapotrzebowanie na

”super inteligentne” bêd¹ce po³¹czeniem czuj-

nika z ”mikrokonwerterem”. T¹ nazw¹ (ma-

my nadziejê, ¿e pojawi siê ³adniejsza) firma

Analog Devices okreœli³a rodzinê ADuC81x mi-

krosterowników wyposa¿onych dodatkowo

m.in. w precyzyjne przetworniki a/c i c/a, pa-

miêæ nieulotn¹ FLASH do przechowywania

programu i danych oraz czujnik temperatury.

Nale¿¹cy do rodziny ADuC81x uk³ad

ZESTAW URUCHOMIENIOWY

MIKROKONWERTERA ADuC812

r

Z PRAKTYKI

18

ADuC812 opisano m.in. w [1]. Poniewa¿ od

pewnego czasu jest on dostêpny na polskim

rynku, uznaliœmy za celowe dostarczenie Czy-

telnikom potrzebnego do pracy z nim narzêdzia

_ zestawu u³atwiaj¹cego uczniom, studentom

czy elektronikom-amatorom naukê programo-

wania ADuC812, a zawodowcom _ uruchamia-

nie uk³adów i systemów zawieraj¹cych nie tyl-

ko ADuC812, lecz wiêkszoœæ mikrosterowni-

ków z j¹drem 8051.

Mikrokonwerter ADuC812

ADuC812 ma 8-kana³owy przetwornik a/c ty-

pu SAR, (12-bitowy) z czasem próbkowania

5

µ

s, mo¿liwoœci¹ pracy w trybie DMA i auto-

kalibracj¹, podwójny 12-bitowy przetwornik

c/a, Ÿród³o napiêcia odniesienia i czujnik tem-

peratury. Oba przetworniki a/c mog¹ byæ nie-

zale¿nie zasilane, mo¿na je te¿ uaktualniaæ

³¹cznie lub niezale¿nie od siebie. Poziom na-

piêcia wyjœciowego wybierany z przedzia³u

0 V

÷

Udd (3 V lub 5 V) wzglêdnie 0 V

÷

Uref,

gdzie Uref oznacza napiêcie odniesienia po-

1

2

3

10

9

8

11

15

20

12

7

19

18

16

17

5

4

7

13

14

22

21

Rys. 1. Schemat funkcjonalny mikrokonwertera ADuC812

1 _ Multiplekser adresów

2 _ Czujnik temperatury

3 _ ród³o napiêcia odniesienia

4, 21, 22 _ Bufory

5 _ Obwód próbkuj¹co-podtrzymuj¹cy

6 _ Przetwornik a/c (12 bit)

7 _ Sterowanie i kalibracja przetwornika a/c

8 _ Pamiêæ programu (8 k x 8 EEPROM FLASH)

9 _ Pamiêæ u¿ytkownika 640 x 8 (FLASH)

10 _ Interfejs synchroniczny SP5/I

2

C

11 _ J¹dro mikrosterownika 8052

12 _ Sterownik przetworników c/a

13, 14 _ Przetworniki c/a

15 _ Pamiêæ u¿ytkownika 256 x 8

16 _ Czuwak/timer

17 _ Monitor zasilania

18 _ Asynchroniczny port szeregowy (UART)

19 _ Generator

20 _ 4 liczniki/timery

Rys. 2. Schemat zestawu

uruchomieniowego Re

_

AD812

19

chodz¹ce b¹dŸ ze Ÿród³a zewnêtrznego lub

wewnêtrznego (2,5 V), które dodatkowo mo-

¿e s³u¿yæ do zasilania obwodów zewnêtrz-

nych (uwaga: buforowaæ).

Do przechowywania programów, danych i ta-

blic przeliczeniowych (do skalowania czujników

zewnêtrznych) s³u¿y nieulotna pamiêæ (8 KB)

FLASH. Pamiêæ ta jest programowalna in situ

(w uruchomionym uk³adzie) za pomoc¹ ³¹cza

szeregowego lub zewnêtrznie via port rów-

noleg³y.

Dodatkowa nieulotna ”notatnikowa” pamiêæ

FLASH (640 B) s³u¿y do chwilowego prze-

chowania danych w trakcie wykonywania pro-

gramu, a tak¿e umo¿liwia prost¹ procedurê pi-

sania/czytania do/z obszaru rejestrów SFR

(Specjal Function Register).

ADuC812 ma wewnêtrzne Ÿród³o napiêcia

programuj¹cego. Na rys. 1 przedstawiono

schemat blokowy ADuC812.

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 4/2001

ADuC812 pobiera normalnie przy napiêciu za-

silania 3 V/5 V pr¹d 18 mA/12 mA, w trybie ja-

³owym 10 mA/6 mA, w trybie czuwania <50

µ

A.

Poniewa¿ 8-bitowy procesor wykonuj¹cy

1 milion rozkazów na sekundê mo¿e nie nad¹-

¿aæ za strumieniem danych z 12-bitowego

przetwornika a/c o czêstotliwoœci próbkowania

200 kSPS (200 000 próbek/s.), wspomniany

ju¿ uk³ad DMA (Direct Memory Access _ bez-

poœredni dostêp do pamiêci) samoczynnie

wpisuje wartoœæ próbek do pamiêci zewnê-

trznej, tym samym zwalniaj¹c mikrokonwerter

od tego zadania (tryb DMA).

Zarówno w trybie DMA jak i trybie normalnym

proces przetwarzania mo¿e byæ strobowany

programowo, sprzêtowo (np. kiedy krytyczne

s¹ zale¿noœci czasowe) i za pomoc¹ czasoste-

ru uruchamiaj¹cego automatycznie proces

przetwarzania (umo¿liwia precyzyjn¹ regulacjê

czêstotliwoœci próbkowania).

Zestaw uruchomieniowy

Re

_

_

AD812

ADuC812 i rodzina MCS51 maj¹ to samo j¹-

dro programowe, ale istniej¹ te¿ ró¿nice (st¹d

wyró¿niaj¹ce okreœlenie ”mikrokonwerter”).

S¹ to m.in.:

q

Mniejsza w porównaniu z mikro-

sterownikami MCS51 liczba dostêpnych dla

u¿ytkownika portów I/O, bo P0 i P2 s¹ zajête

do obs³ugi zewnêtrznej pamiêci danych.

q

Port P1, który akceptuje jedynie wejœcia

analogowe lub logiczne, zaœ P3 _ w zasadzie

zajêty przez linie funkcyjne.

q

KoniecznoϾ

ci¹g³ego programowania wewnêtrznej pamiê-

ci programu utrudnia uruchamianie uk³adów

aplikacyjnych i systemów, a tak¿e praktyczne

oswojenie tego interesuj¹cego procesora.

Mimo to na bazie ADuC812 powsta³ pe³no-

funkcjonalny ”dydaktyczny mikrokomputer jed-

nouk³adowy rodziny 8051” o nazwie Re

_

AD812

(od Radioelektronik). Wymaga³o to uzupe³nie-

nia podstawowego uk³adu mikrokonwertera

A812 o zatrzask adresów A0-A7 (74573) i de-

koder 1 z 8 (74138), oraz do³¹czenia do portu

P0 jako szyny danych _ zatrzasków (74574) lub

bramek trójstanowych (74541) wybieranych

programowo. Tak powsta³a kombinacja 8 portów

I/O ogólnego przeznaczenia. Do³¹czenie pod-

stawki pod EPROM (w³aœciwie wtyku symula-

tora EPROM,u) czyni z Re

_

AD812 znacznie

bardziej uniwersalny zestaw uruchomieniowy,

nie tylko dla mikrokonwertera AduC812.

Budowa i dzia³anie

Schemat zestawu przedstawiono na rys. 2,

widok p³ytki drukowanej _ na rys. 3, a roz-

mieszczenie elementów na rys. 4.

Rys. 3. P³ytka drukowana zestawu Re_AD812 (skala 1:1)

a _ strona elementów, b _ strona druku

a)

b)

Sam mikrokonwerter najkorzystniej jest po³¹czyæ

z zestawem. uruchomieniowym przez roz³¹cz-

n¹ przejœciówkê (rys. 5). Podwójne z³¹cza po-

rtu PO umo¿liwiaj¹ do³¹czenie do zestawu

uruchomianych (testowanych) modu³ów, po-

zosta³e z³¹cza i zworki umo¿liwiaj¹ zestawienie

równie¿ skomplikowanych kombinacji.

Zamiana przejœciówki pozwala przystosowa-

nie zestawu do innego mikrosterownika, np.

z rodziny MCS51 w obudowach PLCC44 itp.,

a wyprowadzaj¹c wst¹¿kê przewodów zakoñ-

czonych wtykiem 20-koñcówkowym z wypro-

wadzeñ portów P1 i P3 otrzymamy zestaw

uruchomieniowy dla mikrosterowników Atmel

serii AT89Cx051.

Uruchamianie zestawu

Zaproponowany wariant zestawu pozwala na

eksperymentalne programowo-sprzêtowe prze-

testowanie prawie wszystkich mo¿liwoœci uk³a-

du ADuC812. Ewentualne uproszczenia to re-

zygnacja z uk³adu US5 (232) w przypadku

pracy tylko zewnêtrzn¹ pamiêci¹ programu

oraz rezygnacja z uk³adu US7 (7805) przy

zasilaniu jedynym napiêciem +5 V.

Po prawid³owym wlutowaniu poszczególnych

elementów tester praktycznie jest gotowy do

pracy z symulatorem EPROM,u, oczywiœcie po

ustawieniu mikrokonwertera w tryb pracy z ze-

wnêtrzn¹ pamiêci¹ programu przez wymu-

szenie stanu niskiego na koñcówce EA _ zwo-

ra B (3-4).

Przyk³ad aplikacji

(z próbk¹ prostej procedury)

W przypadku w¹tpliwoœci mo¿na skorzystaæ

z prostej aplikacji ”mrugania” diody elektrolumi-

nescencyjnej pod³¹czonej do linii [P3,4] i stero-

wanej przepe³nieniem 16-bitowego licznika T2.

Dbug51
0000 75C804 MOV C8[T2CON],n04 ;ustaw parametry
pracy licznika T2
0003 75A8A0 MOV A8[IE],nA0 ;w³¹cz przerwanie dla
licznika T2
0006 80FE SJMP 0006 ;w pêtli oczekuj na przerwanie
Obs³uga przerwania
002B 0520 INC 20 ;licznik zg³oszonych przerwañ
002D 75CDCF MOV CD[TH2],nFC ;czêstotliwoœæ ”mru-
gania” diody
0030 E520 MOV A,20 ;sprawdŸ stan licznika przerwañ
0032 7002 JNZ 0036 ;je¿eli nie jest zero przeskocz
0034 B2B4 CPL bB4[P3.4] ;zmieñ stan logiczny na linii
P3.4
0036 C2CF CLR bCF[T2CON] ;potwierdŸ obs³ugê prze-
rwania
0038 32 RETI ;wyjdŸ z przerwania

Uwagi koñcowe

Po dopracowaniu programu nale¿y za³ado-

waæ go do wewnêtrznej pamiêci programu mi-

krokonwertera ADuC812 ju¿ w konkretnym

urz¹dzeniu, co wymaga zaprojektowania

w opracowywanym urz¹dzeniu toru transmisji

szeregowej oraz mo¿liwoœci pod³¹czenia do

koñcówki PSEN rezystora 1 k

Ω

(R4, zwora

B(6-7), który prze³¹cza uk³ad ADuC 812 w tryb

³adowania programu podczas w³¹czenia napiê-

cia zasilaj¹cego urz¹dzenie.

Program do za³adowania musi byæ przygoto-

wany w formacie Intel Hex, a ³aduje siê

r

Z PRAKTYKI

20

go firmowym programem ”download.exe” [3].

K³opoty jakie mog¹ siê pojawiæ na tym etapie

prac to:

q

nieprawid³owa wspó³praca mikrokon-

wertera z niektórymi typami uk³adów

scalonych 232, rezystor 2,4 k

Ω

(R5) w wiêk-

szoœci wypadków eliminuje ten k³opot,

q

sta³a czasowa RC na koñcówce RST, je¿e-

li jest zbyt du¿a nie nast¹pi prze³¹czenie mikro-

konwertera w tryb ³adowania programu.

Czytelnicy mog¹ siê kontaktowaæ z autorami

korespondencyjnie (pod adresem Redakcji)

lub via Internet <[e-mail].

Firmie Alfine z Poznania serdecznie dziêku-

jemy za nieodp³atne przekazanie egzempla-

rzy mikrokonwertera AduC812 do prac nad

projektem.

n

Jerzy Frydrychowicz, Jan Gawêda

L I T E R A T U R A

[1] ADuC812. Informacja o podzespo³ach. ReAV nr

5/2000

[2] Materia³y firmowe Analog Devices

[3] www.analog.com/microconverter

Rys. 4. Rozmieszczenie elementów a _ strona elementów, b _ strona druku

Rys. 5. P³ytka

modu³u

wymiennego

(”przejœciówka”)

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 4/2001