Laboratorium nr 4 (sprawozdanie) – Michał Harasimowicz

- 1 -

Michał Harasimowicz P1

Sprawozdanie z laboratorium nr 4 z przedmiotu

„Elementy konstrukcji sprzętu cyfrowego”

Cel sprawozdania:

Celem sprawozdania jest ukazanie problemu programowania modelu zegara

elektronicznego na układach 320 oraz 552. W sprawozdaniu uwzględnię różne problemy

odliczania czasu na tych układach.

Metoda obliczania czasu:

Aby

odliczać czas w podanych układach będę korzystać z mechanizmu liczników, o

czym napiszę później. Układy powyżej wspomniane (80 C 320 ,80 C 552) bazują na układzie

8051, w którym istnieją następujące liczniki: T0 oraz T1 . Ich funkcją jest zliczanie

narastających zbocz cykli zegara. Chcąc je wykorzystać muszę wiedzieć ile trwa cykl zegara

oraz co ile cykli jest zwiększany licznik. W ten sposób mogę zliczać narastające zbocza

zegara, dzięki czemu jest w ogóle możliwe odliczanie czasu. Oczywiście, samo zliczanie

zbocz narastających nie pozwoli mi na obliczanie aktualnego czasu. Konieczne jest

odpowiednie wykorzystanie liczników. Należy pamiętać, że ‘główny’ licznik jest

standardowo zwiększany co 4 cykle zegara, w przypadku 80 C 320 , lub 12 cykli zegara w

przypadku 80 C 552, czyli zdecydowanie za szybko, aby możliwe, było wykorzystanie go

bezpośrednio.

Rozwiązanie problemu wymaga, więc pomysłu, który jest następujący: zliczamy cykle

zegara za pomocą licznika. Jeden jest zwiększany co 4 lub 12 cykli i po osiągnięciu wartości

x

1

, powoduje zwiększenie zmiennej, który dopiero po osiągnięciu wartości x

2

powoduje

zwiększenie zmiennej równej ilości sekund. Jakie są wartości x

1

i x

2

?

To jest właśnie główny problem zadania. Należy je odpowiednio dobrać tak,

osiągnięcie wartości x

2

następowało dokładnie po 0,5s, co pozwala na odpowiednie

‘mruganie’ kresek pomiędzy cyframi. Wartości x1, x2 są zależne od wielu czynników, ale

Laboratorium nr 4 (sprawozdanie) – Michał Harasimowicz

- 2 -

głównie od szybkości układu, na którym pracujemy. Należy również pamiętać o tym, aby

odczytywać klawiaturę co około 1ms oraz co około 2ms podawać sygnał na wyświetlacz.

Oba

układy pracują na częstotliwości 11,0592Mhz. W przypadku układu 80 C 320 , w

którym jeden cykl to 4 takty zegara, aby osiągnąć 1s musimy zwiększyć licznik 2764800

razy. W przypadku 80 C 552 musimy ten proces wykonać 921600 razy. Uzyskanie 1ms

wymaga, więc od nas 921,6 cykli, a 2,5ms =2*1,25ms= 2*1152=2304.

Minimalizacja błędu

Oczywiście zaprogramowanie układu tak zliczającego proste nie jest. Aby osiągnąć 1s

w przypadku układu 80 C 552 muszę wykonać 921600 cykli. Już osiągnięcie 1ms nie jest

trywialne, ponieważ nie jest to wartość całkowita. Przybliżając 1ms jako 921 cykli osiągamy

niepewność 0,065%, wciągu jednej doby tj. 86400 sekund układ oparty na zliczaniu

pojedynczych milisekund będzie się myli o około 56sekund,czyli w przypadku roku około

20498 sekund czyli ok. 5h40min. Aby zminimalizować ten błąd wykorzystam naliczanie co

sekundę czyli 912600 cykli, a przyjąć że wykonanie instrukcji programu jest bardzo szybkie,

w porównaniu do 1ms. Szacując wykonanie wszystkich instrukcji procedury zliczania czasu

na nie więcej niż 60 cykli maszynowych ( + czas wykonania procedury odpowiadającej za

wczytywanie stanu klawiatury), wciągu 1 możemy popełnić błąd 0,0065% czyli około rząd

mniejszy niż w przypadku zliczania milisekund, co daje w przypadku 1roku około 34 min

różnicy. Jest więc to oszacowanie błędu zliczania czasu. Aby wykonać 912600 cykli,

rozłożyłem tą liczbę na czynniki np. w następujący sposób 1152 (1,25ms), a potem zliczałem

zmienne do 800. Dla drugiego mikrokontrolera obliczenia są mniej dokładne, ponieważ

należy wynik podzielić przez 3 co wprowadza dodatkowy błąd, ale mniejszy niż oszacowanie

powyższe.

Wnioski

Możemy oszacować niepewność pomiaru czasu w układzie elektronicznym

zaprojektowanym na bazie mikrokontrolera 8051 na około 0,0065%, co daje w przypadku

roku niepewność około 34min, czyli w ciągu 1 doby układ wymagałby korekcji o ok. 6s.