Microprocessadores - Mackenzie, Notas de estudo de Tecnologia Industrial

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APOSTILA

MICROPROCESSADORES II - EEUM

PRIMEIRO SEMESTRE 2006

PROF. IVAIR REIS N. ABREU

Revisão de Conceitos de Microprocessadores (Arquitetura e Linguagem Assembler)

e Microcontrolador (família 8051)

Sistema de Interrupção Microcontrolador 8051 Estudo de Interfaces para Controle com Microcontroladores 8051 Projetos com microcontroladores 8051. Estudo dos microcontroladores MSP430, Z8, Freescale e PIC. Introdução ao estudo de Processadores Digitais de Sinais

METODOLOGIA

Aula expositiva com auxílio de recursos audivisuais (principalmente retroprojetor).

O aluno deverá constantemente participar através de aplicação de exercícios e projetos.

Uma apostila envolvendo todos os pontos abordados servirá de apoio didático durante as

exposições. Trabalhos levarão o aluno a refletir sobre pontos avançados não abordados

diretamente na sala de aula.

CRITÉRIO DE AVALIAÇÃO

((P1 X 0,7) + (LAB X 0,2) + (T1 X 0,1)) X 0,5 + (P2 X 0,5)

onde: P1 = primeira prova semestral - 11/04/ P2 = segunda prova semestral. - SECRETARIA T1 = seminário Microcontroladores – 25/04 (proposta) e 16/05 (seminário) Lab = laboratório

Média > 7 -> aluno aprovado 5,5<média<6.9 -> aprovado se freqüência > 80% Se média < 5 -> aluno reprovado

CONTEÚDO PROGRAMÁTICO

• Revisão de Conceitos de Microprocessadores (Arquitetura e Linguagem

Assembler) e Microcontrolador (família 8051)

• Estudo do Sistema de Interrupção do microcontrolador 8051. Aplicações.
• Estudo do Sistema de Temporização do microcontrolador 8051. Aplicações.
• Interface para teclados e displays com varredura. Aplicações.
• Interface para display de cristal líquido. Aplicações.
• Conversores A/D e D/A com microcontroladores
• Projetos completos de sistemas de controle com microcontroladores 8051.
• Estudo dos microcontroladores MSP430, Z8, 6811 e PIC (Seminários).
• Introdução ao estudo de Processadores Digitais de Sinais. Diferenças básicas em

relação aos processadores tradicionais. Estudo da Arquitetura do TMS320. Sistemas

Mínimo com o TMS320. Estudo da rotina de filtro finito (FIR) e digitalização de sinais de

áudio.

BIBLIOGRAFIA

• APLICAÇÕES PRÁTICAS DO MICRONTROLADOR 8051. Vidal Pereira da Silva Jr. - Érica
• DESBRAVANDO O PIC - AMPLIADO E ATUALIZADO PARA PIC16F628A. David de Souza e Nicolas Lavínia. Érica.
• MICROCONTROLADORES MSP430. Fabio Pereira. Érica
• THE 8051 FAMILY OF MICROCONTROLLERS. Richard H. Barnett. Prentice Hall.
• THE 8051 MICROCONTROLLER. I. Schott Mackenzie. Prentice Hall.
• Using the MCS-51 Microcontroller 8051. HANG, Han-Way, 2000. Ed. Oxford University
• C and the 8051. SCHULTZ, Thomas, 2001. Ed. Prentice Hall
• APOSTILA MICROPROCESSADORES APLICAÇÕES. Ivair Reis Neves Abreu

Internet:

www.microcontroller.com www.8052.com www.vidal.com.br www.asm51.eng.br www.icmaster.com www.microchip.com www.ti.com www.zilog.com www.motorola.com. www.cypress.com www.asm51.eng.br

Plano de Aula: Primeiro Semestre de 2006

Início: 14/02/

Término: 30/05/

Prazo entrega final das notas: 23/06/

Falta Prevista: 02/

Aulas Previstas: 13 aulas de teoria.

Figura – Arquitetura MCS-

1.2.1) - Pinagem:

• Vcc,Gnd: alimentação única de 5 V.
• X1-X2: conectada ao cristal externo (12 Mhz típico). O sistema de temporização interno divide a frequência do cristal por 12, proporcionando um ciclo típico de máquina de 1 mseg.
• RST: entrada de inicialização ativa em nível alto __
• EA ("external acess"): em nível baixo, desabita os 4 kbytes de memória de programa interna. Toda a busca de instrução é realizada externamente (através de uma EPROM). Em nível alto habilita a memória interna.
• ALE ("Address Latch Enable"): na utilização de memória de programa externa, este pino tem a função de indicar a presença de endereço (em nível alto) ou dado (em nível baixo) no barramento de endereço/dado multiplexado (AD0-AD7).

---

• PSEN ("Program Strobe Enable"): em nível baixo indica leitura de uma instrução da área de programa. Normalmente ligado ao pino RD da memória de programa.
• Port P0 (P0.0-P0.7): seus 8 pinos podem ter dupla função. Se não houver memória externa, são utilizados como sinais de entrada/saída do "latch" bidirecional P0. Se houver memória externa, atua como 8 sinais multiplexados de dados/endereço (AD0-AD7). O sinal de ALE indica a condição deste barramento.
• Port P1 (P1.0-P1.7): 8 pinos de entrada/saída do "latch" bidirecional P1.
• Port P2 (P2.0-P2.7): seus 8 pinos também podem ter dupla função. Se não houver memória externa com mais de 256 endereços, são utilizados como sinais de entrada/saída do "latch" bidirecional P2. Se houver necessidade de endereçamento maior que 8 bits, atua como 8 sinais de endereço A8-A15.
• Port P3 (P3.0-P3.7): novamente, seus 8 sinais tem dupla função:
• P3.0: RxD (recepção serial) / port P3.
• P3.1: TxD (transmissão serial) / port P3.
• P3.2: INT0 (interrupção 0) / port P3.
• P3.3: INT1 (interrupção 1) / port P3.
• P3.4: T0 (entrada Timer 0) / port P3.
• P3.5: T1 (entrada Timer 1) / port P3.
• P3.6: WR (sinal de escrita da RAM externa)/port P3.
• P3.7: RD (sinal de leitura da RAM externa)/port P3.

1.2.2) - A memória RAM interna:

• Área de Registradores R0-R7 (00-1FH): o 8051 possui 4 bancos de registradores selecionados através dos bits RS1 e RS0 do registrador PSW. Normalmente estes registradores armazenam endereços da área de rascunho (modo de endereçamento indireto).
• Área Booleana (binária) (20H-2FH): 16 bytes endereçados bit a bit (totalizando 128 bits). Pode-se acessar cada bit individualmente indicando uma determinada condição binária (por exemplo: a tecla A de um teclado foi acionada). Estes bits são acessados pelas instruções booleanas do 8051.

Fazer o mesmo projeto com o 10F200 e 16F628A (www.microchip.com)

1.4.2) - Forno de Microondas com o 8031.

• Saídas: 1 motor de prato 1 lâmpada 1 válvula microondas 1 bip (buzzer)
• Entradas: 1 chave liga/desliga 1 chave da porta 2 chaves gerais
• Firmware: Se a chave liga/desliga estiver acionada e a porta fechada ligar todas as saídas

(menos o bip) por 1 minuto. Após este tempo, acionar o bip por 0,5 segundo e voltar ao

ínicio do processo. Se a porta abrir durante o tempo de 1 minuto, desligar as saídas e

esperar a porta fechar para finalizar processo.

Verificação:

1.5) – Exercício:

1. • Sistema de Automação de Iluminação de um escritório com o 89S

(www.atmel.com)

• Saídas: 2 lâmpadas externas.

8 lâmpadas internas (1 para cada sala).

• Entradas: 1 sensor fotoelétrico para controle das lâmpadas externas. 1 sensor de presença em cada sala.
• Firmware:

lâmpadas externas-> ligar quando o sensor fotoelétrico estiver indicando escuro. lâmpadas internas -> ligar quando for detectada a presença de alguma pessoa na

saída. Desligar na ausência.

2. • Fazer um projeto com as seguintes características:

- 89S

• Teclado 16 teclas
• Comunicação serial RS
• Conversor A/D de 8 canais (ADC0808) -> 0-1fffh
• Display 16x2 -> 2000h-3fffh
• 1 chave liga/desliga

• 1 solenóide
• 1 lâmpada
• 1 sensor fotoelétrico

Em relação da projeto físico acima, fazer os seguintes programas:

3. • Considere que você trabalhe em uma empresa e um grande cliente da área

automobilística solicitou o projeto de um computador de bordo com as seguintes

características: processador 89S51 com WatchDog interno, display LCD ligado aos ports,

2 saídas de leds, 2 saída para solenóide, 2 botoeiras, 1 saída buzina e um modem GSM

ligado a interface serial.

a)–Fazer o circuito do computador acima considerando a ligação do display LCD no port

P0 e o sinais de controle no port P1.

b) – Piscar seqüencialmente os 2 leds (intervalo de 0,5 segundos). Se o segundo botão

estiver em zero ligar o primeiro solenóide. Caso contrário desligar o primeiro solenóide.

Ficar em loop.

Ação

• Rever os conceitos de arquitetura do microcontrolador 8051.
• Rever conjunto de instruções 8051.
• Procurar o professor ou monitor para tirar dúvidas

1.6) - Interface para Display de Cristal Líquido (L.C.D.):

A figura a seguir mostra os principais controles destes tipos de displays:

Figura - Arquitetura básica dos displays L.C.D.

Para display de 40 x 2 ou 40 x 4 temos 2 sinais de seleção Enable (E).

• 01/02/
• • Display 16x1, caracter 11x
• • Display 16x2, caracter 8x
• • Display 20x2, caracter 8x
• • Display 20x4, caracter 8x
• • Display 40x1, caracter 8x
• • Display 40x2, caracter 8x
• • Display 40x4, caracter 8x

Controle (C/D = 0)

Com o sinal C/D colocado em nível baixo temos a configuração básica do

display. Os principais comandos são listados abaixo:

• Configura display para 1 linha (8 bits) -> 30H
• 2 linhas (8 bits) -> 38H
• Display ativado com cursor fixo -> 0EH
• Display ativado com cursor intermitente -> 0CH
• Cursor apagado -> 08H
• Mensagem com deslocamento à esquerda -> 07H
• Mensagem com deslocamento à direita -> 05H
• Cursor com deslocamento à esquerda -> 04H
• Cursor com deslocamento à direita -> 06H
• Limpa display e retorna o cursor -> 01H
• Desloca somente cursor à esquerda -> 10H
• Desloca somente cursor à direita -> 14H

Para o posicionamento do cursor/mensagem dentro do display basta fornecermos como comando o endereçamento da tabela de endereçamento do display

fornecida abaixo:

1P 2P 3P ...... 39P 40P

1 L -> 80H 81H 82H A6H A7H

2 L -> C0H C1H C2H E6H E7H

Programação de Dados (C/D = 1)

Para a escrita de dados no display, colocamos o comando C/D em nível

ALTO (endereço impar). O display necessita ser inicializado e o cursor

posicionado na posição do primeiro caracter. Uma vez posicionado este caracter,

automaticamente o display incrementa a posição do cursor, não necessitando de

reprogramações constantes do posicionamento do display.

Verificação (C):

Exercícios:

1. – Fazer um projeto de um CLP com as seguintes características:

2) – Supervisório (Watch Dog) e Controle Potência

Planejamento (P):

Este capítulo capacitará o aluno nos seguintes pontos:

• Inicialização do Supervisório WDT do 89S51.
• Modos Idle e Power Down do 89S

Execução (D):

2.1 – Supervisório (watch dog)

O registrador Watch Dog é um timer incrementado pelo sinal do oscilador (1/

fcristal) que quando atinge o valor de 3fffh (14 bits) inicializa o sistema. Para

ativar o Watch Dog ou reinicializá-lo basta escrever 01Eh e 0E1h na seqüência no registrador WDTRST (registrador SFR -> endereço 0A6h)

Rotina de Inicialização:

wdtrst equ 0a6h

INIWDT: mov wdtrst,#01eh

mov wdtrst,#0e1h

Para clock de 12 Mhz o WDT precisa ser reinicializado a cada (1 x 3fffh = 16,

mseg.)

2.2 – Controle de Potência:

Registrador PCON: registrador SFR (endereço 087h)

PCON: SMOD - - - GF1 GF2 PD IDL

SMOD: nos modos 1,2 e 3 de operação do SBUF, SMOD=1 dobra a taxa de transmissão binária (será estudada na comunicação serial).

GF1 e GF2: bits genéricos. PD e IDLE: gerenciam modos de economia de energia. PD

suspende por completo as operações do processador (voltando apenas com o

reset) e o modo IDLE deixa ativados apenas os periféricos internos (timer, uart,

interrupções, etc.) representando uma economia de energia de 85%. Sai do modo

IDLE através de interrupções ou reset.

pcon equ 087h

mov pcon,#00000010b ;modo power down mov pcon,#00000001b ;model idle

Verificação (C)

1. – Fazer um projeto de um sistema de controle de iluminação com as seguintes características:

- 89S

• 1 chave (P1.0) para desligar sistema.
• Cristal de 11.059Mhz
• 1 sensor de presença (P1.1).
• 3 lâmpadas (P1.2 a P1.4).
• 3 ventiladores (P1.5 a P1.7)
• Display LCD (endereço 2000-3fffh).

Ligar as saídas se houver presença na sala. Colocar no LCD a mensagem

< SAIDAS ATIVADAS>. Caso contrário desligar as saídas e colocar a mensagem

< SAIDAS DESATIVADAS>. Se for acionada a chave P1.0 colocar o sistema em

Power Down. Inicializar o sistema de WDT.

Ação

• Rever os conceitos de WDT e controle de potência do 8051.

ET0: em nível baixo, desabilita interrupção do timer 0 EX0: em nível baixo, desabilita interrupção externa 0

• Registrador do nível de prioridade:

  ---

IP: | x | x | x | PS | PT1 | PX1 | PT0 | PX0 |

PS: em nível alto, interrupção serial prioridade 1. Caso contrário, 0. PT1:em nível alto, interrupção timer 1 prioridade 1. Caso contrário, 0. PX1:em nível alto, interrupção externa 1 prioridade 1. Caso contrário, 0. PT0:em nível alto, interrupção timer 0 prioridade 1. Caso contrário, 0. PX0:em nível alto, interrupção externa 0 prioridade 1. Caso contrário, 0.

Verificação (C):

Exercícios:

1. • Inicializar um programa habilitar as interrupções TIMER0, EXT1 e SERIAL. Prioridade máxima para a unidade SERIAL (incluir na rotina CONFIG)
2. • Desabilitar apenas a unidade SERIAL, gerar um pulso de 0,5 segundos e ativar a interrupção serial.
3. • Supondo uma chave (ativa em nível alto) ligada a IE0 (pino 3.2), gerar um pulso de 5 segundos em P1.0 cada vez que a chave for acionada. Enviar para o LCD a mensagem CHAVE ATIVADA pelo mesmo tempo. Compilar, simular e emular no KIT do laboratório este processo.
4. • Idem para a IE1 (pino 3.3).
5. • Projetar um sistema de acesso com catraca do o 89S51 com a seguinte configuração:

• Display de LCD (end. 2000-3fffh). Mensagem padrão: CONTROLADOR DE ACESSO.
• Catraca com sensor tipo “reed switch” entrando a interrupção IE0. Contar o número de eventos incrementando o registrador 30H (a partir do zero) tocando um buzzer (P1.0) por 0,5 segundos a cada acesso. Quando o valor do registrador 30H chegar a 100 pessoas, acionar o buzzer por 5 segundos colocando pelo mesmo tempo a mensagem LOTACAO MAXIMA 256 PESSOAS.
• Uma chave em P1.2 inicializa o contador e volta ao início.

Compilar, simular e emular o programa no KIT do laboratório.

Ação (A):

• Havendo problemas no resultado dos exercícios propostos, estudar o conceito de

módulo de interrupção externa. Importante a utilização das ferramentas de

laboratório.

3.2) - Aplicação de interrupção externa -> Sistema de Leitura direta de teclas.

A chave é lida de forma direta pelo microcontrolador. Apesar da grande

simplicidade de programa para a leitura das chaves, apresenta como

desvantagem a ocupação ao nível de hardware de grande número de ports.

Ex.: Leitura de 16 chaves -> Port 1 e 2 (16 ports ). Fazer um programa para ler cada chave é colocar sua condição nos bits 20.0H a 21.7H (endereços binários 00

a 0Fh).

Figura - Varredura direta de 16 teclas

Pode-se observar que o acionamento de qualquer tecla provoca uma

interrupção INT0. Portanto, o programa de tratamento das teclas deve-se localizar no endereço da interrupção externa 0 (03H):

;* PROGRAMA DE LEITURA DE 16 TECLAS DOS PORTS P1 E P

ORG 0

JMP INICIO