Apostila de Programa˘c~ao em 8051

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Faculdade de Ciˆ encia e Tecnologia Engenharia de El´ etrica Disciplina: Microprocessadores e Microcontroladores Professor: Vitor Le˜ ao Filardi

Apostila de Programa¸c˜ ao em 8051

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Sum´ ario 1 Primeira Unidade 1.1 Explica¸caõ Intuitiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Princ´ıpios Básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.1 Conceitos Básicos da Computa¸caõ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.2 Blocos Básicos de microcomputadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Arquitetura do Microprocessador/Microcontrolador . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4 A CPU Internamente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5 O Microcontrolador 8051 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5.1 Memória . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5.2 Circuito de Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5.3 O Gerador de Clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5.4 Interrup¸caõ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5.5 Registro de Controle das Interrup¸co˜es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5.6 Tempo para Atendimento das Interrup¸co˜es . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5.7 Ajuste das Interrup¸co˜es Externas para serem Ativas em N´ıvel ou Transi¸caõ 1.5.8 Hardware para expandir as possibilidade de Interrup¸caõ Externa . . . . . . 1.5.9 Exerc´ıcios Resolvidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5.10 Conjunto de Instru¸co˜es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Segunda Unidade 2.1 Ciclos de Máquina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Portas de I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 Princ´ıpio de Funcionamento e Utiliza¸caõ . . . . . . . 2.2.2 Caracter´ısticas Gerais e de Tempo dos Ports . . . . 2.2.3 Uso das Portas de I/O para a Expansão da Memória 2.2.4 Sele¸caõ de Programa Externo ou Interno . . . . . . . 2.2.5 Uso dos Pinos da Porta 3 como fun¸co˜es Alternativas 2.2.6 Capacidade de Corrente nos Pinos de I/O . . . . . . 2.3 Modos de Endere¸camento das Instru¸co˜es . . . . . . . . . . . 2.3.1 Endere¸camento por Registrador . . . . . . . . . . . . 2.3.2 Endere¸camento Direto . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.3 Endere¸camento Indireto . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.4 Endere¸camento Imediato . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.5 Endere¸camento Relativo . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.6 Endere¸camento Absoluto . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.7 Endere¸camento Longo . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.8 Endere¸camento Indexado . . . . . . . . . . . . . . . 2.4 Temporizadores e Contadores . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.1 Introdu¸caõ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.2 Registros Envolvidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.3 Modos de opera¸caõ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.4 Exerc´ıcios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . de Dados e Programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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´ SUMARIO

4 3 Terceira Unidade 3.1 Comunica¸caõ Serial . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1 Introdu¸caõ . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.2 Registros Envolvidos . . . . . . . . . . . 3.1.3 Modos de Opera¸caõ . . . . . . . . . . . 3.1.4 Cuidados com a Porta Serial . . . . . . 3.1.5 Comunica¸caõ entre vários 8051 . . . . . 3.1.6 Comunica¸caõ serial entre o 8051 e o PC 3.1.7 Exerc´ıcios . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Programa¸caõ em Assembly . . . . . . . . . . . 3.2.1 Introdu¸caõ teórica . . . . . . . . . . . . 3.2.2 Estratégias de elabora¸caõ de programas 3.2.3 Fluxogramas . . . . . . . . . . . . . . .

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Referˆ encias Bibliogr´ aficas GIMENEZ, S. P. Microcontroladores 8051. [S.l.]: Editora Pearson Education do Brasil, 2002. ´ NICOLOSI, D. E. C. Microcontrolador 8051 Detalhado. [S.l.]: Editora Erica, 2000. ´ SILVA, V. P. da. Aplica¸co ˜es Pr´ aticas do Microcontrolador 8051. [S.l.]: Editora Erica, 1998.

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Cap´ıtulo 1

Primeira Unidade O que ´ e Microcontrolador 1.1

Explica¸ c˜ ao Intuitiva

Vamos fazer de conta que somos meros aprendizes de cozinheiros, o chefe de cozinha teve que sair e chega um pedido de uma torta de chocolate do gerente da casa. O primeiro passo que nos vamos dar é em dire¸caõ ao livro de receitas onde deverá ter impresso a rotina de como fazer uma ”Torta de Chocolate” Tudo bem até aqui. E agora como vamos acessar a receita da torta? De que se compõe uma receita? Pois bem, vamos procurar a página que contém o t´ıtulo ”Torta de Chocolate”, encontra-se então a receita que é equivalente a um ”software” de constru¸caõ da torta, que está gravada em um p´ agina ”ABC” do livro de receitas. Notemos que, na página, apenas lemos; não escrevemos nada lá, ou seja, em trocado de mi´ udo será a nossa futura ”ROM” - Read Only Memory - e página o nosso endere¸ co, pois toda vez quisermos tal informa¸caõ basta acessar tal endere¸co e obtê-lá. Poder´ıamos ainda necessitar de uma cobertura para a torta caso fossemos mostrar servi¸co para o chefe da casa, vejamos que no livro de receita exista em uma outra página a rotina ”Cobertura para Tortas” e que esta por sua vez estava seperada por servir para mais de um tipo de torta, e poder´ıamos partir para a sua execu¸ ca õ e depois retornar a torta, o que é chamado também como subrotina de um programa. Agora se fossemos complicar um pouco mais a nossa receita e fossemos fazer uma receita e meia da torta? Precisar´ıamos de uma folha de rascunho (a memória ”RAM”) para ajustarmos a receita,uma vez que na receita da torta não devo anotar nada nela. Esta memória temporária, será utilizada para cálculos, e depois podemos nos desfazer do seu conte´ udo, ou seja, jogar no lixo. Vejamos como ficaria esta estrutura intuitiva na figura abaixo. Quais são as diferen¸cas sutis e importantes entre o microprocessador e o cozinheiro e suas anota¸co˜es? Bem, é que o microprocessador, por ser uma m´ aquina limitada, não atende ao rico vocabulário do ser humano cozinheiro que, além de rico, é sofisticado, impreciso e de m´ ultipla interpreta¸caõ, que só uma máquina inteligente como o homem entede ( vejamos o exemplo: para o homem as seguintes palavras são equivalentes: fazer = realizar = trabalhar. Para o microprocessador, o vocabulário é bem reduzido e espec´ıfico; não existem adjetivos, sinônimos, etec...). Então vimos que o microprocessador entende apenas algumas instru¸co˜es básicas e se nos quisermos que ele fa¸ca alguma coisa precisamos estudar e compreender precisamente a sua linguagem e limitar-

Microprocessadores e Microcontroladores - 1a Unidade - Prof. Vitor Le˜ ao Filardi

Folha de Rascunho

Leio Escrevo C o z i n h e i r o

Ingredientes + Utensilios

Livro de Receitas

HARDWARE

SOFTWARE

READ WRITE

Perifericos: Teclado,mouse Etc....

(Linguagem Complexa)

So Leio

RAM (Dados) M i c r o p r o c.

ROM (Programa de Linguagem Especifica

So Leio

HARDWARE

SOFTWARE

Figura 1.1: Analogia da estrutura Intuitiva se a ela para fazer a máquina trabalhar. Este é o ASSEMBLER do microprocessador, que é o seu conjunto de instru¸co˜es.

1.2 1.2.1

Princ´ıpios B´ asicos Conceitos B´ asicos da Computa¸ c˜ ao

Antes de iniciarmos o estudo de microcomputadores, vamos nos familiarizar com os termos técnicos e saber o seu significado individualmente. 1.Bit: abrevia¸caõ de d´ıgito binário (binary digit), que corresponde ao valor zero lógico(0) ou ao valor um lógico(1). Podemos fazer uma analogia ao sistema numérico como sendo uma unidade de um valor qualquer. 2.Byte: representa¸caõ numérica composta de 8 bits. Pode representar n´ umeros de 00h(=0 10 ) a FFh(=25510 ). Essa representa¸caõ é vastamente utilizada na representa¸caõ das instru¸co˜es que o microcontrolador é capaz de executar. Novamente fazendo analogia, teremos o similaridade como as dezenas, centenas etc..., lembrando que em eletrônica digital corresponde como sendo uma palavra. 3.Registradores: conjunto de flip-flop, geralmente do tipo D que são interligados em paralelo entre si. Eles são responsáveis pelo armazenamento de uma informa¸caõ que pode ter 8, 16, 32, 64 ou 128 bits, dependendo de quantos flip-flops do tipo D estão interligados entre si. Os registradores apresentam caracter´ısticas voláteis e , quando eles são desenergizados, perdem suas informa¸co˜es.

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4.Microcomputador: equipamento compacto cujo objetivo principal é simular eletronicamente o sistema chamado ser humano. Suas principais vantagens são: grande velocidade do processamento das informa¸co˜es e alta confiabilidade nas atividades executadas. Ele é composto por três blocos básicos: Unidade Central e de Processamento, Unidade de Memória e Unidade de entrada e sa´ıda de informa¸co˜es. 5.Instru¸ ca õ: define uma u ´ nica a¸caõ (tarefa) que o microcomputador pode executar por vez. As a¸co˜es das instru¸co˜es podem corresponder a opera¸co˜es de leitura e escrita nos conte´ udos dos registradores ou nas posi¸co˜es de memórias, a opera¸caõ lógica e aritméticas, etc. 6.Equipamento Inteligente: equipamento com microprocessador ou com microcontrolador. Também chamada de eletrônica embarcada 7.Programa ou software: definido por um conjunto de instru¸co˜es arranjadas de maneira organizada por um programador, com o objetivo de informar ao microcomputador o que ele deve executar, ou seja, o programa informa ao microcomputador quais as tarefas que devem ser executadas ao longo do tempo. Existem várias classifica¸co˜es de programas: os programas de sistema operacional( linux, DOS, windows e etc.), os utilitários( Anti-virus,scandisk e etc.) e os aplicativos (WORD, EXCEL, Kile e etc.) 8.Firmware: programa (software) que está exclusivamente armazenado em uma memória nãovolátil(ROM/PROM/EPROM/E2PROM) de um equipamento inteligente. No m´ınimo o firmware tem a finalidade principal de programar a forma de opera¸caõ do hardware (n´ umero de portas de entrada e sa´ıda, forma de comunica¸caõ serial, forma de opera¸caõ dos timers/contadores etc.) e de definir suas condi¸co˜es iniciais de opera¸caõ. 9.Hardware: são as partes eletrônicas que compõem um microcomputador, como a mother board (placa mãe que contém pelo menos o microprocessador ou o microcontrolador de um microcomputador), a placa de v´ıdeo de um microcomputador etc. 10.Microprocessador ou Unidade Central de Processamento(CPU):mais conhecido como CPU. Fazendo analogia com o sistema ser humano, o microprocessador, ou CPU, de um microcomputador corresponde ao cérebro de um ser humana. Fisicamente é um dispositivo semicondutor (circuito integrado,CI) constitu´ıdo por milhões de transistores que implementam uma variedade de circuitos (registradores, máquinas seq¨ uenciais, circuitos lógicos e etc.). Ele é responsável pela busca de um programa na memória e por sua execu¸caõ. 11.Microcontrolador: dispositivo semicondutor em forma de CI, que integra todas as partes básicas de um microcomputador - microprocessador(CPU), memórias não-voláteis (ROM /PROM /EPROM /E2PROM), memórias voláteis(RAM, SRAM, DRAM, Flash RAM), portas de entrada e sa´ıdas (portas de comunica¸caõ paralela e/ou serial, conversores analógicos/digitais,conversores digitais/analógicos etc.). Ele é conhecido como ummicrocomputador implementado em um u ´ nico CI.

1.2.2

Blocos B´ asicos de microcomputadores

Qualquer computador, seja ele microcomputadores, computadores de médio porte ou ainda computadores de grande porte, são constitu´ıdos por três blocos básicos: a unidade central de processamento (CPU), a unidade de memória (na qual são armazenados os programas e as informa¸co˜es) e a unidade de entrada e sa´ıda (dispositivos que fazem a comunica¸caõ com o mundo externo). Página 9


CPU A CPU é responsável pela inteligência da máquina, ou seja, é ela que tem a capacidade de tomar ´ ela que decisões (a¸co˜es) no sistema microcomputadorizado, por meio da execu¸caõ de um programa. E executa o programa armazenado na memória do microcomputador, que foi projetado por um programador. Ao executar um programa, ela é responsável pela obten¸caõ das informa¸co˜es a serem analisadas por meio de dispositivos de entrada (teclado, canal de comunica¸caõ serial etc.), pelo processamento (interpreta¸caõ, manipula¸caõ, ordena¸caõ, modifica¸caõ, cálculos lógicos ou matemáticos etc.) das informa¸co˜es e pela resposta (a¸caõ) do sistema microcomputadorizado a uma determinada situa¸caõ de controle para a qual ele foi projetado a fim de controlar, por meio de um dispositivo de sa´ıda (escrita na memória de v´ıdeo, transmissão de dados para outro microcomputador, acionamento de um relé, acionamento de um bip,etc.). Assim, por exemplo, um microcomputador projetado para funcionar como um caixa eletrônico de banco deve fazer as seguintes opera¸co˜es: leitura das informa¸co˜es contidas no cartão magnético (obten¸caõ de informa¸co˜es), decodifica¸caõ da senha digitada no teclado pelo usuário, busca de saldo bancário nos bancos de dados do banco (processamento), disponibiliza¸caõ do saldo bancário no monitor de v´ıdeo e a impressão em papel do referido saldo bancário (resposta do sistema por meio da a¸caõ de gerar informa¸co˜es no monitor de v´ıdeo e também pela impressão em papel das informa¸co˜es organizadas solicitadas pelo usuário). De maneira simplificada, pode-se dizer que a unidade de processamento central (microprocessador) apresenta duas fun¸co˜es básicas: a)Leitura (busca) e interpreta¸ ca õ do programa alocado na mem´ oria, instru¸ ca õ por instru¸ ca õ: como o programa fica alocado na memória do microcomputador, e não dentro do microprocessador/CPU, em primeiro lugar, o microprocessador precisa buscar as instru¸co˜es, uma por uma, na memória. Isso é feito por meio da opera¸caõ de leitura de um byte na memória que corresponde a uma determinada instru¸caõ e depois é realizada a interpreta¸caõ da instru¸caõ lida (decodifica¸caõ), pois o microprocessador tem uma determinada quantidade de instru¸co˜es que ele é capaz de executar. Dessa maneira, ele precisa verificar qual dessas instru¸co˜es deve ser executada. Assim, ao finalizar essa etapa, o microprocessador/CPU sabe o que deve fazer. O próximo passo é a execu¸caõ da instru¸caõ. b)Execu¸ ca õ do programa, instru¸ ca õ por instru¸ ca õ: a palavra execu¸caõ de uma instru¸caõ pode significar a transferência de dados dos registradores internos do microprocessador/CPU para a memória ou para os dispositivos de entrada e sa´ıda, e vice-versa. Pode também significar a execu¸caõ de opera¸co˜es lógicas e aritméticas etc. Esse processo de buscar, interpretar e executar instru¸caõ por instru¸caõ é uma atividade cont´ınua do microprocessador e, dessa forma, um programa é processado por inteiro. A unidade de processamento central (microprocessador) é constitu´ıda por três partes principais: a unidade l´ ogica e aritmética, os registradores internos e o bloco de temporiza¸ca õ e controle. a)Unidade L´ ogica e Aritm´ etica (ULA): muitas vezes, também é chamada de ALU (Arithmetic Logic Unit). Ela é responsável, principalmente, pela execu¸caõ das instru¸co˜es correspondentes a`s opera¸co˜es aritméticas e lógicas. Além disso, uma caracter´ıstica muit´ıssimo importante que deve ser destacada, referente a` ULA, é que, ao executar uma instru¸caõ de uma opera¸caõ aritmética ou lógica, ela também define a condi¸caõ numérica do resultado por meio de alguns bits sinalizadores, chamados de flags de sinaliza¸caõ, tornando-os iguais a um (setando-os) ou tornando-os iguais a zero (resetando-os), e pela utiliza¸caõ de outras instru¸co˜es que são capazes de testar esses flags de sinaliza¸caõ. Isso faz com que o sistema microcomputadorizado possa gerenciar uma determinada situa¸caõ de projeto ou desempenhar uma determinada tarefa bem-definida. b)Registradores internos: são compostos por m registradores de n bits interligados em paralelo entre si. Os valores m e n dependem das caracter´ısticas de cada microprocessador/microcontrolador Página 10


(p. ex.: 32 registradores de 8 bits etc.). Como são formados por flip-flops, é poss´ıvel realizar opera¸co˜es de leitura e escrita de informa¸co˜es. Quando a CPU é ”desenergizada”por apresentar caracter´ısticas voláteis, essas informa¸co˜es são perdidas. Geralmente, eles são capazes de armazenar: •um byte se forem constitu´ıdos por registradores de 8 bits; •um duplo byte ou address ou word, se forem constitu´ıdos por registradores de 16 bits; •um duplo address ou duplo word, se forem constitu´ıdos por registradores de 32 bits etc. Um microcomputador é chamado de microcomputador de 8 bits se ele for capaz de processar informa¸co˜es de oito em oito bits por vez (opera¸co˜es de movimenta¸caõ de informa¸co˜es e opera¸co˜es aritméticas e lógicas). Analogamente, para os microcomputadores de 16 e 32 bits, quanto maior for a quantidade de bits processados em paralelo por vez, maior será sua capacidade de processamento. A unidade utilizada para medir a capacidade de processamento é o Mips (milhões de informa¸co˜es por segundo). c)Bloco de temporiza¸ ca õ e controle: responsável pelo controle do fluxo de informa¸co˜es do micro´ esse bloco que processador para as unidades de memória e para as unidades de entrada e sa´ıda. E define os sinais de controle de temporiza¸caõ para o sincronismo do fluxo de informa¸co˜es no sistema microcomputadorizado (p. ex.: libera¸caõ de informa¸co˜es da ULA para os registradores, memória e unidades de entrada e sa´ıda etc.) por meio da defini¸caõ dos sinais de leitura (read), de escrita (write), de inicializa¸caõ do sistema (reset), de libera¸caõ dos barramentos de dados e endere¸cos, entre outros.

Unidades de Mem´ orias As unidades de memórias são divididas em duas partes: memória de armazenamento de programa e memória de armazenamento de informa¸co˜es (dados, bytes, bits etc.). a)Mem´ oria de armazenamento de programa: todo microcomputador deve ter uma a´rea de memória na qual será armazenado o programa que definirá as tarefas que o microcomputador / CPU deve executar. Esse programa define a fun¸caõ de um microcomputador e também diz ao microcomputador, instru¸caõ por instru¸caõ, o que ele deve fazer ao longo do tempo. Esse programa deve ser implementado por um programador técnico, conhecedor do hardware do sistema microcomputadorizado e das instru¸co˜es do microprocessador. O microcomputador não funcionará se não existir um programa armazenado em sua memória de programa. Assim, uma vez energizado o microcomputador, esse programa será buscado e executado pelo microprocessador. Esse programa define a caracter´ıstica funcional do microcomputador (p. ex.: operar como um forno de microondas, como uma máquina de lavar roupas ou como uma inje¸caõ eletrônica de automóvel etc.). Esse programa não pode ser perdido na ausência de energia elétrica, pois isso acarretaria a perda da funcionalidade desse microcomputador, para a qual foi projetado. Assim, o tipo de memória em que esse programa deve ser armazenado é a memória não-volátil. b)Mem´ oria de armazenamento de informa¸ co ˜es: todo microcomputador deve ter uma a´rea de armazenamento de informa¸co˜es. Essa memória deve permitir a escrita e a leitura de informa¸co˜es. Para entender melhor, considere um microcomputador controlando uma determinada atividade. Caso existam informa¸co˜es definidas pelo mundo externo por meio de chaves, sensores, teclados etc., elas devem ser lidas e armazenadas na memória, para depois serem lidas novamente e analisadas (tratadas) pelo microprocessador por meio de um programa. Como exemplo, considere o acionamento das teclas do teclado de um microcomputador, ou seja, uma vez acionada uma tecla, a CPU deverá ler a informa¸caõ que foi gerada pelo hardware associado a essa tecla e executar o armaz namento dessa informa¸caõ na memória. Depois, deverá fazer a leitura dessa informa¸caõ, a fim de analisá-la (interpretá- la), para verificar qual tecla foi acionada. Além disso, a informa¸caõ deverá ser mostrada no monitor de v´ıdeo. Repare que foram necessárias, nesse exemplo, várias opera¸co˜es Página 11


de leitura e escrita na memória, para a realiza¸caõ dessa tarefa. Assim, é preciso utilizar uma memória que tenha a caracter´ıstica de realizar leitura e escrita de informa¸co˜es. Portanto, deve-se utilizar memórias RAM (Random Access Memory). Lembre-se de que essas memórias apresentam a caracter´ıstica de serem voláteis. Portanto, sempre que o microcomputador for desenergizado, as informa¸co˜es contidas nesse tipo de dispositivo serão perdidas.

Unidade de Entrada e Sa´ıda Unidade de entrada e sa´ıda (E/S): também chamada pela abrevia¸caõ de I/O (Input/Output), é responsável pelo interfaceamento das informa¸co˜es entre o microcomputador e o mundo externo. Geralmente são circuitos integrados (CIs) capazes de ler e armazenar as informa¸co˜es vindas do mundo externo, por exemplo, informa¸co˜es originárias do teclado, do canal de comunica¸caõ serial de um microcomputador etc.; e que também podem definir informa¸co˜es do microcomputador para o mundo externo, por exemplo, o acionamento de bips, alto-falantes, leds indicadores, displays, interfaces de comunica¸caõ seriais e paralelas etc.

1.3

Arquitetura do Microprocessador/Microcontrolador

Como vimos até aqui o microprocessador é um elemento eletrônico, desenvolvido para executar tarefas espec´ıficas, que dependem de uma linguagem própria para cada fam´ılia de microprocessadores/microcontroladores. Quando falo em fam´ılias estou me referindo ao tipo de linguagem que o meu microprocessador/microcontrolador será capaz de interpretar, isto quer dizer que a linguagem a qual irei utilizar no programa está diretamente relacionada ao modelo do meu microprocessador/microcontrolador. Podemos ter no mesmo circuito diversos tipos de fam´ılias diferentes que trabalham entre si sem problemas, desde de que se respeite o programa individual de cada um, por exemplo: o nosso celular não conecta no computador, um palm idem, são todos eles pertencentes a diversas fam´ılias, mas que interagem entre si. Assim, ao programarmos a ROM com os códigos compat´ıveis com a linguagem ou fam´ılia pertencentes ao microprocessador, ele será capaz de executar as tarefas por esse código designadas. Cabe ao projetista entender perfeitamente o conjunto de instru¸co˜es da máquina (o tão famoso ASSEMBLER) e a sua estrutura fisica, e de interfaces, também conhecida como hardware. Vejamos como os três blocos visto até aqui se comunicam entre si para dar funcionalidade ao microprocessador. As vias de comunica¸caõ entre os blocos básicos são chamadas de barramentos ou do inglês bus. Cada barramento é constitu´ıdo por um n´ umero de vias (trilhas de cobre), nas quais fluem informa¸co˜es em paralelo. São três os barramentos existentes: o barramento de endere¸cos, de temporiza¸caõ e controle e o de dados. 1.Barramento de endere¸ cos: A CPU utiliza esse barramento para definir os endere¸cos das posi¸co˜es de memória de programa em que ela irá buscar as instru¸co˜es a serem executadas e também para definir os endere¸cos de memória de dados ou dos dispositivos de entrada e saida para a troca de informa¸co˜es. Esse barramento é unidirecional. 2.Barramento de temporiza¸ ca õ e controle: A CPU utiliza esse barramento para definir os sinais de temporiza¸caõ e controle para gerenciar o tempo e a dire¸caõ do fluxo de informa¸co˜es nas opera¸co˜es de leitura e escrita nos dispositivos (unidades de memória ou unidades de entrada e saida). Esse barramento é unidirecional. 3.Barramento de dados: A CPU utiliza esse barramento para receber as informa¸co˜es vindas da memória ou dos dispositivos de entrada e saida ou então definir as informa¸co˜es para a memória ou para os dispositivos de entrada e sa´ıda. Esse barramento é bidirecional. Vale ressaltar que Página 12


nem todos os microprocessadores/microcontroladores não trocam informa¸co˜es diretamente com os dispositivos de entrada e saida. ´ o elemento que gera o ”marcapasso”da CPU, que permite que o microprocessador 4.Oscilador: E realize as suas tarefas internas e externas de maneira sincronizada e com velocidade predeterminada. ´ o elemento que faz a CPU iniciar suas rotinas internas e realizar também a primeira 5.Reset: E leitura de instru¸caõ no endere¸co 0000h. 6.Interrup¸ co ˜es: São pinos de acesso externo que permitem interromper o microprocessador, que então interrompe suas tarefas atuais e atende aquelas planejadas pela interrup¸caõ solicitada.

Oscilador

Memória

Microprocessador

E/S ou

Reset

Nao−Volatil (ROM)

Unidade Cental de Processamento

ou I/O

Volatil (RAM)

Interupcao

BUS Dados BUS de Temp. Controle Bus Endereco

Figura 1.2: Arquitetura básica de um microprocessador

Como o computador só interpreta códigos binários, não existe a necessidade que nós programadores converse no mesmo n´ıvel, podemos utilizar os outros tipos de codifica¸caõ Octal, Hexadecimal, Decimal e por Nomes Simb´ olicos, que representam uma instru¸caõ, como por exemplo: ”add”= ”Soma”= Código Hexa 24 ou 00100100 em binário (no exemplo, add=add A,#valor), para o microprocessador 8051. A CPU só entende d´ıgitos binários, mas nós a memorizarmos por ”add”, que é mais fácil de se lembrar. Assim através de um software (interpretador) irá transformar este ”add”em 00100100, quando gravamos a ROM.

1.4

A CPU Internamente

Veremos algumas de suas funcionalidades mais importantes a)Registradores: São equivalentes a uma RAM, só que interna a` CPU. Servem para armazenamento temporário de informa¸co˜es de utilidade interna e externa a` CPU. Existem registradores com fun¸caõ definida: por exemplo, aquele que é imagem ou espelho de uma porta de ”I/O”. O sinal na porta ¨ de I/O pode ser lido diretamente no registrador equivalente; por exemplo, a porta PO”tem um registrador imagem de ”PO”, cujo conte´ udo é o reflexo do que há na entrada f´ısica dessa porta. Existem registradores de Fun¸caõ Geral, que podem ser acessados pelas instru¸co˜es do Mp (microprocessador) e ainda podem ser conhecidos por nomes (registradores R0, R1 etc.) ou sem nomes (registradores 20h, 21h, etc.). Página 13


´ o indicador de endere¸co de memória exb)Contador de Programa (Program Counter ou PC): E terna. Ele serve para endere¸car a próxima instru¸caõ a ser lida pelo Mp, a fim de que ela ”saiba”onde estava e para onde deve ir (ler nova instru¸caõ no próximo endere¸co). ´ o local para onde se dirige o c)Registradores de Instru¸ ca õ (Instruction Register ou IR): E código da instru¸caõ que foi retirada da ROM por meio do endere¸co dado pelo PC no ciclo de busca (fetch) da instru¸caõ da memória. O IR é necessário para que, depois da busca, um decodificador possa decodificar, ”abrir”a instru¸caõ e enviá-la a` unidade de processamento (ALU-Aritmetic Logic Unit), a fim de que, neste local, ela seja ”executada”. ´ o local em que a instru¸caõ é decodificada, e d)Unidade de Decodifica¸ ca õ (Decode Unit): E também são gerados os controles que, junto com a Unidade de Controle, permitem executar a instru¸caõ na ALU. ´ o local em que são realizadas e)Unidade L´ ogica e Aritm´ etica (ALU-Arithmetic Logic Unit): E ´ as opera¸co˜es de: lógica, aritmética e decisão/compara¸caõ. E o ”cérebro”da máquina. ´ um registrador principal e muito ”popular”, pois várias inf)Acumulador (Accumulator): E stru¸co˜es se referem a ele para operar. ´ o local em que se processa o controle do fluxo das g)Unidade de Controle (Control Unit): E informa¸co˜es a fim de realizar a instru¸caõ recebida. Exemplo de Funcionamento: Suponha que o Mp foi ler uma instru¸caõ na ROM. Os seguintes passos serão dados: 1.O endere¸co de PC é posto na via de endere¸co (que é o endere¸co desta próxima instru¸caõ a ser lida). 2.O sinal de controle da ROM, é ativado (pois vamos ler a ROM e não a RAM). 3.A instru¸caõ é lida da ROM, no endere¸co dado pelo PC (no caso, o endere¸co ”n”), e é lida pela via de dados. Estes três itens correspondem ao ciclo de busca ou fetch. 4.A instru¸caõ é carregada e armazenada no IR (Registrador de Instru¸co˜es). 5.O PC é incrementado para ler a próxima instru¸caõ (apontará para ”n+1”). 6.Inicia-se outro ciclo, o de execu¸caõ interna da instru¸caõ, auxiliado pela Unidade de Controle e pelos registradores, decodificado pela Unidade de Decodifica¸caõ e executado pela ALU.

1.5

O Microcontrolador 8051

O 8051 é um microcontrolador rápido com clock t´ıpico de 12 MHz sendo que existem versões de até 30 MHz, fornecidas por diversos fabricantes, e suas caracter´ısticas de hardware e software permitem usá-lo como um poderoso controlador, sobretudo em sistemas para lógica seq¨ uencial e combinatória. Entre as suas caracter´ısticas de hardware, podemos destacar: 1)2 Kbytes de memória de programa (Flash) 2)128 Bytes de memória RAM 3)Duas portas de I/O de 8 bits 4)Comparador de tensão on-chip 5)Controlador de interrup¸caõ de 6 entradas com estrutura Nesting* 6)Canal serial UART Full-Duplex programável Página 14


7)Dois contadores/temporizadores de 16 bits 8)Modos Power-Down e Power-Idle [*] ”Nesting”é o nome que se dá ao processo pelo qual uma interrup¸caõ pode interromper outra que já estiver sendo atendida, desde que tenha maior prioridade. Entre as caracter´ısticas de software podemos destacar a capacidade de executar complexas opera¸co˜es aritméticas e lógicas (multiplica¸caõ, divisão, permuta, e deslocamento de bits,. . . ), trabalhar com bancos de registradores nominais e inclusive trabalhar com 128 bits individualmente endere¸ca´veis na RAM. Há um tempo não muito distante, para realizar um projeto utilizando microcontroladores com todas estas funcionalidades, era necessário agrupar diversas pastilhas com as fun¸co˜es descritas anteriormente. Isto tornava protótipo fisicamente maior, aumentaria o consumo de energia, diminuindo a autonomia das baterias e inviabilizando a sua portabilidade que hoje são fundamentais para os sistemas embarcados. Para compreendermos melhor o 8051 torna-se necessário conhecer a estrutura interna do microcontrolador e estudarmos cada uma delas detalhadamente. Para isso nos dividiremos da seguinte forma: 1)Memória 2)Circuito de Reset 3)Gerador de Clock 4)Controlador de Interrup¸caõ 5)Conjunto de Instru¸co˜es Com esta divisão ficará mais claro definirmos todas as instru¸co˜es realizadas pelo 8051 e, o funcionamento dos demais componentes associados ao microcontrolador.

1.5.1

Mem´ oria

Vejamos, o diagrama de blocos do 89C2051 na figura 1.3. Neste diagrama de blocos, temos uma no¸caõ geral dos elementos internos ao 8051 e de suas liga¸co˜es com o mundo externo. A memória de programa do 8051 é do tipo Flash ROM (E2PROM), podendo sofrer um ciclo de escrita/apagamento de 1000 vezes. Este tipo de memória de programa torna as tarefas de teste e depura¸caõ dos programas bastante agradáveis, pois a antiga etapa de apagar a memória em luz ultravioleta não se faz mais necessária. O segmento de programa da memória se inicia no endere¸co 0000h e pode ocupar todos os 2048 bytes da memória, a ATMEL oferece também outros modelos de microcontroladores com uma ROM interna maior para que possamos utilizar programas maiores. A memória RAM se divide conforme a figura 1.4 Os registradores de fun¸co˜es especiais incluem loca¸co˜es referentes a`s portas de I/O, ponteiros do sistema, registros de interrup¸caõ, registros da porta serial, dos temporizadores e registros aritméticos. A CPU trata os registros de fun¸co˜es especiais da mesma forma que trata a RAM, podendo ali efetuar altera¸co˜es e, o mais importante, endere¸car algumas dessas posi¸co˜es como bit. Esta facilidade de endere¸car bits é muito interessante, pois facilita a vida do programador. Vamos supor que temos de zerar o quinto bit de uma certa posi¸caõ de memória. O método tradicional consiste em fazer uma opera¸caõ AND entre o conte´ udo da memória especificada e o numero binário 11011111, Página 15


Figura 1.3: Organiza¸caõ Interna do 8051 pois 1 AND X resulta X, logo não alteramos os bits 7, 6, 4, 3, 2, 1 e 0. Mas temos que 0 AND X resulta 0, e desta forma zeramos o quinto bit. Quando o sistema trabalha com bits, basta dar uma instru¸caõ do tipo ”zere o bit 5 na posi¸caõ N”e teremos efetuado a opera¸caõ, sem nos preocuparmos com os demais bits. A parte baixa da memória RAM interna (daqui a diante chamaremos apenas de RAM) está dividida em por¸co˜es distintas, que incluem 4 bancos de registradores de 8 bytes cada, uma por¸caõ de 16 bytes cujos bits são individualmente endere¸ca´veis pela CPU e o restante da memória, que somente pode ser endere¸cado byte a byte. Os bancos de registradores são simples posi¸co˜es de memória RAM que permitem seu endere¸camento pelo nome dado a cada registro, além de seu endere¸camento pela posi¸caõ de memória.

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Figura 1.4: Organiza¸caõ da RAM Interna do 8051 A vantagem dos bancos de registradores está em seu uso pelo sistema, como ´ındice para endere¸camento e pela facilidade de lembran¸ca de seu nome, além de serem amplamente utilizados por compiladores de linguagem de alto n´ıvel. Por exemplo, é mais fácil lembrar que um certo dado está no registro R2 do que lembrar que o mesmo está na posi¸caõ 02 de memória (Supondo Banco 0).

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A sele¸caõ de um certo banco de registradores se dá pelo valor dos bits RS1 e RS0 conforme a tabela a seguir: Posi¸caõ de Memória 1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00

Nome do Registrador R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 R0 R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 R0 R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 R0 R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 R0

Bit RS1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Bit RS0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0

BANCO

3

2

1

0

Tabela 1.1: Tabela de registradores do banco de memória Conforme visto anteriormente, temos 16 bytes na RAM cujos bits são individualmente endere¸ca´veis pela CPU, conforme podemos ver pela tabela abaixo, dispostos da seguinte forma.

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7F 77 6F 67 5F 57 4F 47 3F 37 2F 27 1F 17 0F 07

Endere¸cos 7E 7D 76 75 6E 6D 66 65 5E 5D 56 55 4E 4D 46 45 3E 3D 36 35 2E 2D 26 25 1E 1D 16 15 0E 0D 06 05

Individuais dos 7C 7B 7A 74 73 72 6C 6B 6A 64 63 62 5C 5B 5A 54 53 52 4C 4B 4A 44 43 42 3C 3B 3A 34 33 32 2C 2B 2A 24 23 22 1C 1B 1A 14 13 12 0C 0B 0A 04 03 02

bits 79 71 69 61 59 51 49 41 39 31 29 21 19 11 09 01

78 70 68 60 58 50 48 40 38 30 28 20 18 10 08 00

Endere¸cos dos bytes 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20

Tabela 1.2: Endere¸cos de Memória endere¸cavel por byte e bit Temos também alguns registros de fun¸co˜es especiais que têm seus bits endere¸ca´veis, sendo que alguns deles têm, inclusive, um nome mnemônico, para maior facilidade de desenvolvimento de software em compiladores. Antes de estudarmos o mapa de memória dos registros de fun¸co˜es especiais, vamos estudar cada um deles em separado para melhor compreensão do funcionamento interno do 89C2051. Em seguida ao nome de cada registro, temos seu endere¸co em hexadecimal na RAM: P1 (90) - Porta P1 P3 (B0) - Porta P3 São posi¸co˜es da RAM que contêm os dados das portas de I/O do micro, caso as mesmas sejam usadas como tal. Uma escrita num desses registros altera automaticamente o conte´ udo presente na sa´ıda do chip, e uma leitura dos mesmos coloca o estado presente nos pinos (ou nos latchs de sa´ıda, conforme veremos adiante) dentro da posi¸caõ desejada. Essa opera¸caõ é poss´ıvel devido aos buffers e latchs de cada porta, que só são ativos na leitura ou escrita das mesmas.

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SP (81) - Stack Pointer ´ um registrador de 8 bits que contém o endere¸co de topo de uma ”pilha”realizada com os registradores, E em que se acumulam endere¸cos de retorno, quando se trabalha com sub-rotinas e interrup¸co˜es. Você pode EMPURRAR (PUSH) dados para a pilha (STACK) ou TIRAR (POP) dados da pilha (STACK). A instru¸caõ PUSH incrementa o SP ”antes”de escrever os dados e a instru¸caõ POP lê o dado da pilha e ”depois decrementa”o SP. A pilha é formada inicialmente dentro da RAM interna quando se tem o RESET da máquina, e neste caso o SP é carregado com valor 07h. Isto é, qualquer dado a ser armazenado na pilha causará primeiro o incremento do SP, isto é, irá para 08h, e depois será gravado o dado na pilha nesta posi¸caõ 08h. Isto é, ela estará ocupando a posi¸caõ 08h da RAM que é o registrador R0 do banco 1! Se você quiser utilizar esse banco e os outros seguintes, é melhor, logo de ´ınicio, carregar o SP com outro valor de ponteiro, a partir do qual ele irá formar a pilha.

TH1 (8D) - Timer High 1 TL1 (8B) - Timer Low 1 TH0 (8C) - Timer High 0 TL0 (8A) - Timer Low 0 São os registros de dados dos temporizadores/contadores (1 e 0 respectivamente). Contem os valores contados, no caso de usarmos as fun¸co˜es desse importante periférico do 89C2051.

TCON (88) - Timer Control Register TMOD (89) - Timer Mode Register ´ nestes regRegistradores de controle e de modo de opera¸caõ dos temporizadores/contadores. E istros que efetuamos a programa¸caõ de como queremos que esses periféricos trabalhem. Vale lembrar que o 89C2051 possui dois temporizadores/contadores internos.

PCON (87) - Power Control Este registro permite-nos adaptar o chip para situa¸co˜es em que não há processamento, mas não desejamos perder o conte´ udo das memórias internas do chip, como pode ocorrer numa falha da alimenta¸caõ, assim podemos controlar o consumo de energia do sistema.

SCON (98) - Serial Port Control Register SBUF (99) - Serial Buffer No SCON, colocamos os bits que nos permitirão trabalhar com a porta de comunica¸caõ serial conforme desejamos, e o SBUF é o registro no qual a porta armazenará o dado recebido, ou escrevemos o dado a ser transmitido.

IE (A8) - Interrupt Priority IP (B8) - Interrupt Enable Estes registros permitem-nos escolher qual ou quais interrup¸co˜es serão habilitadas (ou desabilitadas) e qual a prioridade (maior ou menor) de cada uma. Página 20


PSW (D0) - Program Status Word O Program Status Word contém bits que indicam quais as ocorrências da ALU na ultima opera¸caõ lógica e aritmética, alem de indicar qual banco de registradores foi acessado pela ultima vez. Equivale aos Flags dos microprocessadores de 8bits. ACC (E0) - Accumulator B (F0) Equivalem ao acumulador e ao registro B dos microprocessadores de 8 bits. O interessante aqui é que, inclusive os registros da CPU são acess´ıveis como simples posi¸co˜es de memória.

DPH (83) - Data Pointer High DPL (82) - Data Pointer Low Estes dois registros de 8 bits podem ser referenciados como um registro de 16 bits, chamado DPTR -Data Pointer. Este registro é usado quando desejamos fazer endere¸camento indireto para a leitura de constantes armazenadas na memória de programa, para ler ou escrever variáveis na memória externa de dados e para desvio para memória de programa de até 64 Kbytes. Não são todos os registros de fun¸co˜es especiais que tem seus bits individualmente endere¸ca´veis. Temos na tabela abaixo, os registros e seus bits com seus respectivos endere¸cos. Assim como nos registros endere¸ca´veis (que são bytes), alguns destes bits também tem um nome mnemônico. Este componente possui um poderoso conjunto de instru¸co˜es que permite usar diversos modos de endere¸camento, admitindo desvios e leitura/escrita em toda a memória. No momento oportuno, veremos como é acessada uma posi¸caõ de memória, e também como a CPU faz para acessar fisicamente essas posi¸co˜es.

1.5.2

Circuito de Reset

´ através desta fun¸caõ Agora, estudaremos como se processa a opera¸caõ de RESET no 89C2051. E que o chip se prepara para trabalhar, seja ao ligarmos a alimenta¸caõ do sistema, ou for¸cosamente. Embora o RESET não seja propriamente uma interrup¸caõ, muitas vezes é assim chamado devido a` semelhan¸ca de suas a¸co˜es, já que o RESET interrompe o processamento e reinicializa o sistema. O RESET no 89C2051 é ativo quando o pino 1 (RST/VPP) permanecer em n´ıvel alto por dois ou mais ciclos de maquina. Neste caso, a CPU executa o que chamamos de reset interno, que consiste em preencher seus registros internos com os valores predeterminados, a saber:

a)O PC, o acumulador, o registro B, os flags, o DPTR e todos os registros dos temporizadores/contadores são ZERADOS. b)No SP é colocado o valor 07h. c)As portas P1 e P3 terão o valor FFh Página 21


E7 F7 97 B7

E6 F6 96 B6

Endere¸cos Individuais dos bits E5 E4 E3 E2 F5 F4 F3 F2 95 94 93 92 B5 B4 B3 B2

EA

ES

ET1 1 AB

EX1

AF

AC

PX1

BC

PT1 1 BB

PS

AA

BA

E1 F1 91 B1

E0 F0 90 B0

Registradores ACC B P1 P3

ET0 0 A9

EX0 0 A8

IE

PT0 0 B9

PX0 0 B8

IP

P D0

PSW

CY D7

AC D6

FD D5

RS1 D4

RS0 D3

OV D2

SM1 9F

SM2 9E

SM3 9D

REN 9C

TB8 9B

RB8 9A

T1 99

R1 98

SCON

TF1 8F

TR1 8E

TF0 8D

TR0 8C

IE1 8B

IT1 8A

IE0 89

IT0 88

TCON

Tabela 1.3: Mnemônicos de cada bit d)O SBUF estará com conte´ udo indeterminado e o registro de controle da porta serial SCON será zerado. e)O registro PCON terá apenas seu bit mais significativo zerado. f)Os registros de controle de interrup¸caõ (IE e IP) terão ambos o valor binário XXX00000, onde X = irrelevante (pode ser 0 ou 1).

A RAM interna não é afetada pelo reset for¸cado, sendo que ao ligar (power-up), o seu valor é aleatório, mas pode ser lido por software. Geralmente, ao ligarmos o sistema, desejamos que o mesmo execute uma seq¨ uência de fun¸co˜es de inicializa¸caõ, dividida em dois blocos, inicializa¸caõ do sistema básico, que sempre ocorre no RESET, e a inicializa¸caõ do sistema montado, que prepara o equipamento para a opera¸caõ para o qual foi projetado, por exemplo, ajustando os contadores, as portas entre outros. Embora estas fun¸co˜es sejam executadas pelo software que come¸ca a rodar após o RESET, no endere¸co 0000h da memória de programa, costumamos chamá-lo de rotina de inicializa¸caõ. O 89C2051 pode ser automaticamente resetado ao ligar a fonte, pela coloca¸caõ de um resistor de 8,2 kΩ entre seu pino seu pino de RESET e o terra, e pela coloca¸caõ de um capacitor (preferencialmente de tântalo) de 10 µF entre o pino e o +Vcc, o que garante que este pino estará em n´ıvel alto por mais de 2 ciclos de maquina após a liga¸caõ da alimenta¸caõ, pois o capacitor comporta-se como um curto-circuito, provocando uma circula¸caõ de corrente pelo resistor, que terá uma tensão inicial da ordem de +Vcc. Após algum tempo, o capacitor ”estará carregado”e não circulará mais corrente na resistência, e desta forma a diferen¸ca de potencial sobre a mesma será nula, garantindo que o pino RST/VPP esteja Página 22


Figura 1.5: Mapa de Registradores e Valores de Reset do 8051 no n´ıvel 0. Na eventualidade de necessitarmos provocar o reset (reset for¸cado), basta então colocarmos uma chave de contato momentâneo NA (push-botton NA) em paralelo com o capacitor, e ao pressiona-la e soltá-la teremos provocado uma nova opera¸caõ de reset. Na entrada, o chip possui um Schmidt Trigger para garantir rejei¸caõ a ru´ıdo, sendo que a sa´ıda do mesmo é amostrada a cada ciclo de maquina pelo hardware, para ver a ocorrência de reset. Durante o reset, o n´ıvel lógico dos pinos é indeterminado, indo a n´ıvel lógico 1 ?após? a execu¸caõ da rotina interna de reset, de tal forma que devemos prever esta situa¸caõ no projeto do hardware, para evitar acionamento indesejável de qualquer periférico externo.

Página 23


Figura 1.6: Circuito de reset

1.5.3

O Gerador de Clock

Temos duas possibilidades para excitar o sistema: clock externo ou clock interno. O uso do clock externo ajuda a economizar componentes quando do uso do sistema junto de outros que já possuam um sinal TTL que possa ser aproveitado, como por exemplo, para trabalho junto a contadores e outros equipamentos seq¨ uenciais rápidos. Sua implementa¸caõ é simples, bastando desconectar o pino 4 (XTAL2) (deixar em aberto), e injetar o sinal externo no pino 5 (XTAL1), que desta forma irá diretamente para o sistema de controle e temporiza¸caõ do chip (conforme a figura 1.7).

Figura 1.7: Clock Externo para o 8051 Se utilizarmos o clock gerado pelo oscilador interno, deveremos intercalar aos pinos XTAL1 e XTAL2 um cristal ou um filtro cerâmico (o cristal e o mais indicado) na freq¨ uência desejada, e dois capacitores de realimenta¸caõ conforme a figura 1.8 Os valores recomendados dos capacitores são os seguintes: 40 pF +/- 10 pF para filtro ressonante de cerâmica. 30 pF +/- 10 pF para cristal oscilador. Em qualquer caso, a freq¨ uência de oscila¸caõ m´ınima é de 3.5 MHz, é a máxima pode ser de 24 MHz conforme o modelo utilizado. Existem atualmente versões de outros fabricantes que trabalham com freq¨ uência de 30 MHz e superiores, sendo que o seu custo também é relativamente superior. Página 24


Figura 1.8: Oscilador Interno Quanto ao layout do circuito deve-se destacar o fato de que as liga¸co˜es devem ser mantidas as mais curtas poss´ıveis, para evitar capacitâncias parasitas que venham a interferir no funcionamento do circuito, assim como uma boa malha de terra deve ser providenciada em toda a placa.

Figura 1.9: Layout Recomendado para o Oscilador Interno

1.5.4

Interrup¸ c˜ ao

A interrup¸caõ é, provavelmente, uma das mais importantes ferramentas nos sistemas de controle microprocessados, pois é o processo pelo qual a execu¸caõ de um programa é interrompida (ou não), de acordo com as necessidades de eventos externos ou internos. Temos dessa forma, que existem três fontes de interrup¸caõ: a interrup¸caõ por Software (instru¸caõ), a pedida por periférico externo e a interrup¸caõ pedida por periférico interno (timer/counter, porta serial, etc. . .). A interrup¸caõ é um sinal, gerado de uma das três formas acima descritas, que pede para a CPU parar o processamento corrente e efetuar outro, referente a` interrup¸caõ solicitada, desde que a mesma esteja habilitada e possa ser aceita. A vantagem da interrup¸caõ está na simplifica¸caõ do Hardware, pois não precisamos fazer com que nosso sistema fique monitorando o funcionamento de certos dispositivos periféricos. Por exemplo, nos computadores didáticos simples, e mesmo em alguns sistemas industriais, o teclado é um periférico que é lido constantemente pelo monitor do sistema, para verificar se alguma tecla foi ou não apertada. Página 25


Já nos computadores da linha IBM-PC, isso não ocorre, pois o teclado é um periférico inteligente, que possui um microcontrolador interno que, caso uma tecla seja pressionada, pede uma interrup¸caõ ao microprocessador para poder enviar o código da tecla pressionada para o mesmo. Muitas vezes as entradas de interrup¸caõ são as principais entradas do sistema. Para o perfeito entendimento das interrup¸co˜es, devemos antes relembrar os seguintes conceitos: a)Mascaramento ´ a possibilidade de impedirmos, geralmente por Software, que uma certa interrup¸caõ seja atendida. E Existem sistemas que possuem interrup¸co˜es não-mascaráveis, ou seja, jamais podem ser desabilitadas por Software. b)Prioridades No caso do sistema poder atender mais de uma interrup¸caõ, devemos ter uma tabela de seq¨ uência de prioridades, para que o microprocessador saiba como agir, no caso de duas ou mais interrup¸co˜es chegarem simultaneamente. c)Interrup¸caõ Vetorada e Não Vetorada As interrup¸co˜es vetoradas são aquelas que possuem o vetor de interrup¸caõ (endere¸co de in´ıcio da ´ o caso do 8051, onde cada vetor de ininterrup¸caõ) fixo, e não pode ser mudado pelo usuário. E terrup¸caõ já está definido pelo fabricante. As interrup¸co˜es não vetoradas são aquelas nas quais os endere¸cos de desvios do programa são escolhidos pelo programador, como é o caso do COP 68705.U3 da Motorola, por exemplo. d)Tipo de Ativa¸caõ das Interrup¸co˜es Existem três maneiras pelas quais um sistema pode reconhecer um sinal lógico: •Pelo n´ıvel (alto ou baixo). •Pela borda de subida ou de descida. •Pela soma de borda (subida ou descida) e um n´ıvel correspondente.

Estudo das Interup¸ co ˜es no 8051 0 8051 pode ser interrompido de 5 maneiras: 1)Pela interrup¸caõ externa INTO\; 2)Pela interrup¸caõ externa INT1\; 3)Pelo timer/counter interno TIMER0; 4)Pelo timer/counter interno TIMER1; 5)Pelo canal de comunica¸caõ serial. O canal serial e as interrup¸co˜es externas usam alguns pinos da porta três, conforme a seguir: 1.Porta 3, pino 0 = Receptor de dados seriais (RX); Página 26


2.Porta 3, pino 1 = Transmissor de dados seriais (TX); 3.Porta 3, pino 2 = Entrada da interrup¸caõ externa INTO\;. 4.Porta 3, pino 3 = Entrada da interrup¸caõ externa INT1\. ˜ OBSERVAC ¸ AO: Dessa forma, se usarmos algumas dessas interrup¸co˜es, devemos tratar a porta três como porta de I/O apenas bit endere¸ca´vel. No 8051, cada interrup¸caõ pode ser individualmente habilitada ou não, e podemos também desabilitar todas de uma só vez. As interrup¸co˜es podem ter apenas dois n´ıveis de prioridade, e dessa forma, se duas ou mais ocorrerem ao mesmo tempo (algo ”praticamente”imposs´ıvel), a de maior prioridade será atendida primeiro. Caso uma interrup¸caõ de prioridade 0 (menor) esteja em andamento, uma interrup¸caõ de prioridade 1 (maior) interromperá aquela e será atendida. Ao seu fim, a CPU retorna ao atendimento da interrup¸caõ de n´ıvel 0 que foi interrompida. Este Microcontrolador possui ainda um processo de prioridade interno, para o caso de duas interrup¸co˜es de mesma prioridade estarem aguardando atendimento. Neste caso, esta é a ordem de atendimento das interrup¸co˜es (IP): 1)Interrup¸caõ Externa 0 −→ Maior prioridade Timer 0 2)Interrup¸caõ Externa 1 Timer 1 Se a interrup¸caõ que chegar for de n´ıvel igual ou menor da que já está sendo atendida, ficará aguardando o fim desta para ser servida. Quando atende uma interrup¸caõ, 0 8051 salva no Stack o valor do PC, ”mas não salva o acumulador e o registro Program Status Word (PSW)”. Os mesmos devem ser salvos e devolvidos pela rotina de interrup¸caõ, se assim for necessário, assim como qualquer outro registro importante.

Endere¸ cos de Desvio Neste Microcontrolador, cada interrup¸caõ é desviada para um certo endere¸co fixo, no qual come¸ca a nossa rotina de interrup¸caõ. São os seguintes os endere¸cos de desvio: 1.INT0\ −→ 03h 2.Timer/Counter 0 −→ 0Bh 3.INT1\ −→ 13h 4.Timer/Counter 1 −→ 1Bh Como vimos, o Reset inicia em 00h, e desta forma, por exemplo, se usarmos todas as interrup¸co˜es teremos que usar os três Bytes dispon´ıveis para o reset, num desvio incondicional para outra parte da memória, onde realmente teria in´ıcio o programa. Página 27


As interrup¸co˜es INT0\, Timer/counter 0, INT1\ e Timer/counter 1 possuem apenas 8 Bytes dispon´ıveis antes de sobrepor se com a próxima, e desta forma, provavelmente, deveremos efetuar um desvio para outra parte da memória, sendo a u ´ nica exce¸caõ a interrup¸caõ do canal serial, que por ser au ´ ltima não se sobrepõe a nenhuma outra. Temos na figura 1.10, um mapa parcial da memória de programa com destaque para os endere¸cos de desvio de cada interrup¸caõ. 00h 01h 02h 03h 04h 05h 06h .. . 0Ah 0Bh 0Ch 0Dh .. . 11h 12h 13h 14h .. . 1Ah 1Bh 1Ch 1Dh .. . 22h 23h 24h 25h

←−

Inicio

←−

End. de INT0\

Diferen¸ca de 8 bits

←−

↓ End. do Timer/Counter 0

←−

End. de INT1\

←−

End. do Timer/Counter 1

←−

End. do Canal Serial

Figura 1.10: Mapa parcial da memória de programa do 8051 com destaque ao in´ıcio das interup¸co˜es

Página 28


1.5.5

Registro de Controle das Interrup¸ co ˜es

O 8051 possui dois registro de 8 bits cada um, na sua memória RAM mais alta (Registros de Fun¸co˜es especiais-SFR) que servem para habilita¸caõ ou não das interrup¸co˜es, e indica para a CPU a prioridade de cada uma delas. Sempre que uma interrup¸caõ é requisitada, um certo bit de controle dessa interrup¸caõ será setado e assim permancerá até que essa interrup¸caõ seja atendida. Exce¸ ca õ ´ e a esta regra ´ e a interrup¸ ca õ serial, que deve ter seu bit de controle resetado pelo Software. O primeiro de todos estes registros é o IE que tem por fun¸caõ indicar qual das interrup¸co˜es está ou não habilitada.Vejamos a figura 1.11 Bit 7 EA

X

X

ES

... ET1

EXT1

ET0

Bit 0 EX0

Figura 1.11: Resgistro IE EA - Enable All: Localizado no bit n´ umero 7, significa habilitar todos. Quando o em n´ıvel 0, desabilita todas as interrup¸co˜es de forma geral, independente de qualquer outro controle. Se em n´ıvel 1, permite-nos escolher qual interrup¸caõ em particular será habilitada, em fun¸caõ dos bits de controle individuais a seguir. ES: Enable Serial: Localiza-se no bit 4, significa habilitar a serial, quando em n´ıvel lógico 1, libera a interrup¸caõ pedida pelo canal serial. ET1 - Enable Timer 1: Localiza-se no bit 3, significa habilitar a interrup¸caõ do timer 1 e quando em n´ıvel lógico 1, libera a interrup¸caõ pedida pelo Timer/Counter 1. EX1 - Enable External 1: Localiza-se no bit 2, significa habilitar a interrup¸caõ externa (INT1\ e quando em n´ıvel lógico 1, libera a interrup¸caõ pedida pelo dispositivo externo ligado a INT1\. ET0 - Enable Timer 0: Localiza-se no bit 1, significa habilitar a interrup¸caõ do timer 0 e quando em n´ıvel lógico 1, libera a interrup¸caõ pedida pelo Timer/Counter 0. EX1 - Enable External 0: Localiza-se no bit 0, significa habilitar a interrup¸caõ externa (INT0\ e quando em n´ıvel lógico 1, libera a interrup¸caõ pedida pelo dispositivo externo ligado a INT0\. Prioridade Natural das interrup¸ co ˜es 1.INT0\ 2.TIMER/COUNTER0 3.INT1\ 4.TIMER/COUNTER1 5.Serial Veremos agora o registro IP, nele fixaremos qual o n´ıvel de prioridade de nossas interrup¸co˜es. Vejamos o formato deste registro. PS: Priority Serial: Localiza-se no bit 4, significa prioridade serial, quando em n´ıvel lógico 1, indica prioridade alta a` interrup¸caõ gerada pelo canal serial, se a mesma estiver habilidade. Quando Página 29


Bit 7 X

X

X

PS

... PT1

PX1

PT0

Bit 0 PX0

Figura 1.12: Resgistro IP em n´ıvel 0, indica prioridade baixa. PT1 - Priority Timer 1: Localiza-se no bit 3, significa prioridade do timer 1 e quando em n´ıvel lógico 1, indica prioridade alta a` interrup¸caõ gerada pelo Timer/Counter 1, se a mesma estiver habilidade. Quando em n´ıvel 0, indica prioridade baixa. PX1 - Priority External 1: Localiza-se no bit 2, significa habilitar a interrup¸caõ externa (INT1\ e quando em n´ıvel lógico 1, indica prioridade alta a` interrup¸caõ externa 1, se a mesma estiver habilidade. Quando em n´ıvel 0, indica prioridade baixa. PT0 - Priority Timer 0: Localiza-se no bit 1, significa prioridade do timer 0 e quando em n´ıvel lógico 1, indica prioridade alta a` interrup¸caõ gerada pelo Timer/Counter 0, se a mesma estiver habilidade. Quando em n´ıvel 0, indica prioridade baixa. PX1 - Priority External 0: Localiza-se no bit 0, significa habilitar a interrup¸caõ externa (INT0\ e quando em n´ıvel lógico 1, indica prioridade alta a` interrup¸caõ externa 0, se a mesma estiver habilidade. Quando em n´ıvel 0, indica prioridade baixa.

Página 30


Veremos como é o registrador PSW (Program Status Word) Lembrando que neste registrador representa o status da u ´ ltima opera¸caõ realizada no acumulador, vejamos a seguinte figura 1.13 Bit 7 PSW.7 CY

Bit 6 PSW.6 AC

Bit 5 PSW.5 F0

Bit 4 PSW.4 RS1

Bit 3 PSW.3 RS0

Bit 2 PSW.2 OV

Bit 1 PSW.1 -

Bit 0 PSW.0 P

Figura 1.13: Resgistros bit a bit do PSW ´ um indicador de ”vai um”em opera¸co˜es aritméticas: vai para 1 quando uma soma CY - Carry E com A ”estoura”na sua capacidade (isto é, o sétimo bit ou ACC.7 vai um para uma próxima casa que não existe; seria um nono bit, que é um ”estouro”da conta). Vai para ”1”se existir um empréstimo do 7 bit no caso de uma subtra¸caõ com o acumulador. Por exemplo: Se ACC=FFh e após isto aparece a instru¸caõ: acc A,#01h: A soma de FFh com 01h fará com que o resultado de A seja 00h e ”vai 1”para o carry, isto é,”CY”é setado no registrador PSW. O carry ”CY”também é utilizado como se fosse o ”acumulador para um só bit”. Existem várias instru¸co˜es booleanas que usam o ”C”, isto é, o carry, como operando, em que se posiciona o resultado das opera¸co˜es. Por exemplo: anl C,ACC.0: Executa um AND booleano entre o carry e o bit ACC.0. O resultado da opera¸caõ fica em ”C”(ele é equivalente ao acumulador para opera¸caõ com bytes), isto é, o resultado volta para ele mesmo. ´ um indicador de ”vai um”entre os quatro primeiros bit do acumulador, AC - Auxiliary Carry E isto é, é o ”vai um”de um ”nible”para outro ”nible”do acumulador. Isto é muito u ´ til em aritmética BCD em que os nibbles que correspodem a 4 bits são representados por um n´ umero codificado em binário, mas que representa um decimal de 0 a 9. ´ um bit registrador de uso geral, não tem nenhuma fun¸caõ especial e não indica nada.(literalmente Flag 0 E ”sobrou”dentro do PSW, sem fun¸caõ) RS1 e RS0 São dois bits que fazem mudar o banco de registradores a que se referem os nomes R0 a R7, utilizados nas instru¸co˜es que trabalham com esses registradores (por ex.: mov A,R0 = move para o ”A”o conte´ udo de ”R0”; mas qual R0? Os bits RS0 e RS1 é que dizem a qual R0 de qual banco está se referindo).Vejamos na tabela 1.4 RS1 0 0 1 1

RS0 0 1 0 1

BANCO Banco 0 Banco 1 Banco 2 Banco 3

Tabela 1.4: Sele¸caõ do banco de registradores pelos bit do PSW Quando se dá o reset da máquina, ele aponta para o banco 0, isto é, as instru¸co˜es que se referirem a R0,R1,. . .R7 estão se referindo ao ”Rn”do banco O. Podemos utilizar a mudan¸ca de bancos e usar os mesmos apelidos de R0 a R7 para o outro banco, ou usar o endere¸co absoluto de cada registrador. Em geral, deixa-se que o microcontrolador aponte para o banco 0 direto e os outros registradores utilizam os endere¸cos absolutos deles, só para não ter i trabalho de mudar toda hora de banco. Isto depende do gosto do programador.Quando se ”reseta”a m´ aquina, os bits RS1 e RS0 ficam em 00h, isto ´ e, est˜ ao se referindo ao banco 0.

Página 31


´ um bit que vai para 1 quando, após um adi¸caõ ou subtra¸caõ, acontece um ”estouro”da OV E conta. Resultados maiores que +127 ou menores que -128 ”setarão”o bit ”OV”. Paor exemplo: 0F +7F 8E

⇒ ⇒ e ”OV”

+15 +127 +142

Note que 8E é -116, que não é a resposta desejada +142, por isto OV é setado. PSW.1 Não é um bit dispon´ıvel ao usuário. P - Parity Bit que é ”setado”em ”1”quando a paridade do conte´ udo do acumulador é par. Por exemplo, seja A, contendo os seguintes dados: Observa¸ ca õ: Paridade é o resultado par ou ´ımpar do somatório binário do acumulador. A=

N de ”1s” 1001

= Ímpar 1110

−→

P=1

A=

N de ”1s” 1001

= Ímpar 1111

−→

P=0

´ u E ´ til quando se trabalha com o canal serial, pois ele muitas vezes necessita desta informa¸caõ. Outra maneira de saber se P é ”1”ou ”0”, é pensar que a soma dos bits ”1”do acumulador mais o ”P”tem sempre que ser par.

1.5.6

Tempo para Atendimento das Interrup¸ co ˜es

Um certo tempo decorrerá entre o reconhecimento da interrup¸caõ, altera¸co˜es nos registros internos e efetivo desvio para o endere¸co. O melhor caso ocorre quando uma interrup¸caõ chega pouco antes dos u ´ ltimos 14 per´ıodos de clock, que correspondam ao final da instru¸caõ; a próxima instru¸caõ não seja multiplica¸caõ ou divisão; e temois mais 24 per´ıodos de clock para a chamada da sub-rotina. Estes tempos incorrem em atraso de 38 per´ıodos de clock ou 3.2 µs para um clock de 12 MHz. O pior caso ocorre se a interrup¸caõ chegar após os 14 u ´ ltimos per´ıodos da instru¸caõ em vigor, e se a próxima instru¸caõ for multiplica¸caõ ou divisão, que consomem 48 per´ıodos de clock, que resulta num atraso de 86 per´ıodos, ou 7.2 µs para clock de 12 MHz.

1.5.7

Ajuste das Interrup¸ co ˜es Externas para serem Ativas em N´ıvel ou Transi¸ c˜ ao

Podemos ajustar as interrup¸co˜es externas para serem detectadas por transi¸caõ de 1 para 0, ou pelo n´ıvel 0. Os bits de controle das interrup¸co˜es externas estão no registro TCON (Controle do Timer), e os que nos interessam são os quadro bits menos significativos. Bit 7

... IE1 IT1

IE0

Bit 0 IT0

Figura 1.14: Resgistro TCON com os bits relevantes a`s interrup¸co˜es IT0 - Interrup¸ ca õ Externa 0 (INT0\) : Localizado no bit 0 do TCON, indica qual o processo para a chamada da interrup¸caõ INT0\ será aceita na transi¸caõ de 1 para 0 do n´ıvel pino, devendo permanecer em 0 por pelo menos 12 per´ıodos de clock. Se em n´ıvel 0, INT0\ será aceita apenas pelo n´ıvel 0 presente no pino. Página 32


IE0 - Habilita¸ ca õ da Interrup¸ ca õ Externa 0 (INT0\): Bit para o hardware de controle da interrup¸caõ INT0\, localiza-se no bit 1. Este bit é setado pelo Hardware interno quando for detectada uma transi¸caõ de 1 para 0 no pino INT0\. Tem por fun¸caõ sinalizar internamente o pedido da ´ resetado logo que a interrup¸caõ seja atendida. interrup¸caõ. E IT1 - Interrup¸ ca õ Externa 1 (INT1\) : Localizado no bit 2 do TCON, indica qual o processo para a chamada da interrup¸caõ INT1\ será aceita na transi¸caõ de 1 para 0 do n´ıvel pino, devendo permanecer em 0 por pelo menos 12 per´ıodos de clock. Se em n´ıvel 0, INT1\ será aceita apenas pelo n´ıvel 0 presente no pino. IE1 - Habilita¸ ca õ da Interrup¸ ca õ Externa 1 (INT1\): Bit para o hardware de controle da interrup¸caõ INT1\, localiza-se no bit 3. Este bit é setado pelo Hardware interno quando for detectada uma transi¸caõ de 1 para 0 no pino INT1\. Tem por fun¸caõ sinalizar internamente o pedido da ´ resetado logo que a interrup¸caõ seja atendida. interrup¸caõ. E Como vimos, se a interrup¸caõ for ativa pela transi¸caõ, é a esta que a CPU deverá detectar para atender a` interrup¸caõ, por isso temos que esperar um per´ıodo de 12 ciclos de clock, porque na amostragem anterior, a CPU detectou n´ıvel 1 e agora devemos esperar que a mesma detecte o n´ıvel 0. Já na deteçcaõ por n´ıvel, a entrada deverá estar em n´ıvel 0, apenas durante a amostragem que ocorre ao fim de cada instru¸caõ executada. O interessante é que neste caso, o pino pode permanecer em n´ıvel 0 durante a execu¸caõ da rotina de interrup¸caõ, mas deve estar em n´ıvel 1 ao fim desta, senão o sistema atenderá novamente a` interrup¸caõ, visto que na amostragem da u ´ ltima instru¸caõ da rotina, encontrará este pino em n´ıvel adequado para a interrup¸caõ, o que não ocorre no caso anterior, pois lá ˜ do n´ıvel 1 para o O. a CPU deve sentir a TRANSIC ¸ AO

1.5.8

Hardware para expandir as possibilidade de Interrup¸ c˜ ao Externa

Na figura 1.15, temos uma porta AND de 8 entradas na qual todas as NOVAS 8 entradas de interrup¸caõ estarão ligadas. Estas 8 entradas também estão ligadas a um lacth, por exemplo o 74LS374. A sa´ıda desta porta será ligada diretamente ao pino de interrup¸caõ externa INT0\, por exemplo, e também a um inversor, e da´ı ao ”gate”do lacth, e as sa´ıdas do lacth estão ligadas a` porta P1. Caso ocorra uma transi¸caõ de 1 para 0 na porta AND, teremos sua sa´ıda indo para o n´ıvel 0 também, ocasionando o pedido de interrup¸caõ e ”travando”o estado dos pinos I1 a I8 no lacth.cc No momento do atendimento da interrup¸caõ, o valor a ser lido na porta P1 conterá o estado dos bits que geraram a interrup¸caõ, e uma rotina verificará qual bit está em 0. Este bit é responsável pelo pedido de interrup¸caõ, e basta ao Software encarregar-se de executar a rotina apropriada.

Página 33

Microprocessadores e Microcontroladores - 1a Unidade - Prof. Vitor Le˜ ao Filardi +Vcc

I8

7430

INT0\

I1

8051

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

Q0 Q1 74LS374 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7

P1.0

P1.7

Figura 1.15: Detalhe do Hardware para expandir o n´ umero de interrup¸co˜es.

1.5.9

Exerc´ıcios Resolvidos

Quest˜ ao 1 No microcontrolador da fam´ılia 8051, programar as palavras IE (Interrupt Enable), IP (Interrupt Priority) e TCON (Timer Control) de modo a: a)INT1\ seja habilitado na máxima prioridade. b)Timer/Counter1 seja habilitado em segunda prioridade. c)INT0\ seja habilitado na terceira prioridade. d)Serial e Timer/Counter0 não habilitadas. Passo a):Interrup¸co˜es liberadas pela palavra IE INT0,INT1 e Timer1 liberados Bit EA - Enable All ligado Timer0 e Serial desativadas EA 1

0

0

ES 0

ET1 1

EX1 1

ET0 0

EX0 1

Assim carrega-se o valor 8Dh para a palavra IE através do seguinte comando: MOV IE,8Dh Pbsso b):Prioridade programadas pela palavra IP INT1 e Timer1: alta prioridade INT0: baixa prioridade Página 34


-

-

-

PS X

PT1 1

PX1 1

PT0 X

PX0 0

Quest˜ ao 2 Obter a outra representa¸caõ do endere¸co do bit 5Dh? (Ver tabela 1.2) Solu¸caõ: •Transformar o endere¸co do bit de hexadecimal para decimal 5 ∗ 16 1 + 13 ∗ 160 = 9310 •Dividir o valor do endere¸co em decimal (93 10 ) por 8 → 93/8, obtendo o quociente q=11 10 e o resto r=510 •Transformar o quociente (q) e o resto (r) em hexadecimal: q=11 10 =Bh e r=510 =5h. •Aplicar a fórmula: 5Dh = [20h+Bh]h.5=2Bh.5, ou seja, o endere¸co do bit 5 é igual a 2Bh.5. Para transformar o endere¸co de um bit da representa¸caõ 2Xh.Y para ZWh(2Xh.Y−→ZWh),basta seguir o procedimento: •Obter o quociente e o resto. O quociente (q) é obtido subtraindo 2Xh de 20h e transformando-o em decimal, e o resto é obtido através do n´ umero após o ponto (.) de tal representa¸caõ. Multiplicando o quociente em decimal por 8 e somando com o resto em decimal, obtém-se o endere¸co em decimal. O valor do endere¸co em decimal deve ser transformado para hexadecimal. Quest˜ ao 3 Obter a outra representa¸caõ do endere¸co do bit 2Ah.3? (Ver tabela 1.2) •Obter o quociente (q) e o resto (r): q= 2Ah - 20h = Ah e r=3h. •Transformar q e r de hexadecimal para decimal: q=Ah = 1010 e r 3h = 310 •Multiplicar o quociente por 8 e somar o resultado com o resto em decimal: 10*8+3=83 10 •Transformar o endere¸co de decimal para hexadecimal: 83 10 = 5 ∗ 161 + 3 ∗ 160 =53h Quest˜ ao 4 Defina o tipo de endere¸camento de cada uma das instru¸co˜es dadas a seguir: a)ADDC A,20h Resposta: Endere¸camento direto. b)MOV @R0,55h Resposta: Endere¸camento combinado (misto), formado pelos endere¸camentos direto e indireto ou indexados por registrador. c)MOV R7,6Ah Resposta: Endere¸camento indireto, pois R7 (Rn) é um registrador indexado (mnemônico). Quest˜ ao 6 Crie um programa que fa¸ca a opera¸caõ OR-Exclusivo entre o conte´ udo do acumulador (A) e a constante 33h. O resultado deve ser armazenado no conte´ udo do registrador R5 do segundo banco de registradores. Resposta: XRL A,#33h (A)←−(A)or-ex #33h MOV PSW,#08h (PSW)←−#08h=#00001000 =⇒ (RS1)=0 e (RS0)=1=⇒ define o segundo banco de registradores (B1). MOV R5,A Armazena, no conte´ udo do registrador R5 do segundo banco de registradores, o conte´ udo do acumulador A.

Página 35


1.5.10

Conjunto de Instru¸ co ˜es

Instru¸ co ˜es Aritm´ eticas Mnemˆ onico ADD A,Rn

Opcode

Fun¸ ca õ

SUBB A,#DADO INC A INC Rn

Soma o conte´ udo de Rn ao acumulador Soma o conte´ udo da posi¸caõ de memória ao acumulador Soma o conte´ udo da RAM endere¸cada por Ri ao acumulador Soma o dado ao acumulador Soma o conte´ udo de Rn e o carry ao acumulador Soma o conte´ udo da posi¸caõ de memória e o carry o acumulador Soma o conte´ udo da RAM endere¸cada por Ri e o carry ao acumulador Soma o dado e o carry ao acumulador Subtrai o conte´ udo de Rn e o Borrow do acumulador Subtrai o conte´ udo da posi¸caõ de memória e o Borrow do acumulador Subtrai o conte´ udo da RAM endere¸cada por Ri e o Borrow do acumulador Subtrai o dado e o Borrow do acumulador Soma 1 ao acumulador Soma 1 ao conte´ udo de Rn

INC DIRETO INC @Ri

Soma 1 a´ posi¸caõ de memória Soma 1 a´ RAM endere¸cada por Ri

DEC A DEC Rn

Subtrai 1 do acumulador Subtrai 1 do conte´ udo de Rn

DEC DIRETO DEC @Ri

Subtrai 1 da posi¸caõ de memória Subtrai 1 da RAM endere¸cada por Ri Soma 1 ao registrador DPTR Multiplica A e B resultado: BA Divide A e B resultado: A inteiro B resto Ajuste decimal do acumulador

ADD A,Direto ADD A,@Ri ADD A,DADO ADDC A,Rn ADDC A,DIRETO ADDC A,@Ri

ADDC A,#DADO SUBB A,Rn SUBB A,DIRETO SUBB A,@Ri

INC DPTR MUL AB DIC AB DA A

Bytes

Clocks

Flags Afetados

B

1

12

CY ?

H

2

12

?

?

?

0010/011iB

1

12

?

?

?

24 0011/1 abc 35

H B

2 1

12 12

? ?

? ?

? ?

H

2

12

?

?

?

0011/011iB

1

12

?

?

?

34

H

2

12

?

?

?

1001/1 abc 95

B

1

12

?

?

?

H

2

12

?

?

?

1001/011iB

1

12

?

?

?

94

H

2

12

?

?

?

04 H 0000/1 B abc 05 H 0000/011 B i 14 H 0001/1 B abc 15 H 0001/011 B i A3 H A4 H 84 H

1 1

12 12

-

-

-

2 1

12 12

-

-

-

1 1

12 12

-

-

-

2 1

12 12

-

-

-

1 1 1

24 48 48

0 0

?

? 0

1

12

?

?

-

0010/1 abc 25

D4

Página 36

H

AC ?

OV ?


Opera¸ co ˜es L´ ogicas Mnemˆ onico

Opcode

Fun¸ ca õ

ANL A,Rn

”e”entre registro e acumulador

ANL A,DIRETO ANL A,@Ri

”e”entre memória e acumulador ”e”entre RAM indireta e acumulador ”e”entre dado e acumulador ”e”entre acumulador e memória. Resultado na memória ”e”entre dado e memória

ANL A,#DADO ANL DIRETO,A ANL DIRETO,#DADO ORL A,Rn ORL A,DIRETO ORL A,@Ri ORL A,#DADO ORL DIRETO,A ORL DIRETO,#DADO XRL A,Rn XRL A,Direto XRL A,@Ri XRL A,#DADO XRL DIRETO,A XRL DIRETO,#DADO CRL A CPL A RL A RL C RR A RRC A SWAP A

”ou”entre registro e acumulador ”ou”entre memória e acumulador ”ou”entre RAM indireta e acumulador ”ou”entre DADO e acumulador ”ou”entre acumulador e memória. Resultado na memória ”ou”entre DADO e memória ”ou exclusivo”entre registro e acumulador ”ou exclusivo”entre memória e acumulador ”ou exclusivo”? entre RAM indireta e acumulador ”ou exclusivo”entre dado e acumulador ”ou exclusivo”entre acumulador e memória. Resultado na memória ”ou exclusivo”entre dado e memória Faz A = 0 Inverte o estado dos bits do acumulador Desloca o acumulador a` esquerda Desloca o acumulador a` esquerda através do carry Desloca acumulador a` direita Desloca acumulador a` direta através do carry Troca os nibbles do acumulador. Equivale a 4 RR A ou 4 RL A

Bytes

Clocks

Flags Afetados

0101/1 B abc 55 H 0101/011iB

1

12

CY -

2 1

12 12

-

-

-

54 52

H H

2 2

12 12

-

-

-

53

H

3

12

-

-

-

0100/1 B abc 45 H 0100/011iB

1

12

-

-

-

2 1

12 12

-

-

-

44 42

H H

2 2

12 12

-

-

-

43

H

3

12

-

-

-

0110/1 abc 65

B

1

12

-

-

-

H

2

12

-

-

-

0110/011iB

1

12

-

-

-

64

H

2

12

-

-

-

62

H

2

12

-

-

-

63

H

3

12

-

-

-

E4 F4

H H

1 1

12 12

-

-

-

23 33

H H

1 1

12 12

?

-

-

03 13

H H

1 1

12 12

?

-

-

C4

H

1

12

-

-

-

Página 37

AC -

OV -


Opera¸ co ˜es de Transferˆ encia de Dados

Mnemˆ onico

Opcode

Fun¸ ca õ

MOV A,Rn

Move o registro para o acumulador

MOV A,Direto MOV A,@Ri MOV A,#DADO MOV Rn,A

Move memória para o acumulador Move RAM endere¸cada por Ri ao acumulador Move o dado para o acumulador Move o acumulador para o registro

MOV Rn,Direto

Move memória para o registro

MOV Rn,#DADO MOV Direto,A MOV Direto,Rn

Move o dado para o registro

MOV Direto1,Direto2 MOV Direto,@Ri MOV Direto,#DADO MOV @Ri,A MOV @Ri,Direto

Move acumulador para a memória Move o registro para a memória Mova o conte´ udo da memória Direta2 para Direta1 Move RAM endere¸cada por Ri para a memória Move o dado para a memória Move o acumulador para a RAM endere¸cada por Ri Move a memória para a RAM endere¸cada por Ri Move o dado para a RAM indireta

MOV @Ri,#DADO MOV Move dado de 16 bits para o DPTR DPTR,#DADO16 MOVC A, @A + Soma A + DPTR obtendo um enDPTR dere¸co de 16 bits na memória de programa. Carrega acumulador com esta memória MOVC A, Idem ao anterior, mas soma A + PC @A+PC MOVX A,@Ri Move RAM externa (End. 8 bits) para o acumulador MOVX A, Move RAM externa (End. 16 bits) @DPTR para o acumulador MOVX @Ri, A Move o acumulador para a RAM externa (End. 8 bits) MOVX @DPTR, Move o acumulador para a RAM exA terna (End. 16 bits)

1110/1 B abc E5 H 1110/0111B

Bytes

Clocks

Flags Afetados CY

AC

OV

1

12

-

-

-

2 1

12 12

-

-

-

H B

2 1

12 12

-

-

-

B

2

24

-

-

-

B

2

12

-

-

-

H B

2 2

12 24

-

-

-

H

3

24

-

-

-

1000/011iB

2

24

-

-

-

75

H

3

24

-

-

-

1111/011iB

1

12

-

-

-

1010/011iB

2

24

-

-

-

0111/011iB

2

12

-

-

-

90

H

3

24

-

-

-

93

H

1

24

-

-

-

83

H

1

24

-

-

-

1110/001iB

1

24

-

-

-

E0

H

1

24

-

-

-

1111/001iB

1

24

-

-

-

F0

1

24

-

-

-

74 1111/1 abc 1010/1 abc 0111/1 abc F5 1000/1 abc 85

OBS: Continua na próxima página . . . Página 38

H


Mnemˆ onico PUSH Direto POP Direto XCH A,Rn XCH A,Direto XCH A,@Ri XCHD A,@Ri

Opcode

Fun¸ ca õ Incrementa o SP e então coloca a memória no stack Retira dado do stack e coloca na memória, depois decrementa SP Troca entre si o conte´ udo do acumulador e do registro Troca memória com acumulador Troca RAM indireta com acumulador Troca nibble menos significativo do acumulador e da RAM indireta entre si

Bytes

Clocks

Flags Afetados

C0

H

2

24

CY -

AC -

OV -

D0

H

2

24

-

-

-

1100/1 B abc C5 H 1100/011iB

1

12

-

-

-

2 1

12 12

-

-

-

1101/011iB

1

12

-

-

-

Opcode

Bytes

Clocks

Instru¸ co ˜es para Vari´ aveis Booleanas Mnemˆ onico CLR C CLR bit SETB C SETB bit CPL C CPL bit ANL C,bit ANL C,/bit ORL C,bit ORL C,/bit MOV C,bit MOV bit,C JC rel JNC rel JB bit,rel JNB bit,rel JBC bit,rel

Fun¸ ca õ Zera o Carry Zera o bit endere¸cado Seta o carry Seta o bit endere¸cado Inverte o estado do carry Inverte o estado do bit endere¸cado ”e”entre o bit endere¸cado e o carry ”e”entre o complemento do bit endere¸cado e o carry ”ou”entre o bit endere¸cado e carry ”ou”entre o complemento do bit endere¸cado e o carry Move o bit endere¸cado para o carry Move o carry para o bit endere¸cado Desvia se o carry estiver setado Desvia se o carry estiver zerado Desvia se o bit endere¸cado estiver setado Desvia se o bit endere¸cado estiver zerado Desvia se o bit endere¸cado estiver setado e depois zera o bit

Flags Afetados

C3 C2 D3 D2 B3 B2 82 B0

H H H H H H H H

1 2 1 2 1 2 2 2

12 12 12 12 12 12 24 24

CY 0 1 ? ? ?

72 A0

H H

2 2

24 24

? ?

-

-

A2 92 40 50 20

H H H H H

2 2 2 2 3

12 24 24 24 24

? -

-

-

30

H

3

24

-

-

-

10

H

3

24

-

-

-

Página 39

AC -

OV -


Instru¸ co ˜es de Desvio Mnemˆ onico ACALL END11 LCALL END16 RET RETI AJMP END11 LJMP END16 SJMP rel JMP @A + DPTR JZ rel JNZ rel CJNE A,Direto, rel CJNE A,#Dado,rel CJNE Rn,#Dado,rel CJNE @Ri,#Dado, rel DJNZ Rn, rel DJNZ Direto, rel NOP

Opcode

Fun¸ ca õ Chama sub-rotina numa faixa de 2kbytes da atual posi¸caõ Chama sub-rotina em qualquer posi¸caõ da memória de programa Retorne da sub-rotina Retorne da interrup¸caõ Desvia para outro endere¸co numa faixa de 2kbytes da atual posi¸caõ Desvia para qualquer posi¸caõ da memória de programa Desvio curto relativo Desvia para o endere¸co obtido da soma do acumulador e do DPTR Desvia se o acumulador for zero Desvia se o acumulador não for zero Compara e desvia se o acumulador for diferente da memória endere¸cada Compara e desvia se o acumulador for diferente do dado Compara e desvia se o registro for diferente do dado Compara e desvia se a RAM indireta for diferente do dado Decrementa o registro e desvia se for diferente de zero Decrementa a memória e desvia se for diferente de zero Nenhuma Opera¸caõ

Bytes

Clocks

Flags Afetados

-

-

2

24

CY -

AC -

OV -

12

H

3

24

-

-

-

22 32 -

H H -

1 1 2

24 24 24

-

-

-

02

H

3

24

-

-

-

80 73

H H

2 1

24 24

-

-

-

60 70 B5

H H H

2 2 3

24 24 24

?

-

-

B4

H

3

24

?

-

-

1011/1 B abc 1011/011iB

3

24

?

-

-

3

24

?

-

-

1101/1 abc D5

B

2

24

-

-

-

H

3

24

-

-

-

00

H

1

12

-

-

-

Página 40

Cap´ıtulo 2

Segunda Unidade Dispositivos do 8051 2.1

Ciclos de M´ aquina

Como vimos na unidade passada o clock é o relógio interno do microprocessador para a execu¸caõ sequencial de qualquer atividade interna ou externa a` máquina, ou seja, é o elemento que gera e controla os ciclos de trabalho da máquina. Cada ciclo de oscila¸caõ chamaremos de ”P”de pulso. A cada dois pulsos ”P”caracteriza-se um estado ”S”. Uma sequência de seis estados, S1 a S6, corresponde a um ciclo de máquina. Todas as atividades internas e externas do microprocessador são comandadas por esses pulsos e seus seis estados. Um ciclo de m´ aquina se constitui de seis estados (S1 a S6) que, por sua vez, correspondem a doze pulsos P do ”clock”. 1 Ciclo de Maquina Estados S1

P1

S2

P2

1 Estado

P1

S3

P2

P1

S4

P2

P1

S5

P2

P1

S6

P2

2 Pulsos

P1

P2

X

Figura 2.1: Ilustra¸caõ de um ciclo de máquina do MSC8051 Por exemplo, o instante marcado como ”X”na figura é o ”S6P1”. Assim podemos ter um linguagem comum de defini¸caõ de instantes de um ciclo de máquina. Cada pulso P1 depende da frequência do clock. Por exemplo, se o circuito oscilador for a cristal de 12MHz, teremos um ciclo de máquina = 12 x (Per´ıodo de Clock) = 12 x (1/12*10 6 )= 1µs.


2.2

Portas de I/O

Temos no 8051 quatro grupos de sa´ıdas denominados de PORTS, são eles P0,P1,P2 3 P3, comforme a versãoo do 8051 utilizado. No 8051 (ROM Interna) temos todos os quatro ports dispon´ıveis; no 8031 (EPROM Externa) só temos os ports P1 e P3 dispon´ıveis como ”I/O”. Cada port tem oito linhas que podem ser programadas como entrada ou como sa´ıda, ou trabalhar com os periféricos internos.

2.2.1

Princ´ıpio de Funcionamento e Utiliza¸ c˜ ao

O uso das linha de I/O é simples e necessita apenas de que escrevamos o valor desejado (na caso de utiliza¸caõ como sa´ıda), ou efetuarmos a leitura (no caso de entrada). Se o dado presente numa porta configurada como entrada variar, a varia¸caõ não será sentida pelo sistema, até que efetuemos uma nova leitura dessa entrada. Isto ocorre porque cada linha é, na realidade, um Buffer tri-state de um bit. Já no caso da escrita, temos associado a esta linha um flip-flop D (latch) de um bit. Na figura 2.2, temos um esquema simplificado de um bit de I/O, que nos ajudará a compreender o funcionamento da porta. Os circuitos reais são ligeramente diferentes para cada uma das portas, e mais complexos do que o apresentado aqui, mas para fins ditáticos e de entendimento este diagrama básico é suficiente. LE LATCH

VIA DE DADOS INTERNA

ESCREVE

D

CLK

Q

+

Q

PINO

LE PINO

Figura 2.2: Diagrama em blocos simplificado de um pino de I/O Quando escrevemos um bit na porta, o mesmo vai pela via interna até a entrada D do flip-flop, e então um pulso de clock em CLK coloca este bit em Q, que através da eletrônica associada leva este n´ıvel ao pino externo. Já no caso da leitura, algumas instru¸co˜es lêem o pino enquanto outras lêem o estado do latch, em Q. As instru¸co˜es que lêem o latch são aquelas que costumam ler, modificar e reescrever o bit, a saber : INC, DEC, CPL, JBC, DJNZ, ANL, ORL, XRL, MOV Px.n,C, CLR Px.n e ainda SETB Px.n, conforme vimos na unidade anterior. As demais instru¸co˜es de acesso aos ports lêem o estado presente nos pinos. E dai, qual a diferen¸ca então? Vamos supor que temos a base de um transistor NPN sendo acionada pelo pino de I/O. Quando escrevemos 1 neste pino o transistor entrará em condu¸caõ, e se a CPU ler o estado deste pino para eventual confirma¸caõ, lerá a tensão na base do transistor e interpretará como n´ıvel ZERO, então neste Página 42


caso deve ser lido o valor de latch, que estará corretamente indicando n´ıvel UM. Um exemplo simples de conexão das linhas seria um sistema que em fun¸caõ de um certo bit, por exemplo o bit 5 da porta 3 (escrito como P3.5), fará com que os leds colocados nos 8 pinos da porta 1 sejam acesos sequencialmente, conforme o estado daquele bit. Na figura 2.3, temos um diagrama simples para este exemplo, e a seguir o Software simbólico para esta fun¸caõ.

Página 43

Microprocessadores e Microcontroladores - 2a Unidade - Prof. Vitor Le˜ ao Filardi +

+

+

P1.0 P1.1

8051

P1.7

+

P3.5

Figura 2.3: Exemplo simples de utiliza¸caõ ´ SOFTWARE SIMBOLICO Inicio: Faz acumulador = 00000001 binário Lebit: Se P3.5 = 0 então roda acumulador a` esquerda (coloca o bit D0 em D1, e assim por diante, até colocar o bit D7 em D0). move acumulador para a porta 1 perde um tempo volta para ”lebit” Senão (só pode ser P3.5 =1) roda acumulador a` direita (coloca o bit D7 em D6, e assim por diante, até colocar o bit D0 em D7). move acumulador para a porta 1 perde um tempo volta para ”lebit”

Página 44


Port P0 O P0 é uma estrutura de port bidirecional. Um certo pino ”i”do port Po é tomado como ilustra¸caõ. O barramento interno do MC é utilizado para ler/escrever no latch interno, ou ler o pino f´ısico ”P0.i”em questão. Quando se utiliza uma instru¸caõ que ”escreve”um valor no Port P0.i, o dado se apresenta na entrada D do flip-flop. Um pulso de ”escreve”(o ”CLK”do flip-flop) é imposto no fli-flop, que transfere esse dados a`s sa´ıdas ”Q”e ”Q”do latch. O sinal de ”controle”atua para permitir que esse dado saia fisicamente no pino P0.i. Este sinal de controle simboliza o gerenciamento que esse port tem para apresentar o dado fisicamente a` sa´ıda. Existem instru¸co˜es que lêem o conte´ udo armazenado no latch. Existem instru¸co˜es que lêem o estado diretamente do pino. Em geral, as instru¸co˜es que ”lêem o latch”são do tipo ”READ-MODIFY-WRITE”, isto é, lê o conte´ udo do latch, modifica conforme a instru¸caõ imposta e escreve de novo no latch. São as instru¸co˜es INC, DEC, CPL, JBC, DJNZ, ANL, ORL e XRL. Quando P0 é usado como port, é como se ele fosse ”dreno aberto”, isto é, devemos utilizar resistores de ”Pull-Up”nesses pinos para podermos excitar devidamente o ambiente externo ao MC. Quando ele é usado apenas para controle de memória externa, esses resistores não são necessários, e neste caso o port P0 é visto como um port ”Tri-State”. O port P0 é multiplexado entre ”dados”e ”endere¸cos”quando gerencia memória externa e, então, utiliza o pino ALE para captar o endere¸co em um latch externo ao MC.

Port P1 Para finalizar este item, basta dizer que as possibilidades de uso destas linha de I/O são praticamente ilimitadas, ficando a cargo do projestista desenvolver novas aplica¸co˜es para tal. Os ports 1,2 e 3 possuem pull-ups internos e são chamadas de quase bidirecionais. Esta caracter´ısticas faz com que seus pinos tenham sempre um estado definido, ou seja, 0 ou 1, de forma que mesmo quando as usamos como entrada, podemos medir seu n´ıvel como se fosse de sa´ıda. Os ports P1 e P3 podem ser configurados, pino a pino (bit a bit), ou totalmente (byte) como entrada ou sa´ıda. Não se pode esquecer que o port P3 é ut´ılizado como meio de comunica¸caõ externa entre os periféricos ”Timers”e ”Serial”e então os p´ınos só estarão dispon´ıveis para I/0, dependendo de utilizar ou não os periféricos desse Mc. O port 0 não possui estas caracter´ısticas, e quando configurada como entrada, terá seu n´ıvel flutuando na ausência de n´ıvel fixo no pino. Entretanto, para todos os efeitos de uso, podemos considerar as portas como simples portas de I/O bidirecionais como veremos a seguir.

2.2.2

Caracter´ısticas Gerais e de Tempo dos Ports

Instru¸ co ˜es que Alteram diretamente o Conte´ udo dos Ports ´ necessário ter cuidado com as instru¸co˜es do tipo ”Read-Modify-Wr`ıte”citadas neste item, quando E são manipuladas diretamente com os ports. Por exemplo, a opera¸caõ: orl P1,#11111110b ; vai executar a leitura do Port P1 pelo ”latch”, vai operar a instru¸caõ ”OR”com o dado e devolver o resultado em P1. Se a inten¸caõ é só realizar uma ”máscara”para ler o bit ”P1.0”, esta instru¸caõ está sendo mal aplicada, pois ela, além de realizar a máscara, pos valor ”1”em todos os outros bits do port P1, alterando seus valores originais! Página 45


Assim, se queremos só uma ”máscara”, devemos operar ”fora de P1”, isto é: mov A,Pi ;lê P1 e carrega em A orl A,11111110b ;faz a ”máscara”sem alterar P1 Esta e outras instru¸co˜es abaixo listadas correm este ”perigo”de utiliza¸caõ e precisamos saber exatamente o que queremos antes de aplicá-las direto aos ports: Instru¸caõ e Forma Básica INC DEC CPL JBC DJNZ ANL ORL XRL

Fun¸caô Exemplo INC P1 DEC P3 CPL P1 JBC P1.0,#XX DJNZ P1,#XX ANL PO,A ORL PO,A XRL P1,#XX

Tabela 2.1: Instru¸co˜es que afetam diretamente os ports quando aplicadas junto a eles.

Condi¸ co ˜es de Tempo Envolvendo os Ports Cada pino do port é amostrado perto da ”descida”do pulso ”ALE”no instante de leitura de in´ poss´ıvel que, se o pino, neste instante, estiver em stru¸caõ, entre o per´ıodo S5 do ciclo de máquina. E transi¸caõ, o Mc possa ler dado errado. Quando se ”escreve”um dado no latch do pino do port, ele já aparece efetivamente na sa´ıda do latch durante o per´ıodo S6P2 do u ´ ltimo ciclo de máquina necessário para finaliza¸caõ da referida instru¸caõ. Assim, só aparecerá fisicamente no pino, no instante S1P1 do próximo ciclo de máquina. Observe que só se pode ler com confiabilidade um dado no pino do port que fique presente por tempo acima de 1 valor de ”S”(com clock de 12 MHz teremos → per´ıodo S ¿ 1 µs ou genericamente, per´ıodo maior que 1 ciclo de máquina).

2.2.3

Uso das Portas de I/O para a Expans˜ ao da Mem´ oria de Dados e Programa

As portas 0 e 2 possuem como fun¸caõ alternativa, endere¸car memória extema, para que possamos expandir a capacidade de dados e de programas no 8051. Neste caso, a porta 2 fornece a parte alta do endere¸co (A8-A15) e a porta 0 fornece, multiplexada no tempo, a parte baixa de endere¸co (AO-A7) e a via de dados (DO-D7). 0 pino 30 fornece o sinal ALE, que habilitará o latch de endere¸cos a segurar a parte baixa do mesmo, para que os dados possam transitar peia porta 0. Os outros sinais de controle são o PSEN\, o RD\ e o WR\. 0 sinal PSEN\ habilita a sa´ıda da memória de programa (permite a (eitura na Eprom externa) de forma que é ativo quando a CPU deseja ler programa da memória externa. Neste instante, os sina´ıs RD\ e WR\ estão em n´ıvel 1. Os sinais RD\ e WR\ somente são ativos caso a CPU execute instru¸co˜es de leitura e escrita na memória de dados externa (lembre-se de que as instru¸co˜es para memória externa são diferentes das instr´ uço˜es para memória interna). Temos então, que para leitura o pino RD\ irá a n´ıvel 0, mantendo ˜ GERo pino WR\ = 1, e vice-versa para escrita. LEMBRETE: OS SINAIS RD\ E WR\ S AO ´ DE PINOS DA PORTA 3 CONFORME VEREMOS NO ITEM 2.2.5 ADOS ATRAVES Página 46


2.2.4

Sele¸ c˜ ao de Programa Externo ou Interno

O pino 31 tem a fun¸caõ EA\ (extemal address) e quando em n´ıvel 1 diz a` CPU para procuraros primeiros 4 KBytes de programa intemamente, e o que exceder esta memória será procurado extemamente. Quando em n´ıvel 0, informa a` CPU que deve procurar todos os passos de programa externamente, ignorando a memória interna. ˜ OBSERVAC ¸ AO: Não confundir este pino com o bit EA, presente no registro IE. Esta é a op¸caõ utilizada quando se usa o 8031, que é um 8051 mas que não tem a ROM interna, ou quando não se deseja arcar com as despesas de encomendar grande quantidade de pe¸cas do 8051 gravadas em fábrica. ´ DEVE FICAR CLARO QUE QUANDO SE UTILIZA MEM ORIA EXTERNA DE PROGRA˜ ˜ MAS, EM QUALQUER OPC ¸ AO NAO PODEREMOS MAIS UTILIZAR OS PINOS DAS PORTAS 0 E 2 COMO I/0. Na figura 2.4, temos um esquema de Hardware onde colocamos 8 KBytes de programa e 8 KBytes de dados externos, sendo que neste caso, temos toda a memória de programa externa, utilizando 0 8031. RD\ 1 0 1 0

WR\ 1 1 0 0

Fun¸caõ Espera Lendo na RAM Escrevendo na RAM Não ocorre

Tabela 2.2: Tabela de Acesso a` RAM.

Figura 2.4: Sele¸caõ Externa

2.2.5

Uso dos Pinos da Porta 3 como fun¸ co ˜es Alternativas

A porta 3, conformejá foi visto, pode ter seus pinos usados de forma independente como pinos de fun¸co˜es especiais. Por exemplo, para a expansão de memória de dados vista acima, são dois pinos da porta 3 que fomecem os sinais RD\ e WR\ para controle. Quando usamos os temporizadores internos como contadores de eventos, são outros dois pinos desta porta que servem como entrada para o sinal de contagem. Se nosso projeto necessitar de interrup¸caõ extema, será através de dois pinos desta porta que as mesmas serão sinalizadas a` CPU. E finalmente, nos dois pinos restantes, temos os que permitem a implementa¸caõ do canal serial. A maneira pela qual utilizamos ou não uma fun¸caõ especial da porta 3, será vista no momento em que a estudarmos o canal serial. Com rela¸caõ aos pinos RD\ e WR\ são os u ´ nicos com os quais não precisamos nos preocupar, pois seu controle é efetuado pela CPU, e fica claro que se desejamos utilizar memória de dados externa, não utilizaremos estes pinos como I/0. ˜ CASO QUALQUER UMA DAS FUNC ¸ OES ESPECIAIS ESTEJA SENDO UTI˜ LIZADA, NAO PODEREMOS MAIS ACESSAR A PORTA 3 COMO PORTA DE I/0 ´ PARA BYTE, APENAS COMO BIT ENDEREC ¸ AVEL. Página 47


2.2.6

Capacidade de Corrente nos Pinos de I/O

A porta 0, devido a`s suas caracter´ısticas de constru¸caõ de dreno aberto (open-drain), pode fomecer ou absorver 2 cargas TTL, e as portas 1, 2 e 3 podem absorver ou suprir uma carga TTL.

2.3

Modos de Endere¸ camento das Instru¸ co ˜es

As instru¸co˜es operam com dados que podem ser endere¸cados de várias formas, motivo pelo qual devemos saber muito bem os modos de endere¸camento que o microprocessador aceita. No caso da fam´ılia 8051/52, etc, dispõe-se dos seguintes modos:

1.Registrador 2.Direto 3.Indireto 4.Imediato 5.Relativo 6.Absoluto 7.Longo 8.Indexado

2.3.1

Endere¸ camento por Registrador

As instru¸co˜es do 8051, quando se referem a registradores internos do microcontrolador, apresentamse como oito registradores com nomes R0, R1, R2, R3, R4, R5, R6 e R7. 0 nome genérico destes registradores é Rn. Por exemplo: add A,RO: Soma o conte´ udo de ”A”com o conte´ udo de ”RO”e o resultado fica em ”A”. Não se esque¸ca que, neste caso, precisamos saber antes para qual banco está apontado o microcontrolador (nos bits PSW.4 e PSW.3). As instru¸co˜es que trabalham com registradores, acusam-no com o nome genérico ◦ Rn”, em que ”n◦ é o registrador espec´ıfico (n = 0 a 7). Este tipo de instru¸caõ é codificado em apenas 1 byte.

OP CODE

RN

1 BYTE

2.3.2

Endere¸ camento Direto

As instru¸co˜es do 8051, que usam endere¸camento direto, referem-se aos registradores internos da RAM do microprocessador pelo seu ”mnemônico”(apelido) ou seu endere¸co absoluto. Por exemplo: a) mov A,P3: Move para ”A◦ o conte´ udo do registrador ”P3”, que é o mesmo que o port f´ısico P3. b) mov A,30h: Move para ”A”o conte´ udo do registrador. interno de endere¸co 30h. Este tipo de instru¸caõ é codificado em 2 bytes. Página 48


OP CODE

END. DIRETO

2 BYTE

2.3.3

Endere¸ camento Indireto

As instru¸co˜es do 8051, que usam endere¸camento indireto, fazem uso de um registrador, que só pode ser o RO ou R1, para se referir a outra posi¸caõ de memória RAM. Por isto que é indireto: o registrador RO ou R1 aponta para um endere¸co, isto é, ele contém o endere¸co de outra posi¸caõ de memória. Utiliza-se o s´ımbolo ” ◦ para indicar que a opera¸caõ é de endere¸co indireto. O nome genérico desse registrador indireto é Ri (i = 0 ou 1). Por exemplo: Supondo que temos na posi¸caõ ”30h”da RAM interna o valor ”05”em hexa e queremos nos referir a` posi¸caõ 30h indiretamente pelo registrador ”R1 ”, podemos fazer (vide figura 2.5)

RAM INT CONTEUDO Posicao de Memoria 05

30h

MOV A,@R1

A=05

CONTEUDO

R1

30

01h 00h

Figura 2.5: Ilustra¸caõ da opera¸caõ de endere¸camento indireto

•mov 30h,#05h: Carrego a pos´ı¸caõ da RAM interna de endere¸co ”30h”, com o valor ”05”(conte´ udo=05).

•mov R1,#30h: Carrego o registrador ”R1”com o valor ”30”(conte´ udo=30h).

•mov A,@Rl: Carrego ou movo para ”A”o conte´ udo da memória apontada por R1,que é 30h, isto é, ele sabe que é endere¸co indireto. Logo, ele sabe que o valor ”30h”dentro de R1 é um endere¸co e não um conte´ udo. Assim, ele vai na posi¸caõ de memória com endere¸co ”30h”, pega Página 49


o conte´ udo de ”30h”, que é ”05”, e carrega em A.Logo, A = 05 e não A = 30; entendeu?

Olhando a ilustra¸caõ da figura 2.5 deste item para melhor compreensão e leia este texto de novo. Este tipo de instru¸caõ é codificado em 1 byte.

OP CODE

Ri

1 BYTE

2.3.4

Endere¸ camento Imediato

As instru¸co˜es do 8051, quando se referem a endere¸camento imediato, significam que o código da instru¸caõ já é codificado junto com uma constante, chamado ”dado imediato”. Operandos do tipo imediato são precedidos do sinal ”#”. Por exemplo: •mov A,#25: Move para A o valor 25 em decimal. •mov A,#25h: Move para A o valor 25 em hexadecimal. •mov A,#00100101b: Move para A o valor 25h em binário. •mov DPTR,#1FFFh: Move para o DPTR, o endere¸co ”1FFF”em hexadecimal. As instru¸coês deste tipo são de 2 bytes, ou de 3 bytes quando se usa o DPTR.

OP CODE

VALOR IMEDIATO

1 BYTE

1 OU 2 BYTES

Au ´ nica exce¸caõ é a `ınstru¸caõ [mov DPTR,#data(16)], que é de 3 bytes, pois o endere¸co dela é de 2 bytes (16 bits).

2.3.5

Endere¸ camento Relativo

As instru¸co˜es do 8051, com endere¸camento relativo, são utilizadas com instru¸co˜es que permitem realizar um ”pulo”direto no passo cadenciado de um programa. Este endere¸co relativo (chamado ”offset”) é um dado de 8 b`ıts com s`ınal, `ısto é, realiza um salto relat`ıvo ao endere¸co que está no Program Counter, PC, de -128 a +127 pos`ı¸co˜es. Este endere¸co relativo é l`ıgado a` instru¸caõ por um outro byte. Antes de achar o endere¸co f`ınal de salto, o PC é incrementado ao endere¸co da próxima instru¸caõ e este é o endere¸co ao qual se soma o endere¸co relativo: vide ilustra¸caõ seguinte, pois a explica¸caõ verbal é muito dif´ıcil de absorver. Vejamos o exemplo:

Página 50

Microprocessadores e Microcontroladores - 2a Unidade - Prof. Vitor Le˜ ao Filardi CODIGO NA ROM 0100 0101 0102 0103 0104 0105 0106 0107 0108

ROM

SJMP DESVIO= Salto pequeno para ¨ DESVIO¨ Exemplo 1: 80 DESVIO = 8003h

80 03

Endereco de DESVIO=03 Codigo do comando

xx

PC (Apos o inicio da instrucao SJMP 03=8003h)

PC+3

OBS: Em geral, n˜ ao fazemos estas contas, pois o compilador, quando usamos ”labels”(nomes) como desvio, calcula tudo isto sozinho automaticamente. As instru¸co˜es deste tipo são de 2 bytes

OP CODE

2.3.6

PONTO RELATIVO

Endere¸ camento Absoluto

Instru¸co˜es do 8051, que se utilizam de endere¸co absoluto, são as ACALL e AJMP. São instru¸co˜es de 2 bytes que permitem desvio de até 2 Kbytes relativo, em apenas 2 bytes (endere¸co total da faixa teria que ser em 3 bytes; não é?).

2.3.7

Endere¸ camento Longo

As instru¸co˜es no 8051, que usam endere¸camento do tipo longo, são LCALL e LJMP. Permitem endere¸camento de 16 bits que mapeia todo o espa¸co dispon´ıvel de endere¸cos (64 Kbytes). A u ´ nica desvantagem destas instru¸ co ˜es ´ e que elas consomem 3 bytes de programa, o que s´ o ser´ a um problema quando o processo exigir tempo de execu¸ ca õ muito pequeno (em que 1 µs a mais ou a menos é vital, por exemplo). Tem o problema, também, de ser um endere¸co absoluto que não muda; logo, se você necessita executar esse programa em outra parte do espa¸co de memória, deve repensar neste endere¸co absoluto, ou se utilizar sempre de ”labels”na cria¸caõ do programa, para que, na compila¸caõ, o compilador acerte os endere¸cos absolutos para você. Este tipo de instru¸caõ consome 3 bytes:

2.3.8

Endere¸ camento Indexado

As instru¸co˜es do 8051, que usam endere¸camento do tipo indexado, são JMP ou MOVC em uma de suas formas. São instru¸co˜es cujo endere¸co de destino depende não só do endere¸co inserido na ´ melhor explicá-los com um exemplo: instru¸caõ, mas também do conte´ udo de ”A”naquele instante. E jmp @A+DPTR: Salta para a posi¸caõ dada pelo DPTR + conte´ udo de ”A”, isto é, o ”A”pode ser um contador de passos e o DPTR um ponteiro de faixas. Supondo que: ”DPTRH = meses do ano e ”An = dias do mês. Logo, o DPTR aponta para a ucabe¸ca”da tabela de cada mês, e em ”A”eu insiro 0 ”´ındice”do dia do mês desejado. Assim, se vario ”An, já estou alterando o dia daquele mês fixo, sem alterar mais o DPTR. Página 51


2.4 2.4.1

Temporizadores e Contadores Introdu¸ c˜ ao

O 8051 tem dois registros contadores de 16 bits, denominados TIMER 0 e TIMER 1, dedicados a`s fun¸co˜es de contagem e temporiza¸caõ (counter/timer-contador/temporizador). Há uma importante distin¸caõ entre os conceitos de contador e temporizador. Quando opera como temporizador, o registro é incrementado a cada ciclo de máquina (usa como base o cristal da CPU). O sinal de contagem aparece com 1/12 da freq¨ uência do clock. Quando opera como contador, o registro é incrementado de acordo com o sinal que se coloca nas entradas T1 e T0, ou seja, o contador opera a cada transi¸caõ de 1 para 0 (borda de descida ↓) na entrada T0 ou T1. Deve-se ter um cuidado quando em opera¸co˜es em modo contador: já se sabe que as entradas são amostradas durante S5P2 de cada ciclo de máquina (figura 2.1). Quando em um ciclo de máquina a entrada é detectada em 1 e depois em 0, no próximo ciclo o contador é incrementado. O incremento acontece em S3P1 do ciclo seguinte ao que foi detectada a transi¸caõ. Para garantir que o n´ıvel correto tenha sido amostrado, é necessário que o sinal de entrada (o sinal que vai acionar os contadores) permane¸ca pelo menos um ciclo de máquina em n´ıvel alto e pelo menos outro ciclo de máquina em n´ıvel baixo, quer dizer, a máxima freq¨ uência que responderá o contador é de 1/24 da freq¨ uência de clock. O sinal de entrada pode ter qualquer ”duty cycle”, desde que se respeite a restri¸caõ antes mencionada.

2.4.2

Registros Envolvidos

Dois registros SFR são utilizados para controlar as fun¸co˜es e opera¸co˜es do temporizador/contador: em TMOD especifica-se o modo de opera¸caõ e em TCON controla-se a opera¸caõ. A figura 2.6 ilustra o registro TMOD e a figura 2.7 ilustra o registro TCON.

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Figura 2.6: Descri¸caõ do Registro TMOD GATE →

especifica como será feito o controle: se GATE = 1 → conta somente se TR1=1 e INT1=high, (idem para TR0 e INT0) se GATE = 0 → conta somente se TR1=1 (controle somente por software) (GATE especifica se INT1 será usado para controlar o funcionamento do contador/temporizador ⇒ pode ser usado para medir a largura de pulsos externos ligados a INT0 ou INT1)

C/*T →

seleciona modo contador ou temporizador: se C/*T = 1 modo contador (conta usando a entrada T1) se C/*T = 0 modo temporizador (conta a cada ciclo de máquina)

M1 0 0 1 1

M0 0 1 0 1

→ → → → → → →

seleciona o modo de opera¸caõ: THi é temporizador/contador de 8 bits e TLi é um pre-scaler de 5 bits, THi e TLi formam um temporizador/contador de 16 bits, contador/temporizador de 8 bits com auto-recarga (TLi conta e THi valor para recarga), TL0 contador/temporizador de 8 bits (usando TR0, *INT0 e TF0) TH0 contador/temporizador de 8 bits (usando TR1, *INT1 e TF1) TH1 e TL1 parado (mas pode operar em outros modos)

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Figura 2.7: Descri¸caõ do Registro TCON TF1 →

TR1 → TF0 →

TR0 → IE1 →

IT1 →

E0 →

IT0 →

flag de transbordamento (overflow) do contador/temporizador 1. Ativado por hardware ´ apagado por hardware quando o processamento quando há transbordamento no timer 1. E é desviado para a rotina de interrup¸caõ. bit de partida/parada (run/stop) do contador/temporizador 1. flag de transbordamento (overflow) do contador/temporizador 0. Ativado por hardware ´ apagado por hardware quando o processamento quando há transbordamento no timer 0. E é desviado para a rotina de interrup¸caõ. bit de partida/parada (run/stop) do contador/temporizador 0. flag da interrup¸caõ externa 1. Ativada por hardware quando é detectada uma interrup¸caõ. Apagado por hardware (somente se for modo borda) quando a interrup¸caõ é processada, ou seja, quando se desvia para a rotina de interrup¸caõ. indica se a interrup¸caõ externa 1 opera por borda ou por n´ıvel: 1 → borda de descida (↓), 0 → n´ıvel baixo. flag da interrup¸caõ externa 0. Ativada por hardware quando é detectada uma interrup¸caõ. Apagado por hardware (somente se for modo borda) quando a interrup¸caõ é processada, ou seja, quando se desvia para a rotina de interrup¸caõ. indica se a interrup¸caõ externa 0 opera por borda ou por n´ıvel: 1 → borda de descida (↓), 0 → n´ıvel baixo.

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2.4.3

Modos de opera¸ c˜ ao

Os dois contadores/temporizadores (timer1 e timer0) podem trabalhar em 4 modos de opera¸caõ que são selecionados empregando os bits M1 e M0 do registro TMOD. Os modos 0, 1 e 2 são iguais para os 2 contadores/temporizadores mas o modo 3 é diferente.

Modo 0 Este modo é idêntico para os dois contadores/temporizadores. Neste modo tem-se um contador de 8 bits com um divisor (pre-scaler) de 5 bits. Resulta então em um contador/temporizador de 13 bits, compat´ıvel com o que havia no MCS-48. Os 13 bits são formados pelos 8 bits do registro THi e pelos 5 bits menos significativos do registro TLi. Os outros 3 bits do TLi são indeterminados. O transbordamento (overflow) é gerador quando a contagem faz a transi¸caõ de 1FFFH para 0000; neste instante ativa-se o bit de overflow (TF1 ou TF0). A figura 2.8 apresenta um diagrama em blocos do contador/temporizador 1 operando em modo 0. A mesma figura é válida para o contador/temporizador 0. O controle da contagem é simples: •se GATE = 0, TR1 controla o contador/temporizador (controle por software) •se GATE = 1, TR1 e INT1 controlam o contador/temporizador (permite também um controle externo por hardware)

Figura 2.8: Diagrama de Blocos para o TIMER 1 em MODO 0

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Modo 1 ´ idêntico ao modo 0, mas Este modo de opera¸caõ é o mais simples e por isto é muito utilizado. E os contadores são de 16 bits. A figura 2.9 ilustra o diagrama em blocos para este modo, que é idêntico para os dois timers.


Modo 2 Neste modo tem-se um contador/temporizador de 8 bits (TLi) com registro de recarga (THi) para quando ocorre o transbordamento. Neste modo os dois contadores/temporizadores operam de forma idêntica. O transbordamento (overflow) não somente ativa TFi como também recarrega TLi com o valor guardado em THi (este permanece inalterado). O valor de recarga deve ser fornecido por software.


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Modo 3 Este é o u ´ nico modo onde os contadores/temporizadores têm um comportamento diferente. Neste modo, o contador/temporizador 1 simplesmente suspende a contagem (é como se estivesse com TR1=0), enquanto o contador/temporizador 0 se divide em dois contadores de 8 bits: •TH0 → contador/temporizador de 8 bits usando C/*T, GATE, TR0, *INT0 e TF0, •TL0 → contador/temporizador de 8 bits usando TR1 e TF1 (ou seja, provoca a interrup¸caõ do timer 1). ´ como se existem 2 contadores/temporizadores de 8 bits (TH0 e TL0) e outro de 16 bits (timer 1). O E timer 1, entretanto, pode ser usado para operar em qualquer outro modo (0, 1 ou 2) e usa-se o modo 3 para detê-lo. Não há problemas porque os modos são independentes. Também se pode usar o timer 1 (em modo 2) para gerar o ”baud rate”da porta serial.


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2.4.4

Exerc´ıcios

LED 10HZ Acender os leds vermelho, amarelo e verde a uma freq¨ uência de 10 Hz. Para solucionar esse exerc´ıcio é necessário gerar um retardo equivalente ao per´ıodo de 10 Hz. A figura 2.12 ilustra o cálculo do valor do contador para gerar esse retardo.

Figura 2.12: Cálculo de N para determinar uma frequência Se F=10 Hz e CLOCK=3,575611 Hz, então N=29797. Como este é um contador que conta para cima, temos que subtrair este valor de 65536. Com isto, N=65536-29797=35739 ou 8B9BH. Na realidade, a freq¨ uência gerada não será exatamente 10 Hz mas de um valor muito próximo: F = 3,575611 / 12*29797 = 9,99 Hz Será utilizado o timer 0 no modo 1; a cada interrup¸caõ a rotina acende um novo led e recarrega o timer. TMOD

GATE 0 IE EA 1

C/*T M1 M0 0 0 0 - - ES ET1 0 0 0 0

GATE C/*T M1 0 0 0 EX1 ET0 EX0 0 1 0

;LED_10HZ.ASM; DEFSEG PROG, CLASS=CODE, START=0 SEG PROG ; DEZ_HZ ;

EQU

35739

ORG AJMP

RESET INIC

ORG AJMP

TIMER0 TIM0

ORG

50H

;

; INIC MOV MOV MOV MOV MOV MOV CLR SETB SJMP

TL0,#LOW DEZ_HZ TH0,#HIGH DEZ_HZ TMOD,#1 ;TIMER 0 EM MODO 1 IE,#82H P1 ,#0 ;APAGAR TODOS OS LEDS A,#01001001B C TR0 $

; TIM0

ORG MOV MOV RLC MOV RETI END

100H TL0,#LOW DEZ_HZ ;REINICALIZAR TH0,#HIGH DEZ_HZ ;O CONTADOR A P1,A

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M0 1


Notar que na rotina de interrup¸caõ está a recarga dos temporizadores que é feita com a instru¸caõ ”MOV direto,#data”mas que consome 2 ciclos de máquina, ou seja, que há um retardo que se acumula. Para evitar ou corrigir isso, pode-se adicionar ao contador o retardo da instru¸caõ; é mais preciso usar ”MOV TL0,# LOW (DEZ HZ+2)”. Quando existem várias interrup¸co˜es, não se sabe com certeza quando uma interrup¸caõ do temporizador pode ser aceita; isso implica um erro maior que se acumula. Há uma solu¸caõ simples porque depois do transbordamento o temporizador segue contando e esta contagem é exatamente o tempo que atrasou o servi¸co da interrup¸caõ; basta usar esse valor na recarga. As instru¸co˜es a seguir ilustram a idéia.

MOV ADD MOV MOV

A,#LOW (DEZ_HZ+2) A,TL0 ;1 ciclo TL0,A ;1 ciclo TH0,#HIGH (DEZ_HZ+2)

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LED 1HZ Acender os leds vermelho, amarelo e verde a uma freq¨ uência de 1 Hz. A solu¸caõ é idêntica ao exerc´ıcio anterior, mas vai surgir uma dificuldade ao calcular os valores de recarga: CLOCK=3575611 Hz e F=1 Hz N=3575611 / 12*1 = 297968 Como se pode ver, o valor de recarga é muito grande (297 968 > 65 536) e impede a utiliza¸caõ do temporizador. Uma boa sa´ıda é utilizar o esquema do exerc´ıcio anterior (com 10 Hz) e adicionar, por software, um divisor por 10.

;LED_1HZ.ASM ; DEFSEG PROG, CLASS=CODE, START=0 SEG PROG ; DEZ_HZ DIVISOR ;

EQU EQU

32203 10

ORG AJMP

RESET INIC

ORG AJMP

TIMER0 TIM0

ORG MOV MOV MOV MOV MOV MOV MOV CLR SETB SJMP

50H TL0,#LOW DEZ_HZ TH0,#HIGH DEZ_HZ R7,#DIVISOR ;PREPARAR DIVISAO POR 10 TMOD,#1 ;TIMER 0 EM MODO 1 IE,#82H P1,#0 ;APAGAR TODOS OS LEDS A,#01001001B C TR0 $

ORG MOV MOV DJNZ MOV RLC MOV RETI END

100H TL0,#LOW DEZ_HZ ;REINICALIZAR TH0,#HIGH DEZ_HZ ;O CONTADOR R7,FIM ;DIVIDIR POR 10 R7,#DIVISOR A P1,A

;

; INIC

; TIM0

FIM

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ONDA1 Gerar através de P1.7 uma onda com o seguinte formato:

Figura 2.13: Sinal a ser gerado na P1.7 Usando N = (t*CLOCK)/12, calcula-se o valor de recarga para o temporizador. Serão programados dois retardos alternadamente de forma a gerar o sinal pedido. Para t=1 ms → N=298 → 65536-298=65238 Para t=40 µs → N=12 → 65536-12 =65524 ;ONDA1.ASM DEFSEG PROG, CLASS=CODE, START=0 SEG PROG ; SAIDA EQU P1.7 R_1MS EQU 65238 ;RETARDO DE 1 MILISEG R_40MICRO EQU 65524 ;RETARDO DE 40 MICROSEG ; ORG RESET AJMP INICIO ; ORG TIMER0 AJMP TIM0 ; ORG 50H INICIO MOV TL0,#LOW R_1MS MOV TH0,#HIGH R_1MS MOV TMOD,#1 ;TIMER 0 EM MODO 1 MOV IE,#82H ;EA=1 E ET0=1 CLR SAIDA SETB TR0 ;PARTIDA DO TIMER 0 SJMP $ ;LOOP INFINITO ; TIM0 JB SAIDA,LB1 ;2 CICLOS MOV TH0,#LOW (R_40MICRO+4) ;2 CICLOS MOV TL0,#HIGH (R_40MICRO+4) ;2 CICLOS SETB SAIDA ;1 CICLO RETI ;2 CICLOS LB1 MOV TH0,#LOW (R_1MS+4) MOV TL0,#HIGH (R_1MS+4) CLR SAIDA RETI END Notar que a rotina que atualiza o temporizador para gerar o retardo de 40 µs consome 9 ciclos de máquina, quer dizer, consome 30,2 µs. Pode parecer que se o tempo de 40 µs fosse mudado para 25 µs não haveria solu¸caõ. Página 61


ONDA2 Gerar através de P1.7 uma onda com o seguinte formato:

Figura 2.14: Sinal a ser gerado na P1.7 Usando N = (t*CLOCK)/12, calcula-se o valor de recarga para o temporizador. O segredo será trabalhar com o temporizador em modo 2 (os dois valores de recarga são menores que 256) e a rotina de interrup¸caõ apenas muda o valor da recarga (que está em TH0). Para t=600 µseg → N=179 → 256-179=77 Para t=25 µseg → N=7 → 256-7 =249

;ONDA2.ASM DEFSEG PROG, CLASS=CODE, START=0 SEG PROG ; SAIDA R_600MICRO R_25MICRO ;

EQU EQU EQU

P1.7 77 249

ORG AJMP

RESET INICIO

ORG AJMP

TIMER0 TIM0

;RETARDO DE 600 MICROSEG ;RETARDO DE 25 MICROSEG

;

; INICIO

; TIM0

; LB1

ORG MOV MOV MOV MOV CLR SETB SJMP

50H TL0,#R_600MICRO TH0,#R_25MICRO TMOD,#2 IE,#82H SAIDA TR0 $

JB MOV SETB RETI

SAIDA,LB1 TH0,#R_25MICRO SAIDA

MOV CLR RETI END

TH0,#R_600MICRO SAIDA

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;PRIMEIRA CONTAGEM ;CONTAGEM SEGUINTE ;TIMER 0 EM MODO 2 ;EA=1 E ET0=1 ;PARTIDA DO TIMER 0 ;LOOP INFINITO ;2 ;2 ;1 ;2

CICLOS CICLOS CICLOS CICLOS


LEDS1 Acender os leds vermelho, amarelo e verde em seq¨ uência, mudando a cada 10 pulsos em T1. Será usado o contador/temporizador 1 como contador e programado para operar em modo 2, com um valor de recarga igual a 246 (256-10). O acumulador e carry serão usados para acender os leds na seq¨ uência correta. TMOD

IE

EA 1

GATE 0

0

0

C/*T 1

ES 0

M1 1

ET1 1

M0 0

EX1 0

GATE 0

ET0 0

C/*T 0

M1 0

M0 1

EX0 0

;LEDS1.ASM DEFSEG PROG, CLASS=CODE, START=0 SEG PROG ; CONTA_10 ;

EQU

246

ORG RESET AJMP INICIO ; ORG TIMER1 AJMP TIM1 ; INICIO:

ORG 50H MOV A,#01001001B CLR C MOV P1,A MOV TL1,#CONTA_10 MOV TH1,#CONTA_10 MOV TMOD,#60H MOV IE,#88H SETB TR1 SJMP $

;CARREGAR CONTADOR ;VALOR DE RECARGA ;CONTADOR 1, MODO 2 ;EA=1, ET1=1 ;LIGAR CONTADOR ;LOOP INFINITO

; TIM1: RLC A MOV P1,A RETI END

A chave SW3 aciona diretamente a entrada T1, mas há bouncing e por isso serão notadas mudan¸cas nos leds antes de 10 acionamentos. Para esse caso espec´ıfico o bouncing deverá ser eliminado por hardware.

Página 63

Cap´ıtulo 3

Terceira Unidade Porta Serial 3.1 3.1.1

Comunica¸ c˜ ao Serial Introdu¸ c˜ ao

A porta serial existente na fam´ılia MCS-51 é ”full duplex”, quer dizer, pode transmitir e receber dados simultaneamente. Tem um buffer que permite receber um segundo byte antes que o byte previamente recebido tenha sido retirado (lido) do registro de recep¸caõ. Mas, se o primeiro byte não tiver sido lido no tempo em que o segundo byte se completa, um dos dois será perdido.

3.1.2

Registros Envolvidos

A porta serial possui um registrador chamado SBUF, o mesmo que se usa para enviar ou receber dados pela porta serial. Na realidade, o nome SBUF se refere a dois registros, um somente para leitura por onde se recebem os dados que chegam pela porta serial e outro somente para escrita por onde se transmitem dados pela porta serial. O modo de opera¸caõ da porta serial é controlado pelo registro SCON, que é ilustrado na figura 3.1. A figura 3.2 apresenta um resumo dos modos de opera¸caõ.

Figura 3.1: Descri¸caõ do Registro SCON

SM0 0 0 1 1

SM1 0 1 0 1

MODO 0 1 2 3

˜ DESCRIC ¸ AO registro de deslocamento UART de 8 bits UART de 9 bits UART de 9 bits

¨ ENCIA ˆ FREQU clock/12 variável clock/12 ou clock/64 variável

SM2 → comunica¸caõ multiprocessador (habilitada com SM2=1): •SM2=1 e em modo 1 ==¿ interrup¸caõ (RI=1) com o bit de parada (stop bit) igual a 1. •SM2=1 e em modo 2 ou 3 ==¿ interrup¸caõ (RI=1) se for recebido RB8=1. REN → habilita a recep¸caõ serial (Reception Enable) TB8 → oitavo bit a ser transmitido nos modos 2 e 3. RB8 → oitavo bit recebido nos modos 2 e 3. TI → flag de interrup¸caõ por término de transmissão pela porta serial: •MODO 0 → ativado no final do oitavo bit •DEMAIS → ativado no come¸co do bit de parada RI → flag de interrup¸caõ por recep¸caõ pela porta serial: •MODO 0 → ativado no final do oitavo bit. •DEMAIS → ativado na metade do bit de parada. Observa¸ ca õ: Os flags TI e RI não são apagados por hardware e por isso a rotina de interrup¸caõ deve fazê-lo, ou seja, estes flags devem ser zerados por software. O registro PCON também toma parte na gera¸caõ do baud rate da porta serial. Este registro é ilustrado na figura 3.2.

Figura 3.2: Descri¸caõ do Registro PCON


3.1.3

Modos de Opera¸ c˜ ao

Existem quatro modos de opera¸caõ da porta serial, cada um com uma finalidade. Será apresentado um resumo de cada modo:

Modo 0 (s´ıncrono, 8 bits) Neste modo os dados entram e saem pelo pino RXD. O pino TXD fornece o clock para o deslocamento (shift). São transmitidos e recebidos dados de 8 bits (LSB primeiro). O baud rate é de 1/12 da freq¨ uência do clock (igual a 1 ciclo de máquina).

Figura 3.3: Esquema da Porta Serial em MODO 0 Este modo pode ser utilizado para expandir as portas de I/O do microcontrolador, utilizando o esquema a seguir:

Figura 3.4: Expansão das Portas de I/O

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Modo 1 (ass´ıncrono, 8 bits) No Modo 1 são operados 10 bits com um baud rate programável. Recebe-se pelo pino RXD e transmite-se pelo pino TXD. A tabela 3.1 ilustra o frame de bits serial. O bit de partida (START) é sempre zero e o bit de parada (STOP) é sempre um na transmissão. Na recep¸caõ o bit de parada é colocado no bit RB8. START

Bit 0

Bit 1

Bit 2

Bit 3

Bit 4

Bit 5

Bit 6

Bit 7

STOP

Tabela 3.1: Frame de bits gerado pela porta serial em MODO 1 Neste modo o baud rate é gerado pelo contador/temporizador 1. A cada 16 (SMOD=1) ou 32 (SMOD=0) transbordamentos (overflows) é enviado um pulso para o circuito serial. A figura 3.5 ilustra o esquema do gerador do baud rate e também apresenta algumas fórmulas para o cálculo do valor a ser programado no contador/temporizador.

Figura 3.5: Esquema para a gera¸caõ do Baud Rate (BR) em MODO 1 Usando o contador/temporizador 1 programa-se qualquer baud rate. Na grande maioria dos casos tem-se o baud rate e é buscado o valor N a ser programado no contador/temporizador 1 (o mais cômodo é usar o modo 2 - auto recarga). Um problema que sempre existe é o erro gerado pela aproxima¸caõ do valor a ser programado no contador/temporizador. Isto provoca a gera¸caõ de baud rates ligeiramente diferentes. Exemplo: Usando um cristal de 3,575611 MHz, qual é o valor a ser programado no timer 1 para operar a 9600 bauds (usar SMOD=0)? N = 3575611 / (384*9600) = 0,9699 (aproximadamente 1) Usando timer 1 no modo 2 tem-se: 256 - 1 = 255 (TH1=TL1=255). Observa¸ ca õ: a transferência do dado recebido para o registro SBUF (e RB8, que guarda o stop bit) e a ativa¸caõ do flag RI somente acontecerá se: RI = 0 e (SM2= 0 ou o bit de parada =1).

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Modo 2 (ass´ıncrono, 9 bits, baud rate fixo) Este modo opera com 11 bits e o baud rate pode ser de 1/32 ou 1/64 do clock. O bit TB8/RB8 serve para transmitir a paridade ou gerar um segundo bit de parada (TB8=1). O frame de bits usado neste modo é ilustrado na tabela 3.2. START

Bit 0

Bit 1

Bit 2

Bit 3

Bit 4

Bit 5

Bit 6

Bit 7

TB8

STOP

Tabela 3.2: Frame de bits gerado pela porta serial em MODO 2 O u ´ nico controle que se tem sobre o baud rate é através do uso do bit SMOD. Se SMOD=0, trabalha-se com BR=clock/32 e se SMOD=1, trabalha-se com BR=clock/64. A figura 3.6 ilustra o esquema para gera¸caõ do baud rate no modo 2.

Figura 3.6: Esquema para a gera¸caõ do Baud Rate (BR) em MODO 2 Na transmissão o bit 8 é copiado do bit TB8. Na recep¸caõ o bit 8 é copiado para o bit RB8. Os bits TB8 e RB8 estão no registro SCON. O dado recebido somente é carregado no SBUF (e RB8) se: RI=0 e (SM2=0 ou bit 9 (stop bit) = 1).

Página 69


Modo 3 (ass´ıncrono, 9bits, baud rate vari´ avel) ´ idêntico ao modo 2, exceto que a gera¸caõ do baud rate é idêntico ao modo1. A tabela 3.3 e E figura 3.7 ilustra o frame de bits e a gera¸caõ do baud rate. START

Bit 0

Bit 1

Bit 2

Bit 3

Bit 4

Bit 5

Bit 6

Bit 7

TB8

STOP

Tabela 3.3: Frame de bits gerado pela porta serial em MODO 3

Figura 3.7: Esquema para a gera¸caõ do Baud Rate (BR) em MODO 3

3.1.4

Cuidados com a Porta Serial

Nos quatro modos a transmissão se inicia quando é escrito um byte em SBUF. A recep¸caõ é habilitada quando REN=1 (no MODO 0 exige-se também RI=0). Não se esque¸ca de que somente existe uma u ´ nica interrup¸caõ dedicada a` porta serial, portanto ela é gerada por duas condi¸co˜es: a)Término da transmissão de um byte → flag TI b)Término da recep¸caõ de um byte → flag RI Deve-se testar os flags RI e TI para determinar se a interrup¸caõ foi por transmissão ou por recep¸caõ. Os flags RI e TI devem ser apagados por software. Um outro cuidado muito importante é com a gera¸caõ do baud rate. Muitas vezes não se consegue a comunica¸caõ serial devido a` imprecisão do baud rate. Portanto o problema a seguir é proposto: Programar o contador/temporizador 1 para gerar 9600 bauds para a porta serial operando em modo 3, sendo que o cristal é de 4 MHz. Solu¸caõ: N = 4000000/(384*9600) = 1,085 (SMOD=0). Na solu¸caõ calculou-se que N=1,085 mas somente podem ser programados n´ umeros interos; assim, caso se aproxime para 1, o baud rate gerado será de BR=4000000/384=10416,7. Será que irá funcionar bem com esse baud rate ? Para responder esta pergunta é necessário compreender o que acontece com a transmissão serial. Esta transmissão é ass´ıncrona, quer dizer, pode iniciar em qualquer instante; o inicio é caracterizado pela presen¸ca de um bit de partida (START). Uma vez iniciada, deve-se garantir a dura¸caõ de cada bit. Para cada byte é transmitido um bit de partida, os bits de dados e um ou dois bits de parada. O que se deve buscar é garantir que não haja um erro muito grande neste frame de bits. A figura 3.8 ilustra o caso da porta serial operando em modo 3. Página 70


Figura 3.8: Erros provocados pela diferen¸ca no baud rate A fase mais critica é a recep¸caõ do u ´ ltimo bit porque poderá apresentar uma defasagem muito grande (rotuladas de E1 e E2 na figura). Não se pode especificar um valor limite para esses erros pois diversos fatores, particulares para cada caso, precisam ser levados em considera¸caõ. Como um valor prático e que funciona na grande maioria dos casos arbitra-se que o valor do erro, para o u ´ ltimo bit, deve ser menor que 40% da dura¸caõ de um bit (usando BR exato). |

11 40 1 11 − |≤ ∗ BRp BR 100 BR

A equa¸caõ pode ser simplificada para: |

11 11 1 − |≤ BRp BR 27, 5 ∗ BR

Como pode ser verificado, com um cristal de 4Mhz não se conseguirá transmitir a 9600 pois o baud rate será muito grande. |

11 1 11 − |≤ 10416, 7 9600 27, 5 ∗ 9600 8,167 µs≤3,788µs→falso

Página 71


3.1.5

Comunica¸ c˜ ao entre v´ arios 8051

Figura 3.9: Comunica¸caõ entre vários 8051 Os modos 2 e 3 permitem interligar vários 8051, sendo um mestre e vários escravos. Nestes modos temos: *1 start bit; *8 bits de dados; *um nono bit que vai para o bit RB8 ( na recep¸caõ) ou pode ser escolhido 0 ou 1 na transmissão escrevendo-se em TB8; *1 stop bit Note que se SM2 = 1 e RB8 = 1, a interrup¸caõ da serial será atendida. O algoritmo de comunica¸caõ consiste em: 1)No in´ıcio, todos os escravos estão com SM2 = 1 2)Quando o mestre quiser enviar dados para algum escravo, ele escreverá 1 em seu bit TB8 e então enviará serialmente o endere¸co do escravo desejado, e como teremos todos os bits RB8 em 1, todos escravos serão interrompidos para verificar se é seu o endere¸co enviado. 3)O escravo selecionado zerará o seu bit SM2 e estará preparado para receber os dados, os quais terão agora o nono bit (RB8) em 0. 4)Os demais escravos permanecerão com SM2 em 1 e, dessa forma, não serão mais interrompidos pois os dados têm RB8 = 0. 5)Em resumo, o mestre envia endere¸cos com o nono bit em 1 e os dados com o nono bit em 0, portanto, se o mestre desejar se comunicar com outro escravo basta enviar o novo endere¸co com o nono bit em 1. Página 72


3.1.6

Comunica¸ c˜ ao serial entre o 8051 e o PC

Devido a` diferen¸ca de tensão entre os n´ıveis TTL e os usados no padrão RS-232C (PC), é necessário usar circuitos conversores para interfacear o microcontrolador com a porta serial do PC. A conversão pode ser feita através de circuitos transistorizados discretos (veja as figuras 11.10,11.11 e 11.12 e leia a se¸caõ 11.4) ou através de circuitos integrados como o 1488 (conversor de TTL para RS-232C) e o 1489 (conversor de RS-232C para TTL). A seguir estão os esquemas dos dois integrados e o esquema básico de interliga¸caõ entre o 8051 e a serial do PC.

Figura 3.10: Esquema de liga¸caõ entre o computador(PC) e o 8051

Página 73


3.1.7

Exerc´ıcios

TX SER Usando um loop infinito, transmitir pela porta serial todos os caracteres ASCII de ”0”a ”Z”. Usar 9600 bauds, 8 bits de dados, 1 bit de partida e 2 bits de parada. Para este caso o modo 3 é o mais adequado e TB8=1 será usado para gerar um bit de parada. A transmissão será feita por interrup¸caõ, quer dizer, a cada byte transmitido haverá uma interrup¸caõ. O contador/temporizador 1 será programado para modo 2 (auto-recarga). SCON

TMOD

SM0 1

GATE 0

IE

EA 1

SM1 1

SM2 0

C/*T 0

M1 1

-

-

ES 1

REN 0

M0 0

ET1 0

TB8 1

RB8 0

GATE 0

EX1 0

TI 0

C/*T 0

ET0 0

EX0 0

Cálculo do divisor formado pelo contador/temporizador 1: N = 3575611/(384*9600) = 0,9699 ∼ = 1. (TH1 = TL1 = 256 - 1 = 255). ;TX_SER.ASM DEFSEG PROG, CLASS=CODE, START=0 SEG PROG ; BR_9600 ;

EQU

255

ORG AJMP

RESET INIC

ORG AJMP

SINT SERIAL

ORG MOV MOV MOV SETB MOV MOV MOV SETB SJMP

50H TMOD,#20H TH1,#BR_9600 TL1,#BR_9600 TR1 SCON,#0C8H IE,#90H A,#"0" TI $

ORG 100H CLR MOV INC CJNE MOV

TI SBUF,A A A,#"Z"+1,SER1 A,#"0"

;

; INIC:

;TIMER 1 EM MODO 2 ;PROGRAMAR BAUD RATE ;INICIAR TIMER 1 ;MODO 3 COM TB8=1 ;HAB INTERRUP SERIAL ;PRIMERO ASCII ;TX PRIMEIRO ASCII ;LOOP INFINITO

; SERIAL:

; SER1: ; RETARDO: ; AQUI:

ACALL RETI

RETARDO

MOV

R7,#0

DJNZ RET

R7,AQUI

;APAGAR FLAG ;TRANSMITIR ;FOI O ULTIMO ? ;REINICIALIZAR ;ATRASAR TRANSMISSAO

; END

Página 74

M1 0

RI 0

M0 0


RX SER O circuito deverá responder aos seguintes comandos que chegam pela porta serial: 1 → acender todos os leds R → acender led vermelho A → acender led amarelo V → acender led verde

0 → apagar todos os leds r → apagar led vermelho a → apagar led amarelo v → apagar led verde

Estes comandos vão chegar pela porta serial usando o formato: 1 bit de partida, 8 bits de dados, 2 bits de parada, com um baud rate de 9600. ;RX_SER.ASM DEFSEG PROG, CLASS=CODE, START=0SEG PROG ; BR_9600 EQU 255 LED_VERMELHO EQU P1.0 LED_AMAR EQU P1.1 LED_VERDE EQU P1.2 CHEGOU EQU 32.0 ; ORG RESET AJMP INIC ; ORG SINT AJMP SERIAL ; ORG 50H INIC: MOV TMOD,#20H MOV TH1,#BR_9600 MOV TL1,#BR_9600 SETB TR1 MOV SCON,#0D0H MOV IE,#90H CLR CHEGOU ; ESPERA: JNB CHEGOU,ESPERA CLR CHEGOU ; CJNE A,#"0",LB1 CLR LED_VERMELHO CLR LED_AMAR CLR LED_VERDE SJMP ESPERA ; LB1: CJNE A,#"1",LB2 SETB LED_VERMELHO SETB LED_AMAR SETB LED_VERDE SJMP ESPERA ; LB2: CJNE A,#"R",LB3 SETB LED_VERMELHO SJMP ESPERA ; LB3: CJNE A,#"r",LB4 CLR LED_VERMELHO SJMP ESPERA ; LB4: CJNE A,#"A",LB5 SETB LED_AMAR SJMP ESPERA

Página 75

;TIMER 1 EM MODO 2 ;PROGRAMAR BAUD RATE ;INICIAR TIMER 1 ;MODO 3 COM REN=1 ;HAB INTERRUP SERIAL ;APAGAR FLAG

;AGUARDAR UM COMANDO

;CHEGOU 0

;CHEGOU 1

;CHEGOU R

;CHEGOU r

;CHEGOU A


; LB5: CJNE CLR SJMP

A,#"a",LB6 LED_AMAR ESPERA

;CHEGOU a

CJNE SETB SJMP

A,#"V",LB7 LED_VERDE ESPERA

;CHEGOU V

CLR SJMP

LED_AMAR ESPERA

;CHEGOU v

CLR MOV SETB RETI

RI A,SBUF CHEGOU

;APAGAR FLAG DE INTERRUP ;COLOCAR DADO NO Acc

; LB6:

: LB7:

; SERIAL:

END

3.2 3.2.1

Programa¸ c˜ ao em Assembly Introdu¸ c˜ ao te´ orica

Este parte da apostila é de fundamental importância para quem deseja adquirir conhecimentos básicos em programa¸caõ (software). Aqui, é ensinado passo a passo o procedimento da elabora¸caõ de programas simples e com loops; utilizando a linguagem Assembly aplicada aos microcontroladores da fam´ılia MCS-Sl da Intel. Uma vez que nós aprendemos e praticamos as técnicas de programa¸caõ ensinadas, poderemos aplicar tal metodologia de implementa¸caõ de programas a qualquer outra linguagem de programa¸caõ, seja ela de baixo, médio ou alto n´ıvel. Existem muitas linguagens de programa¸caõ que podem ser utilizadas na programa¸caõ de sistemas inteligentes, utilizando mierocontroladores, além do Assembly (n´ıvel baixo), tais como as linguagens estruturadas de programa¸caõ C (n´ıvel médio), BASIC e PL/M (n´ıvel alto). A escolha de uma delas na elabora¸caõ de um projeto de software é muito importante é envolve o conhecimento técnico especializado. A caracter´ıstica de uma linguagem de n´ıvel baixo, como o Assembly, é a de apresentar o mesmo conjunto de instru¸co˜es que aquele definido pelo fabricante da fam´ılia de microprocessadores ou microcontroladores, com a qual se deseja desenvolver os projetos de programa. Isso permite um total controle sobre os registradores intemos do dispositivo e as posi¸co˜es de memória e, conseq¨ uentemente, são gerados programas muito mais compactos em rela¸caõ a`s outras linguagens. Assim, sempre que existirem limita¸co˜es de memória (pouca memória) e limita¸co˜es de velocidade de processamento (máxima velocidade de processamento), recomenda-se a utiliza¸caõ da linguagem de programa¸caõ de n´ıvel baixo, ou seja, o Assembly. Portanto, pelas próprias caracter´ısticas dos microcontroladores, é muito comum a utiliza¸caõ do Assembly na elabora¸caõ de projetos de equipamentos inteligentes. Em contrapartida, a u ´ nica desvantagem da linguagem Assembly em rela¸caõ a`s outras linguagens é sua caracter´ıstica de ser rica em detalhes, solicitando dos programadores um conhecimento bastante grande sobre o dispositivo a ser programado. A caracter´ıstica de uma linguagem de n´ıvel médio, como o C, é a de apresentar os aspectos de uma linguagem de n´ıvel baixo (manipula¸caõ bit a bit ou byte a byte dos registradores internos e das posi¸co˜es de memória), como também as caracter´ısticas de uma linguageni de n´ıvel alto, que definimos a seguir. Atualmente, essa é uma das linguagens de programa¸caõ mais utilizadas em projetos de equipamentos inteligentes. Página 76


A caracter´ıstica de uma linguagem de n´ıvel alto é a de ser muito mais próxima da linguagem do ser humano. Trata-se de uma linguagem descritiva, cujas instru¸co˜es são palavras escritas em inglês e que estão muito longe das instru¸co˜es em Assembly. Cada instru¸caõ de uma linguagem de n´ıvel alto é representada por muitas instru¸co˜es de uma linguagem de n´ıvel baixo. Programar utilizando uma linguagem de n´ıvel alto é muito mais fácil que programar com uma linguagem de n´ıvel baixo ou médio. Mas quando se utiliza uma linguagem de programa¸caõ de n´ıvel alto, são gerados programas maiores e com menor velocidade de processamento. Outra desvantagem da linguagem de n´ıvel alto, que muitas vezes é interpretada como vantagem, é a de não exigir do programador o conhecimento completo e detalhado do dispositivo que se deseja programar. Um programa em código de máquina (código-objeto) é composto por bytes que representam as ´ a linguagem que o microcontrolador sabe e pode executar. Assim, seminstru¸co˜es do dispositivo. E pre que for desenvolvido um programa em uma determinada linguagem de programa¸caõ, é necessário fazer a compila¸caõ desse programa para transformá-lo em linguagem de máquina. O programa em linguagem de máquina deve ser simulado por meio de um simulador (AVSIM5l, Pinnacle etc.) ou gravado em uma memória para verificar seu funcionamento por meio da utiliza¸caõ do próprio hardware do produto. A seguir inicia-se o estudo das técnicas de programa¸caõ em Assembly para a fam´ılia de microcontroladores MCS-51 da Intel.

3.2.2

Estrat´ egias de elabora¸ c˜ ao de programas

´ muito importante para um programador, antes de implementar um programa, seguir uma deE terminada metodologia. A seguir, é descrita uma metodologia de elabora¸caõ de programas que é independente da linguagem de programa¸caõ.

Pr´ e-requisitos do t´ ecnico que desenvolver´ a o projeto a)Conhecer a estrutura interna (hardware) do dispositivo com que se deseja desenvolver o projeto; b)Conhecer o conjunto de instru¸co˜es do dispositivo.

Viabilidade do projeto a)Obter e entender claramente as especifica¸co˜es do cliente (desejos do cliente, caracter´ısticas do produto e do sistema, modo de funcionamento etc.); b)Elaborar diferentes estratégias de solu¸co˜es para o projeto. Isso pode ser feito utilizando-se diagramas de fluxo de dados (DFD), diagramas de blocos, desenhos etc.; c)Elaborar a viabilidade do projeto com rela¸caõ ao hardware e ao software para verificar a possibilidade de sua implementa¸caõ junto ao cliente. Algumas perguntas são utilizadas para garantir a viabilidade do projeto: Quais são as necessidades de hardware? Qual será o custo final do produto (o cliente pagará por esse valor)? Qual será a quantidade de equipamentos a ser fabricada (a fábrica comporta essa quantidade)? Como serão feitas as entregas do produto? Existem fornecedores de componentes no Brasil? Quais componentes devem ser importados? Existem concorrentes? etc.; d)Escolher a melhor solu¸caõ junto com o cliente, ou seja, aquela que utilizará o menor n´ umero de componentes e a que apresenta maior velocidade de processamento. Isso afeta diretamente o custo final do hardware e traz uma maior flexibilidade funcional do produto. Página 77


Implementa¸ ca õ do projeto a)Elaborar o fluxograma do programa em Assembly: os fluxogramas devem ser implementados desde o n´ıvel de ’macrodetalhamento’ até o n´ıvel de ’microdetalhamento’. Um fluxograma representando o n´ıvel de ’macrodetalhamento’ deve conter as idéias e os objetivos dentro dos blocos representativos. Um fluxograma representando o n´ıvel de ’microdetalhamento’ deve utilizar as representa¸co˜es simbólicas dos mnemônicos das instru¸co˜es dentro dos blocos representativos. Exemplo: dentro de um bloco do fluxograma, representar (A) ← (B): significa a instru¸caõ MOV A,B; b)A partir do fluxograma, gerar o programa-fonte na linguagem de programa¸caõ escolhida (arquivo em código ASCII que contém as instru¸co˜es que compõem o programa); c)Compilar o programa-fonte para gerar o arquivo binário que corresponde ao programa em códigos de máquina; d)Fazer a linkagem dos arquivos binários para agrupar de maneira organizada, os diferentes blocos de programa que compõem o programa final; e)Efetuar a simula¸caõ do programa para verificar seu funcionamento e corrigir os poss´ıveis erros de lógica. Nessa fase, não é necessário 0 hardware do produto; f)Realizar a grava¸caõ da EPROM, inser¸caõ no hardware do produto e teste f´ısico de sua funcionalidade; g)Efetuar a emula¸caõ do programa (é necessário um sistema emulador) para corrigir erros de lógica ou eventuais falhas de algum componente, utilizando o próprio hardware do produto; h)Fazer testes rápidos de bancada para verificar o funcionamento do produto final; i)Realizar testes de longa dura¸caõ (confiabilidade), em condi¸co˜es de estresse’, para a homologa¸caõ do produto.

3.2.3

Fluxogramas

Essa ferramenta de programa¸caõ é fundamental para a implementa¸caõ de qualquer rotina de um ´ por meio dessa ferramenta que se pode observar como foi impleprograma de microcomputador. E mentada a estratégia de solu¸caõ de uma necessidade de programa¸caõ elaborada por um programador. O fluxograma representa como o fluxo de informa¸co˜es será processado pelo microprocessador.

Página 78

Apostila de Programa˘c~ao em 8051

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