ОБМЕН ИНФОРМАЦИЕЙ МЕЖДУ ПЕРСОНАЛЬНЫМ КОМПЬЮТЕРОМ И МИКРОКОНТРОЛЛЕРОМ СЕМЕЙСТВА MCS-51 ФИРМЫ INTEL
СОДЕРЖАНИЕ ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ ВВЕДЕНИЕ 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА 1.1 Постановка глобальных задач 1.2 Анализ предыдущей работы 1.2.1 Положительные стороны 1.2.2 Отрицательные стороны 1.3 Постановка задачи 2. РАЗРАБОТКА ВОПРОСОВ АППАРАТНОГО И ПРОГРАММНОГО СОПРЯЖЕНИЯ 2.1 Аппаратное сопряжение ПК и микроконтроллера 2.1.1 Скорость приема/передачи 2.1.2 Разработка формата принимаемых и передаваемых данных 2.1.3 Разработка схемы подключения микроконтроллера 2.1.4 Выбор источника питания 2.2 Подключение внешней памяти программ 2.3 Программное сопряжение микроконтроллера и ПК 2.3.1 Начальная установка MCS-51 2.3.2 Программное обеспечение организации обмена информацией между МК и ПК 2.3.2.1 Программа “Монитор” 2.3.2.2 Подпрограмма запуска программы пользователя в режиме реального времени 2.3.2.3 Подпрограмма запуска программы пользователя в пошаговом режиме 2.3.2.4 Подпрограмма записи программы пользователя в память программ микроконтроллера 2.3.2.5 Подпрограмма записи информации в программно – доступные узлы микроконтроллера 2.3.2.6 Подпрограмма чтения из памяти программ микроконтроллера 2.3.2.7 Подпрограмма чтения информации программно – доступных узлов микроконтроллера 2.3.2.8 Подпрограмма выдачи ошибки в ПК 2.3.2.9 Подпрограмма выдачи одного байта информации 2.3.2.10 Подпрограмма приема одного байта информации. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ БИС - большая интегральная схема МК - микроконтроллер ОЗУ - оперативное запоминающее устройство ПЗУ - постоянное запоминающее устройство ПК - персональный компьютер УАПП - универсальный асинхронный приемопередатчик ЭВМ - электронная вычислительная машина
ВВЕДЕНИЕ Развитие микроэлектроники и широкое применение ее изделий в промышленном производстве, в устройствах и системах управления самыми разнообразными объектами и процессами является в настоящее время одним из основных направлений научно-технического прогресса Использование микроконтроллеров в изделиях не только приводит к повышению технико-экономических показателей (стоимости, надежности, потребляемой мощности, габаритных размеров), но и позволяет сократить время разработки изделий и делает их модифицируемыми, адаптивными. Использование микроконтроллеров в системах управления обеспечивает достижение высоких показателей эффективности при низкой стоимости Микроконтроллеры представляют собой эффективное средство автоматизации разнообразных объектов и процессов Все это определяет необходимость изучения микропроцессорных систем. В настоящее время в РАУ имеются учебные методические комплексы УМК ВЭФ, базирующиеся на микропроцессоре I8080, позволяющие получить знания в программировании микропроцессоров. К сожалению, на кафедре нет лабораторной установки, позволяющей получить практические навыки в программировании микроконтроллеров Необходимо создание новой лабораторной базы, использующей на наиболее распространенные микроконтроллеры. Такими микроконтроллерами могут послужить микроконтроллеры семейства MCS-51 фирмы Intel Такие лабораторные установки могут использоваться не только как учебно-методическое пособие при изучении курса микропроцессоров, но и как устройства управления другими учебно-методическими комплексами, используемыми в других курсах Вышесказанное указывает на актуальность рассмотрения вопроса организации обмена информацией между персональным компьютером и микроконтроллером MCS-51 фирмы Intel
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА В устройствах управления объектами (контроллерах) на основе МК аппаратурные средства и программное обеспечение существует в форме неделимого аппаратурно-программного комплекса. При проектировании контроллеров приходиться решать одну из самых сложных задач разработки, а именно задачу оптимального распределения функций контроллера между аппаратурными средствами и программным обеспечением. Решение этой задачи осложняется тем, что взаимосвязь и взаимовлияние аппаратурных средств и программного обеспечения в микропроцессорной технике претерпевают динамические изменения. Если в начале развития микропроцессорной техники определяющим было правило, в соответствии с которым аппаратурные средства обеспечивают производительность, а программное обеспечение – дешевизну изделия, то в настоящее время это правило нуждается в серьезной корректировке. Так как МК представляет собой стандартный массовый (относительно недорогой) логический блок, конкретное назначение которого определяет пользователь с помощью программного обеспечения, то с ростом степени интеграции и, следовательно, функционально-логических возможностей МК резко понижается стоимость изделия в пересчете на выполняемую функцию, что в конечном итоге и обеспечивает достижение высоких технико-экономических показателей изделий на МК. При этом затраты на разработку программного обеспечения изделия в 2 – 10 раз превышают затраты на приобретение и изготовление аппаратурных средств В настоящее время наибольшее распространение получил методологический прием, при котором весь цикл разработки контроллеров рассматривается как последовательность трех фаз проектирования: анализа задачи и выбора (и/или разработки) аппаратурных средств контроллера; разработка прикладного программного обеспечения; комплексирования аппаратурных средств и программного обеспечения в прототипе контроллера и его отладки. Фаза разработки программного обеспечения, т.е. фаза получения прикладных программ, в свою очередь, разбивается на два существенно различных этапа: “от постановки задачи к исходной программе”; “от исходной программы к объектному модулю”. Этап разработки “от исходной программы к объектному модулю” имеет целью получение машинных кодов прикладных программ, работающих в МК. Этот этап разработки прикладного программного обеспечения легко поддается формализации и поддержан всей мощью системного программного обеспечения МК, направленного на автоматизацию процесса получения прикладных программ. В состав средств системного программного обеспечения входят трансляторы с различных алгоритмических языков высокого уровня, ассемблеры, редакторы текстов, программы-отладчики, программы-документаторы и т.д. Наличие всех этих системных средств придает инженерной работе на этом этапе проектирования контроллеров характер ремесла, а не инженерного творчества. Так как в конечном изделии имеются только МК и его средства сопряжения с объектом, то выполнять отладку разрабатываемого прикладного программного обеспечения на нем невозможно (из-за отсутствия средств ввода, вывода, ОЗУ большой емкости и операционной системы), и, следовательно, разработчик вынужден обращаться к средствам вычислительной техники для выполнения всех формализуемых стадий разработки: трансляции, редактирования, отладки, загрузки объектных кодов и программируемую постоянную память МК Этап разработки “от постановки задачи к исходной программе” не поддается формализации и, следовательно, не может быть автоматизирован. Проектная работа здесь носит творческий характер, изобилует решениями, имеющими “волевую” или “вкусовую” окраску, и решениями, продиктованными конъюнктурными соображениями. На этом этапе разработчик стакивается с наибольшим количеством трудностей На обоих этапах разработки необходимо тестировать программное обеспечение не только на эмуляторах, но и на “живом” МК, с целью выявления специфических ошибок (неправильная логика работы устройства, ошибки, связанные с эмуляцией). Это требует многократного перепрограммирования МК, что связанно с большой затратой времени (время стирания информации в ПЗУ с ультрафиолетовым, или электрическим стиранием может достигать нескольких десятков минут). Это время можно сократить используя в качестве памяти программ не ПЗУ, а ОЗУ Разрабатываемое устройство значительно упростит оба этапа разработки, позволяя отлаживать программное обеспечение непосредственно на “живом” МК и позволит сэкономить время, связанное с записью и стиранием тестируемых программ При решении задач об оптимальном распределении функций между аппаратурными средствами и программным обеспечением необходимо исходить из того, что использование специализированных интерфейсных БИС упрощает разработку и обеспечивает высокое быстродействие системы в целом, но сопряжено с увеличением стоимости, объема и потребляемой мощности. Больший удельный вес программного обеспечения позволяет сократить число компонентов системы и стоимость ее аппаратурных средств, но это приводит к снижению быстродействия и увеличению затрат и сроков разработки и отладки прикладных программ. При этом еще может несколько увеличиваться число БИС внешней памяти МК - системы. Решение о выборе того или иного варианта распределения функций между аппаратурными и программными средствами системы принимается в зависимости от тиражности изделия, ограничений по стоимости, объему, потребляемой мощности и быстродействию изделия. Программная реализация основных элементов алгоритма работы
