Αρχιτεκτονική Η/Υ-Εργαστήριο. Δημοσθένης Μπολανάκης. Ρήγας Γεώργιος

Transcript

1 2011- Αρχιτεκτονική Η/Υ-Εργαστήριο Δημοσθένης Μπολανάκης Ρήγας Γεώργιος

2 Περιεχόμενα Ευχαριστίες 4 Άσκηση 1 5 Συγγραφή προγραμμάτων 5 Σκοπός 5 Πρόβλημα 5 Περιγραφή - ανάπτυξη 5 Εργασία στους υπολογιστές 14 Εργασία για το σπίτι 14 Άσκηση 2 15 Δίοδοι Εκπομπής Φωτός 15 Σκοπός 15 Πρόβλημα 15 Περιγραφή - ανάπτυξη 16 Εργασία στους υπολογιστές 19 Εργασία για το σπίτι 19 Άσκηση 3 20 Μηχανικοί Διακόπτες 20 Σκοπός 20 Πρόβλημα 20 Περιγραφή ανάπτυξη 21 Εργασία στους υπολογιστές 29 Εργασία για το σπίτι 29 Άσκηση 4 30 Ενδείκτης 7 τομέων 30 Σκοπός 30 Πρόβλημα 30 Περιγραφή - ανάπτυξη 31 Εργασία στους υπολογιστές 37 Εργασία για το σπίτι 38 Άσκηση 5 39 Πληκτρολόγιο Matrix 39 Σκοπός 39 2

3 Πρόβλημα 39 Περιγραφή - ανάπτυξη 41 Εργασία στους υπολογιστές 49 Εργασία για το σπίτι 49 Άσκηση 6 50 Υποσύστημα Σειριακής Επικοινωνίας 50 Σκοπός 50 Πρόβλημα 50 Περιγραφή - ανάπτυξη 50 Εργασία στους υπολογιστές 53 Εργασία για το σπίτι 54 Άσκηση 7 55 Εισαγωγή κωδικού PIN 55 Στόχος 55 Πρόβλημα 55 Περιγραφή-Ανάπτυξη 55 Κυρίως πρόγραμμα 56 Εργασία για το Σπίτι 61 Άσκηση 8 62 Αριθμητικές και λογικές πράξεις 62 Πρόσθεση των 8 bit 62 Αφαίρεση των 8 bit 62 Πολλαπλασιασμός των 8 bit αριθμών χωρίς πρόβλεψη κρατουμένου 63 Χειρισμός 16bit αριθμών 63 Πολλαπλασιασμός των 8 bit αριθμών με πρόβλεψη κρατουμένου 66 Διαίρεση 8 bit αριθμών με υπόλοιπο 66 Άσκηση για το σπίτι 67 Ευρετήριο Εντολών 68 Παρουσίαση του αναπτυξιακού ELB (Educational Learning Board) 69 Εισαγωγή 69 Ασκήσεις εφαρμογών 71 Διαδικασία προγραμματισμού του με 72 Διαδικασία ενδοκυκλωματικής προσομοίωσης (in-circuit simulation) 76 Διαδικασία ενδοκυκλωματικής εκσφαλμάτωσης (in-circuit debugging) 79 3

4 Ευχαριστίες Στο σημείο αυτό θα ήθελα να ευχαριστήσω τους ανθρώπους που συνέβαλαν στην πραγματοποίηση των διδακτικών αυτών σημειώσεων Τον Αναπληρωτή Καθηγητή κ Γλαβά Ευριπίδη προϊστάμενο του τμήματος Τηλεπληροφορική και Διοίκησης του ΤΕΙ Ηπείρου του για την καθοδήγηση, την πολύτιμη βοήθεια και την εμπιστοσύνη που μου έδειξε Τον κ Τσαγκούρια Νικόλαο εργαστηριακό συνεργάτη του τμήματος Ηλεκτρονικής του ΤΕΙ Θεσσαλονίκης για την καθοδήγηση και τις πολύτιμες υποδείξεις του 4

5 1 Άσκηση Συγγραφή προγραμμάτων Σκοπός Σκοπός της άσκησης αυτής είναι η ανάπτυξη κώδικα σε γλώσσα προγραμματισμού assembly Τα πρόγραμμα που θα υλοποιηθεί, θα εκτελεστεί από έναν (μc) της εταιρείας Motorola, συγκεκριμένα τον MC68HC908GP32 Θα πρέπει λοιπόν να διερευνηθούν οι κανόνες που πρέπει να ληφθούν υπόψη για την ορθή ανάπτυξη ενός προγράμματος, προσαρμοσμένη στις ανάγκες και «ιδιαιτερότητες» του εν λόγω μικροελεγκτή Στο τέλος της άσκησης θα γίνει προσομοίωση του προγράμματος με τη χρήση ενός περιβάλλοντος εργασίας που παρέχεται από την εταιρεία Motorola για τον μc MC68HC908GP32 Ο σκοπός της προσομοίωσης ενός κώδικα είναι η εκσφαλμάτωση (debugging) και η επαλήθευση της ορθής λειτουργίας του προγράμματος Πρόβλημα Να γραφεί πρόγραμμα το οποίο θα διαβάζει δεδομένα από τη θύρα Α και θα τα μεταφέρει στη θύρα Β Η διαδικασία αυτή να εκτελείται αενάως Περιγραφή - ανάπτυξη Ξεκινώντας την συγγραφή ενός προγράμματος θα πρέπει να αρχικοποιηθούν οι θύρες του μc Ο μc M68HC908GP32 διαθέτει 29 αμφίδρομους ακροδέκτες (εισόδου/εξόδου) που ταξινομούνται σε 5 θύρες - θύρα A, B, C, D και E Οι θύρες A, B διαθέτουν 8 ακροδέκτες έκαστος, η θύρα C αποτελείται από 5 ακροδέκτες, ενώ η θύρα D από 6 και η θύρα E από 2 5

6 PTC0 PTC1 PTC2 PTC3 PTC4 PTE0 PTE1 PTD0 PTD1 PTD2 PTD3 PTD4 PTD5 PTA0 PTA1 PTA2 PTA3 PTA4 PTA5 PTA6 PTA7 PTB0 PTB1 PTB2 PTB3 PTB4 PTB5 PTB6 PTB7 Εικόνα 1-1 Από τα δεδομένα του προβλήματος γίνεται κατανοητό πως η θύρα Α θα πρέπει να δηλωθεί ως θύρα εισόδου και η θύρα Β ως θύρα εξόδου Στο τεχνικό εγχειρίδιο του μc αναφέρεται πως ένας ακροδέκτης δηλώνεται ως είσοδος όταν το αντίστοιχο bit του καταχωρητή κατεύθυνσης της θύρας λαμβάνει μέσω προγράμματος την τιμή «0» Αν λάβει την τιμή «1» τότε ο αντίστοιχος ακροδέκτες ορίζεται ως ακροδέκτης εξόδου Θα πρέπει λοιπόν σύμφωνα με τα παραπάνω - ο καταχωρητής κατεύθυνσης της θύρας Α να πάρει την τιμή =00 16, ενώ ο καταχωρητής κατεύθυνσης της θύρας Β την τιμή =FF 16 Μ αυτόν τον τρόπο κάθε ακροδέκτης της θύρας Α δηλώνεται ως ακροδέκτης εισόδου και αντίστοιχα, κάθε ακροδέκτης της θύρας Β δηλώνεται ως ακροδέκτης εξόδου PTB0 1 DDRB0 DDRA0 0 PTA0 PTB1 1 DDRB1 DDRA1 0 PTA1 PTB2 1 DDRB2 DDRA2 0 PTA2 PTB3 1 DDRB3 DDRA3 0 PTA3 PTB4 1 DDRB4 DDRA4 0 PTA4 PTB5 1 DDRB5 DDRA5 0 PTA5 PTB6 1 DDRB6 DDRA6 0 PTA6 PTB7 1 DDRB7 DDRA7 0 PTA7 Εικόνα 1-2 6

7 Η κάθε θύρα διαθέτει εκτός από τον καταχωρητή κατεύθυνσης και τον καταχωρητή δεδομένων Η προσπέλαση στους ακροδέκτες των θυρών γίνεται από τον καταχωρητή δεδομένων μέσω προγράμματος Κατά συνέπεια όταν μία θύρα έχει δηλωθεί ως έξοδος, τότε οτιδήποτε γραφεί στον καταχωρητή δεδομένων της αντίστοιχης θύρας εμφανίζεται στους ακροδέκτες της, ενώ αντίστοιχα αν μια θύρα είναι δηλωμένη είσοδος, τότε οτιδήποτε σήμα εφαρμόζεται στους ακροδέκτες της θύρας, η τιμή αυτή αποθηκεύεται στον καταχωρητή δεδομένων PTB0= 1 PTB1= 0 PTB2= 1 PTB3= 0 PTB4= 1 PTB5= 0 PTB6= 1 PTB7= DRB0 DRB1 DRB2 DRB3 DRB4 DRB5 DRB6 DRB DDRB0 DDRB1 DDRB2 DDRB3 DDRB4 DDRB5 DDRB6 DDRB7 DDRA0 0 DDRA1 0 DDRA2 0 DDRA3 0 DDRA4 0 DDRA5 0 DDRA6 0 DDRA7 0 DRA0 DRA1 DRA2 DRA3 DRA4 DRA5 DRA6 DRA PTA0 PTA1 PTA2 PTA3 PTA4 PTA5 PTA6 PTA Εικόνα 1-3 Θα πρέπει σ αυτό το σημείο να επισημανθεί πως ο κάθε καταχωρητής διαθέτει μία και μοναδική διεύθυνση για να είναι δυνατή η αρχικοποίησή του μέσω προγράμματος Έτσι ο καταχωρητής κατεύθυνσης της θύρας Α βρίσκεται στη διεύθυνση μνήμης $04, ενώ της θύρας Β στη διεύθυνση $05, και αντίστοιχα οι καταχωρητές δεδομένων των δύο θυρών βρίσκονται στις θέσεις μνήμης $00 και $01 Επίσης υπάρχει πλήρης αντιστοιχία ανάμεσα στους ακροδέκτες μιας θύρας και στα bit των καταχωρητών κατεύθυνσης και δεδομένων Έτσι πχ το bit 0 καταχωρητή κατεύθυνσης ή δεδομένων μιας θύρας αντιστοιχεί στον ακροδέκτη 0 της εν λόγω θύρας, το bit 1 στον ακροδέκτη 1 κοκ Στο σχήμα που ακολουθεί φαίνεται ο χάρτης μνήμης που δίνει η κατασκευάστρια εταιρεία για τον συγκεκριμένο μc Στις 64 πρώτες θέσεις βρίσκονται οι καταχωρητές αρχικοποίησης των διαφόρων υποσυστημάτων εισόδου / εξόδου που διαθέτει ο μc Ανάμεσα σ αυτούς βρίσκονται και οι καταχωρητές δεδομένων και κατεύθυνσης των θυρών A, B, C, D και E του μc 7

8 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 PORT A DATA REGISTER $0000 MEMORY MAP PORT B DATA REGISTER $0001 I/O REGISTER 64 BYTES $0000 $003F PORT C DATA REGISTER PORT D DATA REGISTER $0002 $0003 RAM 512 BYTES $0040 $023F PORT A DIR REGISTER PORT B DIR REGISTER $0004 $0005 FLASH MEMORY BYTES RESET VECTOR HIGH BYTE RESET VECTOR LOW BYTE $8000 $FDFF $FFFE $FFFF PORT C DIR REGISTER PORT D DIR REGISTER PORT E DATA REGISTER UNIMPLEMENTED UNIMPLEMENTED UNIMPLEMENTED PORT E DIR REGISTER $0006 $0007 $0008 $0009 $000A $000B $000C PORT A PULL UP ENABLE $000D PORT C PULL UP ENABLE $000E PORT D PULL UP ENABLE UNIMPLEMENTED $000F Εικόνα 1-4 Λαμβάνοντας υπόψη όλα τα παραπάνω, η αρχικοποίηση των θυρών και η μεταφορά δεδομένων από τη θύρα Α στη θύρα Β με εντολές assembly φαίνεται στον πίνακα που ακολουθεί Η εντολή MOV μεταφέρει έναν αριθμό ή το περιεχόμενο μιας διεύθυνσης σε μία άλλη διεύθυνση μνήμης MOV #$00,$04 ;φορτώνουμε στον καταχωρητή κατεύθυνσης της ;θύρας Α (διεύθυνση μνήμης ) την τιμή ;δηλώνοντας την θύρα ως είσοδο MOV #$FF,$05 ;φορτώνουμε στον καταχωρητή κατεύθυνσης της ;θύρας B (διεύθυνση μνήμης ) την τιμή FF 16 ;δηλώνοντας την θύρα ως έξοδο MOV $00,$01 ;διαβάζουμε την τιμή που υπάρχει στον ;καταχωρητή δεδομένων της θύρας A (διεύθυνση ;μνήμης ) και τη μεταφέρουμε στον ;καταχωρητή δεδομένων της θύρας Β (διεύθυνση ;μνήμης ), μετακινώντας κατ αυτόν τον τρόπο ;την πληροφορία που υπάρχει στους ακροδέκτες ;της θύρας Α στη θύρα Β Πίνακας 1-1 8

9 Το σύμβολο $ που αναγράφεται μπροστά από τον αριθμό δηλώνει αυτός είναι γραμμένος σε δεκαεξαδικό σύστημα Τα αριθμητικά συστήματα περιγράφονται στον assembler με τα εξής σύμβολα: Δεκαδικό:! Δεκαεξαδικό: $ Δυαδικό: % ASCII: L Το σύμβολο της δίεσης πριν από το σύμβολο του αριθμητικού συστήματος, δηλώνει στον assembler ότι ακολουθεί καθαρός αριθμός και όχι το περιεχόμενο μιας διεύθυνσης στη μνήμη Πχ η εντολή MOV #$00,$04 μεταφέρει στον καταχωρητή κατεύθυνσης της θύρας Α (διεύθυνση μνήμης ) τον αριθμό 00 16, ενώ η εντολή MOV $00,$01 μεταφέρει στον καταχωρητή δεδομένων της θύρας Β (διεύθυνση μνήμης ) το περιεχόμενο της διεύθυνσης (στην οποία διεύθυνση βρίσκεται ο καταχωρητής δεδομένων της θύρας Α) Ο assembler μεταφράζει το πρόγραμμα που γράφτηκε σε μνημονικές εντολές σε γλώσσα μηχανής και στη συνέχεια με τη βοήθεια ενός προγραμματιστή - το πρόγραμμα τοποθετείται byte προς byte στη μνήμη του μc Μνημονικές εντολές assembly Γλώσσα μηχανής MOV #$00,$04 6Ε MOV #$00,$05 6Ε FF 05 MOV $00,$01 4Ε Πίνακας 1-2 Ο assembler που δίδει η κατασκευάστρια εταιρεία για τον μc 68HC908GP32 έχει σχεδιαστεί για μία σειρά μικροελεγκτών, συγκεκριμένα για την σειρά HC08 Κατά συνέπεια δε μπορεί να γνωρίζει για κάθε μc το μέγεθος της μνήμης του, σε ποια διεύθυνση ξεκινά η RAM, η ROM κτλ Όταν φορτώνεται ένα πρόγραμμα σ έναν μc, θα πρέπει ο assembler να γνωρίζει σε ποια θέση στη μνήμη PROM θα μεταφέρει το πρόγραμμα, έτσι διαθέτει μία ψευδοεντολή η οποία ονομάζεται ORG (Originate Τοποθέτηση) Η ψευδοεντολή αυτή τοποθετεί στον Location Counter τη διεύθυνση μνήμης στην οποία θα γραφτεί ο επόμενος κωδικός εντολής Κάθε πρόγραμμα έχει τουλάχιστον μία ψευδοεντολή ORG που καθορίζει τη διεύθυνση μνήμης από την οποία ξεκινάει το εκάστοτε πρόγραμμα Η μνήμη του μc 68HC908GP32 ξεκινάει από τη διεύθυνση Για την αποθήκευση του προγράμματος από τη διεύθυνση και πέρα, θα πρέπει να - πριν από το πρόγραμμα να γίνει χρήση της ψευδοεντολής ORG $8000 Με τη συμπλήρωση αυτής της ψευδοεντολής, ο τρόπος τοποθέτησης του προγράμματος στη μνήμη του μc γίνεται ως εξής 9

10 Διευθύνσεις Μνήμης Γλώσσα μηχανής Γλώσσα assembly $8000 6Ε MOV #$00,$04 $ $ $8003 6Ε MOV #$FF,$05 $8004 FF $ $8006 4Ε MOV $00,$01 $ $ $8009 XX XX $800A XX XX $800B XX XX $800C XX XX $800D XX XX Πίνακας 1-3 Μια πιο παραστατική απεικόνιση της τοποθέτησης του προγράμματος στη μνήμη του μc φαίνεται στον χάρτη μνήμης που ακολουθεί ORG $8000 MOV # % ,$0004 MOV # % ,$0005 MOV $0000,$0001 I/O REGISTER 64 BYTES RAM 512 BYTES 0x6E 0x00 0x04 0x6E 0xFF 0x05 0x4E 0x00 0x01 XX XX XX XX XX RESET VECTOR HIGH BYTE RESET VECTOR LOW BYTE Εικόνα 1-5 $0000 $003F $0040 $023F $8000 $8001 $8002 $8003 $8004 $8005 $8006 $8007 $8008 $8009 $800A $800B $800C $FDFF 10

11 Έτσι στη διεύθυνση τοποθετείται ο χαρακτηριστικός κωδικός (opcode) της εντολής MOV (6E), στις διευθύνσεις και τοποθετείται το όρισμα της εντολής, ο αριθμός και η διεύθυνση μνήμης αντίστοιχα, κοκ Το πρόγραμμα τελειώνει στη διεύθυνση , ο μc όμως δε σταματά την εκτέλεση του προγράμματος εκεί, αλλά συνεχίζει να εκτελεί το πρόγραμμα που βρίσκεται στις παρακάτω διευθύνσεις, όπου σε αυτές τις διευθύνσεις είναι λογικό να υπάρχουν τιμές που θα ληφθούν λανθασμένα ως εντολές, με απρόβλεπτες συνέπειες Επιπλέον στο πρόγραμμα, όπως ορίζει η εκφώνηση του προβλήματος, θα πρέπει να γίνεται μεταφορά των δεδομένων της θύρας Α στη θύρα Β αενάως Για τους δύο παραπάνω λόγους χρησιμοποιούμε μια εντολή μεταφοράς ελέγχου η οποία εκτελεί συνεχώς τις δύο τελευταίες εντολές Η εντολή αυτή ονομάζεται JMP (JuMP to address) ORG $8000 MOV # % ,$0004 MOV # % ,$0005 MOV $0000,$0001 JMP $8006 I/O REGISTER 64 BYTES RAM 512 BYTES 0x6E 0x00 0x04 0x6E 0xFF 0x05 0x4E 0x00 0x01 0xCC 0x80 0x06 XX XX RESET VECTOR HIGH BYTE RESET VECTOR LOW BYTE Εικόνα 1-6 $0000 $003F $0040 $023F $8000 $8001 $8002 $8003 $8004 $8005 $8006 $8007 $8008 $8009 $800A $800B $800C $FDFF Η CPU είναι κοινή για όλους τους μc της οικογένειας HC08, και για το λόγο αυτό στη μνήμη του μc οι δύο τελευταίες θέσεις χρησιμοποιούνται για να υποδηλώσουν τη διεύθυνση εκκίνησης του προγράμματος Οι τελευταίες διευθύνσεις του μc 68HC908GP32 είναι η (FFFE 16 ) και η 11

12 (FFFF 16 ) Σ αυτές τις διευθύνσεις τοποθετείται η διεύθυνση αρχής του προγράμματος με τη μορφή: 80 στη διεύθυνση $FFFE 00 στη διεύθυνση $FFFF Ο μc διαβάζει κατά την εκκίνηση τις διευθύνσεις αυτές και δημιουργεί την 16-bit διεύθυνση την οποία τοποθετεί στον Program Counter (μετρητής που περιέχει τη διεύθυνση της επόμενης εντολής που θα εκτελεστεί) Για να συμπληρωθεί επομένως το πρόγραμμα θα πρέπει στις 2 τελευταίες θέσεις μνήμης αποθηκευτεί η διεύθυνση από την οποία αρχίζει το πρόγραμμα ( το διάνυσμα εκκίνησης του προγράμματος όπως συνηθίζεται να καλείται) Έτσι χρησιμοποιείται ξανά η εντολή ORG Τώρα όμως δεν εισάγεται πρόγραμμα σ αυτές τις διευθύνσεις αλλά το διάνυσμα εκκίνησης του προγράμματος ή αλλιώς οι αριθμοί και Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρήση μίας άλλης ψευδοεντολής που παρέχει ο assembler και ονομάζεται FCB (Field Constant Byte Πεδίο Σταθερού byte) Το όρισμα της ψευδοεντολής αυτής μεταφέρεται ως 8-bit αριθμός στην μνήμη του μc ORG $FFFE FCB $80,$00 ή ORG $FFFE FCB $80 FCB $00 Πίνακας 1-4 Με την εισαγωγή του διανύσματος εκκίνησης ο χάρτης μνήμης του μc οργανώνεται ως εξής: ORG $8000 MOV # % ,$0004 MOV # % ,$0005 LOOP MOV $0000,$0001 JMP ORG LOOP $FFFE FCB $80 FCB $00 I/O REGISTER 64 BYTES RAM 512 BYTES 0x6E 0x00 0x04 0x6E 0xFF 0x05 0x4E 0x00 0x01 0xCC 0x80 0x06 0x80 0x00 Εικόνα 1-7 $0000 $003F $0040 $023F $8000 $8001 $8002 $8003 $8004 $8005 $8006 $8007 $8008 $8009 $800A $800B $800C $FDFF $FFFE $FFFF 12

13 Μία παρόμοια ψευδοεντολή που μπορεί να χρησιμοποιηθεί είναι η FDB (Field Double Byte Πεδίο Διπλού byte) Το όρισμα της εντολής αυτής μεταφέρεται ως 16-bit αριθμός στη μνήμη του μc ORG $FFFE FDB $8000 Πίνακας 1-5 Το πρόγραμμα είναι πλέον έτοιμο να γραφεί στη μνήμη του μc Η CPU θα διαβάσει τις δύο τελευταίες θέσεις μνήμης, θα σχηματίσει τη διεύθυνση αρχής του προγράμματος και θα μεταφέρει την τιμή αυτή στον Program Counter για θα ξεκινήσει η εκτέλεση των εντολών Μια ακόμα ψευδοεντολή που παρέχει ο assembler χρήσιμη για τη συγγραφή προγραμμάτων είναι η εντολή EQU (Equate) Η ψευδοεντολή αυτή χρησιμοποιείται για τη δήλωση σταθερών Με την ψευδοεντολή αυτή η διεύθυνση μιας μνήμης μπορεί να αντικατασταθεί από μία ετικέτα Πχ: PORTADATA EQU $0000 Με τη χρήση ετικετών το πρόγραμμα γίνεται ευανάγνωστο και κατανοητό Κατά τη διαδικασία της μετάφρασης όλες οι σταθερές που υπάρχουν στο πρόγραμμα αντικαθίστανται με τις αριθμητικές τους τιμές Μία επιπλέον διεύθυνση μνήμης που μπορεί να αντικατασταθεί από μία ετικέτα είναι η διεύθυνση που δείχνει η εντολή JMP Η ετικέτα αυτή επιλέχθηκε με το χαρακτηριστικό όνομα Loop (βρόχος) Η σύνταξη ενός προγράμματος πρέπει να ακολουθεί κάποιους κανόνες Ο κώδικας θα πρέπει να γράφεται σε στήλες Υπάρχουν 4 στήλες Η στήλη ετικετών, η στήλη εντολών, η στήλη ορίσματος της εντολής και προαιρετικά η στήλη σχόλιων Στην αρχή κάθε προγράμματος πρέπει γίνεται η δήλωση των σταθερών, έπειτα θα πρέπει να γίνεται ο ορισμός της τοποθέτησης του κώδικα στη μνήμη προγράμματος του μc μέσα από μια ψευδοεντολή ORG Στη συνέχεια γίνεται ο ορισμός εισόδων / εξόδων που χρησιμοποιούνται, ακολουθεί το κυρίως πρόγραμμα σχεδιασμένο σύμφωνα με τις ανάγκες του συστήματος, και τέλος ορισμός του διανύσματος εκκίνησης ΔΙΑΓΡΑΜΑ ΡΟΗΣ ΚΩΔΙΚΑΣ PORTADATA EQU $0000 PORTBDATA EQU $0001 PORTADIRECTION EQU $0004 PORTBDIRECTION EQU $0005 ROMSTART EQU $8000 RESETVECTOR EQU $FFFE ORG ROMSTART MOV #$00,PORTADIRECTION ;ΕΙΣΟΔΟΣ 13

14 ΔΙΑΓΡΑΜΑ ΡΟΗΣ ΚΩΔΙΚΑΣ MOV #$FF,PORTBDIRECTION ;ΕΞΟΔΟΣ LOOP MOV PORTADATA,PORTBDATA JMP LOOP ORG RESETVECTOR FDB ROMSTART ΣΤΗΛΗ ΕΤΙΚΕΤΩΝ ΣΤΗΛΗ ΕΝΤΟΛΩΝ / ΨΕΥΔΟΕΝΤΟΛΩΝ ΣΤΗΛΗ ΟΡΙΣΜΑΤΟΣ ΕΝΤΟΛΗΣ / ΨΕΥΔΟΕΝΤΟΛΗΣ ΣΤΗΛΗ ΣΧΟΛΙΩΝ Πίνακας 1-6 Εργασία στους υπολογιστές Να γραφεί το πρόγραμμα στον περιβάλλον εργασίας WinIDE και να προσομοιωθεί η ορθή λειτουργία του Έπειτα να γίνουν οι απαραίτητες αλλαγές στο πρόγραμμα ώστε να ορισθεί η θύρα A ως έξοδος, η θύρα Β ως είσοδος και να γίνεται ανάγνωση δεδομένων από τη θύρα Β και έξοδος στη θύρα Α Να προσομοιωθεί και να ελεγχθεί η ορθή λειτουργία του προγράμματος Να τροποποιηθεί και πάλι το πρόγραμμα ώστε να γίνεται ανάγνωση δεδομένων από τη θύρα Β, έξοδος στη θύρα Α και παράλληλα ανάγνωση από τη C και έξοδος στη θύρα D Να προσομοιωθεί και να ελεγχθεί η ορθή λειτουργία του προγράμματος Τέλος να τροποποιηθεί το πρόγραμμα ώστε να γίνεται έξοδος των δεδομένων που υπάρχουν στη θύρα Β, στη θύρα Α για μία φορά μόνο Να προσομοιωθεί και να ελεγχθεί η ορθή λειτουργία του προγράμματος Εργασία για το σπίτι Να γίνουν οι απαραίτητες αλλαγές στον κώδικα του προγράμματος που αναπτύχθηκε στο μάθημα ώστε να γίνεται ανάγνωση δεδομένων από τη θύρα Β και έξοδος δεδομένων στη θύρα A μία φορά, και διαρκώς ανάγνωση δεδομένων από τη θύρα C και έξοδος στη θύρα D 14

15 2 Άσκηση Δίοδοι Εκπομπής Φωτός Σκοπός Μια από τις κυριότερες λειτουργίες ενός μc είναι η επικοινωνία με το περιβάλλον Στην άσκηση αυτή ο φοιτητής θα μελετήσει τον τρόπο εξαγωγή δεδομένων στο περιβάλλον με τη χρήση μιας διόδου εκπομπής φωτός (LED Light Emitter Diode) Η δίοδος εκπομπής φωτός αποτελεί την πιο απλή και συχνή συσκευή οπτικής ένδειξης που χρησιμοποιείται στα κυκλώματα μικροϋπολογιστών Επίσης θα μελετηθεί τόσο ο τρόπος διασύνδεσης μιας διόδου led σε έναν από τους ακροδέκτες του μικροελεγκτή όσο ο έλεγχος της κατάστασης της led μέσα από πρόγραμμα Ο φοιτητής θα πρέπει να διερευνήσει το απαιτούμενο χρόνο εκτέλεσης εντολών από ένα μικροϋπολογιστικό σύστημα για τον έλεγχο της κατάστασης μιας διόδου LED, και θα αναπτύξει τεχνητές καθυστερήσεις για την προσαρμογή της απεικόνισης δεδομένων σε χρόνους αντιληπτούς από τον άνθρωπο Τέλος θα αναλυθεί ο τρόπος υλοποίησης και χρήσης υπορουτίνων σε γλώσσα προγραμματισμού assembly για την συγγραφή ευανάγνωστων και μικρότερων σε έκταση προγραμμάτων Πρόβλημα Στον ακροδέκτη PTD4 του μικροελεγκτή είναι συνδεδεμένο ένα led Να γραφεί πρόγραμμα που θα ανάβει το led και θα το διατηρεί αναμμένο για τη χρονική διάρκεια του ενός δευτερολέπτου και στη συνέχεια να σβήνει το led και να το διατηρεί στην κατάσταση αυτή για τον ίδιο χρόνο Η διαδικασία αυτή να εκτελείται αενάως 15

16 PTD4 MCU R Περιγραφή - ανάπτυξη Εικόνα 2-1 Συνδεσμολογία της άσκησης 2 Το πρόβλημα που καλείται να λύσει ο φοιτητής στην άσκηση αυτή δεν είναι απλώς ο έλεγχος της κατάστασης του led, αλλά η συχνότητα με την οποία θα πρέπει να αλλάζει η κατάστασή του, που στο συγκεκριμένο πρόβλημα ο χρόνος αυτός είναι 1 δευτερόλεπτο Η απλούστερη μέθοδος για την επίλυση αυτού του προβλήματος είναι η ανάπτυξη μιας τεχνητής καθυστέρησης Για να υλοποιηθεί μία τεχνητή καθυστέρηση θα πρέπει πρώτα να μελετηθεί η συχνότητα με την οποία η κεντρική μονάδα επεξεργασίας (CPU) του μικροελεγκτή εκτελεί εντολές Ο μικροελεγκτή MC68HC908GP32 δέχεται εξωτερικά ρολόι υψηλής συχνότητας έως 20MHz Η συχνότητα του εξωτερικού ρολογιού διαιρείται δια 4 από τα εσωτερικά κυκλώματα του μικροελεγκτή Θεωρώντας ότι η εξωτερική συχνότητα λειτουργίας του μικροελεγκτή είναι η μέγιστη δυνατή (20MHz), τότε η συχνότητα συγχρονισμού των εσωτερικών κυκλωμάτων της CPU υπολογίζεται: T 1 f int f 1 /4 ext 200nSec Εξίσωση uSec Ο χρόνος αυτός καλείται και κύκλος μηχανής Κάθε εντολή που αναγνωρίζει η CPU του μικροελεγκτή MC68HC908GP32 εκτελείται σε συγχρονισμό με το εσωτερικό ρολόι του μc και απαιτεί ένα συγκεκριμένο αριθμό κύκλων μηχανής Όπως είναι κατανοητό κάθε εντολή εκτελείται σε μερικές εκατοντάδες nsec Σε πολλές εφαρμογές απαιτείται χρονοκαθυστέρηση της τάξης των sec, όπως στο συγκεκριμένο παράδειγμα Μεγάλοι χρόνοι καθυστερήσεων μπορούν να υλοποιηθούν με τη χρήση καταχωρητών της μνήμης RAM ή της CPU, τοποθετώντας μια τιμή στον καταχωρητή και στη συνέχεια μειώνοντας ή αυξάνοντας την τιμή του μέχρι να λάβει ο καταχωρητής την επιθυμητή τιμή Όπως γίνεται κατανοητό, ο καταχωρητής χρησιμοποιείται ως φθίνων ή αύξων μετρητής Σε ένα παράδειγμα χρήσης ενός καταχωρητή ως φθίνων μετρητή, τοποθετώντας σ αυτόν μία αρχική τιμή και στη συνέχεια μειώνοντας την τιμή του μέχρι να μηδενιστεί, πραγματοποιείται καθυστέρηση ίση με το γινόμενο του χρόνου που καταλαμβάνει η εκτέλεση των επιμέρους εντολών 16

17 (για την μείωση του μετρητή και το έλεγχο του μηδενισμού αυτού) επί το χρόνο που απαιτεί ο κύκλος μηχανής Στο παρακάτω παράδειγμα φαίνεται η μέγιστη καθυστέρηση που μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση ενός μετρητή της μνήμης RAM Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στο μέγεθος των καταχωρητών της CPU και της μνήμης του μικροελεγκτή 68HC908GP32, οι οποίοι έχουν εύρος 8- bit Κατά συνέπεια η μέγιστη τιμή που μπορεί να λάβει ένας καταχωρητής του συγκεκριμένου μικροελεγκτή είναι το Εντολές προγράμματος Απαιτούμενοι Κύκλοι μηχανής Χρόνος εκτέλεσης εντολών MOV #!255,COUNTER1 4 0,8 μsec LOOP DBNZ COUNTER,LOOP 5 1 μsec Πίνακας 2-1 Η εντολή MOV (MOVe) μεταφέρει στον καταχωρητή COUNTER1 την τιμή ενώ η εντολή DBNZ (Decrement and Branch if Not Zero) μειώνει την τιμή του COUNTER1 κατά μία μονάδα, ενώ παράλληλα μεταφέρει την εκτέλεση του προγράμματος στην ετικέτα LOOP εφόσον ο μετρητής έχει τιμή διάφορη του μηδενός Η μέγιστη καθυστέρηση που επιτυγχάνεται με τη χρήση ενός καταχωρητή / μετρητή είναι: μsec μsec Delay1 ((5κ DBNZ 02 ) 255) (4κ 02 ) κ κ Εξίσωση ,8μSec Παρατηρούμε ότι η καθυστέρηση που μπορούμε να δημιουργήσουμε με τη χρήση ενός καταχωρητή είναι πολύ μικρότερη του 1sec Για την πραγματοποίηση μεγαλύτερων καθυστερήσεων γίνεται χρήση μετρητών εν σειρά, μειώνοντας διαδοχικά τους μετρητές (τη στιγμή που μηδενίζεται η τιμή του 1 ου μετρητή, μειώνεται η τιμή του 2 ου κατά ένα και αντίστοιχα τη στιγμή που μηδενίζεται η τιμή του 2 ου, μειώνεται η τιμή του 3 ου κατά ένα, κοκ) Με τη διαδικασία αυτή υλοποιείται και η καθυστέρηση του ενός sec που απαιτεί το πρόβλημα της άσκησης DELAY1SEC MOV #!55,COUNTER3 LOADCOUNTER2 MOV #!100,COUNTER2 LOADCOUNTER1 MOV #!180,COUNTER1 DELAYLOOP DBNZ COUNTER1,DELAYLOOP DBNZ COUNTER2,LOADCOUNTER1 DBNZ COUNTER3,LOADCOUNTER2 RTS d1=(5 DBNZ* d2=(5dbnz+d1 )*C2+4MOV d3=(5dbnz+d2)*c3+4m OV dολ=d3+4rts= κύκλοι μηχανής Πίνακας

18 Το πρόγραμμα της χρονοκαθυστέρησης θα πρέπει να εκτελεστεί 2 φορές στο κυρίως πρόγραμμα, την 1 η φορά μετά από το άναμμα του led και τη 2 η μετά το σβήσιμο του led Για την αποφυγή επανάληψης των εντολών χρονοκαθυστέρησης δύο φορές μέσα στο πρόγραμμα, μπορεί το κομμάτι αυτό του κώδικα να χρησιμοποιηθεί με τη μορφή υπορουτίνας ώστε να είναι δυνατή η κλίση του από οποιοδήποτε σημείο του προγράμματος Για την κλίση της υπορουτίνας χρησιμοποιείται η εντολή JSR (Jump to SubRoutine), και μετά το τέλος της υπορουτίνας η επιστροφή στο κυρίως πρόγραμμα γίνεται με τη χρήση της εντολής RTS (ReTurn from Subroutine) Η εντολή αυτή θα πρέπει να τοποθετείται πάντοτε στο τέλος μιας υπορουτίνας Για την ολοκλήρωση του προγράμματος της άσκησης θα πρέπει αρχικά να δηλωθεί ο ακροδέκτης PTD4 ως έξοδος και στη συνέχεια να δημιουργηθεί ένας βρόχος στον οποίο θα πρέπει ο ακροδέκτης PTD4 να λαμβάνει την τιμή 1 για να ανάβει το led, στη συνέχεια να γίνεται καθυστέρηση στο πρόγραμμα για ένα δευτερόλεπτο, έπειτα ο ακροδέκτης PTD4 να λαμβάνει την τιμή 0 για να σβήνει το led, ακολουθεί η καθυστέρηση τους ενός δευτερολέπτου και στη συνέχεια να επαναλαμβάνεται αενάως η ίδια διαδικασία Σε αυτό το πρόγραμμα δεν χρησιμοποιούμε την MOV για να δώσουμε τις τιμές 0 και 1 στο PTD4 αλλά τις εντολές BCLR και BSET οι οποίες θέτουν σε ένα συγκεκριμένο bit μία συγκεκριμένης διεύθυνσης τιμή και όχι και στα 8 bit της διεύθυνσης Ακολουθεί το διάγραμμα ροής και το πρόγραμμα της άσκησης ΔΙΑΓΡΑΜΑ ΡΟΗΣ ΚΩΔΙΚΑΣ PORTDDATA EQU $0003 PORTDDIRECTION EQU $0007 COUNTER1 EQU $0040 COUNTER2 EQU $0041 COUNTER3 EQU $0042 ROMSTART EQU $8000 RESETVECTOR EQU $FFFE ORG BSET MOV ROMSTART 0,$001F #$1F,$003C BSET 4,PORTDDIRECTION LOOP BSET 4,PORTDDATA JSR BCLR JSR DELAY1SEC 4,PORTDDATA DELAY1SEC 18

19 ΔΙΑΓΡΑΜΑ ΡΟΗΣ JMP ΚΩΔΙΚΑΣ LOOP DELAY1SEC MOV #!55,COUNTER3 LOADCOUNTER2 MOV #!100,COUNTER2 LOADCOUNTER1 MOV #!180,COUNTER1 DELAYLOOP DBNZ COUNTER1,DELAYLOOP DBNZ DBNZ COUNTER2,LOADCOUNTER1 COUNTER3,LOADCOUNTER2 RTS ORG FDB RESETVECTOR ROMSTART Πίνακας 2-3 Εργασία στους υπολογιστές Να γραφεί το πρόγραμμα της άσκησης και να προσομοιωθεί η λειτουργία του Στη συνέχεια να γίνει επαλήθευση της ορθής λειτουργίας του προγράμματος με τη χρήση του αναπτυξιακού Στη συνέχεια αφαιρέστε από το πρόγραμμα τη χρονοκαθυστέρηση και επαναπρογραμματίστε τον μc Τι παρατηρείται στη στην αλλαγή της κατάστασης του led (on/off) με την αφαίρεση της χρονοκαθυστέρησης; Εξηγήστε γιατί συμβαίνει το φαινόμενο αυτό Εργασία για το σπίτι Στους ακροδέκτες PTD4, PTD5 του μc είναι συνδεδεμένα 2 led ένα κόκκινο και ένα πράσινο αντίστοιχα Να γραφεί πρόγραμμα που θα προσομοιώνει τα σήματα ενός φωτεινού σηματοδότη για τους πεζούς Αναλυτικά, το φανάρι των αυτοκινήτων θα ανάβει για 10 sec, έπειτα θα σβήνει και θα ανάβει το φανάρι των πεζών για 7 sec Η διαδικασία αυτή να επαναλαμβάνεται συνεχώς Να βρεθεί τρόπος επίλυσης του προβλήματος χωρίς να γίνεται χρήση τριών διαφορετικών υπορουτίνων καθυστέρησης μέσα στο πρόγραμμα 19

20 3 Άσκηση Μηχανικοί Διακόπτες Σκοπός Οι μηχανικοί διακόπτες χρησιμοποιούνται στα μικροϋπολογιστικά συστήματα για την χειρωνακτική εισαγωγή δεδομένων Στην άσκηση αυτή ο φοιτητής θα γνωρίσει διάφορα είδη διακοπτών που υπάρχουν στο εμπόριο Θα μελετήσει τον τρόπο διασύνδεσης ενός διακόπτης για την μετατροπή της κατάστασής του σε ηλεκτρικό σήμα Θα σε επαφή με τις κατάλληλες εντολές της γλώσσας προγραμματισμού assembly για τον έλεγχο της κατάστασης του διακόπτη μέσα από πρόγραμμα Τέλος θα διερευνήσει το πρόβλημα των αναπηδήσεων που παρουσιάζουν οι μηχανικοί διακόπτες και θα μελετήσει τρόπους επίλυσης για την απόσβεση των αναπηδήσεων με τεχνικές υλικού (hardware) και λογισμικού (software) Πρόβλημα Στον ακροδέκτη PTC0 του μc είναι συνδεδεμένος ένας διακόπτης τύπου Push-Button, ενώ στον ακροδέκτη PD4 μία δίοδος led Υποθέστε ότι ο διακόπτης PTC0 είναι η κλειδαριά της πόρτας του οδηγού ενός αυτοκινήτου και ο ακροδέκτης PD4, η έξοδος ενεργοποιεί το κεντρικό κλείδωμα του αυτοκινήτου Να γραφεί πρόγραμμα που θα ανιχνεύει την κατάσταση του διακόπτη και κάθε φορά που ο χρήστης θα τοποθετεί το κλειδί στην κλειδαριά (διακόπτης σε κατάσταση on) θα αλλάζει κατάσταση η έξοδος PD4 (κλειδώνει ή ξεκλειδώνει το αυτοκίνητο) VDD PTC0 Internal Pull-up R MCU PTD4 R Εικόνα 3-1 Συνδεσμολογία της άσκησης 3 20

21 Περιγραφή ανάπτυξη Οι μηχανικοί διακόπτες χρησιμοποιούνται αρκετά συχνά σε συστήματα μc, όπως για παράδειγμα σε ένα θερμοστάτη ενός κλιματιστικού, όπου ορίζεται η τιμή θερμοκρασίας για την οποία θα ξεκινήσει η λειτουργία του κλιματιστικού Υπάρχουν δύο συνδεσμολογίες που χρησιμοποιούνται για την εισαγωγή δεδομένων σε ένα ψηφιακό κύκλωμα Οι συνδεσμολογίες αυτές, που παρουσιάζονται στο παρακάτω σχήμα είναι η συνδεσμολογία θετικής, και η συνδεσμολογία αρνητικής λογικής VDD Vin VDD R R Vin Εικόνα 3-2 Στη συνδεσμολογία θετικής λογικής, που παρουσιάζεται στα αριστερά του παραπάνω σχήματος, το ένα άκρο του διακόπτη συνδέεται στην τροφοδοσία, ενώ το άλλο σε μία αντίσταση που συνδέεται στην γη Η αντίσταση αυτή, που καλείται pull-down αντίσταση, οδηγεί τη ψηφιακή είσοδο σε κατάσταση λογικού 0 όταν ο διακόπτης είναι ανοικτός Όταν κλείσει ο διακόπτης τότε η είσοδος έρχεται στο δυναμικό της πηγής (κατάσταση λογικού 1 ) Στη συνδεσμολογία αρνητικής λογική το ένα άκρο του διακόπτη βρίσκεται σε χαμηλό δυναμικό, ενώ το άλλο συνδέεται σε μία αντίσταση (αντίσταση pull-up) που οδηγείται στην τροφοδοσία Όταν ο διακόπτης είναι ανοικτός, η ψηφιακή είσοδος δέχεται - λόγω της pull-up αντίστασης στάθμη λογικού 1, ενώ όταν ο διακόπτης είναι κλειστός η ψηφιακή είσοδος λαμβάνει σήμα λογικού 0 Η συνδεσμολογία της σημερινής άσκησης είναι αρνητικής λογικής, με τη διαφορά ότι η αντίσταση pull-up υπάρχει εσωτερικά στο μc και θα πρέπει να ενεργοποιηθεί μέσω ενός καταχωρητή Κατά την αρχικοποίησης, θα πρέπει αρχικά να δεχθεί λογικό 0 το bit 0 του καταχωρητή κατεύθυνσης της θύρας C (διεύθυνση $0006) ώστε ο ακροδέκτης PTC0 να γίνει είσοδος Στη συνέχεια θα πρέπει να ενεργοποιηθεί η αντίσταση pull-up στο συγκεκριμένο ακροδέκτη Αυτό επιτυγχάνεται δίνοντας ένα λογικό 1 στο bit 0 του καταχωρητή ενεργοποίησης των αντιστάσεων pull-up της θύρας C (Port C Pull-up Enable) Ο καταχωρητής αυτό βρίσκεται στη διεύθυνση $000E Θα πρέπει επίσης να γραφεί λογικό 1 στο 4 ο bit του καταχωρητή κατεύθυνσης της θύρας D, όπου συνδέεται η δίοδος led, ώστε να ορισθεί ο ακροδέκτης PTD4 έξοδος 21

22 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 PORT A DATA REGISTER $0000 MEMORY MAP PORT B DATA REGISTER $0001 I/O REGISTER 64 BYTES $0000 $003F PORT C DATA REGISTER PORT D DATA REGISTER $0002 $0003 RAM 512 BYTES $0040 $023F PORT A DIR REGISTER PORT B DIR REGISTER $0004 $0005 FLASH MEMORY BYTES RESET VECTOR HIGH BYTE RESET VECTOR LOW BYTE $8000 $FDFF $FFFE $FFFF PORT C DIR REGISTER PORT D DIR REGISTER PORT E DATA REGISTER UNIMPLEMENTED UNIMPLEMENTED UNIMPLEMENTED PORT E DIR REGISTER 1 0 $0006 $0007 $0008 $0009 $000A $000B $000C PORT A PULL UP ENABLE $000D PORT C PULL UP ENABLE 1 $000E PORT D PULL UP ENABLE $000F Εικόνα 3-3 Αυτό που περιγράφτηκε προηγουμένως υλοποιείται παρακάτω με τις κατάλληλες εντολές PORTCDATA EQU $0002 PORTDDATA EQU $0003 PORTCDIRECTION EQU $0006 PORTDDIRECTION EQU $0007 PORTCPullUpEn EQU $000E ROMSTART EQU $8000 RESETVECTOR EQU $FFFE ORG MOV MOV MOV ROMSTART #% ,PORTDDIRECTION #% ,PORTCPullUpEn #% ,PORTCDIRECTION Πίνακας 3-1 Το επόμενο βήμα είναι ο έλεγχος του πατημένου διακόπτη Η εκφώνηση του προβλήματος ορίζει να αλλάζει κατάσταση το κεντρικό κλείδωμα (αλλαγή κατάστασης στο led) κάθε φορά που ο χρήστης εισάγει το κλειδί στην κλειδαριά του αυτοκινήτου (σε κάθε πάτημα του διακόπτη) 22

23 Ο έλεγχος του πατημένου διακόπτη γίνεται με δύο εντολές Οι εντολές αυτές είναι οι BRSET (BRanch if bit SET) και η BRCLR (BRanch if bit CLeaR) Η εντολή BRSET ελέγχει αν το n bit ενός καταχωρητή βρίσκεται σε κατάσταση λογικού 1, ενώ αντίθετα η εντολή BRCLR αν το n bit ενός καταχωρητή βρίσκεται σε κατάσταση λογικού 0 Οι δύο αυτές εντολές ανήκουν στην κατηγορία των εντολών που αλλάζουν τη ροή του προγράμματος, μεταπηδώντας σε κάποιο άλλο σημείο του προγράμματος (σημείο που υπάρχει κάποια ετικέτα), αφού πρώτα επαληθευτεί η ισχύς μιας συνθήκης Στη συγκεκριμένη περίπτωση η συνθήκη που πρέπει να ισχύει, είναι να βρίσκεται σε λογικό 1 ή 0 το n bit ενός καταχωρητή Ο τρόπος σύνταξης των εντολών είναι ο ακόλουθος: BRSET BRCLR 0,PORTCDATA,KeyNotInserted 0,PORTCDATA,KeyInserted Πίνακας 3-2 Στην 1 η εντολή γίνεται έλεγχος αν το 0 bit του καταχωρητή PORTCDATA βρίσκεται σε λογικό 1 (διακόπτης ON) ενώ στην 2 η εντολή γίνεται έλεγχος αν το 0 bit του καταχωρητή PORTCDATA βρίσκεται σε λογικό 0 Αν ισχύει η συνθήκη τότε η ροή του προγράμματος μεταβαίνει στο σημείο που βρίσκεται η ετικέτα KeyNotInserted ή KeyInserted αντίστοιχα Αν δεν ισχύει η συνθήκη, τότε συνεχίζεται η κανονική ροή του προγράμματος με την εντολή που ακολουθεί Το επόμενο βήμα στο πρόγραμμα είναι η αλλαγή στην κατάσταση του led (κεντρικού κλειδώματος) κατά το πάτημα του διακόπτη Αναλυτικά αν ο διακόπτης πατήθηκε και το led είναι σβηστό (αυτοκίνητο κλειδωμένο), θα πρέπει να αλλάξει κατάσταση τα led και να ανάψει (να ξεκλειδώσει το αυτοκίνητο) Αν πάλι το led είναι αναμμένο (αυτοκίνητο ξεκλείδωτο), θα πρέπει να σβήσει (να κλειδώσει το αυτοκίνητο) Το led είναι συνδεδεμένο στο ακροδέκτη PTD4 Η αλλαγή στην κατάσταση ενός bit γίνεται πολύ απλά με μία λογική πράξη XOR (EXCLUSIVE OR) Όπως φαίνεται και από το πίνακα αληθείας της λογικής πράξη XOR, κάνοντας ένα bit λογικό XOR με 1, το αποτέλεσμα είναι η αλλαγή της κατάσταση του bit X Y XOR X Y XOR Εικόνα 3-4 Στο ρεπερτόριο των εντολών του μc M68HC908GP32 συναντάται μία εντολή που ισοδυναμεί με μία λογική πράξη XOR Η εντολή αυτή είναι η EOR (Exclusive OR) Η ιδιαιτερότητα της εντολής αυτής είναι πως δεν μπορεί να κάνει λογικό XOR στα bit οποιουδήποτε καταχωρητή, παρά μόνον στα bit του Accumulator (καταχωρητής της CPU) 23

24 Ac c RESULT X X X X X X X X X X X X X X X X Εικόνα 3-5 Κατά συνέπεια το λογικό XOR του 4 ου bit του καταχωρητή PORTDDATA θα πρέπει να γίνει έμμεσα, αφού πρώτα μεταφερθεί η τιμή του καταχωρητή στον Accumulator, γίνει λογικό XOR στο περιεχόμενο του Accumulator με την κατάλληλη τιμή και τελικά, μεταφέροντας το περιεχόμενο του Accumulator στον καταχωρητή PORTDDATA Η διαδικασία που μόλις περιγράφτηκε υλοποιείται με τις παρακάτω εντολές LDA PORTDDATA EOR #% STA PORTDDATA Πίνακας 3-3 Η εντολή LDA (LoaD Accumulator) μεταφέρει στον Accumulator έναν αριθμό ή το περιεχόμενο μιας θέσης μνήμης, ενώ η εντολή STA (STore Acumulator) αποθηκεύει το περιεχόμενο του Accumulator σε μία διεύθυνση μνήμης Υπάρχουν και οι αντίστοιχες εντολές για τον 2 ο καταχωρητή της CPU τον IndeX Οι εντολές αυτές, που χρησιμοποιούνται στη συνέχεια, είναι οι LDX (LoaD index) που μεταφέρει στον IndeX έναν αριθμό ή το περιεχόμενο μιας θέσης μνήμης και η STX (STore index) που αποθηκεύει το περιεχόμενο του Accumulator σε μία διεύθυνση μνήμης Σύμφωνα με ότι περιγράφηκε ως τώρα το λογικό διάγραμμα και το πρόγραμμα της άσκησης διαμορφώνεται ως εξής 24

25 ΔΙΑΓΡΑΜΑ ΡΟΗΣ ΚΩΔΙΚΑΣ PORTCDATA EQU $0002 PORTDDATA EQU $0003 PORTCDIRECTION EQU $0006 PORTDDIRECTION EQU $0007 PORTCPullUpEn EQU $000E ROMSTART EQU $8000 RESETVECTOR EQU $FFFE ORG BSET MOV ROMSTART 0,$001F #$1F,$003C MOV MOV MOV #% ,PORTDDIRECTION #% ,PORTCPullUpEn #% ,PORTCDIRECTION KeyNotInserted BRSET 0,PORTCDATA,KeyNotInserted LDA PORTDDATA EOR #% STA PORTDDATA KeyInserted BRCLR 0,PORTCDATA,KeyInserted JMP KeyNotInserted ORG FDB RESETVECTOR ROMSTART Πίνακας 3-4 Το πρόγραμμα που αναπτύχθηκε, ενώ δείχνει σωστό παρουσιάζει σφάλματα κατά την εκτέλεση Τα σφάλματα αυτά οφείλονται σε ένα φαινόμενο που παρουσιάζουν όλοι οι μηχανικοί διακόπτες, το φαινόμενο των αναπηδήσεων Κατά τη χειρωνακτική είσοδο δεδομένων σε ένα ψηφιακό κύκλωμα, θα έπρεπε με την αλλαγή κατάστασης στο διακόπτη, να άλλαζε ακαριαία και η τάση στην είσοδο του κυκλώματος (από λογικό 1 σε λογικό 0 και το αντίστροφο) Στην πραγματικότητα όμως δε συμβαίνει αυτό και ο λόγος οφείλεται στο φαινόμενο των αναπηδήσεων που παρουσιάζεται στο σχήμα που ακολουθεί 25

26 V VDD VDD R Vin T V VDD VDD R Vin T Εικόνα 3-6 Ο μc, λόγω του γρήγορου ρυθμού εκτέλεσης εντολών (της τάξης των μsec), προλαβαίνει και αντιλαμβάνεται αυτές τις αναπηδήσεις του διακόπτη (της τάξης των msec) Στο συγκεκριμένο παράδειγμα το πρόβλημα που παρουσιάζεται, είναι η εναλλαγή της κατάστασης του led αρκετές φορές σε κάθε πάτημα του διακόπτη Το φαινόμενο των αναπηδήσεων μπορεί να εξαλειφθεί με διάφορες τεχνικές hardware ή software Όσον αφορά τις τεχνικές hardware, συνηθέστερη μέθοδος απόσβεσης των αναπηδήσεων είναι η συνδεσμολογία ενός κυκλώματος RC στην έξοδο του διακόπτη Λόγω της λογαριθμικής σχέσης που ακολουθεί η φόρτιση ενός πυκνωτή, ο μεγάλος χρόνος φόρτισης του πυκνωτή εξαλείφει τα φαινόμενα αναπηδήσεων t V Vo(1 e RC ) Εξίσωση 3-1 V VDD VDD R1 R2 Vin C T V VDD VDD R1 R2 Vin C T Εικόνα

27 Ένας διαφορετικός τρόπος απόσβεσης των αναπηδήσεων με τεχνική hardware είναι με τη χρήση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων που ονομάζονται debouncers, όπως το ολοκληρωμένο MAX6816 της εταιρείας MAXIM Εικόνα 3-8 Η μέθοδος που θα χρησιμοποιηθεί στην παρούσα άσκηση για την απόσβεση των αναπηδήσεων του διακόπτη, είναι τεχνική software Σύμφωνα με την τεχνική αυτή, κατά την ανίχνευση της αλλαγής της κατάστασης του διακόπτη, γίνεται μια μικρή καθυστέρηση στο πρόγραμμα, έτσι ώστε, μετά την καθυστέρηση αυτή το κύκλωμα να έχει σταθεροποιηθεί Γνωρίζοντας ότι οι αναπηδήσεις ενός μηχανικού διακόπτη έχουν διάρκεια μερικά msec, ο απαραίτητος χρόνος καθυστέρησης είναι 50 msec Η υλοποίηση χρονοκαθυστερήσεων είναι γνωστή από προηγούμενη άσκηση με τη διαφορά ότι στην παρούσα άσκηση θα χρησιμοποιηθούν ως μετρητές, οι καταχωρητές A (Accumulator) & Χ (index) της κεντρικής μονάδας επεξεργασίας (CPU) Οι άγνωστες έως τώρα εντολές που χρησιμοποιούνται για τη χρονοκαθυστέρηση των 50mSEC είναι η εντολή NOP (No OPeration) που όπως δηλώνει και το όνομά της δεν εκτελεί καμία λειτουργία, αλλά καθυστερεί ένα κύκλο μηχανής, πράγμα ιδιαίτερα χρήσιμο για την στρογγυλοποίηση χρονοκαθυστερήσεων Επίσης χρησιμοποιούνται οι εντολές DBNZX & DBNZA που έχουν την ίδια λειτουργία με την γνωστή DBNZ, με τη διαφορά ότι μειώνουν κατά μία μονάδα το περιεχόμενο του καταχωρητή IndeX & Accumulator αντίστοιχα Έτσι με την εισαγωγή της χρονοκαθυστέρησης το διορθωμένο διάγραμμα ροής και πρόγραμμα έχουν ως εξής 27

28 ΔΙΑΓΡΑΜΑ ΡΟΗΣ ΚΩΔΙΚΑΣ PORTCDATA EQU $0002 PORTDDATA EQU $0003 PORTCDIRECTION EQU $0006 PORTDDIRECTION EQU $0007 PORTCPullUpEn EQU $000E ROMSTART EQU $8000 RESETVECTOR EQU $FFFE ORG BSET MOV ROMSTART 0,$001F #$1F,$003C MOV #% ,PORTDDIRECTION MOV #% ,PORTCPullUpEn MOV #% ,PORTCDIRECTION KeyNotInserted BRSET 0,PORTCDATA,KeyNotInserted JSR DEBOUNCEDELAY LDA PORTDDATA EOR #% STA PORTDDATA KeyInserted BRCLR 0,PORTCDATA,KeyInserted JSR DEBOUNCEDELAY JMP KeyNotInserted DEBOUNCEDELAY LDA #!250 LOADX LDX #!199 DECREASEX NOP NOP DBNZX DBNZA RTS DECREASEX LOADX ORG FDB RESETVECTOR ROMSTART Πίνακας

29 Εργασία στους υπολογιστές Αρχιτεκτονική Η/Υ-Εργαστήριο Να γραφεί και να προσομοιωθεί το πρόγραμμα της άσκησης Η προσομοίωση της κατάστασης του διακόπτη γίνεται με την εντολή του Simulator Input (InputC % ) Στη συνέχεια προγραμματίστε το μc και ελέγξτε την ορθή λειτουργία του προγράμματος μέσω του αναπτυξιακού πειραματικών εφαρμογών Αφαιρέστε την υπορουτίνα χρονοκαθυστέρησης για την απόσβεση των αναπηδήσεων και ελέγξτε και πάλι τη λειτουργία του προγράμματος στο αναπτυξιακό πειραματικών εφαρμογών Εξηγείστε τι αλλαγές παρατηρείται στη λειτουργία του κυκλώματος και που οφείλονται Μελετήστε τη λειτουργία μιας συσκευής CD-ROM του Η/Υ Με την προϋπόθεση ότι ο διακόπτης ελέγχου της συσκευής CD-ROM είναι συνδεδεμένος στον ακροδέκτη PTC0 του μc και η υποδοχή που τοποθετούνται οι δίσκοι CD-ROM είναι συνδεδεμένη στην έξοδο PTD4, να γραφεί πρόγραμμα που θα προσομοιώνει τη λειτουργία της συσκευής Να γίνουν οι απαραίτητες αλλαγές στο πρόγραμμα αφού πρώτα σχεδιαστεί το διάγραμμα ροής Εργασία για το σπίτι Στους ακροδέκτες PTC0, PTC1 του μc είναι συνδεδεμένοι δύο διακόπτες τύπου Push-Button, ενώ στον ακροδέκτη PD4 μία δίοδος led Υποθέστε ότι στη θέση του διακόπτη PTC0 είναι συνδεδεμένη η πόρτα του οδηγού ενός αυτοκινήτου και στη θέση του διακόπτη PTC1 τα φώτα του αυτοκινήτου Όταν η πόρτα και τα φώτα του αυτοκινήτου είναι κλειστά ο μc λαμβάνει σήμα λογικού «1», ενώ όταν είναι ανοικτά ο μc λαμβάνει σήμα «0» στους αντίστοιχους ακροδέκτες Να γραφεί πρόγραμμα που θα ελέγχει την κατάσταση των δύο εισόδων και θα ενεργοποιεί μία δίοδο led που είναι συνδεδεμένη στον ακροδέκτης PD4 όταν και οι δύο είσοδοι βρίσκονται σε λογικό «0» (πόρτα και φώτα ανοικτά) Να υλοποιηθεί το πρόγραμμα με βάση κάποιο διάγραμμα ροής 29

30 4 Άσκηση Ενδείκτης 7 τομέων Σκοπός Σε προηγούμενη άσκηση έχει μελετηθεί η εξαγωγή δεδομένων από το μc στο περιβάλλον μέσω της πιο απλής μονάδας εξόδου, τη δίοδο led Στην άσκηση αυτή ο φοιτητής θα μελετήσει τον τρόπο εξαγωγή δεδομένων στο περιβάλλον με τη χρήση μιας πιο σύνθετης μονάδας εξόδου, τον ενδείκτη 7 τομέων Η μελέτη ενός ενδείκτη 7 τομέων αφορά τόσο τον τρόπο διασύνδεσης όσο και τη συγγραφή κώδικα για την απεικόνιση αριθμών ή και μερικών λατινικών χαρακτήρων Επίσης στην άσκηση αυτή, ο φοιτητής θα μελετήσει τη δημιουργία πίνακα στην μνήμη του μc και την άντληση δεδομένων από πίνακα με τη χρήση του καταχωρητή IndeX Πρόβλημα MCU PTB6 PTB5 PTB4 PTB3 PTB2 PTB1 PTB0 Ra Rb Rc Rd Re Rf Rg 470R 470R 470R 470R 470R 470R 470R F E Gnd A G D B C DP PTD5 Rb 470R Εικόνα

31 Περιγραφή - ανάπτυξη Ένας ενδείκτης 7 τομέων είναι μία συστοιχία 8 διόδων led, σε ειδικό σχηματισμό Οι 7 δίοδοι (A,B,C,D,E,F,G) σχηματίζουν τον αριθμό 8, ενώ υπάρχει και μία ακόμα δίοδος που ονομάζεται DP (Decimal Point) η οποία χρησιμοποιείται για την απεικόνιση δεκαδικού ψηφίου A F B G E D C DP E D GND C DP G F GND A B Εικόνα 4-2 Οι ενδείκτες 7 τομέων που συναντώνται στο εμπόριο είναι δύο ειδών Οι ενδείκτες κοινής καθόδου και οι ενδείκτες κοινής ανόδου A B C D E F G DP A B C D E F G DP Common Cathode Εικόνα 4-3 Common Anode 31

32 Σύμφωνα με το είδος ενδείκτη θα πρέπει να γίνει και η ανάλογη συνδεσμολογία Έτσι για τον ενδείκτη κοινής καθόδου θα πρέπει το κοινό άκρο των διόδων led να οδηγηθεί στη γείωση Η συνδεσμολογία είναι πανομοιότυπη με τη συνδεσμολογία θετικής λογικής διόδων led, η οποία μελετήθηκε στην 1 η άσκηση Αντίστοιχα για τον ενδείκτη 7 τομέων κοινής ανόδου, το κοινό άκρο των διόδων led θα πρέπει να οδηγηθεί στην τροφοδοσία (συνδεσμολογία αρνητικής λογικής) A B C A B C D E F G DP D E F G DP Common Cathode Vdd Εικόνα 4-4 Common Anode Αυτό που παρατηρείται στη συνδεσμολογία της άσκησης 4, είναι ότι το κοινό άκρο του ενδείκτη κοινής καθόδου, οδηγείται στο συλλέκτη ενός BJT τρανζίστορ Το τρανζίστορ αυτό λειτουργεί ως διακόπτης ON-OFF παρέχοντας τη δυνατότητα ενεργοποίησης απενεργοποίησης του ενδείκτης μέσω ενός ακροδέκτη του μc Vdd Vdd Vdd Rc Rc Rc Vin Rb Vin= 0 Vin= 1 Εικόνα

33 Το τρανζίστορ θα πρέπει να λειτουργεί στον κόρο στην περίπτωση που το σήμα εισόδου είναι σε κατάσταση high ( 1 ) Ο υπολογισμός της αντίστασης της βάσης δίνεται από τη σχέση εξάρτησης του ρεύματος συλλέκτη με το ρεύμα βάσης: I c I b Εξίσωση 4-1 στην περίπτωση που το τρανζίστορ βρίσκεται στον κόρο ισχύει: I c sat V dd V R c led Εξίσωση 4-2 Για να εξασφαλιστεί η συνθήκη λειτουργίας του τρανζίστορ σε κατάσταση κόρου θα πρέπει να ισχύει: I b i V V V V R R c sat in be dd led b c Εξίσωση 4-3 και από την παραπάνω σχέση υπολογίζεται η κατάλληλη τιμή της αντίστασης βάσης (R b ) ώστε να λειτουργεί το τρανζίστορ στον κόρο αποκοπή (διακοπτική λειτουργία) Στον πίνακα που ακολουθεί υπάρχουν οι συνδυασμοί για την απεικόνιση των αριθμών 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 Για να σχηματιστεί ένας αριθμός στον ενδείκτη 7 τομέων, αρκεί να δοθεί 1 στους αντίστοιχους ενδείκτες ΑΠΕΙΚΟΝΙΖΟΜΕΝΟΣ ΑΡΙΘΜΟΣ PTB6 PTB5 PTB4 PTB3 PTB2 PTB1 PTB0 SEG A SEG B SEG C SEG D SEG E SEG F SEG G Πίνακας

34 Δίνοντας τους παραπάνω συνδυασμούς στη θύρα Β του μc έχουμε το ακόλουθο αποτέλεσμα στον ενδείκτη 7 τομέων Εικόνα 4-6 Ο πίνακας με τους συνδυασμούς για την απεικόνιση των αριθμών 0 έως 9 από τον ενδείκτη τοποθετείται στη μνήμη προγράμματος του μc με τη χρήση των ψευδοεντολών ORG & FCB ORG $8300 FCB % ;0 FCB % ;1 FCB % ;2 FCB % ;3 FCB % ;4 FCB % ;5 FCB % ;6 FCB % ;7 FCB % ;8 FCB % ;9 Πίνακας 4-2 Για την ανάκτηση τώρα των δεδομένων αυτών από τη μνήμη προγράμματος του μc, χρησιμοποιείται ο καταχωρητής Χ ή αλλιώς καταχωρητής - δείκτης (IndeX register), με τον ειδικό τρόπο διευθυνσιοδότησης, τον δεικτοδοτούμενο Η εκάστοτε τιμή του καταχωρητή Χ, δηλαδή, δείχνει τη διεύθυνση από όπου γίνεται η λήψη των δεδομένων Η εντολή που χρησιμοποιείται για την ανάκτηση των τιμών του πίνακα είναι η LDA με μία όμως ιδιαίτερη μορφή σύνταξης: LDA $8300,X Πίνακας

35 Η εντολή αυτή φορτώνει στον Accumulator την τιμή που υπάρχει στην διεύθυνση $(8300+Χ) Για παράδειγμα, αν ο καταχωρητής Χ έχει την τιμή 0, ο Accumulator θα λάβει την τιμή που βρίσκεται στη διεύθυνση μνήμης $8300, δηλαδή την τιμή Αν ο Χ έχει την τιμή 1, ο Accumulator θα λάβει την τιμή της διεύθυνσης $8301 ( ) κόκ Αν τώρα αντικαταστήσουμε στο πρόγραμμα την ψευδοεντολή ORG $8300 με την ετικέτα TABLE η εντολή συντάσσεται απλούστερα LDA TABLE,X Πίνακας 4-4 Όσον αφορά τώρα την επίλυση του ζητούμενου προβλήματος, ακολουθούμε την εξής διαδικασία Αρχικά μηδενίζουμε τον καταχωρητή Χ (X=0) με τη χρήση της εντολής CLRX (CLeaR index) H εντολή αυτή δεν έχει όρισμα Στη συνέχεια λαμβάνουμε διαδοχικά τα δεδομένα από τον πίνακα, αυξάνοντας κάθε φορά την τιμή του Χ Η αύξηση του IndeX γίνεται με την εντολή INCX, η οποία αυξάνει κατά 1 το περιεχόμενο του καταχωρητή χ START CLRX LOOP LDA TABLE,X STA JSR INCX JMP Πίνακας 4-5 PORTBDATA DELAY1SEC Το πρόγραμμα όμως δεν τελειώνει εδώ, θα πρέπει να γίνει και ένας έλεγχος Ο έλεγχος αυτός είναι αν η τιμή του X ξεπέρασε την τελευταία τιμή του πίνακα Αν ο Χ πάρει τιμή μεγαλύτερη από το 9, που είναι και η τελευταία τιμή στον πίνακα, τότε στον ενδείκτη έχουν απεικονιστεί όλοι οι αριθμοί και θα πρέπει να μηδενιστεί η τιμή του καταχωρητής Χ και να επαναληφθεί η διαδικασία από την αρχή, όπως εξάλλου ορίζει και το πρόβλημα Η εντολή που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της τιμή του Χ είναι η CMPX (CoMPare X) που κάνει μια αφαίρεση ενός αριθμού (ή μιας θέσης μνήμης) από τον Χ, χωρίς όμως να αποθηκεύει κάπου το αποτέλεσμα γεγονός ιδιαίτερα χρήσιμο στο συγκεκριμένο πρόβλημα, γιατί πρέπει να διατηρείται η προηγούμενη τιμή του καταχωρητή X μετά από κάθε σύγκριση Η εντολή αυτή σε συνδυασμό με την εντολή BLS (Branch if Lower of Same), που ελέγχει αν η πράξη που προηγείται είχε αποτέλεσμα 0, πραγματοποιούν τη διαδικασία ελέγχου που περιγράφηκε προηγουμένως Έτσι το τελικό πρόγραμμα καθώς και το διάγραμμα ροής διαμορφώνονται ως εξής LOOP ΔΙΑΓΡΑΜΑ ΡΟΗΣ ΚΩΔΙΚΑΣ PORTBDATA EQU $0001 PORTDDATA EQU $0003 PORTBDIRECTION EQU $0005 PORTDDIRECTION EQU $

36 COUNTER1 EQU $0040 COUNTER2 EQU $0041 COUNTER3 EQU $0042 ROMSTART EQU $8000 RESETVECTOR EQU $FFFE ORG BSET MOV ROMSTART 0,$001F #$1F,$003C InitPorts BSET 5,PORTDDATA BSET CLR MOV 5,PORTDDIRECTION PORTBDATA #% ,PORTBDIRECTION START CLRX LOOP LDA TABLE,X STA JSR PORTBDATA DELAY1SEC INCX CMPX #!9 BLS JMP LOOP START DELAY1SEC MOV #!55,COUNTER3 LOADCOUNTER2 MOV #!100,COUNTER2 LOADCOUNTER1 MOV #!180,COUNTER1 DELAYLOOP DBNZ COUNTER1,DELAYLOOP 36

37 DBNZ DBNZ RTS COUNTER2,LOADCOUNTER 1 COUNTER3,LOADCOUNTER 2 TABLE ORG $8300 FCB % FCB % FCB % FCB % FCB % FCB % FCB % FCB % FCB % FCB % ORG FDB RESETVECTOR ROMSTART Πίνακας 4-6 Εργασία στους υπολογιστές Στους ακροδέκτες 0-6 της θύρας Β του με είναι συνδεδεμένος ένας ενδείκτης 7 τομέων Να γραφεί πρόγραμμα που θα απεικονίζει τους αριθμούς 0,1,2,3,,9 στον ενδείκτη Η αύξηση αυτή θα γίνεται με το πάτημα ενός διακόπτη που είναι συνδεδεμένος στον ακροδέκτη PTC0 Η διαδικασία αυτή να επαναλαμβάνεται συνεχώς Ελέγξτε και σημειώστε τις παρατηρήσεις σας στη λειτουργία του κυκλώματος όταν δε χρησιμοποιείται η υπορουτίνα καθυστέρησης για την απόσβεση αναπηδήσεων του διακόπτη 37

38 Εργασία για το σπίτι Στους ακροδέκτες PTC0, PTC1 του μc είναι συνδεδεμένοι δύο διακόπτες τύπου Push-Button, ενώ στους ακροδέκτες 0-6 της θύρας Β ένας ενδείκτης 7 τομέων Να γραφεί πρόγραμμα που θα προσομοιώνει τη λειτουργία ελέγχου του χώρου στάθμευσης ενός parking Αρχικά ο ενδείκτης θα έχει την τιμή μηδέν, ως ένδειξη ότι δεν υπάρχουν σταθμευμένα αυτοκίνητα Για κάθε όχημα που θα εισέρχεται στο χώρο του parking (πάτημα του διακόπτη PTC0) θα αυξάνεται η ένδειξη στο display Αντίστοιχα για κάθε όχημα που θα εξέρχεται από το χώρο του parking (πάτημα του διακόπτη PTC1) θα μειώνεται η ένδειξη στο display 38

39 5 Άσκηση Πληκτρολόγιο Matrix Σκοπός Στην άσκηση αυτή ο φοιτητής θα μελετήσει μία από τις πιο σύνθετες μονάδες εισόδου που συναντάμε σε συστήματα μικροελεγκτών, το πληκτρολόγιο τύπου Matrix Έχοντας προηγούμενη εμπειρία στην εισαγωγή δεδομένων από το εξωτερικό περιβάλλον στο μc, ο φοιτητής μπορεί να εστιάσει την προσοχή στον αλγόριθμο σάρωσης & εύρεσης ενός πατημένο πλήκτρο από ένα πληκτρολόγιο τύπου Matrix Στην άσκηση αυτή ο φοιτητής θα χρειαστεί γνώσεις από προηγούμενες ασκήσεις, όπως τη δημιουργία πίνακα στη μνήμη προγράμματος του μc, την άντληση δεδομένων από πίνακα με τη χρήση του καταχωρητή δείκτη X, δημιουργία χρονοκαθυστέρησης για την απόσβεση αναπηδήσεων (κατά την αλλαγή κατάστασης ενός διακόπτη), καθώς γνώσεις εισαγωγής δεδομένων στο μc από το περιβάλλον, αλλά και εξαγωγής δεδομένων από έναν ενδείκτη 7 τομέων Πρόβλημα Στη θύρα Α του με είναι συνδεδεμένο ένα πληκτρολόγιο τύπου Matrix Να γραφεί πρόγραμμα που θα ελέγχει αν πατήθηκε κάποιο πλήκτρο και θα εμφανίζει σε έναν ενδείκτη 7 τομέων, το χαρακτήρα που είναι αποτυπωμένος στο εκάστοτε πατημένο πλήκτρο Η εμφάνιση στον ενδείκτη να παραμένει για όσο χρόνο είναι το εκάστοτε πλήκτρο πατημένο 39

40 1 2 3 A B C * 0 # D C1 C2 C3 C4 R1 R2 R3 R4 VDD R R R R PTA7 PTA6 PTA5 PTA4 PTA3 PTA2 PTA1 PTA0 MCU PTB6 PTB5 PTB4 PTB3 PTB2 PTB1 PTB0 Ra Rb Rc Rd Re Rf Rg 470R 470R 470R 470R 470R 470R 470R F E Gnd A G D B C DP PTD5 Rb 470R Εικόνα

41 Περιγραφή - ανάπτυξη Το πληκτρολόγιο είναι ένα σύνολο από διακόπτες σε συγκεκριμένη διάταξη Υπάρχουν πληκτρολόγια ανεξάρτητων πλήκτρων, που όπως αποκαλύπτει και το όνομά του τα πλήκτρα είναι ανεξάρτητα μεταξύ τους, και πληκτρολόγια σε διάταξη πίνακα, όπου κάθε πλήκτρο υλοποιεί μια φυσική σύνδεση μεταξύ μιας σειρά και μια στήλης Τα πληκτρολόγια αυτά ονομάζονται Matrix Το πλεονέκτημα ενός πληκτρολογίου matrix είναι ότι καταναλώνει λιγότερους πόρους στο σύστημα που χρησιμοποιείται, καθώς απαιτεί λιγότερους ακροδέκτες για τη διασύνδεσή του με έναν μc Στα σχήματα που ακολουθούν φαίνεται η διαφορά ενός πληκτρολόγιου ανεξάρτητων πλήκτρων και ενός τύπου Matrix COM * A B C * 0 # D # D C B A COM * # D C B A A B C * 0 # D A B C * 0 # D R1 R2 R3 R4 C1 C2 C3 C4 R1 R2 R3 R4 C1 C2 C3 C4 Εικόνα

42 Το πληκτρολόγιο Matrix που φαίνεται στο παραπάνω σχήμα είναι 16 πλήκτρων (4x4), κατά συνέπεια 8 ακροδεκτών (ίσο με τον αριθμό των γραμμών και των στηλών) Για τον έλεγχο ενός τέτοιου πληκτρολογίου απαιτείται μία μόνο θύρα του με Η μέθοδος προσδιορισμού του πατημένου πλήκτρου ονομάζεται σάρωση πληκτρολογίου (Keyboard scan) Ο αλγόριθμος σάρωσης ενός πληκτρολογίου τύπου Matrix έχει ως εξής Το πληκτρολόγιο συνδέεται στη θύρα Α του με και οι ακροδέκτες της θύρας χωρίζονται σε δύο ομάδες Οι 4 χαμηλοί ακροδέκτες (ΡΑ3:ΡΑ0) ρυθμίζονται ως είσοδοι και οι 4 υψηλότεροι ως έξοδοι Στις εισόδους συνδέουμε τις γραμμές του πληκτρολογίου και στις εξόδους τις στήλες Επιπλέον στις εισόδους έχουν ενεργοποιηθεί οι εσωτερικές αντιστάσεις pull-up που διαθέτει ο μc (βλ κύκλωμα άσκησης) Κατά συνέπεια, όταν δεν πατιέται κάποιο πλήκτρο οι ακροδέκτες εισόδου βρίσκονται σε επίπεδο λογικού 1, εξαιτίας των αντιστάσεων VDD PTA3= 1 PTA2= 1 PTA1= 1 PTA0= 1 PTA4= 0 PTA5= 0 PTA6= 0 PTA7= 0 MCU Εικόνα 5-3 Όταν πατηθεί κάποιος διακόπτης, τότε βραχυκυκλώνεται μία γραμμή με την αντίστοιχη στήλη και εφόσον οι στήλες του πληκτρολογίου είναι συνδεδεμένες σε ακροδέκτες του μc που έχουν ορισθεί ως έξοδοι, τότε όπως είναι λογικό, ο ακροδέκτης εισόδου που συνδέεται στη γραμμή που βραχυκυκλώνεται με τη κάποια στήλη, θα βρεθεί στο λογικό επίπεδο που βρίσκεται ο αντίστοιχος ακροδέκτης εξόδου της στήλης Για παράδειγμα αν πατηθεί το πλήκτρο 5, ο ακροδέκτης εισόδου PTA2 θα βρεθεί στο λογικό επίπεδο που βρίσκεται ο ακροδέκτης PTA6 42