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Программирование микроконтроллера на ассемблере. Симуляция игральной кости
Projekt
Würfel
8051Win- Simulation
on Ilya Gufan, 4G5
Heilbronn, Juni 2006
Inhaltsverzeichnis
o
o
o
o
o
o
Anlage: CD
Lastenheft
1. 8051Win-Simulation mit LED-Reihe
a) Dualanzeige des Zählers /DJNZ-Befehl und CJNE-Befehl
b) Start-Stopp Schalter / Bitverarbeitung und bedingte Sprünge
c) Ausgabe auf die LPT-Schnittstelle / Parallele Schnittstelle
d) Ausgabe als Leuchtbalken / Decoder / Unterschied von Wert und Adresse
e) Vollständige Dokumentation mit Programmablaufplänen, Code,
Erklärungen, Snapshots
2. Programmierung der BB-Mikrocontrollerpiatine
a) EEPROM / Flash-EPROM / Harvard-Struktur / Adressbereiche
b) Zählerausgabe auf die LED-Reihe
c) Zeitprogramm / Unterprogramme / Zeitberechnung / Stackpointer
d) Befehlsabarbeitung
e) Vollständige Dokumentation mit Programmablaufplänen, Code,
Erklärungen, Snapshots
3. 8051Win-Simulation
a) Würfelmodell mit integriertem Decoder
b) Würfelmodell ohne Decoder /indirekte Adressierung @R0, @R1 im 8bit-
Adressraum Code in Adr. 31h... 36h abspeichern
c) Vollständige Dokumentation mit Programmablaufplänen, Code,
Erklärungen, Snapshots
4. 8051Win-Simulation
a) Siebensegmentmodell / Indirekte Adressierung @DPTR im 16 bit-
Adressraum / Define Byte (DB)
b) Übersicht aller Adressierungsarten.
c) Vollständige Dokumentation mit Programmablaufplänen, Code,
Erklärungen, Snapshots
5. Programmierung der BB-Mikrocontrollerplatine
a) Ausgabe auf 7-Segment-Anzeige /arbeiten mit CJNE-Befehl / DPTR / DB
b) Vollständige Dokumentation mit Programmablaufplänen, Code, Erklärungen, Snapshots
6. Zusatzaufgabe (freiwillig)
a) Langsam auslaufenden / nachlaufenden Zähler entwickeln
b) Vollständige Dokumentation mit Programmablaufplänen, Code,
Erklärungen, Snapshots
7.
Vollständige Projektdokumentation incl. Deckblatt, Inhaltsverzeichnis, Lastenheft,
Quellangaben und a51- wie hex-Code auf Diskette / CD
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Bild 1. Würfelset für das Spiel Dungeons & Dragonsл |
Einführung
Dieses Projekt wurde im Rahmen des CT-Unterrichts gemacht. Der Projektleiter ist Herr A. Hein. Das Ziel des Projektes war, die Assembler-Programmierung des C zu meistern. Das zu programmierende Objekt war der Würfel. Die Ausführung der Programme sollte mit 8051win simuliert werden. Während des Unterrichts hatte der Schüler auch die Möglichkeit, mit dem BB-
|
Bild 2. Würfel üblicher Form |
|
Bild 3. Ein falscher Würfel |
Ein Spielwürfel ist ein als Zufallsgenerator verwendeter Gegenstand, der auf mehrere,
voneinander unterscheidbare Arten stabil auf der Ebene zu liegen kommen kann.
Die meisten Würfel sind heute aus Holz oder Kunststoff und haben einen
Durchmesser von etwa eineinhalb Zentimetern. Spielwürfel werden vor allem
in den nach ihnen benannten Würfelspielen und in Glücksspielen,
gelegentlich auch in Brettspielen und in Rollenspielen (wie z. B. Dungeons
& Dragonsл) verwendet.
Die übliche Form ist die eines geometrischen Würfels, worauf auch der Begriff Spielwürfel zurückgeht. Um seine Rolleigenschaft zu verbessern, sind die Ecken heute häufig abgerundet. Die Flächen sind meistens mit ein bis sechs Punkten versehen, die auch als Augen bezeichnet werden, wobei die Augensumme sich gegenüberliegendener Seiten in der Regel sieben ergibt. Die Orientierung der gegenüberliegenden Paare (1,6), (2,5), (3,4) ist im westlichen Kulturkreis so festgelegt, dass die Ziffern 1, 2 und 3 im Gegenuhrzeigersinn gesehen werden, während sie im Fernen Osten im Uhrzeigersinn ausgerichtet sind.
In dem Projekt wird ein Würfel üblicher Form
programmiert.
Aufgaben
Aufgabe 1. 8051Win-Simulation mit LED-Reihe
LED-Dualanzeige des Zählers.
|
Bild 4. LED-Dualanzeige in 8051Win-Simulation |
Erklärung:
Man baut einen einfachen Zähler von 1 bis 6 bzw. von 6 bis 1 auf. Der Schalter wird durch P1 mit der Adresse
Danach gibt man den Registerinhalt von R1 auf P2.
Lösung mit DJNZ.
Mit DJNZ wird der Registerinhalt um eins verkleinert, deshalb zählt man von 6 bis 1. Sobald das Ergebnis Null ist, wird der Code weiter abgearbeitet. Mit dem Befehl SJMP springt es zum Programmpunkt ДladenУ. Ist das Ergebnis keine Null, wird es zum Programmpunkt ДstoppУ gesprungen.
Lösung mit CJNE.
Mit INC wird der Registerinhalt um eins erhöht. Man zählt von 1 bis 6. Ist der Inhalt von R1 dem Wert 07h nicht gleich, wird es zum Programmpunkt ДstoppУ gesprungen. Im Falle der Gleichheit wird zu dem Programmpunkt ДladenУ gesprungen.
Man braucht keine Codierungstabelle, da man keinen Decoder hat.
|
|
Assemblercode
א
Code at
P1 equ 90h
P2 equ 0A0h
laden: mov R1, #06h
stopp:а
count: mov P2, R1
end
ב
Code at
P1 equ 90h
P2 equ 0A0h
laden: mov R1, #01h
stopp: JB P1.0, stoppа
count: mov P2, R1
end
Ausgabe auf die
LPT-Schnittstelle
Ausgabe equ und mov
|
Bild 7. Auswahl der Schnittstelle LPT1 |
P2 equ 0A0h
mov
Zuerst wird die Adresse
Auf diese Weise lässt sich auch die Ausgabe auf die LPT Schnittstelle und Parallele Schnittstelle realisieren.
In dem Programm 8051Win können wir dem Port eine Schnittstelle zuweisen, bei dem Programm ist es LPT1.
|
Bild 8. Screenshot |
Ausgabe als
Leuchtbalken.
Aufgabe:
Erklärung:
Codierungstabelle für diese Aufgabe steht unten.
Die Binärzahl entspricht der daneben stehenden Hexzahl. Eine Lösungsvariante besteht darin, dass man diese Hexzahlen einfach der Reihe nach ausgibt, dabei muss aber jedes Mal geprüft werden, ob der Schalter auf ДУ gelegt wurde. Wenn ja, muss der Ablauf angehalten werden.
Codierungstabelle:
|
Ausgabewert |
Hexzahl |
Binärzahl |
|
Eins |
01h |
1b |
|
Zwei |
03h |
0011b |
|
Drei |
07h |
0b |
|
ier |
0Fh |
b |
|
Fünf |
1Fh |
1 b |
|
Sechs |
3Fh |
0011 b |
Assemblercode (1d)
Code at
P1 equ 90h
P2 equ 0A0h
count:
mov
stopp1: JB P1.0, stopp1 ;Bei gesetztem Bit STOP
mov
stopp2: JB P1.0, stopp2
mov
stopp3: JB P1.0, stopp3
mov
stopp4: JB P1.0, stopp4
mov
stopp5: JB P1.0, stopp5
mov
stopp6: JB P1.0, stopp6
sjmp
end
Programmablaufplan zu 1d
|
Bild 9. Programmablaufplan zu 1d |
Aufgabe 2. Programmierung der BB-
Speicherarten und Harvard-Struktur
(
Ein
EEPROM
Ist elektrisch programmierbar und auch elektrisch löschbar. Das Programmieren und Löschen kann nicht beliebig schnell erfolgen, deswegen müssen dabei bestimmte Mindestzeiten eingehalten werden.
Flash-Speicher
Hat im Vergleich zu EEPROM wesentlich kürzere Programmier- und Löschzeiten. Die Speicherzellen können nicht mehr, wie im EEPROM einzeln sondern nur Blockweise gelöscht werden.
Diese Speicherart wird im Mikrocontroller als eine Art des ROM Speichers (nur Lese-Speicher) benutzt. In ihm wird der Programmcode abgelegt. Bei der Abschaltung des Stromes gehen die Daten nicht verloren.
RAM-Speicher
Für den Datenspeicher benötigt man einen Speicher, den man sehr schnell lesen und beschreiben kann. Für diese Aufgabe verwendet man Halbleiterspeicher, die auf der Basis von Flip-Flops aufgebaut sind.
RAM-Speicher verliert seine Daten bei Stormabschaltung, d. h. sie ist flüchtig.
|
Bild 10. Harvard-Struktur
|
Alle Microcontroller der Familie 8051
verfügen über getrennte
Adressierbereiche für den Programmspeicher und den Datenspeicher,
Der Zugriff auf den exteren Programmspeicher wird über das Signal 
Die Harvard Struktur wird während des normalen Betriebs des Mikrocontrollers verwendet.
Zeitprogramm, Zeitberechnung
|
Bild 11. Das Auge merkt keine Pausen. |
Erklärung.
Das menschliche Auge ist in der Lage, die Ereignisse wahrzunehmen, die
länger, als ca. 
Schleife:
zeit: DJNZ R1, zeit
Einmaliges durchführen dieser Schleife (bei
Man programmiere eine Schleife, die ca. 0,2 s läuft. 1 s entspricht 100 Schleifen:
Folglich brauchen wir sie 100 durchlaufen zu lassen, um 0,2 s Zeitpause zu bekommen.
Unterprogramm
Unterprogramm
uptime:
mov
loop3: mov R2, #100
loop2: mov R1, #100
loop1: djnz R1, loop1а
RET
Das Unterprogramm wird aufgerufen, durchgeführt und mit RET kehrt man an den Punkt zurück, von welchem es aufgerufen wurde.
Stackpointer und Stackspeicher.
Die Adresse, an die es zurückspringen muss, wird im Stack-Speicher gespeichert. Der Stackpointer zeigt auf den Platz im Stack-Speicher, in dem die Adresse gespeichert ist.
Ein Stack dient somit zur Zwischenspeicherung der Rücksprungsadressen bei Unterprogrammen.
Zählerausgabe
auf die LED-Reihe.
Erklärung
Die Lösung ist wie bei № 1d, jedoch mit einer Erweiterung:
Zwischen den Ausgaben von Zahlen wird jedes Mal ein Unterprogramm Дup1sekУ aufgerufen. Das Unterprogramm verbraucht die Zeit von etwa 1Sekunde. Danach wird das Programm weiter an dem Punkt fortgesetzt von dem das Unterprogramm aufgerufen wurde.
Unterprogramm:
In die Register R1,
R2, R3 wird jeweils eine Dezimalzahl unmittelbar geladen. In einer Schleife werden
diese Zahlen bis Null runtergezählt. Danach wird es wieder mit RET an den Punkt
des Aufrufs zurückgesprungen.
Assemblercode
Code at
P1 equ 90h
P2 equ 0A0h
count:
mov
lcall
stopp1: JB P1.0, stopp1; Beim gesetzten bit stoppen.
mov
lcall
stopp2: JB P1.0, stopp2; Beim gesetzten bit stoppen.
mov
lcall
stopp3: JB P1.0, stopp3; Beim gesetzten bit stoppen.
mov
;
lcall
stopp4: JB P1.0, stopp4; Beim gesetzten bit stoppen.
mov
;
stopp5: JB P1.0, stopp5; Beim gesetzten bit stoppen.
mov
lcall
stopp6: JB P1.0, stopp6; Beim gesetzten bit stoppen.
;
ORG
uptime:
mov
loop3: mov R2, #100
loop2: mov R1, #100
loop1: djnz R1, loop1а
RET
END
Programmablaufpläne (siehe auch 1d)
|
Bild 12. Programmablaufplan der Aufgabe 2 |
|
Bild 13. Unterprogrammablaufplan für die Zeitpause ДuptimeУ |
Aufgabe 3. 8051Win-Simulation
von Würfelmodell
|
|
Hexzahlenberechnung für
die Ausgabe auf dem Würfel-2 in 8051Win
W-Anzeige |
|
4 |
2 |
1 |
8 |
4 |
2 |
1 |
Dual |
Hexergebnis |
Belegung |
- |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
|
- |
Augenzahl 1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
8 |
08h |
Augenzahl 2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
2 - 2 |
22h |
Augenzahl 3 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
2Ah |
Augenzahl 4 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
55h |
Augenzahl 5 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
5Dh |
Augenzahl 6 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
4+2+1 - 4+2+1 |
77H |
a) Würfelmodell mit integriertem Decoder
|
Bild 15. Screenshot |
Erklärung
Da der Würfel einen integrierten Decoder besitzt, kann der Zähler aus der Aufgabe 1 benutzt werden. Dieser Zähler gibt die Zahlen an P2 aus. Der Decoder wandelt die Zahlen in entsprechend andere Zahlen, damit die Würfelaugen richtig leuchten.
Assemblercode
Code at
P1 equ 90h
P2 equ 0A0h
laden: mov R1, #01h
stopp:а
mov
End
Programmablaufplan
|
|
Bild 17. Screenshot |
b) Würfelmodell ohne Decoder
mit indirekter Adressierung
Erklärung
|
Bild 18. Zw |
Bei dieser Aufgabe besitzt der Würfel keinen integrierten Decoder, die Würfelaugen müssen trotzdem richtig leuchten. Das heißt, dass bei einer Zwei auch die richtigen zwei Würfelaugen leuchten müssen (s. Bild 18). Die folgende Codierungstabelle enthält die Hexzahlen, die für jeden Ausgabewert (1 bis 6) die richtigen Würfelaugen zum Leuchten bringen.
|
Ausgabewert |
Hexzahl |
|
Eins |
08h |
|
Zwei |
41h |
|
Drei |
49h |
|
ier |
55h |
|
Fünf |
5D4 |
|
Sechs |
77h |
Diese Hexzahlen werden gemäß der Aufgabestellung im Adressbereich 31hЕ36h abgespeichert. Der Zähler geht dann diesen Adressbereich immer wieder durch. Durch die indirekte Adressierung werden diese Hexzahlen nacheinander ausgegeben.
Assemblercode
Code at
P1 equ 90h
P2 equ 0A0hа
; Decoder:
; es werden bestimmte Werte in dem
; Adressbereich 31h bis 36h
; abgespeichert
;------------------------
mov
mov
mov
mov
mov
mov
;------------------------
laden: mov R1, #31h
stopp: JB P1.0, stopp ; Stopp/Start-Schalter
count:
inc
mov
mov
cjne
sjmp
END
Programmablaufplan
|
Aufgabe 4. 8051Win-Simulation der 7-Segment-Anzeige
|
Bild 20. Screenshot |
Erklärung
In dieser Aufgabe werden die Zahlen von 1 bis 6 durch eine 7-Segment-Anzeige dargestellt.
Zur Lösung der Aufgabe benützen wir eine indirekte Adressierung @DPTR im 16 bit- Adressraum und Define Byte (DB).
Die Zahlen 1 bis 6 haben folgende Entsprechungen:
|
Ausgabewert |
Hexzahl |
|
Eins |
12h |
|
Zwei |
0BCh |
|
Drei |
0B6h |
|
ier |
0D2h |
|
Fünf |
0E6h |
|
Sechs |
0EEh |
Am Ende der Datenzeile setze man 0FFh, um das Ende der Zeile zu markieren (end of line).
Assemblercode
Code at
P2 equ 0A0h
P3 equ 0B0h
clr
init: mov DPTR, #Daten а
start: clr Aа
movC
CJNE
sjmp
weiter: mov P2, A
INC
sjmp
ORG
Daten: DB 12h, 0BCh, 0B6h, 0D2h, 0E6h, 0EEh, 0FFh
END
Programmablaufplan
|
Adressierungsarten
1. Unmittelbare Adressierung.
Einer Variable (einem Speicherplatz, dem Akku oder einem Register) wird unmittelbar ein Wert zugeordnet.
#01h->R1
oder
mov
2. Direkte Adressierung.
Einer Variable (einem Speicherplatz, dem Akku oder einem Register) wird direkt der Inhalt Wert einer anderen Variable (eines Speicherplatzes, des Akkus oder eines Registers) zugeordnet.
<A>->R1
oder
mov
3. Indirekte Adressierung.
Einer Variable (einem Speicherplatz, dem Akku oder einem Register) wird direkt der Inhalt der Speicherzelle zugeordnet, deren Adresse dem Inhalt einer anderen Variable (eines Speicherplatzes, des Akkus oder eines Registers) entspricht.
<<A>>->R1
oder
mov
mov
Nach dem Ausführen steht der Inhalt der Speicherzelle mit der Adresse
Aufgabe 5. Programmierung der
8051Win-Simulation der 7-Segment-Anzeige
Erklärung
In dieser Aufgabe werden die Zahlen von 1 bis 6 durch eine 7-Segment-Anzeige dargestellt. Zur Lösung der Aufgabe benützen wir CJNE-Befehl, DPTR und Define Byte (DB). а
Die Programmierung wurde erfolgreich während des Unterrichts durchgeführt. Die Simulation mit dem Programm 8051Win ist wegen der Zeitpause nicht sinnvoll.
Assemblercode
Code at
P2 equ 0A0h
P3 equ 0B0h
clr
init: mov DPTR, #Datenа
start: clr A
movC
CJNE
sjmp
weiter: mov P2, A
lcall
INC
sjmp
ORG
Daten: DB 12h, 0BCh, 0B6h, 0D2h, 0E6h, 0EEh, 0FFh
uptime:
mov
loop3: mov R2, #100
loop2: mov R1, #100
loop1: djnz R1, loop1а
RET
END
Programmablaufplan.
|
Aufgabe 6. Langsam auslaufender/nachlaufender Zähler
Erklärung.
|
Bild 23. BB-Mikrocontrollerplatine |
Die Aufgabe 6 ist eine Erweiterung der Aufgaben 4 und 5. Jetzt brauchen wir, dass der Zähler mit einer Beschleunigung oder verzögerung zählt.
Die Programmierung wurde erfolgreich während des Unterrichts durchgeführt. Die Simulation mit dem Programm 8051Win ist wegen der Zeitpause nicht sinnvoll.
Assemblercode
Code at
P1 equ 90h
P2 equ 0A0h
P3 equ 0B0h
clr
mov
init: mov DPTR, #Datenа
start: clr A
weiter: mov P2, A
stopp: JB P1.0, beschleunigen ; wenn P1.0-Schalter auf 1 steht,
langsamer:
erzoegern:
beschleunigen:
go:
;
or:
Daten: DB 12h, 0BCh, 0B6h, 0D2h, 0E6h, 0EEh, 0FFh;
ORG
uptime:
loop3: mov R2, #200
loop2: mov R1, #250
loopl: djnz R1, loopl
RET
END
Programmablaufplan
|
Code at
Legt fest, ab welcher Adresse der Programmcode gespeichert wird. Bei uns ist es immer ab Anfang.
end
Ein Assembler-Programm wird mit dem Befehl
DJNZ
DJNZ
oder
DJNZ
Der Befehl vermindert Adresseinhalt (Adresse) bzw. Registerinhalt (Rn) um eins und verzweigt zu rel, wenn das Ergebnis ungleich Null ist.
CJNE - Befehl
CJNE Adresse, #data, rel
ergleicht Adresse mit #data / Adresse und verzweigt nach rel wenn es ungleich ist.
JB
JB bit, rel
Springt zu rel beim gesetzten Bit (bit)
Ausgabe
P2 equ 0A0h
mov
Zuerst wird die Adresse
Auf diese Weise lässt sich auch die Ausgabe auf die LPT Schnittstelle und Parallele Schnittstelle realisieren.
SJMP
SJMP
Relativer Programmsprung im Bereich -128 bis 127 zur nachfolgenden Befehlsadresse.
LCALL
Mit diesem Befehl wird ein Unterprogramm aufgerufen (
RET
Der Befehl lässt das Programm an die Stelle zurückspringen, an der er aufgerufen wurde und das Programm läuft dort weiter.
INC
Mit den Befehlen wird der Wert um 1 erhöht bzw. verkleinert.
ORG
Der Befehl legt fest die Stelle, an der der nachfolgende Quellcode
abgelegt wird. Er ist mit dem Befehl Д
Quellenangabe
1.
2.
3.
4.
5. ( ссылка более недоступнаdoku/sb8/hardware_sb8.pdf )
6.
Anlage: CD