61_64.pdf

S P R Z Ę T

MTS-51

Zestaw do nauki

mikrokontrolera '51

Parafrazuj¹c popularne

powiedzenie, chcia³oby siÍ

rzec: ì51-ka wiecznie øywaî.

Wci¹ø znajduj¹ siÍ chÍtni

do wykorzystywania jej

w†swoich projektach, wci¹ø

nie brak chÍtnych do

wkraczania w†úwiat

mikrokontrolerÛw poprzez

poznawanie w³aúnie tej

rodziny. Jeúli juø siÍ uczyÊ,

to najlepiej na b³Ídach.

Dysponuj¹c opisanym

poniøej zestawem,

moøna ich bezpiecznie

pope³niaÊ bez liku.

Trzeba obiektywnie przyznaÊ, øe

MCS-51 to rodzina uk³adÛw bardzo

przyjazna dla uøytkownika, ³atwa do

nauczenia i†úwietnie wyposaøona

w†narzÍdzia zarÛwno programowe, jak

i†sprzÍtowe. Moøna oczywiúcie pole-

mizowaÊ, czy przyjÍta koncepcja jed-

nostki centralnej jest dobra i†czy od-

powiada dzisiejszym wymaganiom?

Czy w†dobie tak szybkich zmian, ja-

kie obserwujemy w†elektronice, rdzeÒ

mikrokontrolera opracowany kilkana-

úcie lat temu nie jest juø muzealnym

zabytkiem?

Pojawiaj¹ce siÍ co pewien czas nowe

mutacje 51-ki úwiadcz¹ o†tym, øe po-

wyøsze w¹tpliwoúci nie znajduj¹ uza-

sadnienia, a†rodzina ma siÍ ca³kiem

nieüle (dowody na to przedstawiamy

w†artykule opublikowanym na wk³adce

On/Off Line - tylko w†EPo/oL).

Na pocz¹tku ery mikrokontrolerÛw

konstruktorzy wykorzystuj¹cy je byli

nie wiadomo jakimi specami. Dzisiaj

moøna nie znaÊ na pamiÍÊ serii uk³a-

dÛw TTL czy CMOS, ale bez znajo-

moúci choÊby jednego mikrokontrolera

trudno zabieraÊ siÍ nawet za najpros-

tsze projekty. ChoÊ w†zakresie literatu-

ry technicznej w†ci¹gu ostatnich lat

bardzo wiele siÍ u†nas zmieni³o na ko-

rzyúÊ, to - jak wiadomo - skutecznoúÊ

nauczania znacznie siÍ zwiÍksza, jeúli

do nauki wykorzystuje siÍ Êwiczenia

praktyczne. Specjalnie dla tych, ktÛrzy

dzisiaj nie maj¹ jeszcze zielonego po-

jÍcia, co to jest mikrokontroler, na da-

lekim Tajwanie opracowano trenaøer

MTS-51. Nie jest to klasyczny starter

kit, do jakich jesteúmy przyzwyczaje-

ni. Raczej trudno do³¹czyÊ do niego

w³asny fragment systemu, ale chyba

teø nie taka by³a intencja projektan-

tÛw. Zamys³em by³o jak najpe³niejsze

zaprezentowanie architektury mikro-

kontrolera i†sposobÛw do³¹czania typo-

wych uk³adÛw peryferyjnych, z†jakimi

spotykamy siÍ na co dzieÒ, st¹d ich

bogactwo w†zestawie ( fot. 1 ).

DoúÊ oryginalnie wygl¹da p³yta czo-

³owa zestawu. Jest to po prostu p³ytka

drukowana, do ktÛrej przylutowano

poszczegÛlne elementy. Zamiast typo-

wej soldermaski zastosowano farbÍ,

ktÛra maskuje úcieøki na p³ytce, a†na Fot. 1. Wygląd zestawu MTS−51

niej na³oøono opisy wyjaúniaj¹ce funk-

cje poszczegÛlnych elementÛw. Trena-

øer jest wyposaøony we wbudowany

zasilacz sieciowy.

Dokumentacja

Do zestawu do³¹czono pokaünych

rozmiarÛw ksi¹økÍ, ktÛra w†swej pier-

wszej czÍúci jest ürÛd³em wiedzy na

temat architektury mikrokontrolerÛw

'51, w†drugiej natomiast dok³adnie

opisuje sam zestaw MTS-51. W†czÍúci

teoretycznej zapoznajemy siÍ z†podsta-

wowymi pojÍciami zwi¹zanymi z†tech-

nik¹ mikroprocesorow¹. Dowiadujemy

siÍ co to jest ALU, CPU, czym rÛøni¹

siÍ pamiÍci ROM, PROM, EPROM,

EEPROM, RAM, poznajemy zasadÍ

dzia³ania uk³adÛw we/wy oraz syste-

mu przerwaÒ. Dalej dowiadujemy siÍ,

jak powyøsze komponenty s¹ imple-

mentowane w†konkretnych uk³adach

rodziny MCS-51. Moøna zauwaøyÊ, øe

opisy zamieszczone w†podrÍczniku s¹

zredagowane nieco inaczej niø odpo-

wiadaj¹ce im noty katalogowe. Uøyte

sformu³owania zosta³y dobrane z†myú-

l¹ o†tym, øe bÍd¹ je czytaÊ ludzie

z†praktycznie zerowym poziomem

wiedzy. PoszczegÛlne fragmenty teks-

tu s¹ bogato ilustrowane tabelami i†ry-

sunkami. Tam, gdzie jest to potrzeb-

ne, przedstawiane s¹ algorytmy proce-

dur w†postaci graficznej. Pod koniec

pierwszej czÍúci podrÍcznika zamiesz-

czono listÍ rozkazÛw mikrokontrolera

'51, zilustrowan¹ przyk³adowym pro-

gramem w†asemblerze. Zawarto rÛw-

nieø krÛtki opis makroasemblera X8051

oraz linkera LINK4. DoúÊ dok³adnie

opisane s¹ teø formaty plikÛw wyniko-

wych. hex , w†szczegÛlnoúci rÛønice po-

miÍdzy typami Intel, Extended Intel,

Tektronix, S19, S28 i†S37. Kolejne

rozdzia³y dotycz¹ zestawu MTS-51.

Elektronika Praktyczna 7/2003

S P R Z Ę T

Rys. 2. Okno programu WinISP

lowanie programÛw przed uøyciem. Po

za³adowaniu programu wyúwietlane s¹

jego adresy pocz¹tku i†koÒca. Odpo-

wiedni obszar pamiÍci Flash powinien

byÊ wykasowany przed przyst¹pieniem

do programowania. S³uøy do tego kla-

wisz Erase Block . Jeúli warunek ten jest

spe³niony, wystarczy wcisn¹Ê klawisz

Program Part , aby po kilku sekundach

uzyskaÊ gotowy do testÛw mikrokontro-

ler. Program WinISP umoøliwia ponadto

rÍczne modyfikowanie zawartoúci bufo-

ra, w†tym zape³nianie go podanym

wzorcem. Po zakoÒczeniu programowa-

nia naleøy ponownie prze³¹czyÊ zestaw

w†normalny tryb pracy, odpowiednio

dla uruchamianego programu skonfiguro-

waÊ wszystkie prze³¹czniki i†zworki

i†wyzerowaÊ system przyciskiem Reset .

Jeúli wszystkie powyøsze czynnoúci zo-

sta³y wykonane prawid³owo, to mikro-

kontroler powinien od tego momentu

rozpocz¹Ê wykonywanie zapisanego

w†jego pamiÍci programu. Na w³asne

pomys³y z†pewnoúci¹ przyjdzie czas, na

pocz¹tku warto zapoznaÊ siÍ z†gotowy-

mi propozycjami eksperymentÛw.

mogli projektowaÊ w³asn¹ semigrafikÍ.

Przydaje siÍ nabyta wczeúniej umiejÍtnoúÊ

wykorzystywania tablic lookup. Pod ko-

niec ÊwiczeÒ jesteúmy juø prawie gotowi

do zaprojektowania w³asnej tablicy úwiet-

lnej z†przesuwaj¹cymi siÍ napisami.

Obs³uga klawiatury matrycowej 4x4

Do klasycznego otoczenia mikrokont-

rolera dochodzi zewnÍtrzny enkoder

74C922. Jest to specjalizowany uk³ad

przeznaczony do obs³ugi klawiatury

matrycowej. Potrafi on wykryÊ wciúniÍ-

cie klawisza, a†fakt ten sygnalizuje mik-

rokontrolerowi generuj¹c przerwanie.

Przekraczamy wiÍc kolejny stopieÒ wta-

jemniczenia. Reakcj¹ na naciúniÍcie kla-

wisza jest zapalenie odpowiadaj¹cego

mu LED-a lub cyfry na wyúwietlaczu.

Sterowanie silnikiem krokowym

To juø nie przelewki. Postawione

przed nami zadania staj¹ siÍ coraz

trudniejsze. Niew¹tpliwie zadaniem ta-

kim jest sterowanie 4-fazowym silni-

kiem krokowym. Uczymy siÍ obracaÊ

jego oú w†dwie strony, wykonywaÊ

okreúlon¹ liczbÍ obrotÛw, regulujemy

teø prÍdkoúÊ obrotÛw silnika.

Wykorzystywanie portu szeregowego

Przeprowadzamy doúÊ dziwny ekspe-

ryment. Wysy³amy dane z†wewnÍtrzne-

go portu szeregowego (UART) zaimple-

mentowanego w†mikrokontrolerze,

a†odbieramy w†rejestrze przesuwaj¹cym

74164. Wyjúcia rÛwnoleg³e tego uk³a-

du steruj¹ LED-ami. Podobny przebieg

ma kolejne Êwiczenie. RÛwnoleg³e da-

ne s¹ w†nim wysy³ane z†rejestru 74165

i†odbierane przez UART.

Transoptory jako elementy steruj¹ce

Do dyspozycji mamy dwa transopto-

ry. PrÛbujemy poprzez nie sterowaÊ

kierunkiem obrotÛw silnika krokowego,

zliczaÊ impulsy, itp.

Obs³uga timerÛw mikrokontrolera

w†rÛønych trybach

Podobnie jak w†pierwszym Êwicze-

niu zapalamy LED-y. Tym razem jed-

nak czas úwiecenia wyznacza wewnÍt-

rzny uk³ad czasowy mikrokontrolera.

W†dalszej czÍúci budujemy generator

przebiegu prostok¹tnego o†ustalonej

czÍstotliwoúci rÛwnej 1†kHz. NastÍpny

stopieÒ wtajemniczenia obejmuje gene-

racjÍ przebiegÛw na wyprowadzeniach

P2.0 do P2.3. Kolejne ich czÍstotliwoú-

ci pozostaj¹ w†stosunku 1:2.

PoszczegÛlne bloki funkcjonalne ze-

stawu omÛwiono indywidualnie, do

kaødego opisu do³¹czono odpowiedni

schemat ideowy. Zaprezentowano tu

rÛwnieø program wykorzystywany do

programowania mikrokontrolera - Wi-

nISP. Kolejn¹ czÍúÊ dokumentacji sta-

nowi¹ dok³adne opisy kilkunastu Êwi-

czeÒ praktycznych, jakie moøna prze-

prowadziÊ w†oparciu o†zestaw MTS-51.

Po krÛtkim wstÍpie ogÛlnym do kaø-

dego tematu, podano sposÛb skonfigu-

rowania prze³¹cznikÛw i†zworek, a†na-

stÍpnie dok³adnie opisano przebieg

Êwiczenia. Ca³oúÊ jest uzupe³niona po-

daniem wersji ürÛd³owych programÛw,

ktÛre moøna rÛwnieø znaleüÊ na za³¹-

czonym CD-ROM-ie.

Æwiczenia

Przygotowane przez producenta zesta-

wu eksperymenty maj¹ na celu wszech-

stronne zademonstrowanie moøliwoúci

mikrokontrolerÛw rodziny MCS-51. Pre-

zentacja jest oparta na obs³udze typo-

wych urz¹dzeÒ peryferyjnych, daj¹c tym

samym gotowe rozwi¹zania dla prakty-

kÛw. Na ogÛ³ jeden eksperyment jest

podzielony na kilka ÊwiczeÒ, co pozwa-

la na stopniowe nabywanie umiejÍtnoú-

ci przez ucznia. Poniøej zapoznamy siÍ

pokrÛtce z†programem kursu.

Sterowanie diodami LED

Pierwsze Êwiczenia maj¹ na celu nau-

czenie korzystania z†portÛw we/wy. Naj-

prostszym i†najbardziej efektownym przy-

k³adem jest oczywiúcie mruganie diodami

úwiec¹cymi. Mamy wiÍc efekt ìbiegn¹cego

punktuî. Przy okazji uczymy siÍ tworzyÊ

pÍtle wytracania czasu. W†kolejnych Êwi-

czeniach sposÛb zapalania LED-Ûw ulega

modyfikacjom. Poznajemy teø technikÍ

wykorzystywania tablic przechowuj¹cych

szablon wyúwietlania ( lookup table ).

Sterowanie wyúwietlaczem

7-segmentowym

W†kolejnym Êwiczeniu zaznajamiamy

siÍ z†technik¹ wyúwietlania informacji

na 7-segmentowym wyúwietlaczu cyfro-

wym. Do dyspozycji s¹ dwie pary wy-

úwietlaczy. Uczymy siÍ przy okazji two-

rzyÊ dwucyfrowy licznik rewersyjny.

Sterowanie wskaünikiem

matrycowym 8x8 LED

Tym razem poprzeczka zosta³a nie-

znacznie podniesiona. Wykorzystujemy

juø jednoczeúnie dwa porty P0 i†P2. Uzys-

kujemy bardzo efektowne wraøenia wizu-

alne. Wyúwietlacz matrycowy umoøliwia

wyúwietlanie piÍknych znakÛw alfanume-

rycznych. Po nabraniu wprawy bÍdziemy

Programowanie

mikrokontrolera

W†zestawie MTS-51 zastosowano mik-

rokontroler P89C51RD+ firmy Philips.

Posiada on wewnÍtrzn¹ pamiÍÊ progra-

mu typu Flash, dziÍki czemu sta³o siÍ

moøliwe programowanie go w†systemie.

CzynnoúÊ ta jest bardzo prosta, nie wy-

maga ci¹g³ego przek³adania uk³adu

z†systemu uruchamianego do programa-

tora, mimo øe przewidziano specjaln¹

podstawkÍ typu ZIF, niewymagaj¹c¹

uøywania si³y podczas demontaøu. Jej

zastosowanie wynika wiÍc raczej ze

stworzeniem moøliwoúci wymiany typu

mikrokontrolera. Przed przyst¹pieniem

do programowania naleøy za pomoc¹

specjalnej zworki ustawiÊ odpowiednie

napiÍcie programuj¹ce (5 lub 12 V), po-

³¹czyÊ zestaw z†komputerem poprzez

port szeregowy, uruchomiÊ program Wi-

nISP i†wcisn¹Ê przycisk prze³¹czaj¹cy

zestaw w†tryb pracy ISP. NastÍpnie

w†parametrach programu okreúla siÍ typ

uk³adu, numer portu komunikacyjnego,

zakres programowanych adresÛw, a†tak-

øe czÍstotliwoúÊ taktowania mikrokont-

rolera ( rys. 2 ). Za pomoc¹ tego progra-

mu moøna takøe ustawiÊ bity zabezpie-

czaj¹ce, do nauki nie bÍd¹ one jednak

potrzebne.

Kolejn¹ czynnoúci¹ jest za³adowanie

programu wynikowego, ktÛry bÍdzie za-

pisany w†pamiÍci Flash. Uøytkownik op-

rÛcz wersji ürÛd³owych dostaje na CD-

ROM-ie przygotowane przez producenta

do kaødego Êwiczenia pliki wyniko-

we. hex . Nie jest wiÍc konieczne kompi-

Rys. 3. Okno programu

Vision/51

Elektronika Praktyczna 7/2003

S P R Z Ę T

w†kolejnych krokach mrugaÊ i†przesu-

waÊ siÍ po ekranie. Na koniec, wyko-

rzystuj¹c nabyte wczeúniej umiejÍtnoúci,

budujemy elektroniczny stoper pracuj¹-

cy z†dok³adnoúci¹ do 0,01 s.

Systemy wieloprocesorowe

To brzmi dumnie. W†rzeczywistoúci

chodzi o†sprzÍgniÍcie dwÛch zestawÛw

poprzez port szeregowy.

i†uczelnianych pracowniach systemÛw

mikroprocesorowych. Dobrze napisana

ksi¹øka bÍd¹ca zarÛwno ürÛd³em wie-

dzy ogÛlnej, jak i†instrukcj¹ obs³ugi ma

niestety jedn¹ wadÍ. Po kilku otwar-

ciach rozsypuje siÍ na pojedyncze kar-

tki - juø myúla³em, øe jest to tylko na-

sza ìnarodowaî specjalnoúÊ. Szkoda

teø, øe nie opracowano polskiej wersji

jÍzykowej podrÍcznika.

P³yta czo³owa zestawu, choÊ zaprojek-

towana bardzo ergonomicznie, rÛwnieø

nie jest pozbawiona drobnego b³Ídu.

Gniazdo krawÍdziowe portu szeregowe-

go nie jest - jakby sugerowa³a to nazwa

- wyprowadzone na krawÍdü p³ytki,

w†wyniku czego po w³oøeniu wtyku zo-

staje doúÊ powaønie odkszta³cone. Mimo

drobnych niedoci¹gniÍÊ, zestaw stwarza

bardzo dobre wraøenie ogÛlne. Ucznio-

wie bÍd¹ zachwyceni tym, øe mog¹

mrugaÊ lampkami, wyúwietlaÊ ruchome

napisy i†sterowaÊ obrotami silnika.

Jaros³aw Doliñski, AVT

jaroslaw.dolinski@ep.com.pl

Rys. 4. Okno programu

dScope−251/51

NarzÍdzia programowe

Powyøsze Êwiczenia moøna - jak wie-

my - przeprowadziÊ w†oparciu o†przygo-

towane fabrycznie pliki. hex . Prawdziwy

konstruktor, choÊby pocz¹tkuj¹cy, bÍdzie

z†pewnoúci¹ prÛbowa³ do³oøyÊ do nich

w³asn¹ inwencjÍ twÛrcz¹. Jest to moøli-

we, gdyø do zestawu do³¹czono ewalu-

acyjne wersje programÛw

åpiewaÊ kaødy moøe

Niekoniecznie úpiewaÊ, ale graÊ na

pewno. Niestety proponowany instru-

ment robi to ìtrochÍ gorzejî, fa³szuje

bowiem niemi³osiernie. Do odtwarzania

düwiÍkÛw wykorzystuje zwyk³y buzzer,

co moøe byÊ pewnym usprawiedliwie-

niem problemÛw. Podbudowa teoretycz-

na jest za to bardzo naukowa.

Wyúwietlacz alfanumeryczny

To has³o spÍdza sen z†powiek niejed-

nemu elektronikowi. Korzystaj¹c z†zesta-

wu, uczymy siÍ obs³ugiwaÊ wyúwietlacz

alfanumeryczny LCD 20x2, wykorzystu-

j¹c 8-bitow¹ magistralÍ danych. Pocz¹t-

kowo napisy pojawiaj¹ siÍ statycznie, by

Vision/51

( rys. 3 ) oraz dScope-251/51 ( rys. 4 ) fir-

my Keil. Pozwalaj¹ one na tworzenie

kodu wynikowego do 2†kB, zarÛwno

w†asemblerze, jak i†w†jÍzyku C. Debu-

gger dScope-251/51 przydaje siÍ do tes-

towania na sucho programu przed zapi-

saniem go w†pamiÍci mikrokontrolera.

Dodatkowe informacje

Ocena

Zestaw MTS-51 to úwietny zestaw

edukacyjny. BÍdzie na pewno duø¹

pomoc¹ dydaktyczn¹ w†szkolnych

Cena kompletnego zestawu: 2900 z³ netto.

Zestaw do testów udostêpni³a redakcji firma

NDN, tel. (22) 641-15-47, www.ndn.com.pl.

Elektronika Praktyczna 7/2003

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: