Mikroprocesorová technika

Mikroprocesorová technika v 3. ročníku

Pojetí předmětu: Učivo vyučovacího předmětu poskytuje studentům na přiměřené úrovni potřebné vědomosti o obvodech tvořících mikroprocesorové systémy a umo6ňuje zvládnutí jejich programování. Cílové vědomosti: 8-bitové mikroprocesorové systémy Cílové dovednosti: Praktické aplikace teoretických poznatků při návrhu a realizaci mikroprocesorových systémů. Organizace výuky: 3. ročník: 2 hod. týdně = 2 hod teorie (68/rok) + 1 hodina týdně cvičení Učební texty: Učební texty na n:/DokumentyUčitelé/Janousek/MIT3r/_Učební texty alt. http://moo.sps-pi.cz/course/view.php?id=76 alt. http://edu.sps-pi.cz Písemné práce: Testy na teorii: T1 - CPU T2 - MCU T3 - 8051 T4 - Counter/Timer) Cvičení: Cv1 - Zobrazení čísel v počítači, aritmetické operace Cv2 - Assembler 1 Cv3 - Assembler 2 Vyzkoušejte si jednotlivé testy a výsledný PrtScr odevzdejte dle domluvy (bakaláři, email, N:/.../Temp) Písemné práce: Archiv testů v EDUBASI (= používá se minimálně) nejdřív se přihlaste na edu.sps-pi.cz (ex195.113.101.226) (usr: jmeno@sps-pi.cz psw: heslo do šk. sítě) a až pak klikněte na odkaz testu Testy na teorii: T1 - Základní pojmy MIT T2 - Úvod do problematiky jednočipových mikropočítačů T3 - Jednočipové mikropočítače řady 8051 T4 - Periferní obvody integrované na čipu mikrořadiče Bonus: T5 - Další vlastnosti mikrořadičů T6 - Další typy jednočipových mikropočítačů Cvičení: Cv1 - Zobrazení čísel Cv2 - Program mikroprocesoru, instrukce (mirror) Cv3 - Jazyk symbolických adres (mirror) Bude-li zájem, vyzkoušejte si jednotlivé testy a výsledný PrtScr odevzdejte dle domluvy (bakaláři, email, N:/.../Temp) Povinné práce: Projekt: Návrh MIT aplikace (seminární práce) SW: PICAXE - MCU 8051 IDE - UP - ProgISP - alt. EdSim51 HW: PRESTO UNI board s 89S52 - RD2 kit - PRESTO - USBasp Referáty: Info k referátu z MIT3r zde knihy: Jean Michel Bernard „Od logických obvodů k mikroprocesorům“ SNTL 1982 www: Základy programování v 8051 8051 Vše o 8051 na jedné stránce z ČVUT Základ o 8051 na jedné stránce z VUTBR Jak pracuje počítač? V počítači jsou jen jedničky a nuly Od logických obvodů k mikroprocesorům Pohled do nitra mikroprocesoru Činnost mikroprocesoru, aneb jde to i bez trpaslíků Klasifikace Výsledná známka je váhově složena ze známek jednotlivých: malé zkoušení: (v lavici) váha 1 velké zkoušení: (před tabulí - zápis v sešitě) váha 4 malá písemná práce: (na přání třídy) - váha 2 velká písemná práce: (plánovaná s možností si test vyzkoušet elektronicky) váha dle počtu otázek test elektronicky v edu.sps-pi.cz nebo moo.sps-pi.cz: ​ 1 od 88%​ 2 od 74%​ 3 od 59%​ 4 od 41%​​ cvičení: (hodnocení za praktické výsledky) váha 1-4 dle náročnosti sešit: (náhodná kontrola) váha 1 domácí úkol: váha dle náročnosti povinná (seminární) práce: váha 10 Podmínka úspěšné klasifikace: absolvovat písemné práce min. na 60% úspěšně odevzdané všechny povinné práce 70% docházka e

Domácí úkoly z teorie:

Stáhněte si učební text na MIT j:\MIT3r\_Učební texty\Teorie\3.2_Řada_8051.pdf a nastudujte str. 13. a 14. Potvrďte splnění úkolu tím, že mi pošlete PrtScr z uvedených stran. Do sešitu (pokud možno zpaměti) nakreslete schéma připojení 4místného displeje v multiplexním režimu (ze studia z pondělí). Dále ze stejného učebního textu nakreslete i schéma připojení displeje se seriovým přenosem dat. Odevzdejte obrázek sešitu (obě schéma na jedné stránce) zde formou odpovědi t.j NE jako přílohu. Přihlašte se do kurzu http://moo.sps-pi.cz/course/view.php?id=76 user/psw jako ve škole. Klíč do kurzu: xxx V dostupném textu Učební text: T3 - Jednočipové mikropočítače řady 8051 si projděte otázky a úkoly (str. 16, je to stejný učební text jako minulý týden) a připravte se na čtvrteční opakovací test. V kurzu http://moo.sps-pi.cz/mod/resource/view.php?id=2461 nastudujte část věnovanou čítači/časovači (str. 1-4), do sešitu zapište poznámky a hlavně obr. z přílohy. Nastudujte kap. 3.2. seriový kanál (http://moo.sps-pi.cz/mod/resource/view.php?id=2461), proveďte si zápis poznámek do sešitu a odevzdejte foto sešitu do odpovědi. Pokuste se najít na netu info o integrovaném obvodu MCP23017. Poznámky si zapište do sešitu (schéma aplikačního zapojení) a do odpovědi na tento úkol uveďte www, z kterých jste čerpali. Nastudujte kap. 3.3. Přerušovací systém (http://moo.sps-pi.cz/mod/resource/view.php?id=2461), proveďte si zápis poznámek v rozumném rozsahu (hlavně obr. z přílohy) do sešitu a odevzdejte foto sešitu do odpovědi. Nastudujte kap. 3.4. Programovatelné čítačové pole od str.13, záchytný systém od str.15 a komparační systém od str. 16 (http://moo.sps-pi.cz/mod/resource/view.php?id=2461). Proveďte si zápis poznámek všeho co je zde v příloze do sešitu a odevzdejte foto sešitu do odpovědi. Úkol i na čtvrtek. Nastudujte kap. 3.4. Pulsně šířková modulace od str.18 (http://moo.sps-pi.cz/mod/resource/view.php?id=2461). Proveďte si zápis poznámek (hlavně to co je zde v příloze) do sešitu a odevzdejte foto sešitu do odpovědi. Úkol i na čtvrtek. Podívejte se na výsledky letošního školního a krajského kola SOČ SOČ 2020 Do odpovědi na tento úkol zkopírujte link na video prezentaci SOČ práce, která vás nejvíce zaujala. Pozn.: Soutěží se v 18ti vědních oborech. Letos museli soutěžící natočit video o své práci a umístit na YT. (vyhledávací slova: Středoškolská odborná činnost a číslo oboru (10, 18 ....)) . Např. pro obor Elektrotechnika: Středoškolská odborná činnost 10 (https://bit.ly/2yaQ9m7) nebo pro obor Informatika: Středoškolská odborná činnost 18 (https://bit.ly/2Sj8wME) Připravte se na test z programování. Vypište si do sešitu z druhé strany pod sebe příklady (ideálně tak 30) na použití instrukcí v JSA (vždy na samostatný řádek instrukci + komentář) např.: mov A,#25 ; zápis čísla 25d do Akumulátoru atd. Odevzdejte buď foto sešitu a nebo txt z MCU 8051 IDE. V návaznosti na již získané podvědomí o MCU ATmega328, které se nachází ve vývojové desce Arduino, shlédněte nějaké úvodní video (vybrat lze odsud: Tutorials Postupně v aplikaci TinkerCad vyzkoušejte úkoly tak, aby jste mohli sestavit a naprogramovat mikroprocesorovou aplikaci s Arduinem postupně ovládající LED, RGB, 7segmentovku spolu s tlačítkem, potenciometrem apod.(PIR, LDR, čidle teploty, PING, servo, krokový motor.....) Odevzdejte PrtScr každého nového experimentu. Pro úplné začátky Blink-an-LED-With-Arduino-in-Tinkercad V Tincercadu vyzkoušejte připojit RGB LED. PrtScr celé obrazovky, kde bude vidět zapojení a odzkoušený program odevzdejte v odpovědi. V komentáři na začátku programu napište kolik barevných odstínů (kombinací) je program schopen vygenerovat. Pozn.: Jak odevzdávat domácí úkoly

Domácí úkoly z cvičení:

Nastudujte komplet pracovní list j:\MIT3r\_Učební texty\Cvičení\Úkoly\1_Základy_programování\Prac_list_05 - delay DJNZ - časovač.pdf vyzkoušejte v MCU8051IDE, elektronicky pošlete PrtScr z IDE o výsledcích Vaší práce. Dle pracovního listu Prac_list_05 - delay DJNZ - časovač.pdf vyzkoušejte nastavit časovač tak, aby doba běhu do přetečení (TF0) byla 50 ms. Tuto dobu aplikujte na blikání LED a vypište do komentáře výslednou frekvenci blikání LED při takovémto nastavení. Odevzdejte kód programu jako odpověď na tento úkol. Otestujte program pro počítání stisku tlačítka připojeného na T0 (P3.4). Odevzdejte PrtScr. Napište program zobrazovaní čísel 0 až 9 na 7segmentovce. Frekvenci změn nastavte na 25 ms (lze popřemýšlet nad řešením prodloužení času na 1s). Odevzdejte PrtScr. Zjistěte z programu (příloha č.1) jak dlouho bude LED blikat s frekvencí 125kHz. MOV TMOD,#00000001B MOV TL0,#LOW 55536 MOV TH0,#HIGH 55536 skok: setb tr0 cpl p0.0 jnb tf0,skok nop end Upravte program (příloha č.2) tak aby výsledná doba periody byla v poměru 1:1 (stejnou dobu LED na P1.7 svítí, stejnou dobu je zhasnutá). mov TMOD,#00000001b mov A,#00000001b loop: RR A mov P1,A acall delay ;10 ms sjmp loop delay: setb TR0 mov TL0,#LOW 55546 mov TH0,#HIGH 55546 jnb TF0,$ clr TF0 ret end Prodlužte dobu periody na 1 sec (t.j 0.5 sekundy svítí, 0.5 sekundy zhasnutá). Opět odevzdejte všechny 3 řešení. Modifikujte program ze cvičení tak, aby dokázal postupně číst data z tabulky pomocí nepřímého adresování a postupně je zobrazoval na displeji. mov DPTR,#tab ;do DPTR začátek tabulky loop: mov A,#1 movc A,@A+DPTR mov P0,A sjmp loop tab: db 11000000b ;0 uloženo v ROM db 11111001b ;1 db 10100100b ;2 end Napište program, který bude měnit postupně čísla 1 až 6 zobrazované na 7segmentovém displeji na základě stisku tlačítka. Program do odpovědi. Napište a otestujte program pro odpočítávání čísel od 9 do 0. parametry: Změna po 1 sec. (využít C/T) Čítač spustit tlačítkem. Při 0 se rozsvítí LED (dP = tečka na 7segmentovce) Při 0 zazní signál (repro s 1kHz) Signál z reproduktorku jen po určitou dobu (4s) V Tinkercadu vyzkoušejte připojit 7segmentovku. PrtScr celé obrazovky, kde bude vidět zapojení a odzkoušený program, odevzdejte v odpovědi.

Maturita

Programování mikrořadiče 8051 v asembleru - komunikace mikrořadiče s jednoduchými perifériemi (LED, spínače, sedmisegmentovka) s využitím čítačů/časovačů a přerušovacího systému doporučeno si k maturitě přinést tabulku s instrukční sadou Předpokládaná dovednosti (dle zadání): navrhnout blokové schéma MIT aplikace vyřešit napájení MCU nakreslit minimální el. schéma s MCU nakreslit schéma s navrženými perifériemi (LED, 7segmentovka, motory, tlačítko...) navrhnout vývojový diagram odladit program ve vhodném IDE MCU naprogramovat (asistence s vyučujícím) zpracovat dokumentaci zopakovat si programy ze cvičení řešící: přesuny dat pomocí přímého adresování přesuny dat pomocí nepřímého adresování čtení a zápis na port (tlačítko, LED) řízení 7segmentovky podmíněné a nepodmíněné skoky časové smyčky s použitím registrů R0, R1.... časové smyčky s použitím čítače/časovače přesun dat z RAM na PORT přesun dat z ROM na PORT nejpoužívanější instrukce: MOV, SETB, CLR, CJNE, SJMP, INC, DEC, JB, DJNZ, ACALL, RET e

MIT 3. ročník

3. ročník, 2 + 2 h týdně (celkově 36 + 72 = 108 h), povinný

• 
  IDE: MCU 8051 IDE pro vývoj aplikací v asm/C
• 
  HW: UNI board s 89S52
• 
  Programátor: PRESTO SW: UP
• 
  Arduino
• 
  STC89C52RC SW: Ceptimus

novinka: postavte si DIY FM Radio Kit Electronic Learning Assemble

Plán:

Základní pojmy mikroprocesorové techniky 6 T1 Úvod do předmětu T2 Mikroprocesor, mikropočítač T3 Blokové schéma mikropočítače, části mikropočítače T4 Sběrnice, přerušení, přenos DMA T5 Instrukční cyklus T6 Opakování Úvod do problematiky jednočipových mikropočítačů 16 T7 Mikroprocesor a jeho blokové schéma T8 Čítač instrukcí, dekodér instrukcí, řadič T9 ALU, příznaky T10 Časování CPU, zřetězení instrukcí T11 Reset mikropočítače T12 Paměť mikropočítače, paměť programu T13 Paměť dat, datová paměť EEPROM T14 Stránkování paměti T15 Obvody vstupu a výstupu T16 Charakteristika, kvaziobousměrný V/V obvod T17 V/V obvod s přepínáním směru přenosu T18 Hlídací časovač WATCHDOG T19 Další obvody umístěné na čipu mikropočítače T20 Opakování T21 Opakování T22 Test Jednočipové mikropočítače vybrané řady 14 T23 Základní vlastnosti, popis vývodů T24 Bloková struktura T25 Časování mikroprocesoru T26 Organizace paměti ROM T27 Organizace paměti RWM T28 SFR T29 Připojení vnější paměti T30 Paralelní vstupní a výstupní obvody T31 Př. připojení - 7segment T32 Př. připojení - MPX zobraz. jednotka T33 Př. připojení - seriová zobraz. jednotka T34 Př. připojení - motory T35 Opakování T36 Test Integrované periferní obvody 22 T37 Čítače / časovače T40 Přerušovací systém T42 Sériové vstupní a výstupní obvody UART T43 Sériové vstupní a výstupní obvody IIC T44 Programovatelné čítačové pole T46 Záchytné jednotky T47 Komparační jednotky T48 Obvody PWM T50 AD převodník T51 Sériové vstupní a výstupní obvody SPI T53 Opakování T54 Test Další vlastnosti mikropočítače 8 T55 Reset mikropočítače, watchdog T56 Úsporné režimy T57 Konfigurace mikropočítače T58 Aplikační pravidla T59 Programování paměti FLASH

Přehled dalších typů jednočipových mikropočítačů 2 T60 Nejpoužívanější řady mikropočítačů, stručná charakteristika T61 Směry budoucího vývoje jednočipových mikropočítačů T62 Zobrazení celých čísel bez znam. a se znam., doplňkový kód, aritm. operace T63 Aritmetické operace, příznaky, operace s čísly v BCD kódu T64 Opakování T65 Opakování T66 Opakování T67 Opakování T68 Opakování Cvičení: T1 - Ardu - BLiK PINOUT T2 - PICAXE 1xTl+LED (NOT) T3 - 8051 asm, blik, PC, Time, HEX, OZ T4 - ARDu na LINUXu, 2xTl + LED T5 - 8051 Aritmetické operace, BLIK s podprogramem T6 - A T7 - A T1 - Program mikroprocesoru, instrukce Struktura instrukcí, rozdělení instrukcí a jejich příklady Instrukce pro větvení programu, jejich provedení Podprogramy, jejich volání T2 - Jazyk symbolických adres – assembler Základní informace, zdrojový řádek Způsoby zápisu přímých operandů, výrazy Pseudoinstrukce, makroinstrukce Základy programování v asembleru a v jazyce C T3 - Seznámení s IVP, zapsání a odladění jednoduchého programu T4 - Programy na přesuny dat T5 - Aritmetické operace, porovnání T6 - Větvení programu, programové cykly T7 - Přesuny bloků dat T8 - Připojení jednoduchých periférií (tlačítka, LED, sedmisegmentovka) T9 - Zápis na port, gener. zpoždění program. smyčkou, obsluha LED (běžící světlo) T10 - Generování zpoždění časovačem, obsluha LED (různé efekty) T11 - Čtení z portu, využití logických a bitových operací k úpravě přečtených informací T12 - Čtení z portu, ošetření zákmitů tlačítek, počítání a zobrazení počtu stisků T13 - Programová obsluha sedmisegmentovky T14 - Obsluha přerušení od čítače a vnějšího přerušení T15 - T17 Práce na projektu, Tvorba a ladění programu, oživení aplikace Bonus: Obsluha periférií, využití dalších obvodů na čipu LED displej s multiplexním provozem Sériový přenos dat PWM, realizace DA převodníku, generování tónu Využití PWM, řízení otáček motorku Ověření činnosti AD převodníku, jeho využití při měření napětí a teploty Připojení a programová obsluha dvouřádkového LCD displeje

Pracovní listy pro cvičení:

T1 Zobrazení čísel v počítači, aritmetické operace Test T1 T2 Program mikroprocesoru Instrukce Test T2 T3 Jazyk symbolických adres (asembler) Test T3 Otevřené otázky T3 Základy_programování: T4 Přesuny dat, přímé a nepřímé adresování SI T5 Aritmetické operace, porovnání SI T6 Programové cykly, komunikace s vnější pamětí dat, čtení z tabulky SI T7 Programové cykly, testování obsahu paměťových míst SI T8 Práce s porty, ovládání LED diod, zpožďovací podprogramy, časovač SI T9 Práce s porty, zobrazování znaků na sedmisegmentovce SI Obsluha_periférií - asm: T10 Obsluha třímístného displeje SI T11 Obsluha klávesnice 3x4 SI T12 Obsluha maticového displeje SI T13 Řízení krokového motoru SI T14 Obsluha displejem se sériovým přenosem dat SI T15 Obsluha dvouřádkového LCD displeje SI T16 Sériová komunikace SI

Jazyk C pro mikrokontroléry 8051. Základní operace RIDE-51 (JA) Jednotlivé moduly programu (JA) Komunikace mikrokontroléru s prostředím (JA) Obsluha periférií - C: Modul LED, Modul dvoumístného displeje (CSI) Modul čtyřmístného displeje (MPX) (CSI) Modul LCD displeje (CSI) Obsluha tlačítka, Obsluha klávesnice (CSI) Modul posuvného registru, Sériová komunikace, PWM (CSI) Využití analogových vstupů (CSI) Ovládání motorů (CSI) I2C komunikace (CSI) SPI periferie (CSI)

assembler 8051 tutorial

Pineapple ONE

Build an 8-bit computer from scratch

Flat assembler: vývojářský nástroj ze staré školy

https://www.tiobe.com/tiobe-index/

Opakování

Otázky k opakování z teorie

Minimální schéma zapojení s mikrokontrolérem (MCU) Blokové schéma vývojové sestavy Blokové schéma mikroprocesoru - CPU Blokové schéma mikrokontroléru - MCU - základní Blokové schéma mikrokontroléru - MCU - rozšířené Řadič, čítač instrukcí Registr instrukcí, dekodér instrukcí ALU, stavový registr (příznaky) 8 bit. sčítačka Logické operace v ALU Sběrnice, budič sběrnice Reset mikropočítače, watchdog Časování CPU, instrukční cyklus, zřetězení instrukcí Paměti - ROM, PROM, EEPROM Připojení vnější paměti Stránkování paměti Organizace paměti dat (ROM) - přerušení Organizace paměti dat (RAM) Von Neumanova koncepce, Harvardská architektura Architektura RISC a CISC mikrokontrolerů a jejich rozdíly (např.: 8051-ATmega328) Kvaziobousměrný V/V obvod Obvod s přepínáním směru přenosu Připojení 7segmentovky Připojení 2 ks 7segmentovek Připojení MPX zobraz. jednotky Připojení seriové zobrazovací jednotky Připojení stejnosměrného motoru Připojení krokového motoru Připojení serva Čítače / časovače Sériové vstupní a výstupní obvody USART Sériové vstupní a výstupní obvody IIC Sériové vstupní a výstupní obvody SPI Obvody PWM AD převodník Programovatelné čítačové pole PCA Záchytné jednotky Komparační jednotky Úsporné režimy Přehled MCU Z80, 8051, ATmega328 Přehled MCU ESP8266, ESP32 Přehled MCU RP2040 (Raspberry Pi PICO), Cortex (Raspberry Pi)

Otázky k opakování ze cvičení

0. Seznam instrukcí (20/50) Přesuny dat pomocí přímého adresování Přesuny dat pomocí nepřímého adresování Zápis na port (LED, 7segment) Čtení z portu (tlačítko, klávesnice) Řízení 7segmentovky Podmíněné skoky bytové Podmíněné skoky bitové Časové smyčky s použitím registrů R0, R1.... Časové smyčky s použitím čítače/časovače Počítání počtu vst. impulsů na P3.4 (T0) Přesun dat z RAM na PORT Přesun dat z ROM na PORT Logické operace Operace rotace Volání podprogramu Test 2xTL a řízení LED dle funkce AND Test 2xTL a řízení LED dle funkce OR Test 2xTL a řízení LED dle funkce XOR Vývoj. diagram pro test 3xTL a řízení LED dle funkce LED = 1 pro i = {1,4} Využití přerušení INT0 Využití přerušení TF0 nejpoužívanější instrukce: MOV, SETB, CLR, CJNE, SJMP, INC, DEC, JB, DJNZ, ACALL, RET

---