28_09.pdf

Też to potrafisz

Po dłuższej przerwie w opisie blo−

ków funkcjonalnych mikrokontrolera

8051, wypełnioną opisem niezbęd−

nych do programowania, instrukcji

asemblera, kontynuujemy prezenta−

cję pozostałych układów wewnę−

trznych procesora.

Dzięki temu, że już znacie język ma−

szynowy procesora, a przynajmniej

orientujecie się w jego składni i spo−

sobach „panowania” na różnego ro−

dzaju rejestrami kostki, będzie mi

łatwiej opisywać elementy proceso−

ra, bowiem za każdym razem będę

ilustrował opisy, przykładami sposo−

bów programowania takich elemen−

tów jak port szeregowy, układy licz−

nikowo−czasowe, czy układ prze−

rwań. Cel takiego podejścia do te−

matu jest oczywisty, to praktyczne

nauczenie Was, drodzy Czytelnicy,

łatwego i przyjemnego korzystania

z wszystkich możliwości mikrokon−

trolera 8051.

Mikrokontrolery?

To takie proste...

Część 12

UART – port szeregowy procesora

Zanim przejdę do sedna dzisiejszego odcinka, chciałbym zaanonso−

wać wszystkim zainteresowanym Czytelnikom, że od dzisiejszego nu−

meru EdW uruchamiam

„Kąciik pocztowy 8051”, w którym będę odpowiadał na wszystkie za−

warte w waszych listach problemy, dotyczące programowania naszego

mikrokontrolera. Ze względu na to, że część z ogromnej liczby listów

które dostaję będzie wiązała się z wybranymi, prezentowanymi w kolej−

nym odcinku, problemami, odpowiedzi będą wiązały się z tematami,

które już omawialiśmy lub tymi, które akurat są tematem kolejnego od−

cinka klasy mikroprocesorowej.

W dzisiejszej części zapoznamy się z układem transmisji szeregowej

oraz praktycznymi sposobami programowania go i wykorzystywania do

własnych celów, w tym także do przesyłania danych pomiędzy kompu−

terem PC lub dwoma komputerkami edukacyjnymi.

Port szeregowy

Mikrokontroler 8051 i pochodne posiadają sprzętowy port szeregowy

(w skrócie UART), dzięki któremu możliwe jest wysyłanie i odbieranie

informacji w postaci szeregowej, czyli „bit po bicie”. Jak już wiecie z o−

pisu wyprowadzeń, który przedstawiłem na początku naszego kursu,

procesor posiada dwie dedykowane końcówki które wchodzą w skład

portu P3 procesora. Są to:

RXD – (P3.0) wejście szeregowe („ R eceive data”)

TXD – (P3.1) wyjście szeregowe („ T ransmit data”)

Jak zapewne pamiętacie, końcówki te mogą być wykorzystywane jako

uniwersalne wejścia−wyjścia, dzięki instrukcjom zapisu do portu P3, np.

MOV P3, #dana

lub indywidualnym sterowaniem każdej końcówki portu np.:

SETB P3.0 ;ustawienie „1” na końcówce RXD

CLR P3.1 ;ustawienie „0” na końcówce TXD

Jednak przy wykorzystaniu portu szeregowego, sterowanie końców−

kami odbywa się automatycznie (za pomocą CPU), według ustawio−

nych wcześniej przez programistę parametrów przesyłowych. Port sze−

regowy wysyła i odbiera dane w postaci bajtów (8−bitowych słów da−

nych). Konwersja danej wysłanej lub odebranej przez procesor z posta−

ci bajtu do postaci szeregowej lub odwrotnie, odbywa się automatycz−

nie. Dzięki temu wystarczy wskazać tylko dana którą chcemy wysłać

lub czekać na odbiór jej z zewnętrznego urządzenia, także wyposażone−

go w port szeregowy.

Miejscem z którego wysyła się wspomniane dane – bajty, lub do któ−

rego one trafiają po transmisji z zewnątrz jest specjalny rejestr, znajdu−

jący się pod adresem 99h w pamięci wewnętrznej danych procesora w

obszarze rejestrów specjalnych SFR. Rejestr ma nazwę SBUF a zapisać

go można tak samo jak każdy inny rejestr, np. instrukcją zapisu poprzez

wskaźnik Ri:

MOV SBUF, @R1

W przypadku, kiedy wcześniej ustawiliśmy parametry transmisji i u−

ruchomiliśmy port szeregowy (o tym jak to zrobić – za chwilę), taki za−

pis spowoduje automatyczne wytransmitowanie bajtu który wcześniej

znajdował się pod adresem wskazywanym przez rejestr indeksowy R1.

W przypadku odbioru danej, po zakończeniu transmisji odebrany bajt

informacji będzie automatycznie umieszczony w rejestrze SBUF, a fakt

zajścia takiego zdarzenia zostanie zasygnalizowany w programie auto−

matycznie. Dzięki temu będziemy wiedzieć, że w rejestrze SBUF czeka

na odczytanie gotowa odebrana dana, z którą można zrobić na co się

ma ochotę.

Zanim przejdę do omawiania sposobu sterowania transmisją danych

poprzez port szeregowy, pragnę wyjaśnić dwa pojęcia związane z por−

tem szeregowym. Być może niektórzy z Was dokładnie wiedzą o co

chodzi, lecz pozostałym Czytelnikom należy się wyjaśnienie zasady sa−

mej transmisji szeregowej.

Po pierwsze, należy wiedzieć że istnieją praktycznie dwa sposoby na

przysyłanie danych metodą szeregową, są to: transmisja synchroniiczna

i transmisja asynchroniiczna.

Ponieważ port szeregowy procesora 8051 może pracować w oby

tych trybach, wyjaśnię na początku o co chodzi i jakie są zasadnicze róż−

nice pomiędzy obiema rodzajami transmisji.

Transmiisjja synchroniiczna

W tym przypadku dane (informacje) przesyłane są od nadajnika do

odbiornika za pomocą dwóch przewodów (nie licząc oczywiście masy).

Jednym przesyłane są dane, a drugim generowany jest sygnał zegaro−

wy, w takt którego odbiornik może odebrać informację i stwierdzić, czy

nadeszła „1”−ka czy logiczne „0”. Można więc powiedzieć że dane są

przesyłane synchronicznie z przebiegiem zegarowym transmitowanym

równolegle z danymi, stąd m.in. nazwa rodzaju transmisji.

Sytuację tę ilustruje rys.1a. Stan nieaktywny na linii może być umo−

wny, może to być logiczne 0 lub jedynka, umowny jest też sposób ge−

nerowania sygnału zegarowego, wszystko zależy od przyjętego w ukła−

dzie rozwiązania. Nie dotyczy to konkretnie mikrokontrolera 8051 i po−

chodnych, lecz tu także ustalono, kiedy transmisja się zaczyna i w jaki

sposób generuje się sygnał zegarowy (nazywany czasem „synchronizu−

jącym”). O tym jakie zasady obowiązują w przypadku 8051 powiem za

chwilę.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/98

Też to potrafisz

Rys.. 1.. Transmiisjja synchroniiczna ii asynchroniiczna

Jakie są zalety a jakie wady obu rodzajów

transmisji?...hm, na to pytanie dość trudno

jednoznacznie odpowiedzieć, zresztą jedna

wyraźna korzyść od razu się rysuje:

zmniejszenie liczby przewodów w przypadku

transmisji asynchronicznej.

Istnieją urządzenia które po prostu z definicji

potrzebują zewnętrznego sygnału zegarowe−

go, nie tylko do przesyłania danych pomiędzy

nim a systemem nadrzędnym, lecz także do

poprawnej pracy innych funkcjonalnych blo−

ków systemu. W takich przypadkach transmi−

sja synchroniczna staje się nieodzowna.

Do niedawna panowało mniemanie, że trans−

misja synchroniczna jest „bezpieczniejsza” od

asynchronicznej, a także znacznie szybsza. Tak

jednak było dla niedużych połączeń pomiędzy

nadajnikiem a odbiornikiem (do kilkudziesięciu

centymetrów dla szybkości do kilkunastu

MHz). Wynikało to z tego, że jak dotąd urzą−

dzenia nadawcze i odbiorcze pracujące w try−

bie asynchronicznym nie były dość doskonałe,

i często przy stosunkowo dużych (choć i tak

małych w porównaniu z transmisją synchro−

niczną) prędkościach transmisji następowały

„przekłamania” i „gubienie” informacji.

W dzisiejszych czasach, kiedy mamy do dyspo−

zycji takie urządzenia jak port szeregowy

w kontrolerze 8015 i podobnych, zaawansowa−

ne układy UART w komputerach PC, zdolne do

transmitowania danych w trybie asynchronicz−

nym z prędkościami nawet do 4Mb/sek. (tak !,

czterech megabitów na sekundę), problem ten

praktycznie zniknął. Dochodzą do tego jeszcze

inne udogodnienia takie jak korekcja błędów o−

raz kompresja danych, co zwiększa realne szyb−

kości transmisji oraz zwiększa bezpieczeństwo

przed utratą często tak cennej informacji.

Jednak w wielu sytuacjach fakt że procesor 8051 potrafi przesyłać

danej w sposób synchroniczny, może pomóc w rozwiązywaniu wielu

ciekawych zagadnień przy projektowaniu peryferyjnych układów cyfro−

wych, wykorzystywanych nie tylko w domowym zaciszu. Warto zatem

o tym pamiętać.

Transmiisjja asynchroniiczna

W przypadku tego rodzaju transmisji (patrz rys.1b) nie ma oddzielnej

linii zegarowej, a dane są przesyłane w takt wewnętrznego sygnału ze−

garowego, generowanego oddzielnie w nadajniku i odbiorniku. Warun−

kiem prawidłowego przesłania danych w asynchronicznym sposobie

transmisji jest to, aby nadajnik i odbiornik miały ustawioną tę samą czę−

stotliwość wspomnianych sygnałów zegarowych (nazywanych też

„taktującymi”). Takie ustalenie prędkości transmisji odbywa się na róż−

ne sposoby, z reguły jest to „ręczne” ustalenie przez operatora.

Zauważcie przecież że w naszym komputerku, przed przesłaniem da−

nych z komputera PC można ustawić (za pomocą klawisza „B”−baud)

żądaną szybkość transmisji, tak samo można postąpić w portem szere−

gowym komputera PC, za pomocą komendy DOS’u np.:

UART w miikrokontrollerze 8051

Teraz, kiedy już wiecie na czym polega różnica pomiędzy transmisją

synchroniczną a asynchroniczną możemy przejść do omawiania układu

UART w naszym procesorze.

Oprócz rejestru SBUF istnieje dodatkowy rejestr sterujący wszystki−

mi funkcjami portu, a więc trybem jego pracy, sygnalizowaniem stanu

transmisji, czy wreszcie uaktywnianiem odbiornika portu szeregowego.

Znajduje się on pod adresem 98h w obszarze wewnętrznej pamięci da−

nych procesora i jest jednym z rejestrów specjalnych SFR. Na sciągaw−

ce we wkładce z numeru 11/97 EdW znajduje się opis tego rejestru,

jednak przedstawię poniżej nieco dokładniej znaczenie poszczególnych

jego bitów.

MODE COM2: 9600, n, 8, 1 {Enter}

gdzie szybkość ustalono na 9600 bitów na sekundę (bodów). Pozosta−

łe parametry omówię za chwilę.

Jeżeli zatem urządzenie odbiorcze uczestniczące w przesyłaniu da−

nych wie z jaką szybkością nadawane są dane, to będzie mogło odebrać

informację, bez dodatkowej linii zegarowej, jak to miało miejsce w przy−

padku transmisji synchronicznej. Zaoszczędzimy w ten sposób jeden

„przewód”. No tak, ale przecież w mikrokontrolerze 8051 są dwie linie

portu szeregowego: nadawania (TXD) i odbioru (RXD). To prawda, nie

jest możliwe przesyłanie danych w obie strony po jedne linii w trybie

asynchronicznym (oczywiście przy wykorzystaniu sprzętowego portu

szeregowego o którym mowa), lecz zauważmy że w przypadku, kiedy

np. do naszego komputerka dołączymy urządzenie które potrafi tylko

odbierać dane, to wystarczy połączyć je tylko 1 przewodem z końców−

ką TXD procesora (nie zapominając o masie), a linię RXD pozostawić nie

wykorzystaną.

Z drugiej strony, wyobraź sobie że jeżeli np. do naszego komputerka

dołączono oddalony o kilkadziesiąt metrów cyfrowy układ automatycz−

nego termometru, który w określonych odstępach czasu automatycz−

nie przesyła dane dotyczące aktualnej temperatury, to do odbioru tych

danych wystarczy dołączyć linię do wejścia RXD procesora.

W obu przypadkach jeżeli chcielibyście wykorzystać transmisję syn−

chroniczną, trzeba by pociągnąć jeszcze jeden przewód między odbior−

nikiem a nadajnikiem,. co zwiększyłoby koszty takiego przedsięwzięcia

a jednocześnie skomplikowało instalację urządzenia.

SCON..0 ((RII)) – (ang. „Receive Interrupt”) znacznik odebrania przez port

szeregowy bajtu, jest jednocześnie znacznikiem zgłoszenia przerwa−

nia (przy uaktywnionym systemie przerwań). W przypadku kiedy u−

kład szeregowy mikrokontrolera jest ustawiony na odbiór (odbloko−

wany jest układ odbiornika: bit REN=1), po odebraniu poprawnego

znaku z urządzenia zewnętrznego, znacznik ten zostaje automatycz−

nie ustawiony. Zerowanie tego znacznika odbywa się wyłącznie pro−

gramowo, np. przez instrukcję:

CLR RI

SCON..1 (TII)) – (ang.”Transmit Interrupt”) znacznik wysłania przez port

szeregowy bajtu, jest jednocześnie znacznikiem zgłoszenia przerwa−

nia jeżeli uaktywniono wcześniej układ przerwań. W przypadku kiedy

do rejestru SBUF zostanie zapisany znak (bajt) po wytransmitowaniu

go przez procesor, bit ten zostaje automatycznie ustawiony (TI=1), co

informuje o zakończeniu nadawania znaku przez UART. Podobnie jak

w przypadku znacznika RI, znacznik ten jest ustawiany automatycz−

nie a musi być zerowany programowo za pomocą instrukcji np.

CLR TI

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/98

Też to potrafisz

SCON..2 (RB8)) – (ang. „Receive Bit no. 8”) port szeregowy mikrokon−

trolera 8051 ma możliwość odbioru i transmisji znaków 9−bitowych –

istnieje specjalny tryb pracy UART, o tym za chwilę. W takim trybie

w przypadku odbioru znaku z urządzenia zewnętrznego, bit RB8 za−

wiera właśnie wspomniany 9−ty bit odebranego znaku, Oczywiście 8

pierwszych bitów znaku znajduje się jak poprzednio w rejestrze

SBUF.

SCON..3 ((TB8)) – (ang. „Transmit Bit no. 8”) 9−ty bit nadawanego znaku

w trybie transmisji z 9 bitami danych. Sytuacja analogiczna do po−

przedniej, lecz w tym przypadku aby wysłać 9−bitowy znak poprzez

port szeregowy należy najpierw wpisać 9−ty bajt nadawanego znaku

do bitu TB8 a potem załadować rejestr SBUF ośmioma młodszymi bi−

tami (bajtem) nadawanego znaku.

SCON..4 ((REN)) – („Receive ENable”) bit uaktywnienia odbiornika trans−

misji szeregowej. W celu odbioru znaku (oczekiwania na nadejście

bajtu z portu szeregowego) należy najpierw wyzerować bit REN, aby

odblokować sprzętowy odbiornika znaku zawarty w mikrokontrole−

rze. W przypadku nadawania znaku bit ten powinien być wyzerowa−

ny (REN=0).

SCON..5 (SM2)) – znacznik maskowania odbioru transmisji. Bit ten mo−

że być zmieniany programowo. Ustawienie go (SM2=1) powoduje że

odbiornik ignoruje te odbierane znaki, których (w trybie 9−bitowym) 9−

ty bit (RB8) jest równy zero (RB=0). W efekcie w takim przypadku nie

jest ustawiany znacznik odebrania znaku (RI). Dodatkowo w trybie 8−

bitowym (tryb=1) sytuacja jest identyczna kiedy po odebraniu znaku

nie został wykryty bit stop’u.

czekaj: jnb TI, czekaj ;testowanie flagi nadania

;(czekanie na zakończenie nadawania)

clr TI

;wyzerowanie flagi nadawania

ret

;powrót z procedury (podprogramu)

Zaś procedur odebrania znaku i umieszczenia go w akumulatorze mo−

że wyglądać tak:

INRS:

setb REN

;odblokowanie odbiornika

czekaj: jnb RI, czekaj ;

testowanie flagi odbioru

;(czekanie na odbiór znaku)

clr RI

;po odbiorze wyzerowanie flagi

clr REN

;i zablokowanie odbiornika

mov A, SBUF

;przepisanie znaku do akumulatora

ret

;powrót z podprogramu

O ile podprogram nadania znaku nie zajmie z reguły więcej niż 10 cyk−

li maszynowych procesora, o tyle sprawa odbioru znaku bez włączone−

go układu przerwań może być czasochłonna. Popatrzcie przecież, że w

przypadku gdy nie będzie nadchodził żaden znak z portu szeregowego,

procedura INRS w ogóle się nie zakończy, innymi słowy program może

się „zawiesić” w przypadku gdy czekamy na jakis znak z urządzenia ze−

wnętrznego, a on nie nadchodzi.

Właśnie dlatego użycie układu przerwań przy odbiorze znaków może

okazać się bardzo pomocne. Jak tego dokonać omówię w dalszej czę−

ści cyklu klasy mikroprocesorowej.

Istnieje jednak sposób zabezpieczenia się przed takim „nieskończo−

nym” czekaniem na odbiór znaku bez angażowania często i tak przecią−

żonego systemu przerwań procesora. Otóż wystarczy oprócz flagi RI

sprawdzać stan jakiegoś przyjętego w programie rejestru, który jest au−

tomatycznie zmniejszany o jeden np. co 1 sekundę. Załóżmy że zmniej−

szanie odbywa się automatycznie w procedurze przerwania generowa−

nej przez jeden z liczników procesora np. T0. W takim przypadku, jeże−

li stwierdzimy że rejestr ten (nazywany często rejestrem „przetermino−

wania”) jest równy zero, kończymy sprawdzanie flagi RI, uznając że na−

stąpił błąd w odbiorze znaku. Wtedy nasza procedura odbioru znaku bę−

dzie wyglądała następująco.

Załóżmy przy tym że wspomniany rejestr „przeterminowania” na−

zwaliśmy np. jako „overtime” i zdefiniowaliśmy jego adres jako np.

Numeracja trybów ich znaczenie oraz wyjaśnienie bitów „stop’u” już

za chwilę.

SCON..7 (SM0)) oraz SCON..6 (SM1)) – bity ustalające jeden z czterech

trybów pracy portu szeregowego. Oto one:

SM0 SM1 = 00 – tryb 0: Transmisja szeregowa synchroniczna, znaki 8−

bitowe, taktowane sygnałem zegarowym o częstotliwości Fxtal/12,

SM0 SM1 = 01 – tryb 1: Transmisja szeregowa asynchroniczna, znaki

8−bitowe, szybkość transmisji może być określana programowo (tryb

do pracy np. z PC−tem)

SM0 SM1 = 10 – tryb 2: Transmisja szeregowa asynchroniczna, znaki

9−bitowe, szybkość określona jako 1/32 lub 1/64 częstotliwości zega−

ra procesora,

SM0 SM1 = 11 – tryb 3. Transmisja szeregowa asynchroniczna, znaki

9−bitowe, szybkość transmisji może być określana programowo

(znajduje także zastosowanie przy pracy z PC−tem)

overtime EQU 7Fh

czyli 7Fh w pamięci wewnętrznej danych kontrolera. Zakładamy też że

w wywoływanej automatycznie co 1 sekundę procedurze przerwania od

licznika T0 licznik „overtime” w przypadku stwierdzenia jego wartości ja−

ko różnej od zera jest zmniejszany o 1. Wtedy użycie podprogramu:

Znaczenie i funkcje poszczególnych trybów są następujące.

Tryb 0

Jak już powiedziałem w tym synchronicznym trybie przesyłania infor−

macji port szeregowy pracuje nadawając i odbierając znaki 8−bitowe. Za−

wsze pierwszym nadawanym lub odbieranym bitem jest najmniej zna−

czący (D0).

Znaki przesyłane są po dwukierunkowej linii P3.0 (RXD). Odbierane

są i nadawane za pośrednictwem znanego nam już rejestru SBUF w

takt sygnału zegarowego, który generowany jest przez kontroler na linii

P3.1 (TXD).

W tym trybie częstotliwość sygnału zegarowego jest stała i jest ró−

wna 1/12 (jednej dwunastej) częstotliwości sygnału taktującego proce−

sor. W przypadku użycia obwodu oscylatora procesora z rezonatorem

kwarcowym 12 MHz, znaki w tym trybie będą przesyłane z szybkością

1 000 000 bitów / sek. (1 Mb/sek).

Przy nadawaniu znaku obowiązuje zasada, że zapis wysłanego kolej−

nego bitu znaku w urządzeniu odbiorczym (zewnętrznym np. rejestrze

przesuwnym) powinien nastąpić przy narastajjącym sygnale zegarowym

wytwarzanym na linii TXD.

W przypadku odbioru (REN=1) narastające zbocze sygnału zega−

rowego powinno powodować przesunięcie zawartości zewnętrzne−

go rejestru przesuwnego, z którego odbierane są dane, czyli de fac−

to odczyt odbywa się przy opadającym sygnale przesyłanym linią

TXD procesora.

Po odebraniu znaku następuje automatyczne ustawienie znacznika

RI, a przy nadawaniu – znacznika TI. Fakt że znaczniki te nie są zerowa−

ne automatycznie pozwala programiście na testowanie stanu ich, a co

za tym idzie monitorowanie faktu odbioru czy nadania znaku bez potrze−

by uruchamiania układu przerwań.

Oto praktyczny przykład ilustrujący tą właściwość.

Procedura nadania znaku z akumulatora bez korzystania z układu

przerwań może wyglądać następująco:

INRS:

setb REN

;odblokowanie odbiornika

czekaj: jb

RI, jest

;testowanie flagi odbioru

;(czekanie na odbiór znaku)

mov A, overtime

;sprawdzenie rejestru

„przeterminowania”

jnz czekaj

;jeżeli jeszcze <>0 to czekaj

na znak

sjmp koniec

;jeżeli =0 to zaniechaj czekania

jest: clr RI

;po odbiorze wyzerowanie flagi

mov A, SBUF

;przepisanie znaku do akumulatora

koniec: clr REN

;i zablokowanie odbiornika

ret

;powrót z podprogramu

z uprzednim załadowaniem rejestru „overtime” liczbą sekund przezna−

czonych na maksymalne oczekiwanie na odbiór znaku poprzez instrukcję:

mov overtime, #10 ;10 sekund na odbiór znaku

lcall INRS

;i wywołanie podprogramu odbioru

spowoduje czekanie maksymalnie 10 sekund na dobiór znaku z portu

szeregowego.

Opisana zasada znajduje zastosowanie w trzech pozostałych trybach

pracy portu szeregowego, a więc w trybach 1, 2 i 3.

Tryby 1,, 2 ii 3

Zanim opiszę szczegółowo wspomniane trzy pozostałe tryby pracy

portu szeregowego kontrolera powinienem przedstawić wspólną cechę

charakteryzująca te tryby a mianowicie postać przesyłanej asynchronicz−

nie informacji, czyli format przesyłania znaku (8−bitowy lub 9−bitowy).

Ponieważ w trybie asynchronicznym nie istnieje linia przesyłająca syg−

nał taktujący poszczególne nadawane i odbierane bity, obie strony

nadawcza i odbiorcza muszą w jakiś sposób „wiedzieć” o tym że np.

w danej chwili nadajnik rozpoczął nadawanie znaku. Wtedy odbiornik

OUTRS:

mov SBUF, A ;przepisanie zawartości

;akumulatora do rejestru UART

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/98

Też to potrafisz

MODE COMx: baud, parity, data, stop, retry

gdzie, poszczególne nazwy oznaczają:

x – określa numer portu szeregowego, do którego dołą−

czony jest UART mikrokontrolera (1 dla COM1, 2 dla

COM2, 3 dla COM3 itd.)

baud – określa szybkość transmisji w bitach na sekundę

(standardowe najczęściej używane szybkości to: 600,

1200, 2400, 4800, 9600, 19200 bodów czyli bitów/sek)

parity – parametr określający sposób kontroli parzysto−

ści. Możliwe wartości to: „o”−odd (nieparzysty) lub „e”−

even (parzysty)

data – parametr określający liczbę bitów danych. Warto−

ści typowe akceptowane przez instrukcję MODE to 5...8

stop – liczba bitów stopu. Wartości akceptowane to 1

lub 2 (bity stopu).

Parametru „retry” nie należy w ogóle podawać.

W ten sposób można zdefiniować parametry transmisji

w komputerze PC dla następujących trybów pracy portu

szeregowego mikrokontrolera 8051, np.:

MODE COM2: 9600, n, 8, 1

(1)

dla trybu 1 portu UART w 8051, prędkości 9600 bodów,

dołączonego do portu COM2 komputera PC, a w przy−

padku trybu 9−bitowego (3) :

MODE COM2: 9600, e, 8, 1

(2)

w przypadku badania parzystości bitów danych lub

Rys..2.. Format znaku w trybiie 8−biitowym (a)) oraz 9−biitowym (b))..

MODE COM2: 9600, o, 8, 1

(3)

detektując takie zajście będzie, znając oczywiście częstotliwość na−

dawani znaku przez nadajnik (znając prędkość transmisji), wiedział w

jaki sposób odbierać nadawany z zewnątrz znak.

Ustalono, że podczas „ciszy na łączach”, linie portów (RXD – odbioru i

TXD – nadawania ) są w stanie wysokim. Sygnałem rozpoczęcia na−

dawania znaku, a z drugiej strony sygnałem konieczności jego odbio−

ru jest pojawienie się tzw. „bitu startu”, czyli niskiego poziomu lo−

gicznego na linii (TXD w przypadku nadawania) lub (RXD – w przypad−

ku odbioru).

Bit startu trwa dokładnie tyle ile powinny trwać (w zależności od

szybkości transmisji) pozostałe bity informacji. Na rysunku 2 oznaczono

ten bit dokładnie.

Po bicie startu (pamiętajmy, zawsze równy zero!), następują kolejno

bity danych. I tak pierwszy transmitowany jest najmłodszy bit (D0) baj−

tu wpisanego do rejestru SBUF, potem starszy (D1) i tak dalej aż do bi−

tu D7, a w przypadku transmisji 9−bitowej dodatkowo transmitowany

jest bit SCON.3 (TB8), po czym następuje bit stopu, który zawsze jest

równy „1”.

Pojawienie się bitu stopu kończy nadanie znaku, a po drugiej stronie

jego odbiór.

Mechanizm transmisji znaku w trybach 1, 2 i 3 jest taki sam, różna

jest tylko liczba bitów danych oraz szybkość transmisji, zgodnie z opi−

sem wcześniej.

Dla przykładu powiem, że choć transmisja 9−bitowa może wydawać się

mniej naturalna i niepotrzebna, to jednak jest ona często wykorzystywa−

na do przesyłania danych z tzw. bitem parzystości. Jest to prosty sposób

na wyeliminowanie odbioru zafałszowanych danych, kiedy to pomimo, że

w określonej, koniecznej chwili nastąpiło wygenerowanie poprawnego

bitu startu o raz bitu stopu, to jednak bity danych uległy zniekształceniu,

co spowodowało zafałszowanie danych i odbiór niewłaściwego znaku.

Przy korzystaniu z transmisji z komputerem PC można poleceniem

MODE ustawić tryb transmisji portu szeregowego komputera na kilka

sposobów, a mianowicie:

dla nieparzystości.

Najczęściej jednak przydaje się ustawienie portu komputera PC jak w

linii (1) oraz korzystanie z trybu 1 UART kontrolera 8051.

W trybie 2 pracy, port szeregowy taktowany jest sygnałem zegaro−

wym o częstotliwości Fxtal/32 lub Fxtal/64 (gdzie Fxtal to częstotliwość

rezonatora oscylatora). O tym, która z częstotliwości będzie taktować

port, decyduje stan bitu 7 (SMOD) w rejestrze SFR o nazwie PCON (a−

dres: 87h). Ustawienie tego bitu powoduje podwojenie szybkości trans−

misji (Fxtal / 32) wyzerowanie – ustawienie taktowania na Fxtal/64.

Jak wspomniałem wcześniej w trybach 1 i 3 szybkość transmisji może

być określana programowo. W tym przypadku układ transmisyjny taktowa−

ny jest za pomocą sygnału przepełnienia licznika T1 układu czasowo−liczni−

kowego.

W kontrolerach 8032/52 do taktowania portu może także posłużyć

licznik dodatkowy T2. Jak tego dokonać pokażę na przykładach po opi−

sie sposobów modyfikacji i wartości szybkości transmisji.

Ponieważ wgłębianie się w przebiegi i szczegóły nadawania i odbioru

znaków w trybach asynchronicznych jest mało praktyczna, zaintereso−

wanych odsyłam do lektury [1]. Poniżej skupie się jedynie na praktycz−

nych aspektach korzystania z dobrodziejstw portu szeregowego oraz

programowania jego rejestrów.

Zanim do tego przejdę zapoznajmy się z możliwościami modyfikowania

Szybkościi transmiisjjii

W trybiie 0 szybkość przesyłania danych, jak powiedziałem wcześniej

jest niezmienna i wynosi Fxtal/12.

W trybiie 2 prędkość transmisji wynosi: Fxtal/32 przy SMOD=1, lub

Fxtal/64 przy SMOD=0.

W trybach 1 i 3 sprawa ma się nieco inaczej. W tym przypadku pręd−

kość transmisji określa wzór:

Fxtal

n = ———————————

(256 – TH1) x 12 x dz

Jak się za chwilę przekonasz nasz UART w mikrokontrolerze 8051

potrafi pracować z większymi szybkościami, lecz ustawienie tych

szybkości transmisji w PC−cie jest możliwe tylko za pomocą specjal−

nie utworzonych programów, które są dostępne jako programu ter−

minalowe „shareware”, lub mogą być napisane przez Czytelników,

tych którzy potrafią to zrobić. Najprostszym a jednocześnie ogólnie

dostępnym programem twego typu jest program pochodzący z pa−

kietu popularnego DOS−owego „Norton Commander’a” pod nazwą:

„TERM90.EXE”. O sposobie używania tego programu nie będę się

tu rozwodził, zasady powinien znać każdy komputerowiec, a jeżeli

nie to radzę się tym programem nieco pobawić.

gdzie: dz = 32 w przypadku gdy SMOD = 0 zaś dz = 16 gdy SMOD = 1, zaś

TH1 to wartość początkowa 8−bitowego licznika TH1 (starszy bajt T1)

pracującego w trybie taktowania portu szeregowego.

Aby wykorzystać standardowe prędkości transmisji znane z kompu−

terów PC oraz innych wyposażonych w asynchroniczny port szeregowy

(Commodore, Amiga), czyli: 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200,

28800, 38400, 57600, 76800 bit/sek należy zastosować taki kwarc (os−

cylator) aby po lewej stronie równania otrzymać te wartości przy pamię−

taniu że wartość TH1 jest liczbą całkowitą z zakresu 0...255.

I tu wyjaśni się sprawa stosowania trochę dziwnych wartości rezona−

torów kwarcowych w niektórych układach wykorzystujących procesory

rodziny 8051 i ich port szeregowy.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/98

Też to potrafisz

Ot chociażby w naszym komputerku edukacyjnym zastosowany re−

zonator kwarcowy ma wartość 11,0592 MHz, zobaczmy dlaczego i co

w efekcie uzyskamy.

Podstawiając do powyższego wzoru, określającego prędkość trans−

misji danych, wartość oscylatora równą 11059200 Hz oraz zakładając że

SMOD = 1 (czyli dz = 16) otrzymamy np. dla

TH1 = F4h (244 dziesiętnie): n = 11059200/((256−244)x12x16)=4800

bodów.

Postepując podobnie z innymi wartościami początkowymi licznika

TH1 otrzymamy dla podanego rezonatora oraz innych (których częstot−

liwość rezonansowa dzieli się przez liczbę 12 i 32 (lub 16)) inne standar−

dowe wartości, oto one:

2400 bodów (TH1 = F3h, SMOD = 0), wtedy błąd wyniesie tylko: 0,16%

4800 bodów (TH1 = E6h, SMOD = 0), wtedy błąd wyniesie także 0,16%

ale już przy prędkości transmisji równej

9600 bodów (TH1 = F9h, SMOD = 1), błąd wyniesie aż 7%, bo aktual−

na szybkość transmisji będzie mniejsza od założonej i wyniesie w tym

przypadku: 8923 body.

W przypadku użycia do taktowania portu szeregowego w kontrole−

rach 8032/52 licznika T2, prędkość transmisji określona będzie wzorem:

Fxtal

n = ———————————−−−

(65536 – RLD) x 16 x 2

Fxtall ((MHz)) SMOD TH1 n ((bodów))

11,0592 1 FFh 57600

11,0592 1 FEh 28800

11,0592 1 FDh 19200

11,0592 1 FCh 14400

11,0592 1 FAh 9600

11,0592 1 F4h 4800

11,0592 1 E8h 2400

11,0592 1 D0h 1200

11,0592 1 A0h 600

gdzie RLD to wartość początkowa, zapisana przez program użytkowni−

ka do pary rejestrów RLDH i RLDL. Jeżeli zastosujemy rezonator kwar−

cowy o częstotliwości np. 16 MHz to możliwe do uzyskania częstotli−

wości transmisji będą z przedziału:

7...50000 bitów / sek.

Praktyczne wskazówkii

Jak zatem zaprogramować rejestr sterujący portu szeregowego oraz

jak zmusić do pracy licznik którego zadaniem będzie taktowanie trans−

misji. Oto przykład który pomogą wam zrozumieć ten problem.

14,7456 1 FFh 76800

14,7456 1 FEh 38400

14,7456 1 FCh 19200

14,7456 1 F8h 9600

14,7456 1 F0h 4800

14,7456 1 E0h 2400

14,7456 1 C0h 1200

Przykład

Zaprogramujemy UART tak, że będzie pracował w trybie asynchro−

nicznym 8−bitowymi znakami, a taktowany będzie licznikiem T1. Pręd−

kość transmisji określimy np. na 19200 bitów / sek (bodów). Inne war−

tości transmisji – patrz tabela.

Aha, byłby zapomniał, zakładamy że w systemie zastosowano rezo−

nator kwarcowy o Fxtal = 11,0592 MHz.

Oto sekwencja początkowa uruchamiająca pracę portu:

INIT_RS:

mov SCON, #01000000b

1,8432 1 FFh 9600

1,8432 1 FEh 4800

1,8432 1 FDh 2400

1,8432 1 FAh 1200

1,8432 1 F4h 600

;tryb 1 portu

orl TMOD, #00100000b

;licznik T1 tryb pracy 8−bitowej

;liczy TL1 z automatycznym

;wpisywaniem wartości

;początkowej

;z TH1

Jak zapewne się domyślacie wyzerowanie znacznika bitu SMOD w

rejestrze PCON (87h) spowoduje zmniejszenie o połowę wszystkich

prędkości transmisji podanych w tabeli. I tu uwaga, ponieważ rejestr

PCON nie może być adresowany bitowo, czyli nie da się zmodyfikować

wspomnianego bitu w tym rejestrze instrukcja np.

orl PCON, #80h

;ustawienie SMOD = 1

mov TH1, #FDh

;prędkość = 19200 bodów

;(tabela)

setb TR1

;start licznika T1 (TL1)

.....

;i gotowe...

setb SMOD

Teraz wystarczy użyć procedur które opisałem wcześniej (INRS i

OUTRS) aby wysłać dowolny znak poprzez łącze szeregowe. Zmienia−

jąc wartość ładowaną do rejestru TH1 (linia: mov TH1, #xx) można w

dowolnej chwili zmieniać prędkość transmisji w zakresie zależnym o−

czywiście od zastosowanego rezonatora kwarcowego.

Analogicznie, opierając się o opis rejestru licznika T2CON (w kost−

kach 8032/52) można zaprogramować i zmusić do pracy licznik T2, ra−

dzę poeksperymentować w domu, oczywiście zaopatrując się wcześ−

niej w odpowiedni mikrokontroler.

No dobrze ale czy można bezpośrednio dołączyć końcówki portu pro−

cesora 8051 (TXD i RXD) do np. komputera PC ?... absolutnie nie. Po−

trzebny jest do tego odpowiedni konwerter poziomów napięć. Przykład

takiego rozwiązania powinien nasunąć się Wam sam, no tak przecież w

naszym komputerku edukacyjnym zastosowaliśmy taki właśnie układ,

wykorzystujący popularną przetwornicę w postaci układu scalonego

MAX232 lub ICL232.

Więcej na temat portu szeregowego możecie przeczytać w kilku o−

statnich numerach EdW (6, 7, 9 z roku 1997).

Dodatkowe szczegółowe informacje oraz specyficzne cechy układu

UART mikrokontrolera 8051 o pochodnych znajdziecie w dodatkowej li−

teraturze [1].

stąd trzeba użyć innego polecenia, a mianowicie:

anl PCON, #7Fh ;aby SMOD = 0

lub

orl PCON, #80h ;aby SMOD = 1

sprawdźcie na kartce papieru lub kalkulatorze.

W tabeli podano najczęściej używane wartości rezonatorów kwarco−

wych dla zastosowań portu szeregowego 8051. Najbardziej popularną

jest wartość 11,0592 MHz, dość rozpowszechniona w handlu, w szcze−

gólnych zastosowaniach przydaje się rezonator o Fxtal = 14,7456 MHz,

kiedy chcemy aby nasz mikroprocesor konsumował jak najmniej prądu

a jednocześnie pracował przy kilku standardowych prędkościach trans−

misji, powinniśmy użyć kostki w wersji CMOS (80C51/80C31) oraz za−

stosować rezonator o Fxtal = 1,843200 MHz.

Możliwe jest także w praktyce stosowanie „okrągłych” wartości re−

zonatorów kwarcowych, lecz w tym przypadku należy liczyć się z błęda−

mi szybkości, które jednak przy małych prędkościach transmisji nie ma−

ją wielkiego znaczenia dla poprawnej pracy układu UART mikrokontro−

lera 8051. Wynika to z faktu że błędnie odebrany bit zawsze „leży” po−

za transmitowanymi 9−cioma czy 10−cioma bitami (nie występuje), któ−

re wchodzą w skład transmitowanego w trybie asynchronicznym sło−

wa. I tak np. z zastosowaniem rezonatora kwarcowego Fxtal = 12 MHz

możemy śmiało wymieniać dane z komputerem PC lub innym urządze−

niem wykorzystującym łącze szeregowe i standardowe prędkości

transmisji prędkościami:

Słławomiir Surowiińskii

Literatura

[1] A. Rydzewski – Mikrokomputery jednoukładowe rodziny MCS−51, WNT1992,

1995

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/98

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: