Лабораторная работа № 1. Системы счислений. Карта памяти данных PIC16F87x

Введение

Современное состояние технологии в электроэнергетике требует от специалистов знания микроконтроллеров. В настоящее время в составе выпускаемых изделий многих фирм в дальнем и ближнем зарубежье содержатся микроконтроллеры, и область их применения постоянно увеличивается.

Микроконтроллеры широкого назначения выпускаются многочисленными зарубежными фирмами: Motorola, NEC Corporation, Siemens, Microchip и другими.

Применение методов и технических средств обработки информа­ции цифровой вычислительной техникой в релейной защите и авто­матике (РЗА) привело к созданию интегрированных комплексов, выполняющих все функции традиционных устройств РЗА и облада­ющих широкими информационными свойствами и сервисными возможностями, существенно повышающими надежность и эффек­тивность функционирования технических средств автоматического управления электроэнергетическими установками [1].

Для обучения студентов цифровой технике и программированию микроконтроллеров на кафедре имеется учебный микропроцессорный комплект (УМК-7). Помимо обучения языку ассемблер на примере контроллера PIC16F877, студенты знакомятся с внутренней и внешней структурой современных микроконтроллеров, применяемых в оборудовании.

До дня проведения работы студенты должны к ней подготовиться: прочитать описание лабораторной работы и составить программы для своего варианта задания.

Отчет о лабораторной работе должен содержать титульный лист, задание, текст программы, заполненную таблицу результатов, рисунки с копиями экрана и ответы на контрольные вопросы.

Лабораторная работа должна быть защищена студентом.

Оборудование и программное обеспечение для проведения лабораторных работ: Windows 98 или выше, среда MPLAB, комплект УМК-7.

Каждая команда PIC16C87ХХ представляет собой 14-битовое слово, которое разделено на следующие части: первая- код операции, вторая-поле для одного операнда, который может участвовать или нет в этой команде. Система команд PIC16C87ХХ включает в себя байт-ориентированные команды, бит-ориентированные, операции с константами и команды передачи управления.

Для байт-ориентированных команд "f" обозначает собой регистр,

с которым производится действие; "d" - бит определяет, куда положить

результат. Если "d" =0, то результат будет помещен в регистр W. (аккумулятор), при "d"=1 результат будет помещен в регистр с адресом

"f", упомянутом в команде.

Для бит-ориентированных команд "b" обозначает номер бита,

участвующего в команде, а "f" -это регистр, в котором этот бит

расположен.

Для операций с константами и команд передачи управления, "k"

обозначает восьми или одиннадцати битную константу.

Все команды выполняются в течение одного командного цикла. В

двух случаях исполнение команды занимает два командных цикла:

проверка условия и переход либо изменение программного счетчика как

результат выполнения команды GOTO и CALL. Один командный цикл

состоит из четырех периодов генератора. Таким образом, для генератора с частотой 4 МГц время исполнения командного цикла будет 1 мкс, а производительность контроллера составит 1 миллион операций в секунду (1 MIPS – 1 million instructions per second).

ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ MPLAB IDE И MPLAB–ICD

MPLAB IDE (Integrated Development Environment) –интегрированная среда разработки, представляет собой программный продукт, работающий под управлением операционной системы WINDOWS и предназначенный для написания, отладки и оптимизации программ для Microchip PIC контроллеров. MPLAB IDE включает в себя:

MPLAB Project Manager– менеджер проекта;

MPLAB Editor – текстовый редактор,

MPLAB-SIM Simulator – симулятор;

MPASM – универсальный Ассемблер, а так же MPLINK (Линковщик) и MPLIB (Библиотекарь).

Для контроллеров семейства PIC17, PIC18, а так же dsPIC, в среде

MPLAB IDE есть возможность работать с компиляторами языка Си –более высокого уровня, по сравнению с ассемблером.

Ряд аппаратных средств, работающих под управлением MPLAB

IDE, приведен ниже:

-MLPAB-ICE Emulator – эмулятор;

-программаторы PICSTART Plus и PRO MATE 2;

-инструментальные средства третьих лиц – большое количество

других компаний делают инструментальные средства разработки,

работающие с MPLAB.

MPLAB-ICD (In Circuit Debugging) - внутрисхемный отладчик,

позволяет выполнять внутрисхемную отладку программы в реальной

схеме, используя генератор и периферию отлаживаемого контроллера.

Для отладки используются только два вывода контроллера, работа идёт

по ICSPTM интерфейсу.

Используя ICD, можно отлаживать аппаратно-зависимые участки

кода, которые трудно, а порой невозможно воспроизвести в симуляторе,

например: работа с АЦП, измерение временных параметров входного

сигнала, организация обратной связи с управляемым объектом, отладка интерфейсов USART, SPI, I2C и т.п.

MPLAB-ICD работает под управлением универсальной программной среды MPLAB и обладает следующими возможностями:

-отладка в режиме реального времени и пошаговая отладка;

-связь с компьютером по RS-232;

-одна задаваемая точка останова;

-просмотр и модификация содержимого управляющих регистров, RAM и EEPROM.

-внутрисхемная отладка и встроенная система программирования PIC -контроллеров серии PIC16F87x.

-работа от источника питания отлаживаемой конструкции в диапазоне от 3,0 до 5,5 В.

-диапазон рабочих частот от 32 кГц до 20 МГц.

Лабораторная работа № 1. Системы счислений. Карта памяти данных PIC16F87x

Цель работы: изучение систем счисления и организации карты памяти данных.

Системы счисления

В микроконтроллере данные и промежуточные результаты представлены в двоичной системе счисления. Все регистры памяти в микроконтроллере нумеруются в шестнадцатеричной системе. Системы счислений, применяющиеся в цифровой технике, представлены в приложении А. Там же приведен алгоритм перевода чисел из двоичной системы в шестнадцатеричную и наоборот [2].

В десятичной системе прибавление к цифре 9 единицы дает в результате число 10, то есть 9+1=10. Аналогичный результат и в шестнадцатеричной системе F+1=10 или 2F+1=30. То есть в младший разряд записываем цифру 0, в старший добавляем 1. В двоичной системе 1+1=10.

Задание 1.Сложите числа в двоичной системе. Представьте слагаемые и результаты вычислений в шестнадцатеричной, десятичной и в двоично-десятичной системах счислений.

Т а б л и ц а 1.1 – Варианты к заданию 1