Laborübung 3. Abnahme (bitte vom Betreuer per Unterschrift bestätigen lassen) Aufgabe 1 Aufgabe 2 Aufgabe 3 Aufgabe 4 Aufgabe 5

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Laborübung 3. Abnahme (bitte vom Betreuer per Unterschrift bestätigen lassen) Aufgabe 1 Aufgabe 2 Aufgabe 3 Aufgabe 4 Aufgabe 5"

Judith Feld
vor 6 Jahren
Abrufe

1 Maschinenorientierte Programmierung Prof. Dr. Sven-Hendrik Voß SoSe Mai 2018 Laborübung 3 Abnahme (bitte vom Betreuer per Unterschrift bestätigen lassen) Aufgabe 1 Aufgabe 2 Aufgabe 3 Aufgabe 4 Aufgabe 5 Hinweise zum Labortermin 3 Beachten Sie die bereits in den ersten zwei Terminen bekanntgegebenen, grundsätzlichen Hinweise für die Labortermine. Für alle Programmentwurfsaufgaben ist der schon bekannte Ablauf einzuhalten. Dieser wird nun um einige obligatorische Schritte ergänzt, wenn es darum geht, die erstellten Programme auf der 8051 Labor-Hardware (STC 8051 Professional Kit) real zu erproben: 1. Erfassung und Analyse des Problems bzw. der zu lösenden Aufgabe 2. Formulierung eines geeigneten Lösungsweges (Algorithmus) 3. Umsetzung des Algorithmus in ein Programmablaufdiagramm 4. Programmierung des Codes in Assemblersprache 5. Ausführen und Testen des Programms in EdSim51 oder MC-Tools (IDE für ASEM-51, enthält auch einen Simulator). 6. meist Fehlersuche (= Debugging), iterativ ab Schritt wenn fehlerfrei: Übersetzung des erstellten Programms in Maschinenbefehle durch den Assembler und Generierung einer *.hex - Datei mit dem Programm MC-Tools Übertragung der *.hex - Datei in den Codespeicher des STC 8051 mit Hilfe des In-System Programmiertools STC ISP V evt. nochmal Debugging, iterativer Prozess der Schritte 4, 7-9 Achten Sie beim Schreiben darauf, dass Sie nur ASCII-Text ohne Formatierung und Sonderzeichen erzeugen. Ansonsten gibt es Fehlermeldungen. Lesen Sie auch die Hinweise zur professionellen Assembler-Programmierung. Die Arbeit mit realer Hardware ist meist weitaus zeitintensiver. Zum Gelingen der Laborübung ist eine gute Vorbereitung vorab unerlässlich. Markierte Aufgaben sind als Vorbereitung zu dem Termin vorab zu bearbeiten (Hausaufgabe) und am Anfang des Labortermins vorzuzeigen 1

Aufgabe 1 Kontrollfragen 1. Das Bit mit der Bitadresse 28h aus dem bitadressierbaren Bereich des internen RAM des 8051 wird mit einem dafür geeigneten Befehl gesetzt.

2 Aufgabe 1 Kontrollfragen 1. Das Bit mit der Bitadresse 28h aus dem bitadressierbaren Bereich des internen RAM des 8051 wird mit einem dafür geeigneten Befehl gesetzt. Welches Byte ist damit beeinflußt worden (Adresse), und welches Bit dieses Bytes wurde gesetzt? 2. Welche Adressen im externen Datenspeicherbereich decken die Speicherstellen im internen (On-Chip) RAM beim 8051 Mikrocontroller ab? 3. Wie erfolgt die Auswahl einer Registerbank? Aufgabe 2 Sie haben im Unterricht gelernt wie ein Mikrocontroller-Programm in Assemblersprache (Mnemonics) programmiert wird, von einem Assemblerprogramm (Assembler) assembliert, d.h. in Hex-Code umgesetzt, und anschließend anhand einer Hex-Datei auf den Controller geladen wird. Um den Zusammenhang zwischen den Mnemonics und der Maschinensprache weiter zu verdeutlichen und das Gelernte zu vertiefen, geht es hier um eine manuelle Deassemblierung. Folgender Speicherauszug aus dem Code Memory des EdSim51 enthält den Programmcode eines vollständigen Programms. An Adresse 00000h beginnt der erste Maschinenbefehl. 2

3 1. Geben Sie das zugehörige Quellprogrammstück in Assemblersyntax an. Ziehen Sie dazu die Befehlsliste für den Mikrocontroller 8051 zu Rate und notieren Sie den resultierenden Programmcode. Das Ergebnis ist in Ihrem Protokoll festzuhalten. 2. Evaluieren Sie das theoretisch ermittelte Quellprogramm anhand einer Eingabe im EdSim51. Werden hier Ein- bzw. Ausgaben realisiert? Wenn ja, welche Mikrocontroller-Ressourcen werden dazu genutzt? Lassen Sie sich die Simulation in EdSim51 abzeichnen. 3. Welche Funktion hat das Programm? Wie wird diese Funktion umgesetzt? Kommentieren Sie dazu die Quelltextzeilen aus Aufgabenteil 2.1 in Ihrem Protokoll. 4. Welche Bedeutung hat der Befehl, der an Speicherstelle 1Fh steht? Wozu ist er notwendig? Hier ist eine eindeutige Begründung erforderlich. 5. Schauen Sie sich die Werte der 8051-internen Speicher- und Statusregister während des Durchlaufs des Programms an. Eventuell ist es erforderlich unterschiedliche Werte für die Update Frequenz (nicht die System Frequenz!) einzutragen. Erklären Sie die Werte in R4, R7 und A. Wieso sind im internen Datenspeicher ab Adresse 50h ebenfalls Daten abgelegt? Aufgabe 3 Zählschleifen (oder Warteschleifen) sind für das hardwarenahe Programmieren oft sehr hilfreich. Schleifen verwendet man, wenn bestimmte Anweisungen oder Operationen beliebig oft wiederholt werden sollen oder wenn eine definierte Zeitspanne überbrückt werden muss, bsp. für die wahrnehmbare Ansteuerung von LEDs. Eine bequeme Realisierung einer Warteschleife ist mit dem DJNZ-Befehl möglich. Dieser Befehl dekrementiert ein gegebenes Register jeweils um eins und führt einen Vergleich mit 0 durch. Folgendes Programm realisiert eine geschachtelte Zählschleife: start: MOV R1, A loop1: MOV R2, #250 loop2: MOV R3, #250 loop3: NOP NOP DJNZ R3,loop3 DJNZ R2,loop2 DJNZ R1,loop1 end 3

4 1. Ermitteln Sie die genaue Laufzeit des angegebenen Programms in Abhängigkeit vom Akkuwert. Gehen Sie davon aus, dass der Mikrocontroller mit einer Referenzfrequenz von 11,0592 MHz betrieben wird und bedenken Sie das Verhältnis von Referenztakt zu Maschinenzyklus beim Wozu dienen die NOP Befehle? 3. Welcher Wert muss im Akku stehen, damit eine Verzögerung von 1 Sekunde durch die verschachtelten Schleifen erreicht wird? Die vollständige Rechnung gehört ins Protokoll. 4. Welcher Wert muss im Akku stehen, damit eine Verzögerung von 2 Sekunden erreicht wird? 5. Mit welchem Wert erreicht man eine Verzögerung von 3 Sekunden? Aufgabe 4 Das in Aufgabenblatt 2, Aufgabe 4 gegebene Programm soll nun ergänzt und auf das STC 8051 Professional Kit portiert werden. Ziehen Sie für die Details zum Board und Mikrocontroller folgende Dokumentationen zu Rate (zu finden auf der Internetseite zu dieser Veranstaltung): STC89C51RD+ Data Sheet (Datenblatt des Controllers) STC 8051 Professional Kit Schematic (Schaltplan des Boards) Gehen Sie folgendermaßen vor: 1. Befassen Sie sich mit dem Schaltplan des Boards. Ermitteln Sie an welchen Ports jeweils die LEDs und die Taster (die großen blauen) angeschlossen sind. Wie müssen die LEDs angesteuert werden (low-aktiv mit 0 oder high-aktiv mit 1)? Wie reagieren die Taster (low-aktiv mit 0 oder high-aktiv mit 1)? 2. Modifizieren Sie das Programm mit den korrekten, ermittelten Portzuweisungen. Für den Taster verwenden Sie S19, für die visuelle Ausgabe LED1 an R3 (siehe Schaltplan). Schauen Sie auch gleich an welchem Portpin LED3 (an R12) und LED 5 (an R14) angeschlossen sind. Diese Informationen benötigen Sie später noch. 3. Testen Sie die Funktionalität des Programms im Simulator des MC-Tools Bedenken Sie, dass der Simulator nicht echtzeitfähig ist. 4. Nach erfolgreicher Simulation erweitern Sie nun die Funktionalität des Programms in der Hinsicht, dass jedes Mal wenn S19 gedrückt und losgelassen wird, LED1 und LED3 nach folgendem Muster kontinuierlich umschalten: Häufigkeit der Betätigung von S19 LED1 LED3 0 (Initialzustand) an aus 1 aus an 2 an aus 4

5 5. Verifizieren Sie die erweiterte Funktionalität des Programms anhand einer Simulation. 6. Fügen Sie zweckmäßige und erklärende Kommentare in Ihren erweiterten Assemblercode ein (Kommentare werden durch ein Semikolon eingeleitet). 7. Testen Sie nun die Funktionalität des erweiterten Programms auf dem STC 8051 Professional Kit. Generieren Sie dazu ein hex-file mit Hilfe des MCTools und übertragen Sie dieses in den Programmspeicher des 8051 mit Hilfe des In-System Programmier-Tools STC ISP V486. Lassen Sie sich die Vorführung abzeichnen. Aufgabe 5 Nutzen Sie die in Aufgabe 3 und 4 gewonnenen Erkenntnisse, um folgende Aufgabe zu lösen: Es soll eine Ampelsteuerung entworfen werden, die unter Zuhilfenahme des bereits in Aufgabe 4 verwendeten Tasters folgenden Ablauf antriggert: Alle LEDs aus LED1 LED3 aus LED1 an Taster gedrückt und losgelassen? LED3 2 Sekunden Delay LED 1 aus LED5 an LED5 3 Sekunden Delay LED5 aus LED3 an 1 Sekunde Delay Gehen Sie folgendermaßen vor: 1. Nehmen Sie Ihren Programmentwurf aus Aufgabe 4 als Gerüst und erweitern Sie die Funktionalität gemäß des gezeigten Ablaufdiagramms. Für die einzubauenden Verzögerungen nutzen Sie die Routine aus Aufgabe 3 und lagern sie als Unterprogramm aus, die Sie mit dem jeweils zur Verzögerung passenden Akkuwert mittels ACALL Befehl aufrufen. 2. Überprüfen Sie die korrekte Funktionsweise des Programms anhand einer Simulation. Bedenken Sie wieder, dass der Simulator nicht echtzeitfähig ist. 5

6 3. Ergänzen Sie Ihren Assemblercode durch zweckmäßige und erklärende Kommentare. 4. Testen Sie nun das Programm auf dem STC 8051 Professional Kit und lassen Sie sich die Vorführung abzeichnen. Zusatzaufgabe (freiwillig) Erweitern Sie das Programm aus Aufgabe 5 um eine zweite Ampel, die eine Fußgängerampel darstellen soll. Überlegen Sie sich wie und an welchen Stellen Sie das Programm ändern bzw. erweitern müssen. 6

Ähnliche Dokumente

Laborübung 4. Abnahme (bitte vom Betreuer per Unterschrift bestätigen lassen) Aufgabe 1 Aufgabe 2 Aufgabe 3 Aufgabe 4

Laborübung 4. Abnahme (bitte vom Betreuer per Unterschrift bestätigen lassen) Aufgabe 1 Aufgabe 2 Aufgabe 3 Aufgabe 4 Maschinenorientierte Programmierung Prof. Dr. Sven-Hendrik Voß SoSe 17 6. Juni 2017 Laborübung 4 Abnahme (bitte vom Betreuer per Unterschrift bestätigen lassen) Aufgabe 1 Aufgabe 2 Aufgabe 3 Aufgabe 4