Praktikum Automatisierungstechnik AP1

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Andrea Vogt
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1 Praktikum Automatisierungstechnik AP 1 1 Versuch 1 Praktikum Automatisierungstechnik AP1 Einführung in die Prozessorarchitektur und Maschinenprogrammierung Einführung. Bekanntmachen mit einem neuen Mikrocontroller. Der typische Entwicklungsgang. Elementare Abläufe der Ein- und Ausgabe. Software: Entwicklungssoftware gibt es kostenlos im Internet (ist auch im Labor verfügbar): Atmel AVR Studio ( Zilog Developer Studio (ZDS; Assembler, z. B. GNU ( oder andere Freeware ( Literatur: eigene Texte (Internet), beliebige Bücher zur Programmierung von Atmel AVR, Zilog Z80 und Intel 8086 (einschließlich der Handbücher der jeweiligen Hersteller). Der typische Entwicklungsgang: 1. Entwickeln auf PC, 2. Herunterladen auf Starterkit, 3. Laufenlassen und Fehler suchen. Typischerweise zurück zu Punkt 1. In Assembler programmieren: Codieren von Hand ist heutzutage praktisch unnötig. der Assembler ist eine symbolische Maschinensprache. jedem Befehl entspricht eine Abkürzung (Assembler Mnemonic). weitere symbolische Bezeichnungen können nach eigener Wahl eingeführt werden: Deklarationen (= bloße Ersetzungen; es wird nichts gespeichert): equ-anweisungen (symbolischer Name = Konstante), def-anweisungen (symbolischer Name = Register), Reservieren von Speicherplatz: byte-anweisung, Konstanten: db- und dw-anweisungen (Konstanten als Bytes oder Worte). Allgemeinbegriff: data-anweisung. Makros (= Befehlsfolgen zur Mehrfachnutzung unter einem gemeinsamen Namen): Anweisungen macro und endmacro. Achtung: Es gibt Unterschiede zwischen den verschiedenen Asssemblern. Das betrifft sowohl die Namen der Anweisungen als auch die Regeln zu deren Gebrauch (Syntax).

2 Praktikum Automatisierungstechnik AP 1 2 Eine Befehlszeile kann folgende Angaben enthalten: eine Marke (Label). Nur dann erforderlich, wenn der Befehl Sprungziel ist. die Mnemonic des jeweiligen Befehls (obligatorisch), ggf. erforderliche Operanden (symbolisch oder als Direktwerte), ggf. einen Kommentar (durch ein Semikolon (;) abgetrennt). Moderne Assembler sind Freiformassembler; sie erzwingen typischerweise keine besondere Formatierung. Es dürfen beliebig viele Leerzeichen eingefügt werden (Anwendung: zum Erzielen eines gefälligen Aussehens). Groß- oder Kleinschreibung ist gleichgültig. Die AVR-Mikrocontroller sind 8-Bit-Universalregistermaschinen mit vergleichsweise einfachen Befehlen (RISC-Architektur). Die eigentlichen Operationen finden ausschließlich zwischen Registern statt. Es ergibt sich somit eine klare Trennung zwischen (1) dem Laden der Register, (2) dem Ausführen der Verknüpfungen und (3) dem Wegschaffen der Ergebnisse. Hierzu sind jeweils eigene Befehle erforderlich (Load-Store- Architektur). Eine erste Befehlsausstattung: LDI. Lädt einen Direktwert in ein Register. Beispiel: LDI r17, $22. IN. Eingabe in ein Register. Beispiel: IN r17, pind. OUT. Ausgabe eines Registerinhaltes. Beispiel: OUT portd, r17. RJMP. Unbedinge Verzweigung. Beispiel: RJMP anfang. COM. Bitweise Negation (Einerkomplement). Beispiel: COM r17. RCALL. Unterprogrammruf. Beispiel: RCALL warten. RET. Rückkehr aus Unterprogramm. DEC. Registerinhalt um 1 vermindern. Beispiel: DEC r17. SBIW. Einen Direktwert von einem 16-Bit-Wort abziehen, das in zwei aufeinanderfolgenden Registern enthalten ist. Beispiel: SBIW r26, 10. BRNE. Verzweigen, wenn Operanden ungleich bzw. Ergebnis ungleich Null. Beispiel: BRNE anfang. BREQ. Verzweigen, wenn Opernaden gleich bzw. Ergebnis gleich Null. Beispiel: BREQ ende. SBI. Setzen Bit in E-A-Port. Beispiel: SBI porta,3. CBI. Löschen Bit in E-A-Port. Beispiel: CBI porta,3. SBIC. Bit in E-A-Port abfragen und Folgebefehl überspringen, wenn Null (C = cleared). Beispiel: SBIC porta,3. SBIS. Bit in E-A-Port abfragen und Folgebefehl überspringen, wenn Eins (S= set). Beispiel: SBIS porta,3. NOP. Nichts tun; nur Zeit verbrauchen (Leerbefehl). Hinweis: Um den Unterprogrammruf nutzen zu können, ist der Stack zu initialisieren. E-A-Ausstattung: Im Gegensatz zu Prozessoren im eigentlichen Sinne haben Mikrocontroller eingebaute E-A-Hardware Der hier eingesetzte Atmel hat 4 E-A-Ports A, B, C, D zu je 8 Bits. Jedem dieser Ports sind drei E-A- Adressen zugeordnet: Richtungssteuerregister (Data Direction Register ddra, ddrb usw.). Hierüber wird die Nutzung der einzelnen Bitpositionen gesteuert. 0 = Eingang, 1 = Ausgang. Datenregister (porta, portb usw.). Hält die auszugebenden Daten. Belegung der E-A-Anschlüsse (pina, pinb usw.). Hierüber kann die Belegung der Anschlüsse eingelesen werden.

Praktikum Automatisierungstechnik AP 1 3 Ausprobieren: LEDs ein- und ausschalten, Zeitintervalle und Impulse erzeugen (Oszilloskop), Lauflicht, Tastenauswertung mit Entprellung. Ablauf: 1.

7, 8). 5. Übersetzen und ggf. im Simulator laufen lassen (Abb. 9 bis 12). 6. Ggf. in den Prozessor des Starterkits übertragen (Programmieren) und dort laufen lassen. Abb.

3 Praktikum Automatisierungstechnik AP 1 3 Ausprobieren: LEDs ein- und ausschalten, Zeitintervalle und Impulse erzeugen (Oszilloskop), Lauflicht, Tastenauswertung mit Entprellung. Ablauf: 1. Starterkit anschließen und einrichten. 2. AVR Studio starten. Neues Projekt (Abb. 1 bis 3). 3. Ggf. benötigte Dateien hinzufügen (Abb. 4 bis 6). 4. Quelltext erfassen. Ggf. bereits vorhandene Textteile in die Assemblerdatei übernehmen (Abb. 7, 8). 5. Übersetzen und ggf. im Simulator laufen lassen (Abb. 9 bis 12). 6. Ggf. in den Prozessor des Starterkits übertragen (Programmieren) und dort laufen lassen. Abb. 1 Einrichten eines neuen Projekts. 1 - Eingabe des Projektnamens; 2 - wenn aktiviert, wird für das Projekt automatisch ein eigenes Unterverzeichnis angelegt Abb. 2 Auswahl der Entwicklungsplattform und der Zielhardware. 1 - worauf soll das Programm erprobt werden? Weil sonst nichts anderes da ist, wählen wir den AVR-Simulator (Teil des AVR Studios). 2 - auf welchem Controllertyp soll das Program laufen? Für den Anfang begnügen wir uns mit dem 8515 (auf dem Starterkit)

4 Praktikum Automatisierungstechnik AP 1 4 Abb. 3 Jetzt kann der Quelltext eingegeben werden. 1 - Auswahl der Anzeigen des AVR Studios (vgl. auch Abb. ); 2 - Eingabefeld des Editors Abb. 4 Jeder Controllertyp hat seine Eigenheiten. Um sie zu berücksichtigen, nehmen wir die Definitionsdatei deses Typs in das Projekt auf

6 Ein Blick in die geöffnete Definitionsdatei.

5 Praktikum Automatisierungstechnik AP 1 5 Abb. 5 Hier wird die zum 8515 gehörende Definitionsdatei ausgewählt Abb. 6 Ein Blick in die geöffnete Definitionsdatei. Die programmseitig erreichbaren Schaltmittel der eingebauten Periphere haben symbolische Bezeichnungen, denen mittels equ-anweisungen die modellspezifischen E-A-Adressen zugewiesen werden

6 Praktikum Automatisierungstechnik AP 1 6 Abb. 7 Damit es schneller geht, holen wir das vorgefertigte Muster einer Assemblerdatei Abb. 8 Der Inhalt der Musterdatei wird in die Assemblerdatei des Projeks kopiert. Dann wird der eigentliche Quelltext eingegeben. Gültige Befehlsbezeichner erscheinen blau, Kommentare grün

7 Praktikum Automatisierungstechnik AP 1 7 Abb. 9 Jetzt wird das Programm übersetzt (Build) und (mit dem AVR-Simulator) ausgeführt Abb. 10 Über das Ansichtsmenü (View) werden die Anzeigen ausgewählt. Auf jeden Fall nützlich: die Registerbelegung (links)

12 Während der Simulation: befehlsweise Ausführung mit Step Over oder Step Into.

8 Praktikum Automatisierungstechnik AP 1 8 Abb. 11 Die Simulation beginnt. Zunächst wird ein Rücksetzen ausgelöst (Programmstart von Adresse 0 an) Abb. 12 Während der Simulation: befehlsweise Ausführung mit Step Over oder Step Into. 1- der beim nächsten Tastendruck ausgewählte Befehl; 2 - das davon beeinflußte Register

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