Full Text

Введение. Сегодня существует множество программ-симуляторов, заменяющих реальную радиоэлектронную аппаратуру (РЭА) виртуальными моделями [1, 2]. Такие программы позволяют без проведения сборки реального устройства выполнить отладку работы схемы [3], найти ошибки, допущенные на стадии проектирования, снять требуемые параметры и многое другое [4, 5]. Одной из таких систем схемотехнического моделирования является Proteus [6, 7]. Моделирование работы электронных компонентов - не единственная способность программы. Proteus VSM, созданная фирмой Labcenter Electronics на основе ядра SPICE3F5 университета Berkeley, представляет собой среду сквозного проектирования. Это означает создание устройства, начиная с графического изображения его принципиальной схемы и заканчивая изготовлением печатной платы устройства с возможностью контроля на каждом этапе производства [8, 9]. Пользователю доступна обширная библиотека моделей элементов, пополнять которую можно самостоятельно, естественно, для этого нужно досконально знать работу элемента и уметь программировать. Имеется достаточный набор инструментов и функций, среди которых вольтметр, амперметр, осциллограф, всевозможные генераторы, способность отлаживать программное обеспечение микроконтроллеров и многие другие средства. Proteus VSM включает в себя более 6000 электронных компонентов со всеми справочными данными, а также демонстрационные ознакомительные проекты. Программа имеет инструменты USBCONN и COMPIM, которые позволяют подключить виртуальное устройство к портам USB и COM компьютера [10-14]. При подсоединении к этим портам любого внешнего прибора виртуальная схема будет работать с ним, как если бы она существовала в реальности. Proteus VSM поддерживает следующие компиляторы: CodeVisionAVR и WinAVR (AVR), ICC (AVR, ARM7, Motorola), HiTECH (8051, PIC Microchip) и Keil (8051, ARM) [15-21]. Существует возможность экспорта моделей электронных компонентов из программы PSpice. Proteus VSM состоит из двух самостоятельных программ: ISIS - программа синтеза и моделирования непосредственно электронных схем и ARES - программа разработки печатных плат. Кроме того, в состав восьмой версии входит среда разработки VSM Studio, позволяющая быстро написать программу для микроконтроллера, используемого в проекте, и осуществить компиляцию. 2. Программная реализация временной задержки. Процедура реализуется методом программных циклов. В некоторый регистр загружается число, и оно инкрементируется (циклически уменьшается на единицу). Выход из цикла организуется при достижении нуля. Задержка определяется величиной этого числа с учетом времени выполнения команд. Необходимо знать время выполнения команд в машинных циклах - эта информация есть в таблице системы команд. Например, рассмотрим подпрограмму WAIT: WAIT: MOV R6,#Х W1: DJNZ R6,W1 RET В регистр 6 загружается число Х, затем командой DJNZ R6,W1 организуется цикл - декремент с проверкой нулевого содержимого регистра. Известно, что подпрограмма вызывается командой CALL, ее длительность 2 машинных цикла, длительность команды MOV - 1 машинный цикл, длительность команды DJNZ - 2 машинных цикла, RET - 2 машинных цикла. При тактовой частоте 12 МГц один машинный цикл, состоящий из 12 периодов синхронизации, составляет: . Таким образом, программа выполняется за 2 + 1 + 2Х + 2 мкс. Для временной выдержки, например 125 мкс, необходимое число циклов вычисляется так: Х = (125 - 5)/2 = 60. В данном случае для реализации требуемой временной выдержки в регистр 6 загружается десятичное число 60. Задержка реализуется точно. Если число Х получается дробным, то для точной доводки можно применить холостые команды NOP. Минимальная задержка, получаемая подпрограммой WAIT, равна: 2 + 1 + 2 + 2 = 7 мкс, максимальная: 2 + 1 + 2·255 + 2 = 515 мкс. Для увеличения временной задержки нужно организовать вложенные циклы. Например, следующим образом: WAIT2: MOV R6,#255 W1: MOV R7,#0FFH W2: DJNZ R7,W2 DJNZ R6,W1 RET Для еще большей задержки можно организовать еще один цикл, в котором вызывается подпрограмма WAIT2. Программа выдачи кода с задержкой - программа РRG6. BEGIN: P1 EQU 90H ; определение порта Р1 P2 EQU 0A0H ; определение порта Р2 P0 EQU 80H ; определение порта Р0 P3 EQU 0B0H ; определение порта Р3 M1: MOV P2,P1 ; ввод с порта Р1, вывод на Р2 MOV R7,#30 ; загрузка константы 30 в R7 M3: MOV R6,#255; загрузка константы 255 в R6 M4: MOV R5,#255; загрузка константы 255 в R5 M5: DJNZ R5,M5; декремент R5 и переход, если не 0 DJNZ R6,M4 ; декремент R6 и переход DJNZ R7,M3 ; декремент R7 и переход JMP M1 ; 4 переход на начало END Необходимо помнить о том, что работа осуществляется не на реальном контроллере, а на модели, в которой время машинного цикла контроллера определяется моделирующей программой (рис. 1). Рис. 1. Работа программы выдачи кода с задержкой В рассматриваемом примере задержка составляет примерно 3-4 с. 2. Реализация временной задержки с помощью таймера. В МК51 два программируемых 16-битных таймера-счетчика Т/С0, Т/С1 могут быть использованы в качестве таймеров или счетчиков внешних событий. При работе в качестве таймеров содержимое инкрементируется в каждом машинном цикле, т.е. есть каждые 12 периодов кварцевого резонатора, при работе в качестве счетчика - под воздействием перехода из 1 в 0 внешнего входного сигнала Т0, Т1. Оба режима могут быть использованы для реализации временных задержек. Счетчик Т/С0 можно использовать для счета внешних сигналов, которые подаются на вход Т0 порта Р3 (рис. 2). Рис. 2. Работа программы счетчика Разработаем программу, в которой предусмотрим настройку счетчика Т/С0 для счета. Это выполняется с помощью регистра режимов работы TMOD (табл. 1). Таблица 1 Регистр режимов работы TMOD № Символ Позиция Имя и назначение 1 2 3 4 GATE TMOD.7 Управление блокировкой. Если бит установлен, то таймер/счетчик 1 разрешен до тех пор, пока на входе INT1 высокий уровень и бит управления TR1 установлен. Если бит сброшен, то Т/С1 разрешается, как только бит управления TR1 устанавливается. Окончание табл. 1 1 2 3 4 6 С/Т TMOD.6 Бит выбора режима таймера или счетчика событий 1. Если бит сброшен, то работает таймер от внутреннего генератора. Если бит установлен, то работает счетчик от внешних сигналов на входе Т1. 5 М1 TMOD.5 Выбор режима работы Т/С1. 4 М0 TMOD.4 Выбор режима работы Т/С1. 3 GATE TMOD.3 Управление блокировкой. Если бит установлен, то таймер/счетчик 0 разрешен до тех пор, пока на входе INT0 высокий уровень и бит управления TR0 установлен. Если бит сброшен, то Т/С0 разрешается, как только бит управления TR0 устанавливается. 2 С/Т TMOD.2 Бит выбора режима таймера или счетчика событий 0. Если бит сброшен, то работает таймер от внутреннего генератора. Если бит установлен, то работает счетчик от внешних сигналов на входе Т0. 1 М1 TMOD.1 Выбор режима работы Т/С0. 0 М0 TMOD.0 Выбор режима работы Т/С0. Таблица режимов работы имеет вид (табл. 2). Таблица 2 Режимы работы М1 М0 Режим работы 0 0 Таймер МК48. TL работает как 5-битный предделитель. 0 1 16-битный таймер-счетчик. TH, TL включены последовательно. 1 0 8-битный автоперезагружаемый таймер-счетчик. TH хранит значение, которое должно быть перезагружено в TL каждый раз по переполнению. 1 1 Таймер-счетчик 1 останавливается. Таймер-счетчик 0: TL0 работает как 8-битный таймер-счетчик, и его режим определяется управляющими битами таймера 0. TH0 работает как 8-битный таймер-счетчик, и его режим определяется управляющими битами таймера 1. Проанализировав эту информацию, можно сделать вывод, что необходимо всего лишь установить бит TMOD.2. Однако, как ни странно, TMOD не допускает адресацию отдельных бит, поэтому придется использовать команду MOV TMOD, #00000100B, которая как раз и обеспечивает установку 2-го бита. Кроме того, если требуется установить режим, отличный от нулевого, то необходимо сформировать соответствующий непосредственный операнд. Например, для первого режима Т/С0: 00000101B. Далее необходимо запустить счетчик. Для этого используется регистр управления/ таймеров-счетчиков TCON (табл. 3). Таблица 3 Регистр TCON № Символ Позиция Имя и назначение 7 TF1 TCON.7 Флаг переполнения таймера 1. Устанавливается аппаратурно при переполнении. Сбрасывается аппаратурно при обслуживании прерывания 6 TR1 TCON.6 Бит управления таймера 1. Устанавливается / сбрасывается программно для пуска/останова 5 TF0 TCON.5 Флаг переполнения таймера 0. Устанавливается аппаратурно при переполнении. Сбрасывается аппаратурно при обслуживании прерывания 4 TR0 TCON.4 Бит управления таймера 0. Устанавливается / сбрасывается программно для пуска/останова 3 IE1 TCON.3 Флаг фронта прерывания 1. Устанавливается аппаратно по срезу INT1. Сбрасывается при обслуживании прерывания 2 IT1 TCON.2 Бит управления типом прерывания 1. Устанавливается / сбрасывается программно для спецификации запроса INT1 (срез/низкий уровень) 1 IE0 TCON.1 Флаг фронта прерывания 0. Устанавливается аппаратно по срезу INT0. Сбрасывается при обслуживании прерывания 0 IT0 TCON.0 Бит управления типом прерывания 0. Устанавливается/ сбрасывается программно для спецификации запроса INT0 (срез/низкий уровень) Таким образом, для включения Т/С0 необходимо установить бит TCON.4. Этот регистр, в отличие от предыдущего, допускает адресацию отдельных бит, поэтому нужна команда SETB TCON.4. Для отображения состояния счетчика следует предусмотреть также вывод его содержимого на порты Р2, Р0 и возврат к началу. В результате получим программу PRG8: BEGIN: // счет внешних сигналов с помощью таймера Т/С0 P1 EQU 90H ; определение порта Р1 P2 EQU 0A0H ; определение порта Р2 P0 EQU 80H ; определение порта Р0 P3 EQU 0B0H ; определение порта Р3 TCON EQU 88H ; определение TCON TMOD EQU 89H ; определение TMOD TL0 EQU 8AH ; определение TL0 TH0 EQU 8CH ; определение TH0 MOV TMOD,#00000101B ; разрешение счета событий SETB TCON.4 ; старт Т/С0 M1: MOV P2,TL0 ; вывод TL0 MOV P0,TH0 ; вывод TH0 JMP M1 END Переключая ключ SW1 и анализируя состояние порта Р2, убедимся, что счетчик «считает» (рис. 3). Рис. 3. Работа программы счетчика с отображением состояния Используем таймеры в режиме счета от внутреннего генератора. Организуем «бегущую единицу» с задержкой 64 мс. BEGIN: // Т/С0 - задержка 64 мс P1 EQU 90H ; определение порта Р1 P2 EQU 0A0H ; определение порта Р2 P0 EQU 80H ; определение порта Р0 P3 EQU 0B0H ; определение порта Р3 TCON EQU 88H ; определение TCON TMOD EQU 89H ; определение TMOD TL0 EQU 8AH ; определение TL0 TH0 EQU 8CH ; определение TH0 MOV R0,#1 ; загрузке 1 в R0 MOV P2, R0 ; вывод на порт P2 NEXT: MOV A, R0 ; передача R0 в А RL A ; сдвиг А влево циклический MOV R0,A ; возвращение R0 MOV P2,R0 ; вывод R0 в порт Р2 CALL DELAY ; вызов подпрограммы задержки JMP NEXT ; возврат DELAY: MOV TMOD,#01H ; настройка Т/С0 MOV TL0,#LOW(NOT(64000-1)); загрузка таймера MOV TH0,#HIGH(NOT(64000-1)); загрузка таймера SETB TCON.4 ; старт Т/С M1: JNB TCON.5, M1 ; ожидание окончания счета CLR TCON.4 ; очистка Т/С0 RET ; выход из подпрограммы задержки END Получилась «бегущая единица» с аппаратной задержкой (рис. 4). Для использования таймеров иногда необходимы прерывания. Рассмотрим порядок их реализации. 3. Реализация прерываний. Прерывания организуются от внешних входов INT0, INT1, от таймеров TF0, TF1 и от приемника Т1 или передатчика R1. Таблица векторов прерываний, переход на которые осуществляется аппаратно, имеет вид (табл. 4). Рис. 4. Работа программы «бегущая единица» Таблица 4 Векторы прерываний Сигнал Порядок опроса приравенстве приоритетов Адрес вектора INT0 1 0003H TF0 2 000BH INT1 3 0013H TF1 4 001BH Т1 или R1 5 0023H Разрешение прерываний устанавливает регистр масок прерываний IE (табл. 5). Таблица 5 Регистр масок прерываний IE Символ Позиция Назначение EA IE.7 Снятие блокировки прерываний. Сбрасывается программно независимо от IE.4 - IE.0 - IE.6 Не используется - IE.5 Не используется ES IE.4 Разрешение прерывания от приемопередатчика - программно для разрешения прерывания от флагов Т1, R1 ET1 IE.3 Разрешение прерывания от таймера 1. Программно EX1 IE.2 Разрешение внешнего прерывания 1. Программно ET0 IE.1 Разрешение прерывания от таймера 0. Программно EX0 IE.0 Разрешение внешнего прерывания 0. Программно Приоритеты прерываний могут изменяться в соответствии с регистром приоритетов IP (табл. 6). Таблица 6 Регистр приоритетов IP Символ Позиция Назначение - IP.7 Не используется - IP.6 Не используется - IP.5 Не используется PS IP.4 Приоритет приемопередатчика. Установка-сброс программно для установки высшего/низшего приоритета PT1 IP.3 Приоритет таймера 1 PX1 IP.2 Приоритет внешнего прерывания 1 PT0 IP.1 Приоритет таймера 0 PX0 IP.0 Приоритет внешнего прерывания 0 Рассмотрим «бегущую единицу» с реализацией временной задержки 64 мс на основе прерываний. BEGIN: // сдвиг бита P2 при переполнении Т/С0 - задержка 64 мс P1 EQU 90H ; определение порта Р1 P2 EQU 0A0H ; определение порта Р2 P0 EQU 80H ; определение порта Р0 P3 EQU 0B0H ; определение порта Р3 TCON EQU 88H ; определение TCON TMOD EQU 89H ; определение TMOD IE EQU 0A8H ; определение IE TL0 EQU 8AH ; определение TL0 TH0 EQU 8CH ; определение TH0 ORG 0 SETB IE.7 ; разрешение прерываний MOV R0,#1 ; загрузка 1 в регистр R0 MOV P2,R0 ; вывод R0 в P2 JMP NEXT ORG 0BH ; адрес вектора прерываний от Т/С0 JMP MET ORG 100H ; начальный адрес подпрограммы MET: MOV A,R0 ; передача из R0 в А RL A ; сдвиг А влево циклический MOV R0,A ; передача из А в R0 MOV P2,A ; передача из А в P2 MOV P2,R0 MOV TMOD,#00000001B ; настройка Т/С0 MOV TL0,#LOW(NOT(64000-1)); загрузка таймера MOV TH0,#HIGH(NOT(64000-1)); загрузка таймера SETB TCON.4 ; старт Т/С0 RETI ; выход из подпрограммы обработки прерывания NEXT:MOV TMOD,#00000001B; первоначальная настройка Т/С0 MOV TL0,#LOW(NOT(50000-1)); первоначальная загрузка таймера MOV TH0,#HIGH(NOT(50000-1)); первоначальная загрузка таймера SETB TCON.4 ; первоначальный старт Т/С0 SETB IE.1 ; разрешение прерывания от Т/С0 NEXT1:JMP NEXT1 ; переход, петля, ожидание прерывания END На рис. 5 проиллюстрирован результат работы программы «бегущая единица» с реализацией временной задержки 64 мс на основе прерываний. Рис. 5. Работа программы «бегущая единица» с реализацией временной задержки 64 мс на основе прерываний Выводы Таким образом, в системе схемотехнического моделирования Proteus VSM рассмотрена реализация временных задержек программно и с помощью таймера, а также прерываний для микроконтроллера 80С51. Результаты работы могут быть использованы при проведении практических и лабораторных занятий по моделированию компонентов радиоэлектронной аппаратуры.

About the authors

S. V Bereznyakov

JSC “STAR”

Email: berser22@mail.ru

A. V Grekov

Perm military institute of the Internal Troops of the Ministry of the Interior of the Russian Federation

Email: grekartemvl@mail.ru

References

Statistics

Views

Abstract - 52

PDF (Russian) - 12

Refbacks

• There are currently no refbacks.