UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA ELO312 Laboratorio de Estructuras de Computadores

Transcripción

1 Comunicación serial en microcontroladores. Objetivos. Conocer los fundamentos y usar una comunicación serial asincrónica. Programar los registros que determinan la comunicación serial. Conocer las rutinas primitivas de comunicación: putchar y getchar. Simular el comportamiento de la comunicación serial. Visualizar en un osciloscopio los frames asincrónicos seriales. Programar la comunicación serial por interrupciones. Estudio previo. Comunicación Serial Asincrónica. Se emplea para comunicar dos sistemas digitales empleando un mínimo de cables. No se transmite un reloj entre las unidades que se comunican. Esta forma de intercambio de información ha sido muy empleada y su uso está normalizado. Básicamente, en la configuración mínima consiste de tres cables. Usando la norma RS-232, los nombres lógicos de las señales y su ubicación en conectores de 9 y 25 pines se ilustran en el siguiente diagrama: DB9 DB25 DTE DCE Tx Gnd Conector Macho Cable Tx Conector Hembra 1 Los conectores se muestran mirados de frente. El cable que conecta los dos equipos que tengan interfaz serial tiene sus propios conectores que deben sintonizar con las salidas existentes. Un uno lógico en transmisión debe ser mayor de +5 volts y menor que +15; en recepción debe estar entre +3 y +25. Un cero lógico en transmisión debe ser mayor de -15 volts y menor que -5; en recepción debe estar entre -25 y -3. A pesar que está normalizado el tipo de conector si se trata de un equipo terminal(data Terminal Equipment) o un equipo de comunicación(data Communication Equipment) es preferible efectuar pruebas para determinar cuál es el transmisor y cuál es el receptor antes de efectuar una conexión entre los dispositivos, ya que significa un riesgo eléctrico conectar dos transmisores, que suelen ser dispositivos activos. Ubicando un tester entre tierra y el pin 2 ó 3 en cada dispositivo antes de que estén conectados, puede determinarse la señal Tx, ya que ésta es una salida activa; y normalmente está en uno lógico. Prof. Leopoldo Silva Bijit. Lab

2 En el 8051, el pin 11 corresponde a la señal, que puede denominarse también P3.0. Tx se encuentra en el pin 10, y se denomina P3.1. Y recibe y transmite en niveles compatibles TTL. Tx Pin 13 P3.1 Pin 11 P3.0 Los pines corresponden al chip de 44 pines PLCC, que se encuetra en la tarjeta xess. Existen circuitos integrados para cambiar de niveles lógicos entre RS-232 y TTL: Los chips 1488, 1489 requieren dos fuentes. Los integrados ICL232 o MAX 232 emplean sólo una fuente de 5 V. Un frame de datos comienza cuando ocurre un canto de bajada, luego se envía un bit de start, con nivel bajo. Luego los 8 bits de datos, con el menos significativo(lsb) primero; y el más significativo (msb) al final. Luego termina el frame un pulso de stop en nivel alto. lsb 1 msb 8 start Puede programarse un frame con uno, 1,5 ó 2 bits de stop. Que agregue un bit de paridad par o impar, o que no agregue dicho bit, antes del bit se stop. Las velocidades de transmisión se miden en baudios, que está definido como el número de bits por segundo. Las velocidades usuales son: 300, 1200, 2400, 4800, 9600, , hasta en algunas puertas seriales. Existen circuitos integrados que realizan la transmisión y recepción serial, tienen diferentes denominaciones según los fabricantes: USART, ACIA. La unidad de control del microcontrolador implementa un transmisor y receptor serial que pueden funcionar en 4 diferentes modos. Dos de ellos tienen velocidades fijas de transmisión y dos modos(uno de 8 y otro de 9 bits de datos) tienen velocidades programables. El frame anterior, que se ilustra en el diagrama, corresponde al modo 8-bit UART con velocidad variable( modo 1). Los modos 2 y 3 se emplean para comunicar dos microcontroladores. En el modo 1 (y 3) se requiere emplear el timer 1 como generador de baudios. Suele emplearse el modo 2 del timer(autocarga) y con interrupciones deshabilitadas. En esta configuración, la baudios quedan determinados por: (2 SMOD * Frecuencia reloj)/(32*12(256-th1)). SMOD es PCON.7, y PCON ocupa la dirección 0x87; se escribe por Byte. stop Prof. Leopoldo Silva Bijit. Lab

3 SBUF tiene dirección 0x99, pero internamente son dos registros separados; uno para transmisión y el otro para recepción. Basta mover un byte desde un registro a SBUFF para que comience la transmisión. El registro SCON, con dirección 0x98, permite programar el modo. El bit PCON.4 es REN que estando en 1 habilita la recepción. PCON, también contiene a los flags TI, RI. SCON x98 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI bit La siguiente programación ilustra la inicialización de la puerta serial. SCON = 0x50; /* mode 1, 8-bit UART, receptor habilitado */ TI = 1; /* vacía el registro del transmisor, simulando que está lleno. */ Requiere también programar timer 1. TMOD = 0x20; /* timer 1, modo 2, 8-bit recarga */ TH1 = 0xf3; /* Valor de recarga para 2400 baudios. Depende del reloj */ TR1 = 1; /* pone a funcionar el timer */ TMODo x89 Gate 1 C/T 1 M1 1 M0 1 Gate 0 C/T 0 M1 0 M0 0 Byte 1 TCONontrol x88 TF 1 TR 1 TF 0 TR 0 IE 1 IT 1 IE 0 IT 0 bit 1 Luego de esta inicialización pueden ejecutarse las funciones orientadas a entrada salida de caracteres: putchar, printf, scanf, getch Las rutinas printf y scanf están implementadas en base a putchar y getchar. Se ilustran a continuación las rutinas más primitivas para entrada y salida de caracteres. Ambas rutinas son del tipo dedicación completa(el procesador espera, ejecutando instrucciones), y operan encuestando(pooling) a los bits TI y RI. La unidad de control del microcontrolador coloca en uno dichos bits, cuando se ha terminado de sacar bit por bit(en serie) el contenido de un registro que se carga en paralelo(ti); o cuando desde el medio externo ha llegado completo un frame, en serie, y se tiene el carácter(ya en paralelo) en un registro de 8 bits(ri). Prof. Leopoldo Silva Bijit. Lab

4 Los siguientes diagramas muestran la generación de las señales TI y RI, cuando el 8031 transmite y recibe respectivamente. Tx lsb 0 msb 7 start stop El programa escribe en SBUF TI Cuando el buffer de transmisión envía el octavo bit, queda disponible para ser cargado nuevamente. Debe advertirse que no puede escribirse en SBUF si TI está bajo. En el caso de recepción: start lsb 0 msb 7 stop RI Cuando se ha recibido los ocho bits en el buffer de Recepción se activa RI, indicando que puede leerse el carácter. Debe advertirse que no puede leerse SBUF si RI está bajo. #include <reg51.h> #define CR 0x0D #define LF 0x0A int putchar( const char caracter ) { if(caracter == LF ) {/* si es \n saca la secuencia CR, LF */ while(!ti ); /*espera buffer transmisor disponible. Que salga el anterior;*/ TI = 0; /*Asume lleno registro transmisión. Debe sacar en serie el dato. */ SBUF = CR; /*Primero escribe CR */ while(!ti ); /*espera buffer transmisor disponible/ TI = 0; /*marca ocupado al buffer de transmisión*/ SBUF = caracter; /*graba en el buffer de transmisión lo que transmitirá*/ return(caracter); Prof. Leopoldo Silva Bijit. Lab

5 char _getkey (void) { /*lee sin eco */ char c; while (!RI); /*espera buffer recepción lleno/ c = SBUF; /*salva contenido del buffer */ RI = 0; /*marca buffer recepción disponible */ return (c); int getchar(void) { /*lectura con eco */ char c; while (!RI); c = SBUF; RI = 0; putchar(c); /*lo copia en la salida */ return (c); Pueden escribirse rutinas para entrada y salida serial que operen por interrupciones. De esta forma se activan sólo cuando se produce la interrupción por tener registro de transmisión vacío, o cuando se tiene registro de recepción lleno. En lugar de ejecutar instrucciones para encuestar los flags, el microcontrolador realiza el programa principal, mientras la rutina de servicio se activa sólo cuando ocurre un evento(en TI o RI) que requiera servicio. IE xA8 EA ES ET1 EX1 ET0 EX0 bit Son de interés los bits EA y ES para la programación de la puerta serial por interrupciones. La siguiente sentencia instala un vector para enlazar con la rutina de servicio de puerta serial, empleando el banco 3. Denomina serial a la rutina, a la que se ingresa si se produce interrupción, en ésta debe determinarse cuál fue el evento que produjo la interrupción; si fue la llegada de un carácter, o si se terminó de enviar un carácter, y también debe manejar el estado de los flags TI o RI. void serial (void) interrupt 4 using 3 Preparación Previa. a) Escribir en C, un programa que escriba un string hacia la salida, en 4800 baudios. Efectuar una salida repetitiva de un carácter mediante putchar, ejecutar debug y analizar el texto assembler incorporado por el compilador, para la función putchar. Efectuar una salida repetitiva de un carácter mediante printf, ejecutar debug y visualizar el texto assembler incorporado por el compilador, para la función printf("%c", ch). Simular, visualizando la salida(en la consola o terminal del simulador) con: View/Hardware/UART Prof. Leopoldo Silva Bijit. Lab

6 Visualizar el pin P3.1(Tx) mediante una traza. Cuál es la diferencia entre los frames seriales asociados a las letras A y B? b) Generar tabla que muestre en la ventana de la uart, algunos valores de funciones trigonómetricas en el primer cuadrante. Usar campos de anchos y decimales en el argumento de control de printf. Setear el compilador para que procese flotantes. Ver las funciones en help: Index/Compiler Reference/Library Reference/Function Reference/cos Debe emplearse: #include <math.h> para tener acceso a las funciones. Esto debe mostrarse en el simulador solamente. c) Escribir en C, un programa que escriba por interrupciones un carácter hacia la salida, en 9600 baudios. Colocar un puente en el CPLD entre Tx y, y que el programa lea el carácter recibido, también por interrupciones. Además el programa debe generar, como programa principal, las siguientes formas de ondas, empleando el timer 0. P1.1 P ms En el Laboratorio. Ver el frame serial asincrónico mediante el osciloscopio, generado por el programa descrito en a). Medir los baudios. Mostrar la tabla generada en la consola del simulador, por el programa en b). Mostrar en el osciloscopio las señales Tx, P1.1 y P1.2. generadas por el programa escrito en C. Prof. Leopoldo Silva Bijit. Lab