Chapter 5 Input Output Parallel Ports (v )

Transcripción

1 Chapter 5 Input Output Parallel Ports (v ) Introduction Input Output Ports allow you to develop an interface to the physical process. You can connect your control program to the real (external) world. MCS-51 Parallel Ports The original 8051 has four 8-bit bi-directional ports. They are named P0, P1, P2, P3 Other microcontrollers in the MCS-51 family can have more than 4 ports, named P4, P5, whereas some small microcontrollers (short pin configurations) can have less than 4 MCS-51 ports can be handled: As a byte: example P0 As individual bits: example P0.4 is the 5 th bit (bit number 4) of Port 0 They are general purpose input/output ports. Some ports have alternate functions. Examples: P0 is used as the Data Bus and the lower part of the Address Bus during external memory accesses. P2 is used as the upper part of the Address Bus. P3.2 is used as the external interrupt request INT0

2 Port 0 Port 0 is an 8-bit open drain bi-directional I/O port. As an output port, each pin can sink six TTL inputs. When 1s are written to port 0 pins, the pins can be used as high-impedance inputs. Port Pin Alternate Functions Port 0 can also be configured to be the multiplexed low-order address/data bus during accesses to external program and data memory. In this mode, P0 has internal pull-ups. Port 0 also receives the code bytes during Flash programming and outputs the code bytes during program verification. External pull-ups are required during program verification.

3 Port 1 Port 1 is an 8-bit bi-directional I/O port with internal pull-ups. The Port 1 output buffers can sink/source six TTL inputs. When 1s are written to Port 1 pins, they are pulled high by the weak internal pull-ups and can be used as inputs. As inputs, Port 1 pins that are externally being pulled low will source current (IIL, 150μA typical) because of the weak internal pull-ups. Port Pin Alternate Functions (example AT89S8253) P1.0 and P1.1 can be configured to be the timer/counter 2 external count input (P1.0/T2) and the timer/counter 2 trigger input (P1.1/T2EX), respectively. Furthermore, P1.4, P1.5, P1.6, and P1.7 can be configured as the SPI slave port select, data input/output and shift clock input/output pins. Port 1 also receives the low-order address bytes during Flash programming and verification. P1.0 T2 (external count input to Timer/Counter 2), clock-out P1.1 T2EX (Timer/Counter 2 capture/reload trigger and direction control) P1.4 SS (Slave port select input) P1.5 MOSI (Master data output, slave data input pin for SPI channel) P1.6 MISO (Master data input, slave data output pin for SPI channel) P1.7 SCK (Master clock output, slave clock input pin for SPI channel)

4 Port 2 Port 2 is an 8-bit bi-directional I/O port with internal pull-ups. The Port 2 output buffers can sink/source six TTL inputs. When 1s are written to Port 2 pins, they are pulled high by the weak internal pull-ups and can be used as inputs. As inputs, Port 2 pins that are externally being pulled low will source current (IIL, 150μA typical) because of the weak internal pull-ups. Port Pin Alternate Functions Port 2 emits the high-order address byte during fetches from external program memory and during accesses to external data memory that use 16-bit addresses DPTR). In this application, Port 2 uses strong internal pull-ups when emitting 1s. During accesses to external data memory that use 8-bit addresses RI), Port 2 emits the contents of the P2 Special Function Register. Port Pin Alternate Functions (example AT89S8253) Port 2 also receives the high-order address bits and some control signals during Flash programming and verification.

5 Port 3 Port 3 is an 8-bit bi-directional I/O port with internal pull-ups. The Port 3 output buffers can sink/source six TTL inputs. When 1s are written to Port 3 pins, they are pulled high by the weak internal pull-ups and can be used as inputs. As inputs, Port 3 pins that are externally being pulled low will source current (IIL, 150μA typical) because of the weak internal pull-ups. Port Pin Alternate Functions P3.0 RXD (serial input port) P3.1 TXD (serial output port) P3.2 INT0 (external interrupt 0)(*) P3.3 INT1 (external interrupt 1)(*) P3.4 T0 (timer 0 external input) P3.5 T1 (timer 1 external input) P3.6 WR (external data memory write strobe) P3.7 RD (external data memory read strobe) Port Pin Alternate Functions (example AT89S8253) Port 3 receives some control signals for Flash programming and verification. (*) Note All pins in ports 1 and 2 and almost all pins in port 3 (the exceptions are P3.2 INT0 and P3.3 INT1) have their inputs disabled in the Power-down mode. Port pins P3.2 (INT0) and P3.3 (INT1) are active even in Power-down mode (to be able to sense an interrupt request to exit the Power-down mode) and as such still have their weak internal pull-ups turned on.

6 Port Programming Every port has an associated (sfr) special function register. Input/output operations are done through read/write instructions on the register. Port sfr address sfr declaration P0 0x80 sfr P0=0x80; P1 0x90 sfr P1=0x90; P2 0xA0 sfr P2=0xA0; P3 0xB0 sfr P3=0xB0; Port Configuration (Basic Rule) Write 1 (the latch) to configure the pin as an input. Write the desired 0 or 1 level (the latch), when using the pin as an output. Input/output (bit) Px.y You can read/write the bit. Keil uvision Compiler notation for Px.y Px^y Example: sfr P1=0x90; sbit Port1_bit3=P1^3; sbit Port1_bit5=0x90^5; if(port1_bit3==1) Port1_bit5=0; else Port1_bit5=1; Input/output (byte) Px You can use masks and bitwise operators to extract the relevant information. Operation C - Operator AND & OR XOR ^ NOT ~ SHIFT RIGHT >> SHIFT LEFT << Example: sfr P1=0x90; if(p1&0x08) // Test bit 3 P1=P1 0x20; // Set bit 5 else P1=P1&0xDF; // Reset bit 5

7 Read-Modify-Write Instructions Some assembler instructions, when applied on ports, read from the latch instead of from the pin. Some C operators in Keil uvision Compiler translate to read-modify-write instructions. Operation MCS-51 Assembler C-Language (R-M-W) Example Read Latch Example Read Pin AND ANL &= P1&=0x3F; P1=P1&0x3F; OR ORL = P3 =0xAB; P3=P3 0xAB; XOR XRL ^= P1^=0x7D; P1=P1^0x7D; Increment INC ++ P2++; P2=P2+1; Decrement DEC -- P0--; P0=P0-1;

8 Exercise-1 Remember the exercise 4 of Chapter 4 converter Observe that the inputs and the outputs of the converter share the same port P1 Review the exercise taking care of inputs must keep being inputs after setting the outputs /************************************************** converter inputs e0 e1 e2 e3 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 outputs s0 s1 s2 s3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 input output > x > x > xB > x > x > xD > xF > xC > xA > x > x > x > x > xE > x > x3 3 **************************************************/

9 Exercise-2 Observe the figure. You have a 16-keys keyboard connected to Port 1 Define a C-function named keyboard that reads the port P1 and return the number of the pressed key: 1. If a valid key is pressed, it returns 0, 1,, 15 (key pressed) 2. If no key is pressed, the function should return 16 (no key pressed) 3. If an invalid combination of keys are pressed (i.e. more than one key), the function should return 17 (error) The prototype of the keyboard function should be: unsigned char keyboard(void);

10 Some exercises taken from previous exams Exercise-3 From Exam P1 Un control industrial basado en el microcontrolador 8051 selecciona las piezas que llegan por una cinta transportadora en función de su código. Cuando llega una nueva pieza, un lector de código de barras informa al 8051 del número de la pieza (código binario de 5 bits a través de los terminales P1.1 a P1.5) y activa la señal NUEVA_PIEZA (nivel bajo a través del terminal P1.0). El programa de control mira si el código de la pieza corresponde con alguno de los 3 buscados (almacenados en las posiciones $30, $31 y $32 de la memoria RAM interna de acceso directo). Si es alguna de las piezas buscadas, activa la señal SELECCIONAR_PIEZA (pulso estrecho a nivel bajo a través del terminal P1.6). En caso contrario, activa la señal NO_SELECCIONAR_PIEZA (pulso estrecho a nivel bajo a través del terminal P1.7). La activación de alguna de estas dos últimas señales, le sirve al lector de código de barras para saber que debe desactivar la señal NUEVA_PIEZA, de forma que pueda iniciarse un nuevo ciclo de selección. Se pide Escribir el programa de control que realiza la función de selección de piezas descrito anteriormente en lenguaje C. Nota Para ubicar las variables PIEZA_BUSCADA_X en la posición de memoria solicitada, declarar: sfr PIEZA_BUSCADA_1=0x30; sfr PIEZA_BUSCADA_2=0x31; sfr PIEZA_BUSCADA_3=0x32;

11 Exercise-4 From Exam P2 En un taller de repuestos de bicicletas se desea instalar un visor de códigos para las piezas de recambio. Las piezas llevan una etiqueta formada por círculos oscuros y claros en línea, que indican su código representado en binario (ver figura). Se manejan un total de piezas. La lectura del código se realiza por los puertos P0 y P1 de un microcontrolador 8051, usándose los bits exclusivamente necesarios, desde P0.0 para el bit menos significativo del código. La visualización se realiza mediante displays de 7 segmentos atacados a través de conversores BCD-7Segmentos duales desde los puertos P2, P3 y P4. P2.0 para el bit menos significativo del dígito menos significativo. Se pide Diseñar un programa para visualizar en decimal el código binario de la pieza.

12 Exercise-5 From Exam P1 Sea la minibolera electrónica de la figura. Los círculos pequeños corresponden a detectores de efecto Hall, que permiten detectar la presencia (0) o ausencia (1) de un bolo sobre el detector. Un detector fotoeléctrico permite detectar que la bola ha sido lanzada, entregando un 0 al detectar el paso de la bola. Un marcador de 2 cifras permite indicar la puntuación obtenida, que se implementa mediante un display BCD, de manera que el dígito decimal menos significativo va en los 4 bits de menor peso del puerto y el más significativo en los 4 de mayor peso. El juego funcionará de la siguiente forma: Al principio se tienen 0 puntos y los 6 bolos colocados. Cuando se lance la bola, se contabilizarán los bolos derribados, asignando la siguiente puntuación: y que se acumulará a los puntos ya obtenidos. La puntuación obtenida se deberá reflejar en el marcador. Tras 5 lanzamientos, se dará por concluido el juego. En cualquier momento se puede pulsar el botón de "Nuevo juego" para iniciar la partida. Suponer que todos los bolos se colocan a mano en cada tirada. Escribir un programa para el micro 8051 que controle el funcionamiento del juego de la minibolera.

13 Exercise-6 From Exam P2 Un proceso industrial requiere mover una noria mediante un motor (M). La activación del motor se realiza con lógica positiva ( 1 motor en marcha, 0 motor parado) controlada por el terminal P2.4 configurado como salida. La posición de reposo de la noria se detecta mediante un circuito optoelectrónico (C), conectado en el terminal P2.3 configurado como entrada y que funciona con lógica negativa ( 0 la noria se encuentra en la posición de reposo, 1 la noria se encuentra fuera de la posición de reposo). Al actuar sobre un pulsador (P), conectado al terminal P2.6 según se muestra en la figura, la noria debe comenzar a girar, dar 4 vueltas y detenerse. Cada vuelta se detecta mediante el circuito optoelectrónico (C). Cuando la noria está en marcha, aunque se pulse P no deberá tener efecto. Si accidentalmente se saca a la noria de la posición de reposo sin accionar el pulsador P y se desactiva el circuito optoelectrónico (C), no debe afectar al sistema ya que éste, en cualquier caso, cuando se apriete el pulsador debe asegurar que se realicen las 4 vueltas completas. Se pide A partir del funcionamiento descrito, se pide realizar un programa en lenguaje C para el microcontrolador 8051 cumpliendo con todas las especificaciones anteriores.

14 Exercise-7 From Exam P2 Se desea controlar el cruce de una vía férrea con dos sentidos de circulación y una carretera. Para tal efecto, se ha instalado un semáforo en la carretera tal y como se ilustra en la figura. Cuando se enciende la luz verde (V) indica que la vía férrea está libre y cuando se enciende la luz roja (R) indica que la vía férrea está ocupada. Para conocer cuándo la vía férrea está ocupada se han colocado dos sensores de presencia de tren (S1, S2) situados cada uno a 400 metros del cruce y colocados en cada uno de los sentidos de circulación. Con esta configuración se obtiene una zona de seguridad de 800 metros (ver figura). Los sensores S1 y S2 estarán activos (nivel alto) siempre que el tren esté sobre ellos. El semáforo deberá permanecer con la luz roja activada siempre que exista un algún tren dentro de la zona de seguridad. Teniendo en cuenta que la longitud de cualquier tren que pueda circular por la vía es menor de 800 metros, y que los trenes no pueden retroceder y que nunca puede entrar un tren en la zona de seguridad habiendo otro dentro de ella, se pide realizar un programa en lenguaje C que atendiendo al conexionado de la figura implemente el funcionamiento descrito para un microcontrolador 8051.

15 Exercise-8 From Exam P2 Un distribuidor de paquetes postales utiliza un microcontrolador En la oficina de correos se gestionan 3 distritos postales: 46680, 46686, Un lector automático del código postal de los paquetes que llegan por una cinta de transporte se conecta al puerto P0 del microcontrolador. El bit P0.0, normalmente a nivel alto, recibe un pulso a nivel bajo de suficiente duración cada vez que se detecta un nuevo paquete. Los 2 dígitos decimales menos significativos del código postal de cinco dígitos xxxcc, se reciben codificados en binario por los bits del 1 al 7 del puerto P0, siendo el bit 1 el menos significativo. Asociado a cada distrito postal hay una bifurcación en la cinta de transporte. El distribuidor automático para el envío de cada paquete a su zona de procesado se acciona mediante la activación de un bit apropiado del puerto P1 (pulso estrecho a nivel bajo). Bit P1.5 para el distrito 46680, bit P1.6 para el distrito y bit P1.7 para el distrito Si el código postal no es ninguno de los esperados, no se accionará el distribuidor y el paquete seguirá por la cinta hasta la zona de procesado de paquetes perdidos. Se pide Escribir un programa para el microcontrolador de forma que, permanentemente, se espere la llegada de nuevos paquetes, se compruebe su código postal y se accione el distribuidor en la cinta de transporte.

16 Exercise-9 From Exam P2 Para un determinado proceso industrial necesitamos un circuito combinacional con tres entradas (A, B, C) y cuatro salidas (S1, S2, S3, S4), con el funcionamiento descrito en la tabla de verdad siguiente: Para su implementación disponemos del microcontrolador 8051, de forma que las entradas A, B, C, se conectan respectivamente a P3.2, P3.1, P3.0. Por otra parte, las salidas S4, S3, S2, S1, se conectan respectivamente a P2.3, P2.2, P2.1,P2.0. Se pide Realizar un programa en lenguaje C para implementar el funcionamiento del circuito combinacional descrito.