David Matoušek C pro mikrokotroléry ATMEL AT89S52 Pøíklady a aplikace pro C51 ve vývojovém prostøedí KEIL µvisio3 6. díl Praha 2007
V deší dobì stále více programátorù postupì pøechází z klasického psaí kódu v assembleru a itegrovaá vývojová prostøedí a bázi jazyka C. Neí se co divit, ebo produktivita vytváøeí aplikací je ìkolikrát vyšší a pøechod a jiý typ procesoru je sadìjší. Tato kiha vzikla proto, aby ukázala jak sadá je cesta programováí v jazyce C. Na pøíkladu procesoru ATMEL AT89S52 (s jádrem C51) jsou ukázáy základí operace, které budete pøi vývoji vlastích aplikací potøebovat. Vše si okamžitì mùžete vyzkoušet a vývojovém kitu a a jedotlivých modulech. Jste-li zaèáteèík, v èeštiì doposud eexistovala didaktiètìjší pøíruèka, ež je tato, podle které byste se efektivìji dostali do celé problematiky vývoje aplikací v jazyce C. Pro ty, kteøí rutiì pracují v assembleru, bude pøechod a programováí C hraèkou. * * * Komerèí využití stavebích ávodù je povoleo je s písemým souhlasem autora a akladatelství. Soubory a doprovodém CD ROM mající pøímo vztah ke kize, které vytvoøil sám autor (tj. obsah adresáøù FOTO, PROGRAMY, SDK51, SPOJE a USB51KITv1.1), ejsou volì šiøitelé a vztahují se a ì autorská práva. Další šíøeí, apø. umís ováí a jié webové stráky ebo a jié datové osièe, je zakázáo. David Matoušek C pro mikrokotroléry ATMEL AT89S52 Pøíklady a aplikace pro C51 ve vývojovém prostøedí KEIL µvisio 3 6. díl Bez pøedchozího písemého svoleí akladatelství esmí být kterákoli èást kopírováa ebo rozmožováa jakoukoli formou (tisk, fotokopie, mikrofilm ebo jiý postup), zadáa do iformaèího systému ebo pøeášea v jié formì èi jiými prostøedky. Autor a akladatelství epøejímají záruku za správost tištìých materiálù. Pøedkládaá zapojeí a iformace jsou zveøejìy bez ohledu a pøípadé patety tøetích osob. Nároky a odškodìí a základì zmì, chyb ebo vyecháí jsou zásadì vylouèey. Veškerá práva vyhrazea. Ig. David Matoušek, 2007 Nakladatelství BEN techická literatura, Vìšíova 5, Praha 10 David Matoušek: C pro mikrokotroléry Atmel AT89S52 BEN techická literatura, Praha 2007 1. vydáí ISBN 978-80-7300-215-2
OBSAH O KNIZE... 9 1 ZÁKLADNÍ POJMY TERMINOLOGIE... 11 1.1 Stadardí registry a jejich výzam... 15 2 ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI MIKROKONTROLÉRU AT89S52... 17 2.1 Popis vývodù... 19 2.2 Mikrokotrolér AT89S8253... 24 3SDK51 PROGRAMÁTOR A VÝVOJOVÝ KIT PRO AT89S52... 25 3.1 Schéma zapojeí... 26 3.2 Výkres desky plošých spojù... 26 3.3 Úprava kostrukce SDK8252 a SDK51... 30 3.4 Propojovací kabely... 31 3.5 Oživeí vývojového kitu SDK51... 31 3.6 Ovládací program SDK51.EXE... 32 3.7 Poèáteèí astaveí vývojového kitu... 33 3.8 Ovládáí vývojového kitu z pøíkazového øádku... 33 3.9 Nová verze ovládacího programu pro USB51KIT... 33 4 PROGRAMÁTORSKÝ MODEL AT89S52... 35 4.1 Rozdìleí pamì ového prostoru... 36 4.2 Základí registry... 41 4.3 Baky registrù R0 až R7... 43 5 ÚVOD DO PROGRAMOVÁNÍ V JAZYCE C51... 45 5.1 Základí pojmy algoritmizace a programováí... 46 5.2 Základí pojmy programováí v jazyce C... 47 5.3 Základí datové typy jazyka C51... 49 A C pro mikrokotoléry Atmel AT89S52 3
6 OPERÁTORY JAZYKA C... 53 6.1 Aritmetické operátory... 54 6.2 Logické operátory... 56 6.3 Relaèí operátory... 56 6.4 Bitové operátory... 57 6.5 Pøiøazovací operátory... 59 6.6 Zvláští operátory... 60 6.7 Priority všech operátorù... 61 7 ZAÈÍNÁME PROGRAMOVAT... 63 7.1 Vitøí zapojeí portù... 64 7.2 Pøípravek AT8LED osmice LED... 65 7.3 Istalace vývojového prostøedí C51... 66 7.4 Pøíklad PROG_01 rozsvíceí LED... 72 7.5 Obsah souboru REGX52.H... 74 7.6 Direktiva #defie a její použití... 75 8 POKROÈILEJŠÍ PØÍKLADY... 77 8.1 Podmíìý pøíkaz (if)... 78 8.2 Pøíkazy cyklù... 79 8.3 Pøípravek ATDIPSW2 osmice spíaèù... 81 8.4 Pøíklad PROG_02 øízeí LED pomocí spíaèù... 82 8.5 Pøíklad PROG_03 blikáí LED... 83 8.6 Pøepíaè (switch)... 85 8.7 Pøípravek AT7SEG 7segmetovka... 85 8.8 Pøíklad PROG_04 zobrazeí hexaèíslice a pøípravku AT7LED... 87 9 STRUKTUROVANÉ DATOVÉ TYPY A FUNKCE... 89 9.1 Datové typy... 90 9.2 Pole... 91 9.3 Pøíklad PROG_05 ovládáí AT7SEG (upraveá verze PROG_04)... 93 9.4 Fukce... 95 9.5 Pøíklad PROG_06 ovládáí AT7SEG (upraveá verze PROG_05)... 96 4 C pro mikrokotoléry Atmel AT89S52 A
9.6 Pøípravek ATSW pìtice tlaèítek... 98 9.7 Výètový typ (eum)... 100 9.8 Pøíklad PROG_07 ošetøeí zákmitù od ATSW... 101 9.9 Struktura, sjedoceí, bitové pole... 104 9.10 Pøíklad PROG_08 použití struktury, sjedoceí a bitového pole... 107 10 PØERUŠENÍ A PØERUŠOVACÍ SYSTÉM... 109 10.1 Pøerušeí (iterrupt)... 110 10.2 Pøípravek ATIKBD... 114 10.3 Pøíklad PROG_09 pøíjem zaku z ATIKBD pomocí pøerušeí... 117 11 ÈÍTAÈE/ÈASOVAÈE 0 A 1 A JEJICH POUŽITÍ... 121 11.1 Popis èítaèù/èasovaèù 0 a 1... 122 11.2 Pøíklad ATREPRO piezomìiè... 125 11.3 Pøíklad PROG_10 geerováí tóu a pøípravku ATREPRO... 127 11.4 Pøíklad PROG_11 blikáí LED pomocí èasovaèe... 128 11.5 Pøípravek AT4SDYNR displej s èasovým multiplexem... 130 11.6 Pøíklad PROG_12 øízeí pøípravku AT4SDYNR... 133 11.7 Pøíklad PROG_13 editace údaje AT4SDYNR pomocí ATIKBD... 135 12 SÉRIOVÝ KANÁL A JEHO POUŽITÍ... 139 12.1 Režimy sériového kaálu (portu)... 140 12.2 Pøíklad PROG_14 pøíjem zaku pomocí jedotky UART... 142 12.3 Pøípravek ATRS232+... 144 12.4 Pøíklad PROG_15 jedoduchá komuikace s PC... 146 13LCD DISPLEJ A JEHO POUŽITÍ... 151 13.1 Øadiè HD44780... 152 13.2 Pøípravek ATLCDTX2 LCD displej (4bitová komuikace)... 157 13.3 Soubor ATLCDTX2.H Rutiy pro øízeí displeje... 159 13.4 Pøíklad PROG_16 zobrazeí textu a displeji... 159 A C pro mikrokotoléry Atmel AT89S52 5
14 UKAZATELE A ØETÌZCE... 161 14.1 Ukazatel (poiter)... 162 14.2 Øetìzec... 165 15 FUNKCE PRINTF... 169 15.1 Formátovaý výstup... 170 15.2 Pravidla pro zápis koverze... 170 15.3 Pøízaky... 170 15.4 Šíøka... 171 15.5 Pøesost... 171 15.6 Modifikátor... 172 15.7 Koverze... 173 15.8 Návratová hodota... 173 15.9 Implemetace fukce pritf v C51... 173 15.10 Pøíklad PROG_17 ukázka použití fukce pritf... 174 15.11 Pøípravek ATSVORKY+... 175 15.12 Pøíklad PROG_18 mìøeí kmitoètu èítaèem... 176 16 TØÍDRÁTOVÁ SÉRIOVÁ SBÌRNICE... 181 16.1 Zmožeí vstupù a výstupù... 182 16.2 Pøípravek ATSPITST... 183 16.3 Pøíklad PROG_19 ukázka použití pøípravku ATSPITST... 184 16.4 Pøípravek ATUSIDSP 3místý displej øízeý 3drátovou sbìricí... 186 16.5 Pøíklad PROG_20 ukázka použití pøípravku ATUSIDSP... 189 17 ÈÍTAÈ/ÈASOVAÈ 2... 193 17.1 Registry èítaèe/èasovaèe 2... 194 17.2 Režimy èítaèe/èasovaèe 2... 196 17.3 Pøíklad PROG_21 ukázka použití èítaèe/èasovaèe 2... 201 17.4 Pøíklad PROG_22 geerátor... 202 6 C pro mikrokotoléry Atmel AT89S52 A
18 DALŠÍ RYSY AT89S52... 207 18.1 PCON registr øízeí spotøeby... 208 18.2 WDT obvod Watchdog... 209 18.3 Registry AUXR a AUXR1... 210 PØÍLOHY A. Logické systémy, èíselé soustavy... 213 B. Struèý popis vývojového prostøedí µvisio 3... 219 B.1 Struèý popis jedotlivých položek abídky... 220 B.2 Ukázka možostí ladìí... 226 B.3 Kofigurace prostøedí pro pøímé øízeí vývojového kitu SDK51/USB51KIT... 229 LITERATURA... 230 PØEHLED PØÍPRAVKÙ ATMEL... 231 PLOŠNÉ SPOJE... 231 Kihy a problematiku procesorù ATMEL... 232 Prodejy techické literatury... 239 A C pro mikrokotoléry Atmel AT89S52 7
CO NAJDETE NA DOPROVODNÉM CD-ROM Doprovodé CD-ROM obsahuje všechy iformace potøebé pro sadou práci s kihou. Tyto iformace lze rozdìlit do logických celkù, které se acházejí v oddìleých adresáøích: adresáø BEN obsahuje pøehled vydaých kih a CD akladatelství BEN techická literatura (aktualizováo k poloviì bøeza 2007), jejichž souèástí je poèítaèová verze tištìého Katalogu Edièího pláu 2007 ve formátu PDF. adresáø DATASHEET obsahuje ezbytou origiálí dokumetaci ve formátu PDF. Najdete zde též samorozbalitelý archiv programu Adobe Acrobat Reader v ìkolika verzích, který slouží k prohlížeí PDF souborù. adresáø FOTO obsahuje, jak sám ázev apovídá, fotografie hotových pøípravkù. Každý byl afoce z ìkolika pohledù, aby byla lépe dokumetováa jejich možá stavba, Do shodého adresáøe jsme umístili trial verzi prohlížeèe ACDSee stažeou z Iteretu (http://www.acdsystems.com): ACDSee Classic (velikost istalaèího souboru cca 1,6 MB, miimálí požadavky Widows 95/98/Me/NT4/2000/XP, PC 486DX s 32 MB RAM, režim grafického adaptéru s 256 barvami, 4 MB volého místa a pevém disku, vhodý Iteret Explorer 4.0 ebo pozdìjší). Tip: pokud se vám fotografie zdají pøíliš tmavé, aktivujte ve vašem prohlížeèi Gamma korekci a hodotu apø. 1.50 (optimálí hodota závisí a astaveí vašeho grafického subsystému). v adresáøi KEIL je vývojové prostøedí Keil µvisio3 Release 7/2006 Keil C51 verze 8.05. Pro rychlou orietaci je zde také pøímý odkaz a výrobce a wordovský dokumet, kde je pøehled podporovaých procesorù. adresáø PROGRAMY obsahuje zdrojové i pøeložeé formy všech programù realizovaých v kize. Programy ejsou volì šiøitelé. adresáø SDK51 obsahuje oživovací a ovládací aplikaci vývojového kitu SDK51. Ovládací program je kocipová jako jedoduchá aplikace pro Widows, která si eklade extrémí ároky a možosti poèítaèe ebo procesoru. Programy ejsou volì šiøitelé. adresáø USB51KITv1.1 obsahuje ovou verzi ovládacího programu pro vývojový kit USB51KIT, který byl pøed edávem zvìøejì jako stavebí ávod [7]. Nová verze poskytuje možost vyputí verifikace a dále podporuje ovládáí z pøíkazového øádku (podobì jako v kapitole 3.7). Rovìž podporuje procesor AT89S8253. adresáø SPOJE obsahuje klišé plošých spojù všech pøípravkù popsaých v kize ve formátu TIF a avíc ve zdrojových formátech BRD a SCH programu EAGLE v. 2.61, aby si èteáøi pøípadì mohli plošé spoje upravit podle vlastích pøedstav. Nìkteré spoje jsme ještì v redakci dodateèì upravovali (úprava kritických vzdáleostí, ), takže fiálí verze je uložea pouze ve formátu TIF (je shodá s klišé otištìými v kize), Klišé ejsou volì šiøitelá. 8 C pro mikrokotoléry Atmel AT89S52 A
O KNIZE Tato kiha je vìováa programováí mikrokotroléru AT89S52 pomocí programovacího jazyka C. Programovací jazyk C poskytuje rychlý vývoj programù a evyžaduje zalost istrukèího souboru. Kiha je urèea hlavì zaèáteèíkùm. To zameá, že v í ajdete ezbytý výklad jazyka C a vlastostí mikrokotroléru AT89S52. Prakticky je používáo vývojové prostøedí µvisio3 od firmy KEIL. Všechy probíraé partie, jak z programováí v jazyce C tak z vlastostí mikrokotroléru AT89S52, jsou prokládáy pøíklady. Prví kapitola vykládá základí pojmy mikroprocesorové techiky jako je: pamì, bit, bajt, adresa, sbìrice, mikroprocesor, registr, istrukce, zásobík. Druhá kapitola uvádí základí vlastosti mikrokotroléru AT89S52. Jedá se pøedevším o popis vývodù. Tøetí kapitola popisuje stavbu levého vývojového kitu SDK51, který je urèe pro sériový port. Ètvrtá kapitola je vìováa programátorskému modelu. Popisuje rozdìleí pamì ového prostoru, pøipojeí vìjší pamìti, základí registry. Pátá kapitola pøedstavuje úvod do programovacího jazyka C51. Kapitola je urèea pøedevším tìm, kteøí dosud eprogramovali. Proto vykládá základí pojmy jako je: algoritmus, program, programovací jazyk, pøekladaè, sytax, sématika, vývojový diagram. Dále se vìuje základím datovým typùm (celá èísla, reálá èísla, zaky). Šestá kapitola vysvìtluje operátory jazyka C. V sedmé kapitole je pøedvede prví pøíklad. Nejdøíve je popsáa vitøí stavba portu, dále je uvede pøípravek AT8LED (osmice LED), je pøedvedea istalace vývojového prostøedí. V pøíkladu je ukázáo rozsvíceí LED. Osmá kapitola vysvìtluje øídicí pøíkazy jazyka C (podmíìý pøíkaz, pøíkazy cyklù, pøepíaè). S jejich pomocí lze již vytváøet složitìjší programy. Jsou uvedey pøípravky ATDIPSW2 (osmice spíaèù) a AT7SEG (7segmetovka). Pøíklady ukazují øízeí LED pomocí spíaèù, blikáí LED, použití 7segmetovky. Devátá kapitola popisuje složitìjší datové typy a fukce. Po výkladu polí je ukázáa dokoalejší variata øízeí 7segmetovky. Teto pøíklad je ještì zdokoale po sezámeím s možostmi fukcí. Dále je uvede pøípravek ATSW (pìtice tlaèítek), který je ukázá v pøíkladu ošetøeí zákmitù tlaèítek. Další pøíklad ukazuje možost zápisu údaje v dvojkové soustavì v jazyce C. Desátá kapitola je vìováa pøerušeí a pøerušovacímu systému. Po výkladu pojmu pøerušeí a vyložeí fukce jedotlivých registrù je uvede pøípravek ATI- KBD (maticová klávesice s odesíláím zaku pøes pøerušeí a sériovou liku). Následující pøíklad pak ukazuje pøíjem zaku z ATIKBD pøes pøerušeí. Jedeáctá kapitola je ukazuje možosti èítaèù/èasovaèù 0 a 1. V této kapitole je uvede pøípravek ATREPRO (piezomìiè), který je ásledì použit v pøíkladu geerováí tóu. Dále je ukázáo blikáí pomocí èasovaèe a obsluha displeje A C pro mikrokotoléry Atmel AT89S52 9
AT4SDYNR (4místý LED displej) s èasovým multiplexem. Další pøíklad používá klávesici ATIKBD pro editaci údaje a displeji AT4SDYNR. Dvaáctá kapitola se zabývá sériovým kaálem (UART). V kapitole je uvede pøípravek ATRS232+ (umožòuje pøipojeí sériového kaálu k poèítaèi). Prví pøíklad ukazuje pøíjem zaku z klávesice ATIKBD pøes sériový kaál. Druhý pøíklad ukazuje ovládáí mikrokotroléru pomocí poèítaèe. Tøiáctá kapitola ukazuje pøipojeí LCD displeje, jedá se o pøípravek ATLCD- TX2. Po popisu fukcí, pro ovládáí displeje je ukázá krátký pøíklad pro zobrazeí textu a LCD. Ètráctá kapitola vysvìtluje složitìjší pojmy programováí, jedá se o ukazatel a øetìzec. Patáctá kapitola popisuje fukci pritf, která umožòuje formátovaý výpis promìých rùzých typù. V této kapitole je uvede pøípravek ATSVORKY+ (svorkovice). Pøíklady ukazují výpis textu a LCD pomocí fukce pritf a mìøeí kmitoètu pomocí èítaèe. Šestáctá kapitola je vìováa zmožeí poètu vstupù resp. výstupù pomocí posuvých registrù. V této kapitole jsou uvedey pøípravky ATSPITST (8bitové rozšíøeí sbìrice) a ATUSIDSP (3místý LED displej ovládaý sériovou sbìricí). Pøíklady ukazují práci s tìmito pøípravky. Sedmáctá kapitola uvádí možosti èítaèe/èasovaèe 2. Pøíklady ukazují použití režimu programovatelého hodiového výstupu. Osmáctá kapitola popisuje zbývající možosti a registry mikrokotroléru AT89S52. Jedá se o režimy sížeé spotøeby a WDT. Prví pøíloha vysvìtluje vzájemé pøevody èísel mezi dvojkovou, desítkovou a šestáctkovou soustavou. Druhá pøíloha podrobìji popisuje možosti vývojového prostøedí µvisio3. Ukazuje pøedevším možosti ladìí. 10 C pro mikrokotoléry Atmel AT89S52 A