bab 2 binaan dalaman pengawal mikro · pdf filemodulation untuk kawalan pergerakan motor)....

BAB 2 BINAAN DALAMAN PENGAWAL MIKRO

2.1 PENGENALAN

Pengawal Mikro (MC) merupakan sebuah chip yang mengandungi bahagian-bahagian asas

yang penting untuk beroperasi/pengawalan. Bahagian-bahagian ini ialah CPU, ROM,

RAM, port-port I/O dan timer/counter.

Kadang-kadang kita juga boleh menjumpai litar-litar elektronik lain pada sesetengah MC

seperti litar penukar Digital-Analog, penukar Analog-Digital dan PWM (Pulse Width

Modulation untuk kawalan pergerakan motor).

Kini terdapat beberapa syarikat yang terkenal dengan pengeluaran MC seperti Motorola

(MC 68HC11), Microchip (Series PIC14/16/18XX) dan INTEL (ATMEL 89C/S51).

Prepared by Tan KL 2-1

2.2 Keluarga MCS51 Keluaran INTEL

Keluarga MCS51 keluaran Intel ini merupakan MC berbit 8 (8-bit MC) di mana ia boleh

menjalankan kerja pemprosesan sebanyak 8 bit dalam satu masa.

Untuk MC ini, ia dilengkapi dengan ciri-ciri berikut padanya:

i. RO

ii. RA

iii. Ti

iv. Pin

v. Se

Prepared by Tan K

Feature 8051 8052 8031 ROM (program space in bytes) 4K 8K 0K RAM (bytes) 128 256 128 Timers 2 3 2 I/O pins 32 32 32 Serial port 1 1 1

M – Ia merupakan ingatan di mana aturcara yang ditulis disimpan di situ.

- Bagi MC AT89c/s51 yang kita guna, ROMnya adalah jenis flash, bererti

kandungannya boleh ditulis dan dipadam dengan senang dengan menggunakan

programmer.

M – Ia merupakan ingatan sementara di mana kandungan pada ROM akan

dipindahkan ke ingatan ini apabila MC dihidupkan untuk beroperasi.

mer – Ia merupakan komponen di mana ia boleh diprogramkan untuk tujuan

pemasaan, yakni menghasilkan denyutan-denyutan untuk tujuan pengiraan

masa.

I/O – Ia merupakan pin-pin input/output di mana ia membolehkan MC berhubung

dengan dunia luar dan ini akan menjadikan MC lebih berguna lagi.

rial Port – Port ini membolehkan penghantaraan data antara 2 komputer diadakan

jika diperlukan.

- Penghantaran data jenis siri boleh dijalankan dengan menggunakan

port ini.

L 2-2

2.3 Konfigurasi Pin

1234567891011121314151617181920

4039383736353433323130292827262524232221

P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST

(RXD)P3.0(TXD)P3.1

(T0)P3.4(T1)P3.5

XTAL2XTAL1

GND

(INT0)P3.2(INT1)P3.3

(RD)P3.7(WR)P3.6

VccP0.0(AD0)P0.1(AD1)P0.2(AD2)P0.3(AD3)P0.4(AD4)P0.5(AD5)P0.6(AD6)P0.7(AD7)EA/VPPALE/PROGPSENP2.7(A15)P2.6(A14)P2.5(A13)P2.4(A12)P2.3(A11)P2.2(A10)P2.1(A9)P2.0(A8)

8051(8031)

1234567891011121314151617181920

4039383736353433323130292827262524232221

P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST

(RXD)P3.0(TXD)P3.1

(T0)P3.4(T1)P3.5

XTAL2XTAL1

GND

(INT0)P3.2(INT0)P3.2(INT1)P3.3(INT1)P3.3

(RD)P3.7(RD)P3.7(WR)P3.6(WR)P3.6

VccP0.0(AD0)P0.1(AD1)P0.2(AD2)P0.3(AD3)P0.4(AD4)P0.5(AD5)P0.6(AD6)P0.7(AD7)EA/VPPEA/VPPALE/PROGALE/PROGPSENPSENP2.7(A15)P2.6(A14)P2.5(A13)P2.4(A12)P2.3(A11)P2.2(A10)P2.1(A9)P2.0(A8)

8051(8031)

Pin 1 – 8 Port 1 (mempunyai 8 pin di mana setiap satu boleh dijadikan input atau output)

Pin 9 Pin untuk reset (MC akan diresetkan bila pin ini dibekal dengan logik ”1” - +5V)

Pin 10 -17 Port 3 (mempunyai 8 pin di mana setiap satu boleh dijadikan input atau output)

Fungsi Lain

Pin 10 Untuk komunikasi jenis siri (sebagai pin penerimaan data - Rx)

Pin 11 Untuk komunikasi jenis siri (sebagai pin penghantaran data - Tx)

Pin 12 INT0 (untuk sampukan luar)

Pin 13 INT1 (untuk sampukan luar)

Pin 14 T0 – Timer 0

Pin 15 T1 – Timer 1

Pin 16 WR – tulis kepada RAM tambahan (di luar MC)

Pin 17 RD –baca dari RAM tambahan (di luar MC)

Pin 18 – 19 Terminal untuk memasang Krystal/pengayun untuk penjanaan denyutan klok

Pin 20 Pin untuk bumi

Pin 21 - 28 Port 2

Fungsi Lain

Sebagai Bas Alamat (Byte atas : A8 – A15)

Prepared by Tan KL 2-3Pin 29 PSEN – untuk membaca ROM tambahan (di luar MC)

Pin 30 ALE - Address Latch Enable (digunakan bila berantara-muka dengan RAM

atau ROM tambahan)

Fungsi Lain

VPP – untuk memprogram ingatan Flash ROM di dalam MC

Pin 31 EA – jika ROM tambahan digunakan, pin ini dikehendaki sambung ke bumi.

Jika tiada ROM tambahan, pin ini disambung ke VCC.

Pin 32 – 39 Port 0 (mempunyai 8 pin di mana setiap satu boleh dijadikan input atau

output. Satu perintang Pull-up dikehendaki sambung pada port ini bila ia

digunakan sebagai output)

Fungsi Lain

sebagai byte rendah Bas Alamat (A0 – A7) dan Bas Data (D0 – D7)

Pin 40 Bekalan kuasa,VCC +5V

2.3.1 Struktur Port I/O

Port O (P0 0 – P0.7).


Bas Dalaman 8051

D Q Port

Latch

Write to latch

Read Pin

Flip-flop D

Read latch

Pin Port

Nota Tambahan: Jadual Kebenaran Flip-flop D

A Klok Q 0 0 1 1

Port 0 mempunyai dua fungsi iaitu sebagai 8-bit dwi-arah port I/O (input/output) dan

byte rendah Bas Alamat dan Bas Data

Bila ia digunakan sebagai Port I/O, ia boleh disambung dengan 8 biji get LS TTL apabila

berlogik rendah (“0”) dan berkeadaan tidak menentu (float) bila berlogik tinggi “1”.

Oleh itu sebuah perintang Pull-up dikehendaki sambung pada litar (seperti pin port 1)

apabila ia digunakan sebagai port Output.


. Port 1 (P1 0 – P1.7)

Bas Dalaman 8051

D Q Port

Latch

Write to latch

Pin Port

Read latch

VCC Perintang Pull-UP dalaman

“0”

“1”

OFF

O/P = “1”

ON O/P = “0”

“0”

“1” Flip-flop D

“0”

“1”

“0”

“1”

Port 1 merupakan 8-bit dwi-arah port I/O dan boleh disambung dengan 4 biji get LS

TTL padanya.

Di dalamnya telah dilengkapi dengan perintang Pull-up supaya keadaan tidak menentu

(floating) tidak berlaku apabila ia digunakan sebagai port output.

Port 2 & Port 3 (P2.0 – P2.7 & P3.0 –P3 7).

Bas Dalaman 8051

D Q Port

Latch

Write to latch

Read latch

Fungsi lain

VCC Perintang Pull-UP dalaman

Flip-flop D Pin

Port

Port 2 & Port 3 mempunyai dua fungsi iaitu sebagai Port Input/Output atau sebagai byte

rendah Bas Alamat (A0 – A7 bagi port 2) dan sebagai pin-pin untuk komunikasi/

sampukan/timer (rujuk nota sebelum ini)

2.3.2 Sambungan Asas Untuk Menghidupkan MC 8051

Tiga litar penting yang dikehendaki untuk mengoperasikan MC 8051 seperti di bawah: i. Litar Bekalan Kuasa VCC (+5V)

Litar ini disambungkan untuk menghidupkan litar keseluruhan MC.

Ia menggunakan IC LM7805 sebagai pengatur voltan untuk mendapatkan voltan 5V

daripada voltan masukan 9 – 15V. Dua biji kapasitor dipasang bertujuan untuk

menghapuskan isyarat hingar (noise) dan seterusnya melicinkan voltan keluaran 5V

LM7805

IN OUT GND

0.1uF 0.1uF

40

MC 8051

20

+9 – 15v

ii. Litar Pengayun

Litar ini disambungkan untuk menghasilkan isyarat bentuk sinus yang akan ditukar

kepada bentuk isyarat empat segi

Ia bagaikan tangki minyak kereta yang bertujuan untuk membekalkan minyak kepada

enjin kereta untuk menghidupkan kereta

C2 - 30pF

C1- 30pF

XTAL2 –Pin 18

XTAL1 –Pin 19

GND –Pin 20



iii. Litar RESET (Pin 9)

Litar ini diperlukan untuk mereset (memaksa MC balik ke suruhan pertama semula)

keseluruhan litar MC.

MC memerlukan logik ”1” (+5V) untuk melakukan operasi reset ini.

Apabila MC mula-mula diONkan, MC akan dibekal logik ”1” pada pin 9 ini untuk

meresetkan litar keseluruhan MC. Pada masa yang sama, kapasitor (C) akan dicaskan

sehingga penuh.

Apabila kapasitor penuh dicaskan, ia akan menghalang pengaliran arus ke pin 9 lagi dan

MC akan menghentikan operasi reset. Keadaan pada pin 9 pada masa ini adalah berlogik

rendah (”0”). Maka MC bersedia beroperasi.

Apabila suis (SW) ditekan, arus akan dibekal kepada pin 9 daripada bekalan 5V dan pin 9

ini akan mendapat logik ”1”. Maka keadaan reset berlaku semula. Kapasitor (C) pada masa

itu berada dalam keadaan nyahcas.

Keadaan berulang bila suis itu dilepaskan dalam keadaan tidak ditekan. (kapasitor dicas

semula)

Perintang (R) digunakan dalam litar ini adalah bertujuan susutan voltan pada 5V (logik ”1”) pada pin 9

RESET –Pin 9

C – 4.7uF SW

R – 10K

+5V

MC 8051

RESET –Pin 9

C SW

R

+5V

MC 8051

Kapasitor dalam keadaan menyahcas pada keadaan suis ditekan

RESET –Pin 9

C SW

R

+5V

MC 8051

Ka s

logik “0”

pasitor dalam keadaan penuh dicapada keadaan tepu

logik “1”

RESET –Pin 9

C SW

R

+5V

MC 8051

logik “1”

Kapasitor dalam keadaan mengecas pada keadaan awal

2.4 Ruang Alamat (Address Spaces) Pada MC 8051

Ruang alamat MC 8051 dapat dibahagikan kepada 4 bahagian iaitu:

i. Ingatan Data Dalaman – IDM (Internal Data Memory –RAM Dalaman)

ii. Ingatan Data Luaran – EDM (External Data Memory – RAM Luaran)

iii. Ingatan Kod Dalaman – ICM (Internal Code Memory – ROM Dalaman)

iv. Ingatan Kod Luaran – ECM (External Code Memory – ROM Luaran)


MC 8051

CPU

INTERNAL CODE

MEMORY (4K)

ROM/EPROM

0FFFH 0000H

INTERNAL DATA

MEMORY (128 BYTE)

INTERNAL DATA

MEMORY (128 BYTE)

FFH 7FH 00H

SFRs RAM

EXTERNAL DATA

MEMORY (64K) RAM

0FFFH 0000H

EXTERNAL CODE

MEMORY (64K)

ROM/EPROM

0FFFH 0000H

MOVC

MOVX

MC 8051 membenarkan penyambungan ingatan tambahan di luarnya dan kapasitinya

adalah 64K byte untuk Ingatan Data Luaran (RAM) dan 64K byte juga untuk Ingatan

Kod Luaran (ROM/EPROM). Ini adalah satu kemudahan untuk mana-mana aturcara yang

sangat panjang yang tidak muat pada ingatan yang telah disediakan (128 byte untuk

RAM dalaman dan 4K byte untuk ROM/EPROM dalaman seperti yang ditunjukkan).

2.4.1 Ruang Alamat Bagi Ingatan Data Dalaman (128 Byte Internal Data Memory-

RAM)

Contoh: Bit ini boleh dicapai bila dirujuk sebagai 08H

**Arahan MOV A, 08H libatkan kesemua 8 bit (B0 – B7) pada alamat 08H (R0 di Bank 1) manakala SETB 08H hanya melibatkan bit tunggal sahaja iaitu pada bit 21.0H.



MCS51 mempunyai 128 byte bagi ruangan alamat RAM dalamannya dan ia boleh dibahagi kepada 4 bahagian yang penting iaitu:

i. 4 set register bank di mana setiap bank mempunyai 8 biji register (daftar). Oleh

itu jumlah register adalah 32 biji. Ruang alamatnya adalah dari 00H hingga 18H.

Kita biasa menggunakan register pada bank 0 untuk subroutine lengah masa.

ii. 128 bit ruangan alamat di mana boleh dicapai bit demi bit. Ia bermula dengan

ruang alamat dari 20H hingga 2FH dan biasa digunakan untuk set/reset bitnya.

Contoh: SETB 08H Bit pada 08H menyimpan logik “1” padanya.

iii. 80 lokasi (dari 30H hingga 7FH) adalah penggunaan am. Biasanya digunakan untuk

tujuan operasi Stack.

iv. Bahagian keempat ialah Special Function Register (SFRs) yang berada pada ruang

alamat 80H hingga FFH. Setiap alamat mempunyai 1 byte. Contoh alamat yang

biasa digunakan ialah 80H (Port 0), 90H (Port 1), A0H (Port 2), B0H (Port 3) dan

D0H (PSW – Program Status Word).

2.4.2 Program Status Word (PSW)

PSW merupakan sebuah SFR yang terletak pada alamat D0H.

Setiap bitnya boleh dicapai bit demi bit.

PSW ini mengandungi maklumat-maklumat penting selepas operasi aritmetik. Ia

memberitahu kita mengenai penghasilan pembawa (Carry), Auxiliary Carry, bit limpah

atau jenis pariti (genap atau ganjil) selepas suatu operasi aritmetik. Maklumat-maklumat

ini penting untuk penghasilan aturcara yang berkualiti dan juga untuk pemeriksaan

kesalahan semasa penghantaran data.

Bit Alamat Bagi PSW

Symbol Address Function CY D0H.7 Carry Flag AC D0H.6 Auxiliary Carry Flag F0 D0H.5 General-Purpose Flag RS1 D0H.4 Register Bank Select (MSB) RS0 D0H.3 Register Bank Select (LSB) OV D0H.2 Overflow Flag - D0H.1 User-definable Flag P D0H.0 Parity Flag


Contoh: 6 B16 0110 10112

+ A F16 + 1010 11112

1 1 A16 1 0001 10102

Cara Set dan Reset bit pada kawasan Bit addressable memory

AC CY F0 P RS1 RS0 OV PSW bit0 bit1 Bit2 Bit3 Bit4 Bit5 Bit6 Bit7

Carry, C = 1 Auxiliary Carry, AC = 1

Jumlah bilangan “1” = ganjil, Pariti, P = 1

Overflow, OV = 0

2)

07 06 05 04 03 02 01 00

78 70 68 60 58 50 48 40

38

30

28

20

18

10

08 0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08

17 16 15 14 13 12 11 10

3)

Contoh: SETB 0BH Bit pada 21.3 disetkan iaitu logik “1” pada bit itu

CLR 76H Bit pada2E.6 diresetkan iaitu logik “0” pada bit itu

SETB 39H Bit pada 27.1 disetkan iaitu logik “1” pada bit itu

CLR 1FH Bit pada 23.7 diresetkan iaitu logik “0” pada bit itu

Cara memilih register pada Bank register tertentu

Contoh: SETB PSW.4 ; Bank2 dipilih

MOV R0, #99H ; Lokasi RAM 10H mempunyai data 99H

MOV R1, #85 ; Lokasi RAM 11H mempunyai data 85H

**SETB PSW.4 boleh diganti dengan MOV PSW, #10H, hasil adalah sama

AC CY F0 P RS1 RS0 -

bit0 bit1 Bit2 Bit3 Bit4 Bit5 Bit6

0 0 Bank0 00H – 07H 0 1 Bank1 08H – 0FH 1 0 Bank2 10H – 17H 1 1 Bank3 18H – 1FH

Bit7

OV PSW

Latihan: a. Senaraikan bahagian-bahagian penting yang terdapat pada satu pengawal mikro (MC).

b. Lukiskan gambarajah blok bagi satu pengawal mikro.

c. Terangkan secara ringkas fungsi-fungsi komponen berikut yang terdapat pada sebuah MC.

i. ROM ii. RAM iii. TIMER

iv. Pin Input/Output v. Port Serial



d. Lakarkan struktur-struktur bagi pin Input/Output bagi Port 0 dan Port 1. Nyatakan

perbezaannya?

e. Nyatakan 3 litar asas yang perlu disambung untuk menghidupkan sebuah MC. Lukiskan

litar-litar tersebut.

f. i. Nyatakan bahagian-bahagian ruang alamat pada Ingatan Data Dalaman MC 8051 dan

bezakan fungsi-fungsi setiap satu.

ii. Lakarkan gambarajah blok bagi ruang alamat yang terdapat pada MCS 51.

g. Tentukan keadaan bit Carry (C), Auxiliary Carry (AC) dan Pariti (P) dan Overflow (OV) bagi

masalah berikut:

i. 9 F16 ii. B E16 iii. F F16

+ 1 116 + A 316 + 0 116

h. Nyatakan kandungan PSW untuk mencapai daftar (register) di Bank 2.

i. Berdasarkan aturcara di bawah:

SETB PSW.3 MOV A, #99H MOV R3, #85H ANL A, R3 i. Bank mana dalam RAM digunakan?

ii. Tunjukkan proses setiap arahan yang dilaksanakan.

iii. Nyatakan nilai akhir Accumulator.

j. Berdasarkan aturcara di bawah:

SETB PSW.3 SETB PSW.4 MOV A, #0AFH MOV R5, #7DH ORL A, R5


i. Bank mana dalam RAM digunakan?



k. Berdasarkan aturcara di bawah:

MOV PSW, #90H MOV A, #0FH MOV R0, #ADH ADD A, R0 i. Bank mana dalam RAM digunakan?



g. Nyatakan nama/kedudukan bagi alamat RAM dalaman berikut:

i. 0FH ii. 17H ii. B0H iv. SETB 3BH v. E0H

vi. 90H vii. 16H viii. 82H ix. CLR 0DH x. D0H

xi. 81H xii. SETB 5AH xiii. CLR 3FH xiv. CLR 31H xv. 1BH

h. Nyatakan lokasi alamat bagi nama daftar berikut:

i. Port 3 ii. Stack Point (SP) iii. Port 1 iv. 21.7H

v. 2A.2H vi. R4 di bank 2 vii. Timer Mode (TMOD)

viii. Data Pointer (L) ix. Port 0 x. 27.1H xi. R0 di bank 3

xii. Timer (high 1) xiii. Program Status Word xiv. Port 2

xv. R6 di bank 0 xvi. 2B.2H xvii. Daftar B

bab 2 binaan dalaman pengawal mikro · pdf filemodulation untuk kawalan pergerakan motor)....

Documents