Программирование учебных задач

Начнем программирование учебных задач с написания программы, которая считывает состояние кнопки SB1 и выводит его на светодиодный индикатор VD2 так, что не нажатому состоянию кнопки (высокому уровню сигнала на входе RA4) соответствует светящееся состояние светодиода, и наоборот.

;основная программа LOOP CLRWDT;сброс сторожевого таймера CALL GET_RA;вызов подпрограммы GET_RA CALL SB1_VD2;вызов подпрограммы SB1_VD2 GOTO LOOP;переход к метке LOOP для;повторения процесса; GET_RA;подпрограмма чтения состояния;порта A MOVF PORTA,W;чтение состояния порта A в W MOVWF TEMPA;пересылка W в TEMPA RETURN;возврат из подпрограммы;SB1_VD2;подпрограмма вывода на светодиод;VD2 состояния кнопки SB1 (разряда 4;регистра TEMPA) BTFSS TEMPA,4;пропустить команду, если;TEMPA,4=1 (кнопка не нажата) GOTO P0;перейти на P0 BSF VD2;зажечь светодиод VD2P0 BTFSC TEMPA,4;пропустить команду, если;TEMPA,4=0 (кнопка нажата) GOTO P1;перейти на P1 BCF VD2;погасить светодиодP1 RETURN;

Листинг 12.2.

Основная программа содержит замкнутый цикл LOOP – GOTO LOOP, необходимый для периодического повторения цикла контроля состояния кнопки и вывода его на индикатор. Команда CLRWDT исключает влияние возможного сброса по переполнению сторожевого таймера на работу программы. Две следующие команды осуществляют вызов подпрограмм GET_RA и SB1_VD2. Первая из них (GET_RA) вначале считывает текущее состояние порта A, которое помещается в рабочий регистр W. Поскольку рабочий регистр может потребоваться при исполнении других команд, его состояние записывается в регистр TEMPA, используемый здесь для временного хранения состояния порта A. Таким образом, после возврата из подпрограммы GET_RA в разряде 4 регистра TEMPA содержится информация о состоянии кнопки SB1: «1» – не нажата, «0» – нажата.

Подпрограмма SB1_VD2 анализирует состояние разряда 4 регистра TEMPA и, в зависимости от него, зажигает или гасит светодиод. В системе команд МК PIC16F84 нет команд условного перехода, поэтому для организации проверки того или иного условия используются команды, позволяющие пропустить выполнение следующей команды программы, в зависимости от состояния определенного бита в заданном регистре (BTFSS и BTFSC). В частности, команда BTFSS TEMP,4 пропускает исполнение команды GOTO P0, если TEMP,4 = 1 (кнопка не нажата). Тем самым реализуется команда BSF VD2, которая зажигает светодиод VD2. Затем анализируется условие TEMP,4 = 0 (кнопка нажата) и, если оно имеет место, светодиод гасится.

Возможна более простая реализация заданного алгоритма, поскольку нажатое состояние кнопки исключает не нажатое (и наоборот), но представленный вариант более нагляден.

Рассмотрим более сложный вариант программы, предусматривающий зажигание светодиода VD2 только при следующем состоянии тумблеров и кнопок макета: SA1 = 1, SA2 = 1, SB1 = 1 и SB2 = 0.

;основная программа LOOP CLRWDT;сброс сторожевого таймера CALL GET_RA;вызов подпрограммы GET_RA CALL GET_RB;вызов подпрограммы GET_RB CALL ZAG_1110;вызов подпрограммы ZAG_1110 GOTO LOOP;переход к метке LOOP для;повторения процесса;GET_RB;подпрограмма чтения состояния;порта B MOVF PORTB,W;чтение состояния порта B в W MOVWF TEMPB;пересылка W в TEMPB RETURN;ZAG_1110;зажигает светодиод VD2 только при;следующем состоянии тумблеров и;кнопок макета:;SA1 = SA2 = SB1 = 1 и SB2 = 0 BTFSS TEMPA,2;пропустить команду, если GOTO P0;TEMPA,2=1 BTFSS TEMPA,3;пропустить команду, если GOTO P0;TEMPA,3=1 BTFSS TEMPA,4;пропустить команду, если GOTO P0;TEMPA,4=1 BTFSC TEMPB,0;пропустить команду, если GOTO P0;TEMPB,0=0 BSF VD2;зажечь светодиод VD2 GOTO P1P0 BCF VD2;погасить светодиод VD2P1 RETURN; INCLUDE GET_RA.ASM;

Листинг 12.3.

Подпрограммы GET_RA и GET_RB помещают в регистры TEMPA и TEMPB текущие состояния портов A и B, соответственно. Подпрограмма ZAG_1110 анализирует состояния разрядов 2,3 и 4 регистра TEMPA и разряда 0 регистра TEMPB, и при условии TEMPA,2,3,4 = 1,1,1 и TEMPB,0 = 0, зажигает светодиод VD2. При невыполнении хотя бы одного из этих условий светодиод гасится.

Использование директивы INCLUDE GET_PORTA.ASM позволяет включать уже отлаженные модули подпрограмм в текущую программу. Для того чтобы этой возможностью можно было воспользоваться, необходимо сохранять отлаженные модули в виде отдельных ассемблерных файлов.

Попробуем теперь использовать семисегментный индикатор для контроля состояния тумблеров макета. Вначале напишем программу, которая выводит на индикатор HL семисегментное изображение любого двоичного числа от 0b до 1111b в шестнадцатиричном представлении.

;основная программа LOOP CLRWDT;сброс сторожевого таймера MOVLW 0x0A;пересылка константы 0A в W CALL SEV_SEG;вызов подпрограммы SEVEN_SEG MOVWF PORTB;пересылка W в PORTB GOTO LOOP;переход к метке LOOP для;повторения процесса;SEV_SEG;подпрограмма обслуживания;семисегментного индикатора ANDLW 0x0F;маскирование 4-х младших разрядов;W и обнуление 4-х старших ADDWF PCL,F;сложение W с PCL и пересылка;результата в PCL RETLW 0x80;возврат из подпрограммы с 80 в W RETLW 0xF2;возврат из подпрограммы с F2 в W RETLW 0x48;возврат из подпрограммы с 48 в W RETLW 0x60;возврат из подпрограммы с 60 в W RETLW 0x32;возврат из подпрограммы с 32 в W RETLW 0x25;возврат из подпрограммы с 25 в W RETLW 0x04;возврат из подпрограммы с 04 в W RETLW 0xF0;возврат из подпрограммы с F0 в W RETLW 0x00;возврат из подпрограммы с 00 в W RETLW 0x20;возврат из подпрограммы с 20 в W RETLW 0x10;возврат из подпрограммы с 10 в W RETLW 0x06;возврат из подпрограммы с 06 в W RETLW 0x8C;возврат из подпрограммы с 8C в W RETLW 0x42;возврат из подпрограммы с 42 в W RETLW 0x0C;возврат из подпрограммы с 0C в W RETLW 0x1C;возврат из подпрограммы с 1C в W;

Листинг 12.4.

Программа начинает свою работу с пересылки константы 0x0A в рабочий регистр W. Затем производится вызов подпрограммы обслуживания семисегментного индикатора SEV_SEG. Работа подпрограммы SEV_SEG начинается с маскирования 4-х младших разрядов W и обнуления 4-х старших. Тем самым из анализа исключаются старшие разряды передаваемого из рабочего регистра W числа. Затем маскированное содержимое регистра W добавляется к текущему состоянию младшего байта счетчика команд PCL, и результат помещается в PCL. Таким образом, производится дополнительное смещение счетчика команд на величину, которая была передана в рабочем регистре. Например, если было W=0, то содержимое счетчика команд не изменится, и будет выполнена следующая команда RETLW 0x80, которая вызовет возврат из подпрограммы с записью 0x80 = B'1000000' в регистр W. Если, как было в при веденной программе, W=0A, то к содержимому PCL будет добавлено число 0x0A, и произойдет дополнительное смещение на 10 шагов. В результате будет выполнена команда RETLW 0x10, которая вызовет возврат из подпрограммы с записью 0x10 = B'0001000' в регистр W.

После возврата из подпрограммы производится пересылка W в PORTB и отображение его состояния на семисегментном индикаторе HL. В частности, если W = 0, то при выводе 1000000b на порт B семисегментный индикатор покажет 0, а при W = A покажет A.Таким образом, может быть отображено любое 4-разрядное двоичное число.

Метод прямого управления счетчиком команд, использованный в подпрограмме SEV_SEG, может применяться для реализации табличной конвертации чисел. При этом необходимо иметь в виду, что данный метод не позволяет конвертировать более 256 значений в одной таблице. Кроме того, программа табличной конвертации должна целиком располагаться внутри 256-байтного блока во избежание переполнения младшего байта счетчика команд.

Используя подпрограмму SEV_SEG, напишем теперь программу, которая читает состояния тумблеров SA1 и SA2 и выводит на индикатор соответствующее число.

;основная программа LOOP CLRWDT;сброс сторожевого таймера CALL GET_RA;вызов подпрограммы GET_RA RRF TEMPA,F;сдвиг вправо на один разряд;через перенос RRF TEMPA,W;сдвиг вправо на один разряд;через перенос ANDLW 0x03;маска на два младших разряда CALL SEV_SEG;вызов подпрограммы SEVEN_SEG MOVWF PORTB;пересылка W в PORTB GOTO LOOP;переход к метке LOOP для;повторения процесса; INCLUDE GET_RA.ASM INCLUDE SEV_SEG.ASM;

Листинг 12.5.

Подпрограмма GET_RA помещает в регистр TEMPA текущее состояние порта A. Таким образом, в разрядах 2 и 3 регистра TEMPA хранится текущее состояние тумблеров SA1 и SA2. Для того чтобы биты состояния тумблеров заняли позиции 0 и 1 регистра TEMPA, производится два сдвига вправо через перенос, причем результат второго сдвига помещается в регистр W. Затем накладывается маска на два младших разряда рабочего регистра и производится вызов подпрограммы SEV_SEG. После выхода из подпрограммы результат подается на порт B и отображается на индикаторе.

Рассмотрим теперь программы, работающие в реальном масштабе времени, т.е. выдающие сигналы определенной длительности и частоты следования, либо учитывающие временные параметры входных сигналов. Основным элементом таких программ является подпрограмма формирования временной задержки. Рассмотрим один из возможных вариантов такой подпрограммы с использованием программных методов формирования задержки, т.е. без применения встроенного таймера.

;основная программа MOVLW 0xL;пересылка константы H'L' в W CALL DELAY;вызов подпрограммы DELAY; DELAY;подпрограмма формирования;задержки времени MOVWF COUNT1;загрузка W в регистр COUNT1LOOPD DECFSZ COUNT1,F;декремент COUNT1 GOTO LOOPD;повторение цикла H'L' раз RETURN;возврат из подпрограммы;

Листинг 12.6.

Основная программа производит вызов подпрограммы DELAY с некоторой константой L в рабочем регистре W, определяющей число внутренних циклов подпрограммы. Подпрограмма DELAY начинает свою работу с загрузки содержимого рабочего регистра в регистр пользователя COUNT1. Команда DECFSZ COUNT1,F уменьшает на единицу содержимое регистра COUNT1 и проверяет его на равенство нулю. Нулевое состояние регистра COUNT1 приводит к выходу из цикла и возврату из подпрограммы. Для исполнения каждого внутреннего цикла требуется три машинных цикла МК (1 цикл на исполнение команды DECFSZ при ненулевом результате и 2 цикла на каждую команду GOTO). Выход из подпрограммы DELAY потребует 4-х циклов (2 цикла на исполнение команды DECFSZ при нулевом результате и 2 цикла на RETURN). Если добавить к этому еще 4 цикла, необходимых для загрузки константы в рабочий регистр, вызова подпрограммы и загрузки регистра пользователя COUNT1, то общее время исполнения подпрограммы DELAY (задержка) составит

T_D = 4 + 3*(L – 1) + 4 = 5 + 3*L циклов,

где L – константа, переданная через рабочий регистр в подпрограмму DELAY.

При тактовой частоте fosc = 2МГц время цикла равно t_ц = 2 мкс, поэтому при загрузке L = H'00' =.0 максимальный формируемый интервал времени составит 1,55 мс. Такой результат связан с тем, что команда DECFSZ сначала декрементирует содержимое регистра (H'00' – 1 = H'FF'), а затем уже анализирует результат.

Минимальный формируемый интервал времени составит при тех же условиях 5 циклов или 10 мкс. Для получения такого интервала необходимо перед вызовом подпрограммы DELAY загрузить в рабочий регистр число 0x01.

Для расширения верхней границы формируемых временных интервалов, а также с целью повышения удобства работы с подпрограммой, можно добавить в цикл LOOPD одну или несколько дополнительных команд, в качестве которых чаще всего используется команда NOP. Для примера рассмотрим подпрограмму формирования задержки времени DELAY_C

; DELAY_C;подпрограмма формирования;задержки времени (вариант C) MOVWF MOVWF COUNT1;загрузка W в регистр COUNT1LOOPD NOP;пустая команда DECFSZ COUNT1,F;декремент COUNT1 GOTO LOOPD;повторение цикла H'L' раз RETURN;возврат из подпрограммы;

Листинг 12.7.

Общее время исполнения подпрограммы DELAY_C, включая ее вызов, составит

T_D = 4 + 4*(L – 1) + 4 = 4 + 4*L циклов.

При тактовой частоте fosc = 2МГц и загрузке константы L = H'F9' =.249 формируемый интервал времени составит ровно 2 мс. Уменьшение константы на единицу уменьшает формируемый временной интервал на 8 мкс. В частности, при L =.124 образуется задержка в 1 мс.

Для формирования больших задержек времени, лежащих в диапазоне долей и единиц секунд, такой подход неудобен. В этом случае используются вложенные циклы, как показано в следующем примере.

;основная программа MOVLW 0xL;пересылка константы H'L' в W CALL DELAY_D;вызов подпрограммы DELAY_D;DELAY_D;подпрограмма формирования;большой задержки времени (вариант D) MOVWF COUNT2;загрузка W в регистр COUNT2 CLRF COUNT1;сброс содержимого регистра COUNT1LOOPD DECFSZ COUNT1,F;декремент COUNT1 GOTO LOOPD;повторение цикла 256 раз CLRWDT;сброс сторожевого таймера DECFSZ COUNT2,F;декремент COUNT2 GOTO LOOPD;повторение цикла H'L' раз RETURN;возврат из подпрограммы;

Листинг 12.8.

Время исполнения внутреннего цикла подпрограммы DELAY_D составляет 3*256 + 4 машинных циклов МК, поэтому общая задержка составит

T_D = 5 + (3*256 + 4)*L циклов.

При тактовой частоте fosc = 2МГц время цикла равно tц = 2 мкс, поэтому при загрузке L = H'00' =.0 максимальный формируемый интервал времени составит около 0,4 с.

Поскольку формируемый интервал времени достаточно велик, во внешний цикл включена команда сброса сторожевого таймера.

Интервал времени 0,4 с не совсем удобен для получения задержек времени, кратных секунде, поэтому рассмотрим еще один вариант подпрограммы формирования больших задержек времени с дополнительной командой NOP во внутреннем цикле.

;DELAY_E;подпрограмма формирования;большой задержки времени (вариант E) MOVWF COUNT2;загрузка W в регистр COUNT2 CLRF COUNT1;сброс содержимого регистра COUNT1LOOPD NOP;пустая команда DECFSZ COUNT1,F;декремент COUNT1 GOTO LOOPD;повторение цикла 256 раз CLRWDT;сброс сторожевого таймера DECFSZ COUNT2,F;декремент COUNT2 GOTO LOOPD;повторение цикла H'L' раз RETURN;возврат из подпрограммы;

Листинг 12.9.

Время исполнения внутреннего цикла подпрограммы DELAY_E составляет 4*256 + 4 машинных циклов МК, поэтому общая задержка составит

T_D = 5 + (4*256 + 4)*L циклов.

При тактовой частоте fosc = 2МГц и при загрузке L = H'F3' =.243 формируемый интервал времени составит около 0,5 с при погрешности не более 0,2%. Если необходима более высокая точность, можно вставить необходимое количество пустых операций во внешний цикл формирования задержки.

Рассмотрим далее несколько программ с использованием подпрограмм формирования задержки времени. Начнем с написания программы, которая подает звуковой сигнал на динамик BA1 при нажатии на кнопку SB1. Динамик будет звучать только в том случае, если на выход RA0 будет подан периодически изменяющийся сигнал. Для того чтобы звук был хорошо слышен, его частота должна находиться вблизи максимума слышимости человеческого уха. Выберем частоту звучания равной 1 КГц, что соответствует периоду следования импульсов сигнала 1 мс.

;основная программа LOOP CLRWDT;сброс сторожевого таймера CALL GET_RA;вызов подпрограммы GET_PORTA CALL SB1_BA1;вызов подпрограммы SB1_BA1 GOTO LOOP;переход к метке LOOP для;повторения процесса;SB1_BA1;подпрограмма подачи звука на;динамик BA1 при нажатии на кнопку;SB1 BTFSC TEMPA,4;пропустить команду, если;TEMPA,4=0 (кнопка нажата) GOTO B0;перейти на B0 BSF BA1;подача высокого уровня на RA0 MOVLW 0x3E;пересылка константы;H'3E' =.62 в W CALL DELAY_C;вызов подпрограммы DELAY_C BCF BA1;подача низкого уровня на RA0 MOVLW 0x3E;пересылка константы;H'3E' =.62 в W CALL DELAY_C;вызов подпрограммы DELAY_CB0 RETURN; INCLUDE GET_RA.ASM INCLUDE DELAY_C.ASM;

Листинг 12.10.

Как и раньше, подпрограмма GET_RA считывает текущее состояние порта A, которое затем передается в регистр TEMPA. Подпрограмма SB1_BA1 анализирует состояние разряда 4 регистра TEMPA и, в зависимости от результата, озвучивает динамик BA1 или нет. Необходимая выдержка линии RA0 в единичном и нулевом состояниях обеспечивается подпрограммой DELAY_C с параметром L = H'3E' =.62. Это соответствует времени задержки около 0,5 мс, что и дает в результате необходимую частоту следования сигнала 1 Кгц.

Рассмотрим далее программу, которая заставляет мигать светодиод VD2 при нажатии на кнопку SB1. Для того чтобы мигания были хорошо видны, выберем их частоту равной 1 Гц.

;основная программа LOOP CLRWDT;сброс сторожевого таймера CALL GET_RA;вызов подпрограммы GET_RA CALL SB1_VD2M;вызов подпрограммы;SB1_VD2M GOTO LOOP;переход к метке LOOP для;повторения процесса;SB1_VD2M;подпрограмма мигания светодиода;VD2 при нажатии на кнопку SB1 BTFSC TEMPA,4;пропустить команду, если;TEMPA,4=0 (кнопка нажата) GOTO V0;перейти на V0 BSF VD2;зажечь светодиод VD2 MOVLW 0xF3;пересылка константы;H'F3' =.243 в W CALL DELAY_E;вызов подпрограммы DELAY_E BCF VD2;погасить светодиод MOVLW 0xF3;пересылка константы;H'F3' =.243 в W CALL DELAY_E;вызов подпрограммы DELAY_EV0 BTFSS TEMPA,4;пропустить команду, если;TEMPA,4=1 (кнопка не нажата) GOTO V1;перейти на V1 BCF VD2;погасить светодиодV1 RETURN; INCLUDE GET_RA.ASM INCLUDE DELAY_E.ASM;

Листинг 12.11.

Программа работает почти так же, как и предыдущая. Первое отличие заключается в том, что светодиод принудительно гасится при не нажатой кнопке. Второе отличие заключается в величине интервала времени, который составляет здесь 0,5 с и формируется подпрограммой DELAY_E.

Подпрограммы формирования задержки времени могут быть также полезны при работе с такими внешними источниками сигналов, как тумблеры, кнопки, переключатели и т.п. Дело в том, что все механические коммутаторы имеют одно негативное свойство, известное как «дребезг» контактов, которое обусловлено механическими колебаниями контактов при их замыкании и размыкании. Длительность колебаний составляет обычно несколько миллисекунд, в течение которых на вход МК может поступать пачка импульсов вместо идеального перепада.

Аппаратные способы борьбы с «дребезгом» контактов основаны на использовании RS-триггеров, одновибраторов или триггеров Шмитта. В устройствах на основе МК подавление «дребезга» контактов обычно осуществляется программными способами, которые основаны на повторном считывании состояния линии порта через определенное время.

В качестве примера рассмотрим «бездребезговый» вариант подпрограммы чтения состояния порта A.

;GET_RAD;подпрограмма чтения состояния;порта A в регистр TEMPA;с подавлением "дребезжания"DD MOVF PORTA,W;чтение состояния порта A в W ANDLW 0x1C;наложение маски b'00011100';на неиспользуемые биты W MOVWF TEMPA;пересылка W в TEMPA CLRWDT;сброс сторожевого таймера WDT MOVLW 0x0A;пересылка константы;H'0A' =.10 в W CALL DELAY_E;вызов подпрограммы DELAY_E MOVF PORTA,W;чтение состояния порта A в W ANDLW 0x1C;наложение на W маски b'00011100' SUBWF TEMPA,W;вычитание W из TEMPA BTFSS Z;пропустить команду, если результат;нулевой GOTO DD;перейти на метку DD RETURN; INCLUDE DELAY_E.ASM;

Листинг 12.12.

Суть работы подпрограммы заключается в повторном чтении состояния порта A спустя некоторое время после предыдущего и сравнении его с прежним значением. Константа H'0A' =.10, пересылаемая в регистр W перед вызовом подпрограммы DELAY_E, обеспечивает значение задержки времени около 20 мс - этого, как правило, достаточно для завершения переходных процессов при переключении механических коммутаторов. Маскирование неиспользуемых разрядов порта повышает надежность работы подпрограммы. Сброс сторожевого таймера перед вызовом подпрограммы задержки нужен для исключения сброса МК между двумя процедурами опроса порта A.

Рассмотрим теперь работу программы, которая использует некоторые из разработанных ранее подпрограмм. Пусть целью работы программы является подсчет числа нажатий на кнопку SB1 с выводом результата на семисегментный индикатор в шестнадцатиричном коде.

;основная программа CLRF COUNT3;сброс счетчика нажатийLOOP CLRWDT;сброс сторожевого таймера CALL GET_RAD;вызов подпрограммы GET_RAD BTFSC TEMPA,4;проверка нажатия SB1 GOTO LOOP;если не нажата – возврат;на метку LOOP INCF COUNT3,F;инкремент счетчика MOVF COUNT3,W;пересылка содержимого;счетчика в рабочий регистр CALL SEV_SEG;вызов подпрограммы SEVEN_SEG MOVWF PORTB;пересылка W в PORTBTEST CALL GET_RAD;вызов подпрограммы GET_RAD BTFSS TEMPA,4;проверка нажатия SB1 GOTO TEST;если еще нажата – возврат;на метку TEST GOTO LOOP;возврат на метку LOOP; INCLUDE GET_RAD.ASM INCLUDE SEV_SEG.ASM;

Листинг 12.13.

Приведенные в главе программы не охватывают и малой доли возможностей, которые предоставляет даже такой простой макет, как изображенный на рис. 6.3. Однако их освоение, надеюсь, будет полезным для начинающих пользователей PIC-контроллеров.