emulator DS5000 i innych mikrokontrolerów.pdf

Emulator DS5000 i innych mikrokontrolerów rodziny ‘51

P R O J E K T Y

Emulator DS5000 i innych

mikrokontrolerów

rodziny ‘51, część 1

AVT−5029

Firma Dallas

Semiconductor (USA) jest

znana z†opracowania

wielu mikrokontrolerÛw

opartych na architekturze

8051, ale znacznie

udoskonalonych

i†wyposaøonych w†rÛøne

dodatkowe funkcje uøytkowe.

W†artykule zajmiemy siÍ

uk³adami nieco starszymi. S¹

one okreúlane przez

producenta wspÛln¹ nazw¹

ìSoft microcontrollersî

i†obejmuj¹ kilka typÛw

uk³adÛw, z†ktÛrych

najprostszym jest DS5000.

Uk³ad DS 5000 by³ juø dosyÊ

dawno opisywany skrÛtowo na

³amach Elektronika Elektora oraz

Elektroniki Praktycznej, ale bez

przyk³adÛw praktycznego zastoso-

wania. Obecnie zaproponujemy ze-

staw sprzÍtowo-programowy opar-

ty w³aúnie na uk³adzie DS5000.

Rozpoczniemy od przypomnienia

niektÛrych (bo pe³ne opisy zajmu-

j¹ kilkadziesi¹t stron podrÍczni-

ka), najwaøniejszych w³aúciwoúci

tego mikrokontrolera.

SkrÛcona charakterystyka

DS5000

DS5000 jest wbudowanym

w†obudowÍ DIL40 (tylko wyøsz¹

niø typowa) kompletnym, 8-bito-

wym systemem mikroprocesoro-

wym zawieraj¹cym (schemat blo-

kowy uk³adu przedstawiono na

rys. 1 ):

- jednostkÍ centraln¹ DS5000FP,

- pamiÍÊ SRAM 8kB lub 32kB (w

zaleønoúci od wersji),

- litow¹ bateriÍ podtrzymuj¹c¹

o†trwa³oúci 10 lat,

- dodatkow¹ wewnÍtrzn¹ magist-

ralÍ dostÍpu do pamiÍci,

- w†wersji ìTî uk³adu - zegar/

kalendarz DS1215 z†dostÍpem

szeregowym.

Mikrokontroler DS5000FP jest

ca³kowicie zgodny z†mikrokontro-

lerami serii '51. Nie wymaga

dodatkowych rozkazÛw, posiada

wszystkie funkcje i†rejestry '51,

takie same s¹ rÛwnieø parametry

elektryczne linii wejúÊ i†wyjúÊ.

Poniewaø w tym mikrokontrolerze

zapewniono identyczny rozk³ad

wyprowadzeÒ jak w uk³adach serii

Rys. 1. Ogólny schemat blokowy układu DS5000 (T).

Elektronika Praktyczna 9/2001

Emulator DS5000 i innych mikrokontrolerów rodziny ‘51

Rys. 2. Mapa pamięci DS5000.

- bit blokady odczytu,

- szyfrowanie danych i†adresÛw

oparte na 40-bitowym kluczu

kodowym,

- dodatkowe puste cykle dostÍpu

do pamiÍci wstawiane losowo

pomiÍdzy cykle uøytkowe,

- dodatkowy ukryty obszar 48

bajtÛw pamiÍci RAM (Vector

RAM) s³uø¹cy do przechowania

wektorÛw przerwaÒ w†trybie

pracy szyfrowanej (uniemoøli-

wia to zlokalizowanie zaszyfro-

wanego adresu obs³ugi przerwa-

nia).

6. Mechanizm ograniczonego

czasowo dostÍpu do najwaøniej-

szych flag i†rejestrÛw (np. decy-

duj¹cych o†partycjonowaniu pa-

miÍci czy obs³udze watchdoga).

Znacznie ogranicza to moøliwoúÊ

przypadkowego prze³¹czenia opcji

istotnych dla pewnoúci dzia³ania

programu.

7. Wbudowany mechanizm ³a-

dowania kodu do NV-RAM (boot-

loader) wykorzystuj¹cy port sze-

regowy i†ca³kowicie niewidoczny

dla programu uøytkowego (nie

zajmuje øadnego obszaru pamiÍci

kodu ani danych). Aktywacja boot-

loadera nastÍpuje po odpowied-

nim ustawieniu stanu wejúÊ ( rys.

3 ) i†wys³aniu portem szeregowym

znaku #13 (CR). Podczas odbioru

CR jest teø samoczynnie rozpoz-

nawana szybkoúÊ transmisji (za-

kres dozwolonych szybkoúci zale-

øy od zastosowanego kwarcu).

Jak widaÊ, pod³¹czenia s¹ bar-

dzo proste - ³atwo je zrealizowaÊ

'51, moøemy we wszystkich pro-

jektach p³ytek stosowaÊ dotych-

czasowe rozwi¹zania uøywane

przy '51 czy wrÍcz zamieniÊ

w†uk³adzie dotychczasowy mikro-

kontroler na nowy.

Jedyne rÛønice dotycz¹ pinu

EA, na ktÛry naleøy podaÊ poziom

wysoki, aby korzystaÊ z†pamiÍci

wewnÍtrznej oraz pinu RST, ktÛry

moøna pozostawiÊ nie pod³¹czo-

ny. Zauwaømy, øe zastosowanie

dodatkowych, wewnÍtrznych ma-

gistral dostÍpu do pamiÍci nie

zajmuje portÛw P0 i†P2 przy

realizacji rozkazÛw MOVX

i†MOVC - porty te moøna swo-

bodnie wykorzystywaÊ do innych

celÛw. Pozostawiono takøe moø-

liwoúÊ pracy tradycyjnej (EA =

LOW) z†pamiÍciami zewnÍtrznymi

i†multipleksowan¹ magistral¹

opart¹ na P0 i†P2, ale praktycznie

jest to ma³o uøyteczne, bo tracimy

wiÍkszoúÊ korzyúci zwi¹zanych ze

scaleniem uk³adu.

Wbudowany SRAM jest po-

dzielony na dwie partycje: pro-

gramu i†danych (ich rozmiary

moøna swobodnie zmieniaÊ). Pod-

czas normalnej pracy partycja

programu umoøliwia tylko od-

czyt, pe³ny dostÍp mamy jedynie

do partycji danych (tak jak w†roz-

wi¹zaniach tradycyjnych). Kod

programu jest wpisywany pod-

czas procesu programowania.

ZwrÛÊmy uwagÍ, øe podtrzyma-

nie bateryjne obejmuje oczywiú-

cie obie partycje, zatem ca³y

obszar danych jest nieulotny i†nie

ma potrzeby stosowania pamiÍci

EEPROM dla sta³ego lub okreso-

wego przechowania danych.

Jak widaÊ na rys. 2 , przestrzeÒ

adresowa obejmuje ca³e 64kB ob-

s³ugiwane przez '51. Jednak w†we-

wnÍtrznej pamiÍci nieulotnej ma-

my do dyspozycji obszary ogra-

niczone:

- dla kodu programu - od adresu

0 do granicy podzia³u partycji,

- dla danych - od granicy podzia-

³u partycji do ustawionego za-

kresu (dla kostki 32kB moøna

wybraÊ zakres 8kB albo 32kB).

Adresowanie kodu programu

lub danych poza powyøszymi gra-

nicami powoduje samoczynne od-

wo³anie do pamiÍci zewnÍtrznej

przez porty P0 i†P2. DS5000FP

posiada w†porÛwnaniu z†podsta-

wowym mikrokontrolerem '51 wie-

le dodatkowych udogodnieÒ i†za-

bezpieczeÒ. Naleø¹ do nich:

1. Wbudowany uk³ad zerowa-

nia przy w³¹czaniu zasilania - nie

zachodzi koniecznoúÊ uøywania

elementÛw zewnÍtrznych.

2. Dodatkowa flaga w†rejestrze

PCON okreúlaj¹ca przyczynÍ zero-

wania (w³¹czenie zasilania, zero-

wanie programowe albo wygene-

rowane przez watchdoga) - znacz-

nie u³atwia napisanie bardziej

rozbudowanych procedur inicjali-

zacji procesora.

3. Wbudowany uk³ad watchdo-

ga.

4. Szereg zabezpieczeÒ przed

spadkiem lub zanikiem napiÍcia

zasilaj¹cego:

- dodatkowe przerwanie wywo³a-

ne spadkiem napiÍcia poniøej

okreúlonej wartoúci,

- blokada zapisu do pamiÍci przy

spadku napiÍcia zasilaj¹cego,

- rozbudowany mechanizm prze-

³¹czania podtrzymania bateryj-

nego gwarantuj¹cy eliminacjÍ

b³Ídnych operacji i†stabilnoúÊ

danych w†pamiÍci i†rejestrach.

5. Zabezpieczenia przed nieau-

toryzowanym odczytem kodu:

Rys. 3. Konfiguracja uruchomienia

boot−loadera.

Elektronika Praktyczna 9/2001

Emulator DS5000 i innych mikrokontrolerów rodziny ‘51

Rys. 4. Schemat elektryczny emulatora.

Elektronika Praktyczna 9/2001

Emulator DS5000 i innych mikrokontrolerów rodziny ‘51

w†uk³adzie docelowym, co zreszt¹

producent zaleca. Naleøy jedynie

pamiÍtaÊ o†utrzymaniu poziomu

wysokiego na P2.6 i†P2.7 (poziom

niski na tych pinach moøe byÊ

odebrany jako ø¹danie trybu pro-

gramowania rÛwnoleg³ego, ktÛry

w†uk³adzie jest takøe dostÍpny).

Prawid³owo uruchomiony boot-

loader zg³asza siÍ komunikatem

tekstowym i†oczekuje na dalsze

komendy (wysy³ane takøe teksto-

wo). Obejmuj¹ one pe³ny zakres

operacji obs³ugiwanych przez mo-

du³ (konfiguracja pamiÍci, usta-

wianie zabezpieczeÒ, ³adowanie

pliku Intel Hex, odczyty kontrol-

ne itd.). Wszelkie szczegÛ³y do-

tycz¹ce uøywania modu³u - tutaj

z†koniecznoúci pominiÍte - s¹ do-

stÍpne w†dokumentacjach na stro-

nie producenta (www.dalse-

mi.com). Powyøsze skrÛtowe omÛ-

wienie pokazuje, øe nawet dzisiaj

- przy ekspansji nowych uk³adÛw

z†pamiÍciami flash - DS5000 po-

zostaje silnym mikrokontrolerem

u³atwiaj¹cym projektowanie urz¹-

dzeÒ (zw³aszcza przeznaczonych

do niezawodnej autonomicznej

pracy).

Schemat uk³adu przedstawiono

na rys. 4 . W†zaprojektowanym

uk³adzie realizowane jest aktywa-

cja boot-loadera za pomoc¹ moø-

liwie prostych úrodkÛw. Uk³ad U1

to DS5000 lub 5000T w†podstaw-

ce DIL40. Uk³ad U2 (MAX 232)

zapewnia konwersjÍ poziomÛw na-

piÍÊ TTL<>RS232C.

Klucze analogowe 4066 (U4)

ustawiaj¹ wymagane poziomy (w

zaleønoúci od stanu linii DTR

nadrzÍdnego komputera steruj¹-

cego) i†zapewniaj¹ od³¹czenie li-

nii P2.6 oraz P2.7. Multiplekser

4052 (U3) s³uøy do prze³¹czania

linii komunikacyjnych RxD i†TxD

pomiÍdzy komputerem i†obs³ugi-

wanym urz¹dzeniem. Kaødorazo-

we w³¹czenie boot-loadera powo-

duje do³¹czenie portu szeregowe-

go do U2. Przy pracy programu

port moøe byÊ pod³¹czony do

uruchamianego urz¹dzenia albo

do U2 (w zaleønoúci od po³oøe-

nia JP1). Druga moøliwoúÊ jest

uøyteczna, jeúli nasz program ma

siÍ rÛwnieø komunikowaÊ z†w³as-

nym programem narzÍdziowym

na PC.

Od strony komputera pod³¹-

czamy siÍ przez typowe gniazdo

DB9M. Od strony urz¹dzenia

zastosowano pionowe gniazdo 40

pin z†³apkami. Moøna tam pod-

³¹czyÊ taúmÍ z†wtykiem testo-

wym DIL40 albo adapter do

89cxx51. Ca³oúÊ jest zasilana

z†uruchamianego urz¹dzenia -

naleøy zawsze dok³adnie spraw-

dziÊ po³oøenie wtyku testowego,

aby przy odwrotnej polaryzacji

napiÍcia zasilaj¹cego nie uszko-

dziÊ modu³u.

Rys. 5. Widok okna konfiguracji.

i†kompilujemy program '51 - po-

lecenie wys³ania hex zosta³o przy-

pisane do ikony (podwÛjne klik-

niÍcie) w†obszarze paska zadaÒ

Windows.

Program loader.exe nie wyma-

ga specjalnej instalacji - wystar-

czy go skopiowaÊ wraz z†towarzy-

sz¹cym ds5000.hlp do wybranego

folderu. Ewentualne skrÛty w†me-

nu start lub na pulpicie tworzymy

samodzielnie. Po jego uruchomie-

niu w†pasku zadaÒ pojawia siÍ

ikona. Prawy przycisk myszy roz-

wija niewielkie menu ( Konfigura-

cja, Pomoc, Koniec ). Pozycja

ìKonfiguracjaî otwiera dodatkowe

okno, ktÛre pokazano na rys. 5 .

Wybieramy w†nim port, szyb-

koúÊ transmisji oraz nazwÍ pliku,

ktÛry bÍdziemy przesy³aÊ (szcze-

gÛ³y w†pomocy). Wpisy konfigu-

ruj¹ce naleøy wykonaÊ kaødorazo-

wo. Zrezygnowa³em z†zapisywa-

nia tych ustawieÒ, gdyø ich wpi-

sywanie nie stanowi wielkiej nie-

dogodnoúci. Zazwyczaj bowiem

uruchamiamy program jednorazo-

wo na d³uøszy okres poúwiÍcany

pracy z†mikrokontrolerem - dwa

dodatkowe klikniÍcia mysz¹ nie

stanowi¹ øadnego problemu.

Jak widaÊ, zestaw komend jest

maksymalnie uproszczony. Jeúli

po zakoÒczeniu pisania chcemy

wykorzystaÊ dodatkowe moøliwoú-

ci (np. szyfrowanie), naleøy sko-

rzystaÊ z†oryginalnego kit.exe .

Jerzy Szczesiul, AVT

jerzy.szczesiul@ep.com.pl

Przyk³ad zastosowania

Podobnie jak dla wiÍkszoúci

bardziej z³oøonych uk³adÛw, dla

DS5000 istnieje jego dodatkowy

osprzÍt wspomagaj¹cy takøe

poznawanie i programowanie.

W†witrynie www firmy Dallas

moøna znaleüÊ bezp³atny pro-

gram obs³ugi wspomnianego po-

wyøej boot-loadera, moøna teø

zakupiÊ kit uruchomieniowy

(DS5000K). Jednak jego cena jest

dosyÊ wysoka.

Dlatego proponujemy wyko-

nanie takiego zestawu urucho-

mieniowego w†uproszczonej

wersji, o†nieco ograniczonych

moøliwoúciach. Moøe on s³uøyÊ

jako symulator zarÛwno uk³adu

DS5000(T), jak i†ca³ej serii '51

z†wewnÍtrzn¹ pamiÍci¹ programu

(8751, 89c51, czÍúciowo 89c52,

zaú po zastosowaniu dodatkowe-

go adaptera 89c1051, 2051

i†4051). Wspomnianym ogranicze-

niem jest moøliwoúÊ zastosowa-

nia pojedynczego kwarcu o†czÍs-

totliwoúci tylko 11,059MHz (op-

tymalnej z†punktu widzenia

transmisji, ale nie zawsze zgod-

nej z†potrzebami uruchamianego

urz¹dzenia).

Oprogramowanie steruj¹ce

Jak wspomniano wczeúniej,

Dallas Semiconductor udostÍpnia

bezp³atnie program kit.exe do ob-

s³ugi modu³u. Obecnie jest to

nowsza wersja, dzia³aj¹ca takøe

pod Windows 9x i†wyposaøona

w†plik pomocy. Nadal jednak jest

to aplikacja konsolowa (czyli uru-

chamiana z†linii komend w†okien-

ku DOS). Jako alternatywny, na-

pisano sterownik w wersji typowo

windowsowej. Jego zadaniem jest

uproszczenie pracy podczas uru-

chamiania urz¹dzenia. G³Ûwn¹,

czÍsto powtarzan¹ czynnoúci¹ jest

wtedy wysy³anie pliku hex do

modu³u. Aby uniezaleøniÊ siÍ od

úrodowiska, w†ktÛrym piszemy

Wzory p³ytek drukowanych w for-

macie PDF s¹ dostÍpne w Internecie

pod adresem: http://www.ep.com.pl/

?pdf/wrzesien01.htm oraz na p³ycie

CD-EP09/2001B w katalogu PCB .

Elektronika Praktyczna 9/2001

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: