Programowanie mikrokontrolerów 8051 w jezyku C - część 1

Gdy już skompletujemy nasz warsztat programistyczny i sprzętowy, pora na napisanie pierwszego programu w języku C. Najbardziej efektowne są programy, których działanie mozna odrazu zobaczyc na własne oczy. Ja zwykle, gdy zaczynam pracę z nowym mikrokontrolerm, piszę program, który zapala diode LED. W ten sposób można najszybciej przekonać się o poprawnym działaniu programu. Do mikrokontrolera należy podłączyc 8 diod LED w sposób pokazany na rysunku :

Wartości rezystorów należy dobrać odpwiednio do posiadanych diod LED. Jesli są to diody standardowe, to rezystancja rezystorów powinna mieć wartość ok. 330 Ohm. Natomiast gdy dysponujemy diodami niskopądowymi, to rezystancja rezystorów może mieć wartośc ponad 1 kOhm (należy zwrócić także uwagę na wydajność prądową portów mikrokontrolera).

Operator przypisania.
W tym podtemacie zapozamy się z najczęściej używanym operatorem - operatorem przypisania. Służy on, jak jego nazwa wskazuje, do przypisania do danej zmiennej wartości innej zmiennej, badź stałej.

// dołączenie pliku nagłówkowego // zawierajacego definicje rejestrow // wewnetrznych procesora #include <8051.h> // główna funkcja programu void main(void) { // zapisanie do portu P0 liczby 0x55 P0 = 0x55; // pusta pętla nieskonczona - zatrzymanie porgramu while(1); }

Na początku musimy dołączyć plik nagłówkowy z definicjami rejestrów procesora. Gdybyśmy tego nie zrobili, to nie moglibyśmy odwoływac się do rejestrów procesora za pomocą nazw symbolicznych, tylko przez podawanie adresu danego rejestru. Takie rozwiązanie byłoby bardzo niewygodne. Ja w naszym przykładzie dołączyłem plik 8051.h - "bezpieczny" dla większości mikrokontrolerów z rodziny 8051. W przypadku, gdybyśmy korzystali z rejestrów specyficznych dla danego mikrokontrolera, nie występujących w standartowym 8051, to musimy dołaczyć odpowiedni dla danego mikrokontrolera plik nagłówkowy. W sytuacji, gdy używamy tylko typowych rejestrów można spokojnie zastosowac plik 8051.h.

Każdy program pisany w języku C musi się składać z głównej funkcji main. Funkcja ta nie zwraca żadnej wartości ani do funkcji nie jest przekazywana żadna wartość, więc funkcję tą deklarujemy jako void main(void). Słowo void przed nazwą fukcji mówi kompilatorowi, że funkcja nie zwraca wartości, albo inaczej mówiąc, że zwracana wartośc jest typu void (pusty, brak typu). Słowo void w nawiasach okrągłych po nazwie fukcji mówi kompilatorowi, że do funkcji nie jest przekazywana żadna wartość. W zależności od tego, jaką funkcę chcemy napisac i jakie parametry ma ona przyjmować oraz jaką wartość może zwracać, deklaracja funkcji może przyjmować najróżniejsze postaci :

void funkcja(char x) - funkcja przyjmująca jeden parametr typu char (znak), niezwracająca wartości void funkcja(char x, char y) - funkca przyjmująca dwa parametry typu char, niezwracająca wartości char funkcja(void) - funkcja nieprzyjmująca żadnych parametrów, zwracająca wartość typu char

Oczywiście mozliwych kombinacji jest bardzo dużo i zależą one od tego, jakie zadania ma spełniać dana funkcja.

Gdy już mamy szkielet programu, to nalezy wpisac właściwy kod programu. W naszym pierwszym programie w zasadzie decydujące dznaczenia ma jeden wiersz programu : P0 = 0x55;. Jest to instrukcja przypisująca do portu P0 wartość 55h. Objawi się to zapaleniem co drugiej diody LED podłączonej do portu P0. Liczby w systemie szesnastowym w języku C zapisujemy właśnie w podany sposób : liczbę szesnastkową (bez znaku 'h' na końcu) nalezy poprzedzic ciągiem znaków '0x'.

Po zapisaniu do portu właściwej wartości należy zatrzymać wykonywanie programu. Najłatwiej dokonać tego wykorzystując pętlę while. Pętla ta jest wykonywana tak długo, aż jej warunek jest prawdziwy. Poniewaz w naszym programie warunek pętli jest wartością stałą, reprezentującą prawdę logiczną, to nasza pętla będzie się wykonywała bez końca.

Funkcje logiczne.
Wyzerowanie odpowiednich linii portu możemy zrealizować także w inny sposób, przez wykonanie iloczynu logicznego portu ze stałą. Przedstawia to tabela prawdy funkcji AND :

Jeśli potraktujemy zmienną A jako nasz port, a zmienną B jako maskę określającą które bity należy wyzerować, to będą nas interesować dwa ostatnie wiersze tej tabeli. Jak wynika z tabeli odpowieni bit rejestru zostanie wyzerowany, gdy odpowiadający mu bit maski będzie miał wartość 0. W przeciwnym przypadku stan bitu rejestru sie nie zmieni. Rzeczą ważną jest aby pamietać, że odpowiednie bity rejestru, na których chcemy przerowadzić iloczyn musza być w stanie 1. Kod programu realizującego zerowanie linii portu P0 za pomocą iloczynu logicznego jest przedstawiony poniżej :

// dołączenie pliku nagłówkowego // zawierajacego definicje rejestrow // wewnetrznych procesora #include <8051.h> // główna funkcja programu void main(void) { // iloczyn logiczny portu P0 ze stałą 55h P0 &= 0x55; // pusta pętla nieskonczona - zatrzymanie porgramu while(1); }

Wiekszość kodu jest taka sama jak w programie poprzednim. Wyjaśnienia wymaga jeden wiersz kodu :

P0 &= 0x55;

Jest to skrócony zapis nastepującego wyrażenia :

P0 = P0 & 0x55;

Język C umozliwia stosowanie skróconych wyrażeń, będących połączeniem operatora przypisania z operatorami arytmetycznymi, badź logicznymi. Możliwe są następujące skrócone formy zapisu wyrażeń :

Funkcja	Zapis skrócony	Zapis normalny
dodawanie	a += b	a = a + b
odejmowanie	a -= b	a = a - b
mnożenie	a *= b	a = a * b
dzielenie	a /= b	a = a / b
iloczyn logiczny	a &= b	a = a & b
suma lgiczna	a |= b	a = a | b
przesunięcie w lewo	a <<= b	a = a << b
przesunięcie w prawo	a >>= b	a = a >> b
alternatywa logiczna	a ^= b	a = a ^ b

Po zerowaniu linii portu nadszedł czas na ich ustawianie. Służy do tego funkcja logiczna OR. Tabela prawdy funkcji OR jest przedstawiona poniżej :

Tym razem interesują nasz dwa pierwsze wiersze tabeli. Wynika z nich, że aby ustawić odpowniedni bit rejestru, to odpowiadający mu bit maski musi mieć wartość 1 no i oczywiście bity do ustawienia muszą mieć wartość 0. Program przedstawiony jest poniżej :

// dołączenie pliku nagłówkowego // zawierajacego definicje rejestrow // wewnetrznych procesora #include <8051.h> // główna funkcja programu void main(void) { // ustawienie wszystkoch linii portu P0 w stan niski P0 = 0; // suma logiczna portu P0 ze stałą F0h P0 |= 0xF0; // pusta pętla nieskończona - zatrzymanie porgramu while(1); }

W naszym programie pojawił się dodatkowy wiersz kodu :

P0 = 0;

Ustawia on wszystkie linie portu P0 w stan niski. Ponieważ chcemy linie portu P0 ustawić więc muszą być w stanie niskim. Jednak zaraz po zresetowaniu procesora wszystkie pory są ustawiane w stan niski. Musimy więczaraz przed ich ustawieniem je wyzerować. Samo ustawnienie wybranuch linii w stan wysoki realizuje poniższy kod :

P0 |= 0xF0;

Ponownie zastosowałem skrócony zapis łaczący operator przypisania z operatorem sumy logicznej.