Thiết kế và thi công hệ thống thực hành vi điều khiển h8 phục vụ cho môn học hệ thống nhúng

LỜI NĨI ĐẦU Đề tài “Thiết kế thi cơng hệ thống thực hành vi điều khiển H8 phục vụ cho môn học hệ thống nhúng” phát triển mở rộng dựa Starter Kit H8SX1582 hãng Renesas, sử dụng làm tài liệu để hổ trợ nghiên cứu cách lập trình ứng dụng cho mơn học hệ thống nhúng cho sinh viên hệ Đại học Đề tài bao hàm thí nghiệm động vi điều khiển H8SX1582, thí nghiệm có tóm tắt lại lý thuyết vi điều khiển Chúng xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trường Đại học Lạc Hồng lãnh đạo khoa Điện - Điện Tử tạo điều kiện thuận lợi để đề tài thực hoàn tất MỤC LỤC Trang 2 LỜI NÓI ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ THỰC HÀNH HỆ THỐNG NHÚNG TRÊN KIT RSKH8SX1582 CHƯƠNG : CÁC BÀI THÍ NGHIỆM LẬP TRÌNH NHÚNG TRÊN KIT RSKH81582 10 Bài : Biên dịch debug chương trình đơn giản 11 Bài : Khảo sát port I/O – lập trình quét led đơn 25 Bài : Xử lý ngắt 37 Bài : Khảo sát định thời 50 Bài : Sử dụng module LCD RSKH8SX1582 56 Bài : Khảo sát bàn phím ma trận 4x4 61 Bài : Thực hành tổng hợp 67 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN HỌ VI ĐIỀU KHIỂN H8 VÀ H8SX1582 76 CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH HỢP NGỮ VÀ TẬP LỆNH CỦA H8 100 CHƯƠNG 5: GIỚI THIỆU RENESAS STARTER KIT H8SX1582 117 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ THỰC HÀNH HỆ THỐNG NHÚNG TRÊN KIT RSKH8SX1582 Phần cứng hệ thống bao gồm : • Kit vi điều khiển H8SX1582 (gọi tắt kit RSK – Renesas Starter Kit) • Board mở rộng Kit RSK gắn trực tiếp board tháo để sử dụng kit RSK cho mục đích khác • GIỚI THIỆU KIT RSK Phần cứng chi tiết xem chi tiết CD Renesas Kit RSK sau gắn thêm số linh kiện Hình 1: Giao diện mặt TOP RSK Hình 2: Giao diện mặt BOTTOM RSK • HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG BOARD MỞ RỘNG Board mở rộng sử dụng nguồn cung cấp 5VDC (biến đổi từ nguồn 220VAC) Trên board có jack đưa 5VDC để cấp cho kit RSK Kit RSK gắn vào tháo dễ dàng board mở rộng • Giới thiệu giao diện • Giao diên board mở rộng – hình • Giao diện kết nối RSK board mở rộng – hình • Module ứng dụng lập trình – hình 5: động bước; led ma trận; cảm biến nhiệt; cảm biến độ ẩm; loa tín hiệu buzzer • Module bàn phím 4x4 – hình Hình : Giao diện board mở rộng Hình : Kết nối hoàn chỉnh RSK board mở rộng Hình : Các module ứng dụng Hình : Module bàn phím 4x4 • Sơ đồ mạch Hình : Giao tiếp led đơn STC… • SLEEP : Lệnh yêu cầu chế độ power-down • NOP : Khơng thực mà tăng giá trị PC lên • LDC : Nạp liệu cho ghi CCR, VBR… • STC định : Cất liệu ghi CCR, VBR vào Rd • Phương thức định địa CPU H8SX hỗ trợ 11 chế độ định địa chỉ: • Dùng trực tiếp địa ghi Rn: Giá trị toán tử lưu ghi bit, 16 bit, 32 bit định câu lệnh Chẳng hạn ghi R0L ghi bit, R1 ghi 16 bit ER2 ghi 32 bit • Dùng địa gián tiếp: địa định nội dung ghi ký hiệu @ Chẳng hạn R1 có giá trị H’2000 @R1 nghĩa đến địa nội dung ghi R1 địa H’2000 • Địa gián tiếp với độ dịch: @(d:2,ERn); @(d:16,ERn); @(d:32,ERn): Giá trị toán tử nội dung vùng nhớ đến xác định tổng ghi chứa địa (ERn) với độ dịch d có 16 bit hay 32 bit • Địa gián tiếp dùng ghi mục với độ dịch: @(d:16,RnL.B); @ (d:32,RnL.B); @(d:16,Rn.W); @(d:32,Rn.W); (d:16,ERn.L); @ (d:32,ERn.L) địa tính tổng ghi địa nhân với 1, hay với độ dịch • Dùng ghi gián tiếp với tăng sau, giảm trước, tăng trước, giảm sau @ERn+; @-ERn; @+ERn; @ERn- Nội dung ghi địa vùng nhớ toán tử lấy liệu tăng giảm trước sau thực thi Giá trị tăng 1, tùy theo truy xuất byte hay word hay longword Ví dụ: MOV.W R0,@ER0+ ER0 trước thực H’12345678 R0 H’567A Giá trị ghi 22 vào H’12345678 Sau thực thi ER0 có giá trị H’1234567A • Chỉ định trực tiếp #xx Giá trị toán tử bit #xx:8, 16 bit #xx:16 hay 32 bit #xx:32 • Địa tuyệt đối @aa:8; @aa:16, @aa:24; @aa:32 dùng để truy xuất vào vùng liệu Đối với địa tuyệt đối bit 24 bit cao định SBR Khi truy xuất vào vùng chương trình địa tuyệt đối 24 bit bit cao xem • Thanh ghi PC tương đối @(d:8,PC); (d:16,PC) dùng lệnh BCC hay BSR Giá trị toán tử địa nhánh 32 bit xác định tổng độ dịch bit hay 16 bit câu lệnh với địa 32 bit PC • PC tương ghi mục @(RnL.B,PC); @(Rn.W,PC); @ (ERn.L,PC) dùng lệnh BCC hay BSR Giá trị toán tử địa nhánh 32 bit xác định tổng địa 32 bit PC với giá trị địa định ghi nhân với • Bộ nhớ gián tiếp @@aa:8 Có thể sử dụng lệnh JMP JSR Giá trị toán tử địa rẽ nhánh giá trị vùng nhớ định trực tiếp câu lệnh • Bộ nhớ gián tiếp mở rộng @@vec:7 Có thể sử dụng lệnh JMP JSR Giá trị toán tử địa rẽ nhánh giá trị vùng nhớ nằm vị trí xác định tổng bit liệu câu lệnh với giá trị H’80 nhân với 23 Chương 5: Giới thiệu Renesas Starter Kit for H8SX1582 • Mục đích RSK cơng cụ để đánh giá VĐK Renesas với đặc tính: • Lập trình cho VĐK Renesas • Debugg chương trình người dùng • Kết nối với số linh kiện điều khiển sẵn nút nhấn, LED, biến trở • Một số ứng dụng điển hình • Kết nối với số thiết bị ngoại vi Board CPU bao gồm tất mạch cần thiết cho VĐK hoạt động • Sơ đồ khối mạch • Sơ đồ khối Hình 5.1 Sơ đồ khối RSKH8SX1582 Hình 5.2 Sơ đồ kết nối RSK với máy tính qua E8 Trong sơ đồ sử dụng: • Switch: RSK có switch RES switch dùng để reset hệ thống SW1, SW2,SW3 dùng cho ứng dụng • SW1 nối đến ngõ vào IRQ8-A (chân 52 P2.0) dùng để điều khiển Ngoài switch kết hợp với RES để đưa thiết bị vào chế độ khởi động khơng có debugger E8 • SW2 nối đến IRQ9-A (chân 59 P2.1) dùng để điều khiển • SW3 nối đến ngõ vào trigger ADC (ADTRG chân 57 P1.7) IRQ10-A (chân 60 P2.2) • LED: RSK có tất led board • Led Power màu xanh báo hiệu có nguồn cung cấp • Led BOOT màu cam để thiết bị chế độ BOOT đèn sáng Ngoài có led nối đến port I/O led sáng chân nối đến led mức thấp (tích cực múc thấp) • Led nối đến port I.0 chân 113 • Led nối đến port I.1 chân 115 • Led nối đến port I.2 chân 118 • Led nối đến port I.3 chân 12 • Chiết áp: Một chiết áp đơn nối đến chân AN0 VĐK (chân 103 P5.0) để sử dụng ngõ vào tương tự thay đổi điện áp giá trị AVCC 0v • Module LCD nối đến connector J13 Đây module có điều khiển Ks0066u sử dụng để viết code hướng dẫn LCD sử dụng giao tiếp bit khơng có điều khiển tương phản Bảng 5.1 Các chân connctor J13 J13 Pin Tên Pin H8 Pin Tên Ground 5v Only No connection DLCDRS R/W DLCDE No connection No connection No connection 10 11 DLCD4 68 12 DLCD5 13 DLCD6 66 14 DLCD7 Pin H8 51 55 67 61 Ở chân J13 nối trực tiếp để ghi liệu LCD mà không cần đọc ghi trạng thái LCD nên không kết nối với chân H8SX1582 Chân nối trực tiếp nguồn cung cấp 5v • • Mạch reset: Trên board sử dụng mạch chốt đơn giản để kết nối đến mạch chọn mode reset Đây phương pháp đơn giản để quét mode Boot mode, user mode, user boot mode Mạch reset hoạt động cách chốt trạng thái switch BOOT (SW1) nhấn nút RES Các header cung cấp dùng để mở rộng ứng dụng Sơ đồ bố trí vị trí linh kện RSK Hình 5.3 • Nguồn cung cấp Board hoạt động với ngn cung cấp 5v có diode mắc ngược để bảo vệ ngược cực tính (xem sheet 2A2) Board kết nối đến debug E8 E8 cung cấp nguồn với dòng khoảng 300mA Lưu ý board khơng có mạch bảo vệ q áp cần thận trọng jack nguồn cung cấp loại 2mm sử dụng cực + • Các mode FDT Board CPU hỗ trợ mode User Mode, User Boot Mode, Boot Mode User mode sử dụng để thực debug code người dùng Boot mode lập trình cho cho VĐK Renesas với code chương trình User Boot Mode dùng để lập trình user Mat (vùng 768Kbytes Flash ROM) Khi sử dụng E8 dubugger cung cấp kèm theo board RSK việc chuyển mode thực cách tự động Board CPU cung cấp khả chuyển mode mode User mode , Boot mode User Boot mode mạch chốt đơn giản Và có mode dùng để điều khiển board khong kết nối E8 Để vào boot mode nhân cơng nhấn giữ SW1 sau nhấn RES nhả nút đèn led BOOT sáng biêt VĐK boot mode • BOOT MODE Boot mode thiết lập board CPU hình sau Hình 5.4 Thiết lập chế độ boot Và để thiết lập boot mode qua E8 trực tiếp FDT hình sau: Hình 5.5 Cấu hình FDT boot mode • User boot mode H8SX1582 phân biệt vùng Flash user MAT (768Kbyte) user boot MAT (8Kbyte) User boot MAT khu vực riêng user MAT để giữ mà lệnh khởi động Khi vào user boot mode đoạn mã user boot MAT thực thi Để thiết lập cấu hình cho board CPU hoạt động user boot mode Hình 5.6 Cấu hình user boot mode cho board CPU • User mode: Để VĐK user mode tín hiệu reset phải kích hoạt chân chọn mode CPU (MD0 MD1) phải giữ trạng thái định Hình 5.7 Cấu hình user mode cho board CPU Hình 5.8 Cấu hình FDT cho user mode • Phương pháp lập trình Tất flash ROM VĐK lập trình VĐK boot mode Ngay boot mode chương trình boot-loader lập trình trước VĐK thực thi cố gắng kết nối máy tính Ngay thiết lập kết nối với VĐK máy tính truyền liệu chương trình đến VĐK qua port lập trình Bảng minh họa port lập trình VĐK Renesas Các chân port lập trình 10 SCI4 Net name board (xem schematic) TXD4, Pin5 PTTX RxD4, Pin PTRX SCK4, Pin PTCK • Lập trình qua port nối tiếp VĐK phải vào boot mode để lập trình port lập trình phải nối đến máy tính để download chương trình Để thực việc chuyển sang boot download chương trình phải thực trình tự sau: • Kết nối cáp nối tiếp PC board CPU • Nhấn SW BOOT giữ • Nhấn RES lần nhả • Nhả SW BOOT FDT (Flash Development Toolkit) cho phép tải chương tình trực tiếp lên board • E10A Header: E10A nằm kế bên J8 cho phép board CPU kết nối với máy tinh debug E10A E10A mạnh E8 chỗ có khả dò theo phần cứng việc hỗ trợ debug breakpoint E8 Tham khảo thêm thông tin E10A website Renesas (www.Renesas.com) • Giới thiệu phần mềm: Tham khảo thí nghiệm số Kết luận: Trên sở phần cứng RSK thực hành phần sức mạnh H8SX Để thuận tiện cho việc thực hành hệ thống nhúng sau nên đưa vào số board mở rộng cho thấy ứng dụng H8 đa dạng Kit mở rộng giúp cho giảng viên sinh viên dễ dàng nghiên cứu cách lập trình dòng vi điều khiển hiệu cao H8 tiêu thụ công suất thấp ứng dụng cơng nghiệp, thơng tin, y khoa… cho thấy dòng vi điều khiển mạnh Khi so với dòng vi điều khiển quen thuộc khác 11 12 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Michael J.Pont – University of Leicester: Programming Embedded Systems I [2] Michael J.Pont – University of Leicester: Programming Embedded Systems II [3] www.Ant7.com [4] www.Renesas.com [5] www.Picvietnam.net 13 ... sau: • Dòng H8/ 300: H8/ 3048, H8/ 330, H8/ 3297, H8/ 3001, … • Dòng H8/ 500: H8/ 500B, H8/ 500POAAC, H8/ 500XBAA, … • Dòng H8S: H8S/2000, H8S/2124, H8S/2128,… • Dòng H8SX: H8SX/1525, H8SX/1650, H8SX/1582,... LỆNH CỦA H8 100 CHƯƠNG 5: GIỚI THI U RENESAS STARTER KIT H8SX1582 117 CHƯƠNG 1: GIỚI THI U BỘ THỰC HÀNH HỆ THỐNG NHÚNG TRÊN KIT RSKH8SX1582 Phần cứng hệ thống bao gồm : • Kit vi điều khiển H8SX1582... hàng đầu giới vi điều khiển Với họ vi điều khiển hiệu cao H8 tiêu thụ cơng suất thấp ứng dụng công nghiệp, thông tin, y khoa… cho thấy dòng vi điều khiển mạnh Khi so với dòng vi điều khiển quen