powerpoint presentationcourseware.npru.ac.th/admin/files/20181009145759_8... · 8051...

2

รายวชา 6562213 ไมโครโพรเซสเซอร 1

โดย

ผชวยศาสตราจารย ธระ กาญจนสนธ

วท.ม.(ฟสกส) วท.บ.(ฟสกส)

บทเรยนออนไลน

6562213 Microprocessor 1

มหาวทยาลยราชภฏนครปฐม

ยนดตอนรบส...

คณะวทยาศาสตรและเทคโนโลย

6562213 ไมโครโพรเซสเซอร 1

จดประสงคการเรยนรของรายวชา 6562213 ไมโครโพรเซสเซอร 1

3

1) เพอใหผเรยนสามารถออกแบบและพฒนาฮารดแวรทมไมโครคอนโทรลเลอร หรอชปตระกล MCS-51เปนหนวยประมวลผล

2) เพอใหผเรยนสามารถพฒนาซอฟตแวรภาษาซ

ในการควบคมการท างานของฮารดแวรทตอวงจรรวม กบชปตระกล MCS-51

3) เพอใหผเรยนสามารถพฒนาเจตคตและมจรรยาบรรณในการคดคนและพฒนาสงประดษฐ โดยใชชปตระกลMCS-51 เปนหนวยประมวลผล


หวขอส าคญของรายวชา 6562213 ไมโครโพรเซสเซอร 1 บทท 1-6

4

บทท 1 สถาปตยกรรมไมโครโพรเซสเซอรและไมโครคอนโทรลเลอรพนฐาน

บทท 2 โครงสรางภายในของไมโครคอนโทรลเลอร

บทท 3 ชดค าส งแยกตามประเภทการใชงาน

บทท 4 ตวอยางการเขยนโปรแกรมเบองตนและโปรแกรมใชงาน

บทท 5 การออกแบบวงจรหนวยความจ าและอปกรณตอรวม

บทท 6 การประยกตใชงานไมโครคอนโทรลเลอร



6

รายวชา 6562213 ไมโครโพรเซสเซอร 1


โดยผชวยศาสตราจารยธระ กาญจนสนธ

คณะวทยาศาสตรและเทคโนโลย

มหาวทยาลยราชภฏนครปฐม

6562213 ไมโครโพรเซสเซอร 1 7

บทน า

ในบทน มเนอหาเกยวกบความแตกตางระหวาง CPU กบ MCU MCU นบเปนคอมพวเตอรในรปชปไอซ ทถกสรางขนมาเพอใชในงานควบคมทเฉพาะเจาะจง จงมชอเรยกวา computer in a single chip

ปจจบนม MCU จากบรษทผผลตทหลากหลายซงตางมสมรรถนะทรองรบความตองการของผใชงาน ในดานความเรว-ประหยดพลงงาน-ชองทางสอสาร-รองรบอปกรณรายรอบ

เทคโนโลยทกาวไปสระบบสมองกลฝงตวนบวามรากฐานทพฒนามาจาก MCU



หวขอส าคญในบทท 1

1.2ไมโครโพรเซสเซอร

VSไมโครคอนโทรลเลอร

1.3 ตระกลของไมโครคอนโทรลเลอรและความแตกตาง

1.5 การพฒนาฮารดแวรและซอฟตแวรบน MCU

1.6 สถาปตยกรรมของMCU ตระกล MCS-51

1.4 ภาษาทใช

ในการพฒนาโปรแกรมควบคม

1.1 ทบทวนบต-นบเบล-ไบต-เวรด/ MSB-LSB/ BIN2HEX



1.1 ทบทวน บต - นบเบล – ไบต – เวรด - ดบเบลเวรด

1เชน...บต (bit) คอ...ขอมลฐานสองขนาด 1 หลก 0หรอ

1001เชน...นบเบล (nibble) คอ...ขอมลฐานสองขนาด 4 หลก 0110หรอ

เชน...

ไบต (byte) คอ...ขอมลฐานสองขนาด 8 หลก

หรอ1001 1110 1011 0110

เชน...

เวรด (word) คอ...ขอมลฐานสองขนาด 16 หลก

หรอ1001 1110 1011 0110 1101 1010 1111 0010

เชน...

ดบเบลเวรด (double word) คอ...ขอมลฐานสองขนาด 32 หลก

1001 1110 1011 0110 1101 1010 1111 0010



พฒนาการของ ชปไมโครคอนโทรลเลอร (MCU)

ความเขาใจในนยามของ บต-นบเบล-ไบต-ดบเบลเวรดน าไปสความเขาใจถง...พฒนาการของ ชปไมโครคอนโทรลเลอรเพอรองรบงานนวตกรรมทอ านวยความสะดวกมากขน

ประหยดพลงงาน

รองรบการใชเครอขาย

รองรบการเชอมตอ

รองรบความนรภย

เนนคมอปกรณก าลง

รองรบระบบสมผส

ความเรวประมวลผล

ชองทางสอสาร




ทบทวน บตนยส าคญสงสด (MSB: Most Significant Bit)บตนยส าคญต าสด (LSB: Least Significant Bit)

ตวอยางขอมลฐานสองขนาด 20 บต 1001 1101 1010 0111 1110

บตสดทายซายมอสด เรยกวา MSB บตสดทายขวามอสด เรยกวา LSB




ทบทวน การอานในรปเลขฐานสบหกโดยอานเลขฐานสอง...จากขวามอไปซายมอ ทละ 4 บตชวยใหคนเราสอสารกนงายกวา การอานในรปเลขฐานสอง

ตวอยางขอมลฐานสองขนาด 20 บต

1001 1101 1010 0111 1110

อานเปนฐานสบหก จากขวาไปซาย

E7AD9

100111011010011111102 = 9 D A 7 E 16




นยามของไมโครโพรเซสเซอร (CPU)

Microprocessor (CPU)

คอ...หนวยประมวลผลกลาง หรอ CPU (Central Processing Unit)

เปน...หนวยหลกในคอมพวเตอร ท าหนาทควบคมการท างานของอปกรณ/และประมวลผลเลขคณตและตรรกะ/

มโครงสรางภายในทเก ยวของกบเรจสเตอร/บส/หนวยความจ า/ วงจรนบ/วงจรจบเวลา/ชองสอสาร

สามารถประมวลผลค าส งและค านวณขอมลดวยความเรวสง


1.2 ไมโครโพรเซสเซอร VS ไมโครคอนโทรลเลอร


Microcontroller (MCU)

คอ...คอมพวเตอรขนาดเลกเทาชปไอซ

นยมใชในงานควบคมเครองจกรกล

ภายในชปไมโครคอนโทรลเลอรมโครงสรางเหมอนคอมพวเตอร

โดยประกอบดวย 1 ) หนวยประมวลผล 2) หนวยความจ า 3) หนวยรบ/สงขอมล

ตวอยางเชน ระบบขบเคลอนของรถยนตทควบคมโดยกลอง MCU (microcontroller)

นยามของไมโครคอนโทรลเลอร (MCU)




คอ...คอมพวเตอรขนาดเลกเทาชปไอซคอ...หนวยประมวลผลกลาง

คอ...CPU คอ...CPU + memory + I/O = computer

รปซายมอ คอ CPU...CPU : Z-80

รปขวามอ คอ MCU...microcontroller : AT89C51

Microcontroller (MCU)Microprocessor (CPU)

ความแตกตาง

บทท 1 สถาปตยกรรมไมโครโพรเซสเซอรและไมโคร คอนโทรลเลอรพนฐาน



Microcontroller (MCU)

ม ROM/ RAM ภายในชป

Microprocessor (CPU)

ไมม ROM/ RAM ภายในชปมเพยง CPU ม CPU+ memory+ I/O อยในชปเดยวกน

Pentium (Intel) 8051 (Intel)PowerPC (Motorolla) 68HC08 (Motorolla)Spark (SUN) AVR (Atmel)Z80 (Zilog) Z8 (Zilog)

PIC (Microchip)ARM (Advance RISC Machine)

ตวอยาง

การใชงาน Desktop/ laptop/

workstations/ Server/TV remote control/ video games/Robot/

General Purpose Specific Purpose





Microcontroller Families

คอ...ไมโครคอนโทรลเลอร ทผลตจากหลากหลาย

บรษทผผลตชปช นน าในยโรป เอเชย และอเมรกา









ความแตกตางขนกบ market strategy plan ของบรษทผผลต




คอ...ตระกลไมโครคอนโทรลเลอร (MCU) ทบรษทผผลตท วโลกตางอางองและใชเทคโนโลยการผลต ม 4 ตระกลหลกไดแก...1) MCS-51


MCS-51: MiCrocontrollerS-51

89S5289S5189C5289C5189V51……..

PIC: Peripheral Interface Controller

PIC10FxxPIC12FxxPIC16Fxx…………

AVR: Alf and Vegard'sRISC processor

ATmega8ATmega16ATmega32(ATtiny/ ATmega/ Atxmega)

ARM: Advanced RISC Machine







เนนความปลอดภย


21

4) ARM3) AVR2) PIC

LPC2148 ARM Cortex-M0 ARM Cortex-M1ARM Cortex-M2……….ARM Cortex-M6ARM Cortex-M7

MCS-51: MiCrocontrollerS-51

89S5289S5189C5289C5189V51……..












RISC

ทมา: https://www.technobyte.org/difference-between-risc-and-cisc/

CISCReduced Instruction Set Computing Complex Instruction Set Computing

ชดค าสงขนาดเลกกวาและจ านวนนอยกวา ชดค าสงมากกวาและซบซอนกวา

มค าสงเกยวกบ addressing mode นอยกวา มค าสงเกยวกบ addressing mode มากกวา

ขนาดค าสงคงท (32 บต) ใช 1 m/c cycle ขนาดค าสงใช 2-10 m/c cycle

สมรรถนะการท างานเนนท..ซอฟตแวร สมรรถนะการท างานเนนท..ฮารดแวร

ฮารดแวรไมซบซอน ตนทนการผลตไมสง ฮารดแวรซบซอน ตนทนการผลตสงกวา

ใชพลงงานไฟฟาไมสง ใชพลงงานไฟฟาสงการท างานตอเนองอาจใชกระบวน pipelining การท างานตอเนองใช pipeliningไมได

การปรบความเรวใหสงขนใชชปจ านวนมาก การปรบความเรวใหสงขนใชชปนอยกวา

ตวอยางชป: PIC & ARM ตวอยางชป: x86 & 8051

ตวอยางการใชงาน: Smartphones, PDAs ตวอยางการใชงาน: Security systems, Home automation.





8051 Microcontroller:Bus width: 8-bit for standard coreCommunication Protocols: UART, USART,SPI,I2CSpeed: 12 Clock/instruction cycleMemory: ROM, SRAM, FLASHISA: CLSCMemory Architecture: Von Neumann architecturePower Consumption: AverageFamilies: 8051 variantsPopular Microcontrollers: AT89C51, P89v51, etc.









............ขนาดบส : 8 บต

..ชองสอสาร: UART/ USART/ SPI/ I2C

............ความเรว: 1 ค าส ง/12 clk...ชนดหนวยจ า : ROM, SRAM/Flash

..ตระกล: 8051












PIC Microcontroller:Bus width: 8/16/32-bitCommunication Protocols: PIC, UART, USART, LIN, CAN, Ethernet, SPI, I2S

Speed: 4 Clock/instruction cycleMemory: SRAM, FLASHISA: Some feature of RISCMemory Architecture: Harvard architecturePower Consumption: LowFamilies: PIC16,PIC17, PIC18, PIC24, PIC32Popular Microcontrollers: PIC18fXX8, PIC16f88X, PIC32MXX

............ขนาดบส : 8/ 16/ 32 บต

..ชองสอสาร: PIC/UART/LIN/Ethernet/SPI

............ความเรว: 1 ค าส ง/4 clk.......ชนดหนวยจ า : SRAM/Flash

..ตระกล: PIC













AVR Microcontroller:Bus width: 8/32-bitCommunication Protocols: UART, USART, SPI, I2C, (special purpose AVR support CAN, USB, Ethernet)Speed: 1 clock/ instruction cycleMemory: Flash, SRAM, EEPROMISA: RISCMemory Architecture: ModifiedPower Consumption: LowFamilies: Tiny, Atmega, Xmega, special purpose AVRPopular Microcontrollers: Atmega8, 16, 32, Arduino Community

............ขนาดบส : 8/ 32 บต

..ชองสอสาร: UART/ SPI/ I2C/ USB/ Ethernet

............ความเรว: 1 ค าส ง/1 clk.

หนวยจ า : Flash/SRAM E2PROM

..ตระกล: AVR














ARM Microcontroller:Bus width: 32-bit mostly also available in 64-bitCommunication Protocols: UART, USART, LIN, I2C, SPI, CAN, USB, Ethernet, I2S, DSP, SAI (serial audio interface), IrDASpeed: 1 clock/ instruction cycleMemory: Flash, SDRAM, EEPROMISA: RISCMemory Architecture: Modified Harvard architecturePower Consumption: LowFamilies: ARMv4,5,6,7 and seri2esPopular Microcontrollers: LPC2148, ARM Cortex-M0 to ARM Cortex-M7, etc.

...ชองสอสาร: UART/ SPI/ I2C/ USB/ IrDA

...ขนาดบส : 32 บต

............ความเรว: 1 ค าส ง/1 clk.หนวยจ า : Flash/SDRAM E2PROM




1.4 ภาษาทใชในการพฒนาโปรแกรมควบคม

คอ...สอภาษาทมนษยเรา ใชเพอสอสารรบ-สง ขอมล-ค าส ง ...ระหวางชป MCU กบอปกรณรายรอบในงานเฉพาะเจาะจง ...เชน การควบคมการตด-ดบของไฟ แสงสวาง/......การควบคมการหมน-หยดหมนของมอเตอร

......การท างานของอปกรณแบบวฎจกร เชน ไฟจราจร/ ไฟประดบ

......การท างานของอปกรณแบบมเงอนไข เชน ลฟต (elevator)

......สายพานล าเลยง (conveyor)


28


ภาษาทใชในการพฒนาโปรแกรมควบคมอปกรณ(ภาษาระดบสง-ภาษาแอสแซมบล-ภาษาเครอง) บนชปไมโครคอนโทรลเลอร

ภาษาระดบสง

ภาษาแอสแซมบล

ภาษาเครอง

ตวอยางภาษาเครอง







ตวอยางภาษาแอสแซมบล








ตวอยางภาษาซ





ข นท 5recheck

redo

ข นท 4uploadHex. FileC2Hex.complier

ข นท 3พฒนาซอฟตแวร

C-editor

ข นท 2ประกอบวงจร

circuit asseembly

33

1.5 การพฒนาฮารดแวรและซอฟตแวรบน MCU

ข นท 1ออกแบบวงจรcircuit design

Upload Hex.file

พฒนาซอฟตแวรC-editor



1.6 สถาปตยกรรมของ MCU ตระกล MCS-51

MCU กบหนวยส าคญตางๆทอยภายในชป (ตวอยางชป: AT89C51)

ROM: ทเกบโคดทพฒนาใชงาน

RAM:ทเกบขอมล register/

ชองทางตดตอกบอปกรณภายนอก: P0, P1, P2, P3

จดเชอมตอการสอสารอนกรมกบอปกรณภายนอก (serial port)

สวนสรางฐานเวลาเพอการนบและการจบเวลา

สวนควบคมบสขอมล บสต าแหนง และบสควบคม

สวนควบคมการขดจงหวะ

สวนก าเนดความถในการท างาน

ALU + CU



เมอจบบทเรยนนแลว... นกศกษาควรมสมรรถนะดงน

1.2 บอกความแตกตางระหวางCPU vs MCU

1.3 อธบายความแตกตาง

RISC vs CISCและสามารถระบ

MCU 4 ตระกลหลก

1.5 ระบขนตอนการพฒนาฮารดแวร-ซอฟตแวร บน MCU

1.6 บอกองคประกอบหลกในสถาปตยกรรมของMCU ตระกล MCS-51

1.4 อธบายความแตกตางของภาษาทใชในการพฒนาโปรแกรมควบคม

1.1 มความเขาใจ..บต-นบเบล-ไบต-เวรด/ MSB-LSB/ BIN2HEX


powerpoint presentationcourseware.npru.ac.th/admin/files/20181009145759_8... · 8051...

Documents