8051

8051

Tyyppi:	electronics
Tekijät:	useita
Aloitettu:	2023
Tila:	version 1.0

8051 kokeilu- ja kehitysalusta

Metropoliasta saadun lahjoituksen myötä hacklabille suunniteltiin ja toteutettiin 8051 kokeilulauta.

Ohessa kuvat käyttövalmiista kurssilaudasta:

8051 Paketti

Paketti sisältää siis

1. Prosessorilaudan
2. Näyttölevyn (näyttölevy ei ole pakollinen eikä välttämätön, mutta kuuluu pakettiin)

   Prosessorilaudalla on 2x20 pinninen koirasliitin ja näyttölevyssä 2x20 pinninen naarasliitin.

   Käytännössä tämä on laajennusväylä.

   Jos haluaa rakentaa useampia laajennuksia pinottavaksi, pitää liitimet olla pitkäpinnisiä (pitkäpinnisiä ei ole).

   Pitkäpiikkiseksi väyläliittimeksi sopii esim. tämä

3. FTDI RS232-USB muuntimen (kiinakopio, näkyy toimivan). Valmis muunnin on halvempi kuin FTDI-piiri.
4. USB-A - Mini-USB johto

Komponentit, jotka eivät ole putkissa, nauhassa tai laatikoissa (MCU,RAM,573-latch,PLCC32-kanta, Näyttö, FTDI) ovat KAKSI-kerroksisessa lokerikossa.

Lokerikossa on muovipussissa valmiiksiohjelmoituja PM3 (monitori-ohjelman) rommeja PM3 tarralla ROM1-kantaan sekä blankoja testiohjelmia sisältäviä rommeja ROM2-kantaan.

Lokerikossa on myös FTDI-muuntimia.

Lokerikko kannattaa avata varovasti ja sulkea huolella. Lattialle kipatut komponentit ovat ikäviä kerätä.

Ohessa kuvat lokerikon pääli- ja pohjakerroksesta. Pohjakerroksessa ovat pääosa liittimistä.

Tietenkin tarvitaan myös piirilevyt. Samassa laatikossa tullee olemaan myös valmiiksiohjelmoitu rommi.

Kokoamisohjeita

Piirilevyssä on hyvin merkittynä sinne kuuluvat komponentit. Hacklabilla saatavilla olevista komponenteista johtuen on valittava seuraavat vaihtoehdot:

1. 7.5k vastus 10k vastusten tilalle.
2. 560R vastus 470R tilalle
3. 22pF konkat ovat itseasiassa lokerikossa 33pF, mutta sitä ei päältä huomaa. Ei vaikuta toimivuuteen.
4. R14 ja R15 (10k) tilalle kannattaa laittaa 4k7, näissä pinneissä oli kynnysjänniteongelmia.

LEDit ovat varmaankin kinkkisimmät komponentit kolvata. Ne on sivulle näyttäviä ledejä, jolloin piiirlevyn voi myös koteloida ja saada ledit näkyviin. Näitä oli tuurilla labilla yksi kela.

Jos ei ole kokemusta pintaliitoskokoonpanosta, niin ensimmäinen kurssijakso on pintaliitoksista ja levyn kokoonpanosta. Kurssilta voivat kokeneetkin saada hyviä vinkkejä.

Näyttölevy

Näyttölevyn komponentteja ei ole koottu lokerikkoon, vaan näiden keräily on jätetty komponetti-wikin ja seinälokerikoiden käytön opiskeluksi ja tutustumiseksi.

Laajennukset

Laajennuksia tullaan tekemään muutamia ja muitakin kannustetaan tekemään omia keksintöjään.

1. Ainakin on tulossa näppäimistö
2. Protosuunnittelun asteella on monitoriin Breakpoint-HW, joka voinee vaatia muutaman iteraation, jotta saadaan ajoitukset kohdalleen.
3. Ext.Ram osoitteisiin mapattua IO:ta on helppo tehdä
4. Lisätiedoissa Application Notes löytyy AN425, jossa on I2C kontrollerin PCF8584 esimerkkitoteutus koodiajureineen.

Näitä PCF8584:ia löytyy labilta. Se on toteutukseltaan niin pieni, että sen voi sisällyttää vaikka jokaiseen levyyn. Osoitteen rajaus vaatii enemmän rautaa.

Tekniset dokumentit

Tekninen materiaali löytyy Depilin github-sivuilta: https://gitlab.com/Depili/80c51

Soveltuvat lahjoituksessa saadut komponentit ovat seuraavat:

1. 74HC573D SOIC20 8-bit osoite latch

2. CAT28F010NI-12 PLCC32 eeprom

3. AS6C6264-55SCN SOP28 8kx8 SRAM

4. P80C51FA-4A PLCC44 prosessori

5. 2x16 LCD-paneeli LR4422

Ohjelmistototeutukseen on päätetty käytettäväksi Paul Stoffregen:in PAULMON2 - monitoria. Viitteenä on myös vastaava piirikaavio. Paulin sivusto on hyvinkin mielenkiintoinen: PRJC.com

74HC573,pdf

CAT28F010.pdf

AS6C6264.pdf

8051FA.pdf Datasheet

8XC53_51FX_51RX.pdf

LR4422 datasheet

paulmon2.asm

Paulmon_8051_board.pdf

LCD-koodi

Muuta materiaalia:

The 8051 Microcontroller

Application Notes

Datasheets

Software

1. asl-current.tar.gz - ASL Assembler - Linux
2. aswcurr.exe - ASL Assembler - Windows
3. sdcc-4.4.0-amd64-unknown-linux2.5.tar.bz2 - Small Device C Compiler

   lcd_ex01.c esimerkkikoodi 8051:lle, kääntäjän testaukseen

   sdccman.pdf Ohje

4. Kaikenlaista muuta

PAULMON2 - käyttöohje

Käyttöohjeet on koottu PAULMON2:n html-tiedoistoista ja lokalisoitu (viittaukset poistettu) omalla koneella käytettäväksi. Koottu HTML-dokumentti on tulostettu PDF-tiedostoksi. Käyttöohjeet sisältävät alkuperäisen ohjeistuksen, joten Hacklabin 8051-projektin muutokset eivät välttämättä (ellei niitä sinne editoida) sisälly.

PAULMON2 Docs.pdf

docs.html

Linkkejä

Open source C-kääntäjä, Windows/Linux/Mac

PCA Cookbook, hyvä yleisesitys PCA:sta

UARTin baudinopeuslaskin

8051-käskykanta käyttökelpoisessa muodossa

Rauta

J3:lla ohjataan prosessorille näkyvää muistikarttaa. Pinnit oikosuljettu=HIGH ja avoin=LOW.

Osoite	Layout HIGH		Layout LOW
	Progmem	Ext.Ram	Progmem	Ext.Ram
0000-1FFF	Rom1	Ram1	Rom2 P0	Ram1
2000-3FFF	Ram2	Ram2	Rom2 P1
4000-5FFF		IO.0	Rom2 P2	IO.0
6000-7FFF		IO.1	Rom2 P3	IO.1
8000-9FFF	Rom2 P0	Rom2 P0
A000-BFFF	Rom2 P1	Rom2 P1
C000-DFFF	Rom2 P2	Rom2 P2
E000-FFFF	Rom2 P3	Rom2 P3	Ram2	Ram2

• 2 x 128k rom; toiseen monitori (rom1), toiseen käyttäjän koodi (rom2). Näin käyttäjän koodia sisältävä rommi saadaan ohjelmallisesti kirjoitettavaksi.
• 2 x 8k ram: toinen aitoa rammia, toinen mapattuna sekä extrammiin että progmemiin, täten tänne voi kirjoittaa kokeilukoodia ilman rommiin kirjoittamista.

Dokumentit (skemat, bom, layout)

Laudan skema: 80c51_main.pdf

Laudan BOM: 80c51_main_BOM.pdf

Laudan layout: Layout 80c51_Layout.png

LCD-laajennuksen piirikaavio: LCD piirikaavio

LCD-laajennuksen layout: LCD layout

Printattava kotelo: 8051_PLasticCase.zip

Asennusohjeita

ASL-kääntäjän asennus

Asennus Windowsiin

1. Lataa ASL-asennuspaketti. Löytyy ylempää tältä sivulta kohdasta Muuta materiaalia -> Software, täältä aswcurr.zip.
2. Pakettia ei tarvitse varsinaisesti asentaa, riittää että se puretaan sopivaan hakemistoon. Tee hakemisto tätä varten haluamaasi polkuun ja pura zip sinne. Tässä esimerkissä on tehty hakemisto C:\MCS51\ASL. Itse kääntäjä on tämän jälkeen paikassa C:\MCS51\ASL\bin\asl.exe ja manuaali C:\MCS51\ASL\doc\as_EN.pdf
3. ASL sisältää joukon eri prosessoreiden include-tiedostoja, mutta ei 80C51FA:lle sopivaa. Hae tätä varten tehty tiedosto p80c51fa.inc. Lataa tämä itsellesi ja kopioi ASL:n include-hakemistoon C:\MCS51\ASL\include.

Kääntäjä on nyt asennettu.

Kääntäjän käyttö Windowsissa

Käännös muodostuu kahdesta vaiheesta:

• Kääntäjä tuottaa omaa formaattiaan olevan p-päätteisen binäärin (source.asm -> source.p)
• Jotta tämä saadaan ladattua Paulmoniin, se pitää konvertoida Intel-hex-formaattiin ohjelmalla p2hex (source.p -> source.hex)

Näiden vaiheiden ajamiseen on useita tapoja, riippuen siitä, minkälaista käännösympäristöä kukin on tottunut käyttämään. Tässä eräs yksinkertainen tapa, joka ei vaadi mitään lisäkilkkeiden (esim. make-systeemin) lataamista Windowsiin eikä ympäristömuuttujien kanssa pelaamista.

Halutaan kääntää blinky.asm. Tehdään source-koodin kanssa samaan hakemistoon make.bat, johon tulee rivit:

C:\MCS51\ASL\bin\asl -cpu 8051 -L -i C:\MCS51\ASL\include blinky.asm
C:\MCS51\ASL\bin\p2hex blinky.p

Ensimmäisellä rivillä ajetaan kääntäjä. Kääntäjälle annetaan nämä parametrit:

• -cpu 8051: kerrotaan kääntäjälle, että ollaan kääntämässä 8051:n assemblyä
• -L: pyydetään kääntäjää tuottamaan myös listaustiedosto
• -i C:\MCS51\ASL\include: kerrotaan kääntäjälle, että inc-tiedostoja kannattaa etsiä täältä

Toisella rivillä muodostetaan edellä syntyneestä blinky.p:stä blinky.hex.

Ajetaan Command prompt-ikkunassa source-koodin hakemistossa make, jolloin syntyy blinky.hex.

Tässä lyhyt koodi, jonka voi tallettaa blinky.asm:ksi ja testata edellä kuvattua prosessia.

; Blink led at P1.7 using busy-loop based delay

               INCLUDE p80c51fa.inc
 
               ORG     2000H
main_loop:
               CPL     P1.7        ; complement led at P1.7
 
              ; delay
               MOV   DPTR,#0
delay_loop: 
               INC   DPTR          ; 2
               MOV   A,DPL         ; 1
               ORL   A,DPH         ; 1
               JNZ   delay_loop    ; 2

               JMP     main_loop

Asennus Linuxiin

TODO

Asennus Maciin

TODO