Laboraufgabenblatt 2 - Beuth Hochschule für Technik Berlin

Beuth Hochschule Berlin
FB VI, Labor für Digitaltechnik
MOP: Laborübung 2
Abnahme (bitte vom Betreuer per Unterschrift bestätigen lassen)
Aufgabe 1 Aufgabe 2 Aufgabe 3 Aufgabe 4 Aufgabe 5
Hinweise zum Labortermin 2
Von jeder Gruppe ist pro Laborübung ein Laborbericht anzufertigen und pünktlich
zu Beginn des nächsten Labortermins abzugeben. Die Laborberichte müssen alle
im jeweiligen Übungsblatt aufgeführten Fragen behandeln. Erfassen und
kommentieren Sie zudem alle Beobachtungen und Ergebnisse. Achten Sie bei
Rechenaufgaben darauf, den Lösungweg kenntlich zu machen.
Zusätzlich zur Abgabe des Berichts findet nach Fertigstellung der Aufgabe eine
persönliche Rücksprache zur durchgeführten Übung mit beiden
Gruppenmitgliedern statt. Lassen Sie sich dazu Ihre Anwesenheit, sowie die
erfolgreiche praktische Abnahme auf dem jeweils aktuellen Aufgabenblatt
quittieren. Drucken Sie dieses dazu aus und heften Sie es als Deckblatt zu Ihrem
Laborbericht.
Machen Sie sich mit der Befehlsliste für den Mikrocontroller 8051 vertraut. Diese
stellt die Grundlage dieser und aller folgenden Laborübungen dar. Für alle
Programmentwurfsaufgaben ist folgender Ablauf einzuhalten:
1. Schritt: Erfassung und Analyse des Problems bzw. der zu lösenden Aufgabe
2. Schritt: Formulierung eines geeigneten Lösungsweges (= Algorithmus)
3. Schritt: Umsetzung des Algorithmus in ein Struktogramm oder Flussdiagramm
(Programmablaufplan)
4. Schritt: Programmierung des Codes in Assemblersprache mit den
entsprechenden Mnemonics mit Hilfe eines geeigneten Editors
(entweder EdSim51 oder Notepad++ (beherrscht ASM-Syntax))
5. Schritt: Ausführen und Testen des Programms in EdSim51
6. Schritt: meist Fehlersuche (= Debugging), iterativ ab Schritt 4...
Achten Sie beim Schreiben darauf, dass Sie nur ASCII-Text ohne Formatierung und
Sonderzeichen erzeugen. Ansonsten gibt es Fehlermeldungen.
Und nun gutes Gelingen!
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30.10.2013 Prof. Dr. Sven-Hendrik Voß

Aufgaben
1. Kontrollfragen
a. Worin bestehen die grundlegenden Unterschiede zwischen Mikroprozessoren
und Mikrocontrollern? Nennen Sie jeweils ein Einsatzbeispiel.
______________________________________________________________
______________________________________________________________
b. Was sind Gemeinsamkeiten, was potentielle Unterschiede innerhalb
sogenannter Prozessorfamilien?
______________________________________________________________
______________________________________________________________
c. Sie haben im Unterricht die verschiedenen Adressierungsarten kennengelernt.
Nennen Sie Vorteile der indirekten Adressierung.
______________________________________________________________
______________________________________________________________
2. Der Akkumulator (A) nimmt beim 8051 eine zentrale Stellung ein. Sämtliche
Berechnungen und Datentransfers benutzen den Akkumulator. Für arithmetische
oder logische Operationen muss einer der Operanden im Akkumulator
bereitgestellt werden. Das Ergebnis wird wiederum im Akkumulator abgelegt.
Speziell für die Multiplikation und die Division existiert der Hilfsakkumulator (B).
Der 8051 Mikrocontroller führe nun folgende Assembler-Befehle aus.
Akkumulator- (A) und Hilfsakkumulator (B-Register) seien zu Beginn 0.
MOV A,#55 ;__________________________________
ADD A,#7 ;__________________________________
A=0___h B=0___h
A=0___h B=0___h
MOV B,A ;__________________________________ A=0___h B=0___h
MOV A,#78 ;__________________________________
A=0___h B=0___h
MUL AB ;__________________________________ A=0___h B=0___h
a. Kommentieren Sie jede Befehlszeile mit der Funktionsbeschreibung und geben
Sie jeweils an, welchen Wert Akkumulator und B-Register nach der
Befehlsausführung besitzen. Nutzen Sie dazu auch die Befehlsliste für den
Mikrocontroller 8051.
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. Welche mathematische Berechnung wird ausgeführt? (mathematischer Term)
______________________________________________________________
c. Welche Assemblerbefehle müssen ausgeführt werden, um folgenden Ausdruck
zu berechnen (Rx sind Register)?
R4 = R3 / [ (R0 - R1) * R2 ]
Nutzen Sie wiederum die Befehlsliste des 8051 als Referenz und orientieren
Sie sich an der Vorgehensweise der Aufgabe 2. Kommentieren Sie jeweils die
Funktion jedes Befehls. Zur Vereinfachung wird angenommen, dass das
Produkt kleiner als 256 ist.
______________ ; _________________________________
______________ ; _________________________________
______________ ; _________________________________
______________ ; _________________________________
______________ ; _________________________________
______________ ; _________________________________
______________ ; _________________________________
______________ ; _________________________________
3. Die folgenden Hexadezimalzahlen sollen addiert werden: 96h und 5Dh.
a. Wandeln Sie die Hexadezimalzahlen in Dualzahlen um.
b. Führen Sie die Addition schriftlich binär aus.
c. Berechnen Sie, ob ein Carry (Übertrag?), Hilfs-Carry (auch Auxiliary Carry, d.h.
Übertrag im unteren Halbbyte?) oder ein Overflow (Überlauf) bei dieser
Rechenoperation eintritt.
d. Geben Sie zu der obengenannten Addition die zur Ausführung in
Assemblersyntax notwendigen Instruktionen an. Orientieren Sie sich dafür
wieder an der Befehlsliste für den Mikrocontroller 8051. (Erinnerung: Der 8051
ist eine Akkumulatormaschine)
e. Führen Sie das unter 3 d) erstellte Programm in EdSim51 aus. Carry Flag,
Auxiliary Carry Flag und Overflow Flag sind Bestandteil des Program Status
Word (PSW) Registers. In diesem Register sind mehrere Kennzeichnungsbits
zusammengefaßt, die Auskunft über den Zustand der CPU oder das Ergebnis
einer Operation geben. Verrsuchen Sie, die Werte im PSW in der Simulation
nachzuvollziehen. Lassen Sie sich die Vorführung abzeichnen.
f. Wandeln Sie die Zahlen und das Ergebnis in Dezimalzahlen mit bzw. ohne
Vorzeichen um und erläutern Sie die Unterschiede.
g. Ließe sich mit dem 8051 (8-Bit Mikrocontroller) auch eine 16 Bit Addition
durchführen. Wenn ja, wie?
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4. Eine LED soll durch einen Taster abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden.
Die LED wird dazu in Durchlassrichtung zwischen Port P1.7 und High (+5V) gelegt
(siehe EdSim51 Schaltplan). Der Taster liegt zwischen Port P2.3 und Low
(Masse). Grob skizziert lässt sich diese Aufgabe mit folgendem Programm lösen:
start:
SETB xxxx ;LED initialisieren (ausschalten)
SETB xxxx ;Taster als Input konfigurieren (high)
main:
JNB xxxx,ein ;Falls Taster betaetigt, LED EIN
JB xxxx,aus ;Falls Taster nicht betaetigt, LED aus
JMP main
ein:
CLR xxxx
JMP main
aus:
SETB xxxx
JMP main
end
;LED an
;LED aus
Gehen Sie nun wie folgt vor:
a. Ergänzen Sie die Lücken xxxx im gezeigten Assembler-Code. Achten Sie
insbesondere auf die korrekte Pin- und aktive Pegelzuordnung.
b. Markieren Sie im EdSim Schaltplan (Abbildung 1) farblich, welche Ports
geschaltet werden.
c. Vergegenwärtigen Sie sich wie das Programm funktioniert. Simulieren Sie das
Programm anschließend in EdSim51 und erläutern Sie die Funktionalität.
Lassen Sie sich die Vorführung abzeichnen.
d. Wozu wird hier der Befehl JMP verwendet? Sie werden feststellen, dass es
diesen Befehl im Befehlsumfang des 8051 so gar nicht gibt. Analysieren Sie
den Assembler Code im Code Memory Fenster und nennen sie anhand des
ermittelten Hexcodes den verwendeten Befehl.
e. Simulieren Sie das Programm noch einmal und achten Sie auf den
Befehlszähler (PC: Program Counter). Kommentieren Sie nun die JMP Befehle
in dem Programm aus und beobachten Sie was passiert, wenn Sie das
Programm nun simulieren. Wie ist dieses Verhalten zu erklären?
f. Ein Programmablaufplan (auch: Struktogramm) dient der grafischen Darstellung
von Codesequenzen und Verzweigungen. Erstellen Sie zu diesem Assembler-
Programm einen Programmablaufplan und tragen Sie neben dem Ablaufplan
die entsprechenden Assembler-Befehle des Programms ein. Zur Erleichterung
ist das Gerüst des Ablaufdiagramms bereits in Abbildung 2 vorskizziert.
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Abbildung 1: EdSim Schaltplan
Abbildung 2: Gerüst des Programmablaufplans
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5. Wandeln Sie Ihr in Pseudocode geschriebenes Programm aus Laborübung 1 in
richtige Assemblersyntax um und verfizieren Sie das Resultat in EdSim51. Für die
geeigneten Assembler-Befehle ziehen Sie wiederum die Befehlsliste für den
Mikrocontroller 8051 zu Rate. Beachten Sie auch die Hinweise zu diesem
Labortermin (vor allem im Hinblick auf die Einhaltung des vorgeschrieben
Ablaufs).
Gehen Sie von folgenden konkreten Werten aus: Die Grundseite des ersten
Dreiecks beträgt 16 [Einheiten], die darauf senkrecht stehende Höhe beträgt 7
[Einheiten]. Das zweite Dreieck hat eine Grundseitenlänge von 12 [Einheiten] und
die darauf senkrecht stehende Höhe dieses Dreiecks beläuft sich auf 9 [Einheiten].
Das Ergebnis der Rechnung soll letztendlich als Binärwert auf der LED-Kette
angezeigt werden (LED leuchtet = 1, LED leuchtet nicht = 0). Für die
Ausgangswerte, alle Zwischenergebnisse, sowie das Endergebnis ist eine
Speicherung im internen RAM vorzusehen. Lassen Sie sich die Vorführung
abzeichnen.
Hinweis: Zum Anzeigen eines Wertes auf der LED-Kette (Port 1) reicht eine
einfache MOV Anweisung mit der Angabe des darzustellenden Wertes aus. Um
beispielsweise den Wert 16 auf der LED-Kette anzuzeigen, würde man folgenden
Assembler-Code verwenden.
MOV P1, #16
Zusatzaufgabe
Schreiben Sie ein Assemblerprogramm für die Volumenberechnung einer
Pyramide. Gehen Sie dabei von einer quadratischen Pyramide aus. Eine
Seitenlänge der Grundfäche beträgt 6 [Einheiten]. Die Höhe beträgt 3 [Einheiten].
Das Ergebnis der Rechnung soll wie in Aufgabe 5 als Binärwert auf der LED-Kette
angezeigt werden. Für die Ausgangswerte, alle Zwischenergebnisse, sowie das
Endergebnis ist wieder eine Speicherung im internen RAM vorzusehen.
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