Лабораторная работа 1. Отображение чисел в цифровой технике

Цель работы: приобрести начальные знания в области применения микроконтроллеров и основ цифровой техники.

Микроконтроллеры применяются вместо громоздких релейно-контакторных схем управления оборудованием. По сравнению с ними они имеют меньшие габариты, более надежны, у них меньше энергопотребление, они очень гибкие при настройке, многофункциональные и, в целом, более дешевые.

О преимуществах изделий с микроконтроллерами написано во введении.

У микроконтроллеров имеются выводы для подключения внешних устройств. Информация с этих выводов сохраняется в специализированной области памяти. Они объединены в функциональные группы-регистры называемые PORTA, PORTB, PORTC, PORTD. В порту А имеется6 выводов, в остальных перечисленных портах по 8 выводов. В лабораторных работах будем использовать, как правило, порт С, иногда порт D. В результате выполнения программы на выводы порта либо будет подаваться напряжение, либо нет. Содержание регистра порта, а также нумерация разрядов порта показана на рисунке 1.1.

	Наличие напряжения принято обозначать цифрой 1, отсутствие - цифрой 0. Все выводы регистра нумеруются, начиная с нуля справа налево, и называются разрядами или битами.
Рисунок 1.1- Схема регистра

К выводам порта присоединяются различные приборы и устройства, управляющие технологическим процессом. С их помощью можно подключить, например, вентилятор, конвейер, насос подачи реагента и т.д. Если на соответствующем выводе порта будет напряжение (обозначаемое цифрой 1), то устройство будет включено. На лабораторных работах мы будем присоединять к выводам микроконтроллера вместо технологического оборудования светодиоды, сигнализирующие о результате работы микроконтроллера. Представленные на рисунке 1.1 набор нулей и единиц формально считают числом в двоичной системе счисления. Положение цифры в числе называют разрядом. Блок из 8 разрядов называют байтом. Перебирая все сочетания нулей и единиц, начиная с 00000000 до 11111111, можем считать, что в байт можно записать 256 чисел от 0 до 255 в нашей десятичной системе счисления.

В микроконтроллере данные и промежуточные результаты запоминаются в двоичной системе в регистрах общего назначения (РОН) оперативного запоминающего устройства. Все регистры в микроконтроллере нумеруются, естественно, также в двоичной системе. Номер регистра называют его адресом. Программисту неудобно работать с двоичными числами, поэтому их представляют в более компактной шестнадцатеричной системе счисления, имеющей 16 цифр. Эта система выбрана из-за очень простого алгоритма перевода чисел в нее из двоичной системы. Системы счислений применяющиеся в цифровой технике представлены в приложении А. Там же приведен алгоритм перевода чисел из двоичной системы в шестнадцатеричную и наоборот.

Обратите внимание, что в десятичной системе прибавление к цифре 9 единицы дает в результате число 10, то есть 9+1=10. Аналогичный результат и в шестнадцатеричной системе F+1=10 или 2F+1=30. То есть в младший разряд записываем цифру 0, в старший переносим 1. В двоичной системе 1+1=10.

С данными в виде двоичных чисел программой выполняются различные математические действия для анализа ситуации на технологической установке. В программе двоичное число записывают в стандартной форме В’01010011’. Шестнадцатеричное число можно записывать двумя способами: h’21’ или 21h.

Все регистры микроконтроллера объединены в 4 группы, называемыми банками, показанными в приложении Б. Банки имеют нумерацию в двоичной системе: 00 – банк ‘0’, 01 – банк ‘1’, 10 – банк ‘2’, 11 – банк ‘3’.

Все существующие регистры и их адреса в шестнадцатеричной системе показаны в приложении Б. Программист для хранения данных может использовать регистры общего назначения (РОН). Остальные регистры имеют специальное функциональное назначение. К регистру или даже к его разрядам можно обратиться по адресу или по имени.