Микропроцессорная система управления, предназначенная для использования на лесопильном заводе

                   LD     B, A            ;

                   JR     NC, DIV1   ; если BC>DE, то переход

                   LD     A, C            ;

                   ADD E                 ;

                   LD     C, A            ;

                   LD     A, B            ;

                   ADC D                ;

                   LD     B, A            ;

                   JR     DIV2          ;

DIV1          INC   HL              ; если BC>DE: установить последний бит

                                                ; частного в 1

DIV2          POP  AF              ; извлечь счетчик А из стека

                   CP     #09             ; проверить, 16-й цикл идет или нет

                   JR     NZ, DIV3   ;

                   PUSH         HL              ; если 16-й цикл, то в HL целая часть частного,

                                                ; сохранить ее в стеке, чтобы извлечь

                                                ; в конце программы

                   LD     HL, 0          ;

DIV3          DEC  A                ;

                   JR     NZ, DIV4   ; конец цикла

                   POP  BC              ; извлекаем из стека целую часть частного

                   LD     H, C            ; получаем частное в H.L

                   RET                     ;

Косинус

Чтобы вычислить косинус, используется ограниченный четырьмя членами ряд Тейлора:

, угол a изменяется от 0 до p/2.                            (6)

Эта формула дает косинус с максимальной погрешностью 8,9×10-4, это меньше, чем ошибка разрядности используемого формата [1].[1] дробных чисел.

                                                              (7)

Представление (7) формулы (6) гораздо удобнее для вычисления косинуса программно. Достаточно сделать процедуру для вычисления , где n – целое число, b – дробное число. Перед обращением к этой процедуре (названной COS_A) операнды содержатся:

HL = a2;

DE = b;

BC = n в формате n.0 (B=n, C=0).

Результат – в HL

Эта подпрограмма использует предыдущие арифметические программы.

Листинг 12: подпрограмма COS_A

; – – – вспомогательная подпрограмма для косинуса

; операнды: HL, DE, BC

; изменяются все регистры

COS_A                PUSH         BC              ; сохранить в стеке n перед вызовом MUL

CALL         MUL           ; HL=HL´DE

POP  DE              ; DE=n

CALL         DIV            ; HL=HL/DE

LD     D, 1            ; DE=1.0

LD     E, 0             ;

EX    HL, DE                 ;

CALL         MINUS                ; HL=HL-DE

RET                     ;

Подпрограмма косинуса вычисляет косинус угла в паре HL.

Листинг 13: подпрограмма COS

; – – –подпрограмма косинуса

; операнд и результат в HL

; изменяются все регистры

COS            LD     D, H            ;

                   LD     E, L             ;

                   CALL         MUL           ; HL=a2

                   PUSH         HL              ; a2 в стеке

                   LD     D, 1            ; DE=1.0

                   LD     E, 0             ;

                   LD     B, #1E                  ; BC=1E.0H=30

                   LD     C, 0             ;

                   CALL         COS_A                ; HL=1-a2/30

                   EX    HL, DE                 ;

                   POP  HL              ; HL=a2

                   PUSH         HL              ; a2 в стеке

                   LD     B, #0C                  ; BC=C.0H=12

                   LD     C, 0             ;

                   CALL         COS_A                ; HL=1-a2/12(1-a2/30)

                   EX    HL, DE                 ;

                   POP  HL              ; HL=a2

                   LD     B, #02                  ; BC=2.0

                   LD     C, 0             ;

                   CALL         COS_A                ; HL=1-a2/2[1-a2/12(1-a2/30)]

                   RET                     ;

Преобразование двоичный®двоично-десятичный код

В управляющей программе надо переводить двухбайтные числа формата [12].[34] в двоично-десятичный код вида [123.45] размером в пять тетрад для последующего перевода в семисегментный код и индикации.

Для этого нужны две отдельных подпрограммы: одна (по имени B2D) для перевода целой части числа [12] и вторая (имя B2D_F) для перевода дробной части числа [34].

Подпрограмма B2D переводит целое двоичное число в регистре C (0..FFH) в 2-10 код, расположенный в регистровой паре HL. Перевод производится в соответствии с формулой:

HL=(…((c7)×2+c6)×2+…+c1)×2+c0,

в которой ci – разряды числа в регистре C, а удвоение и сложение с битами ci происходит по правилам десятичной арифметики (с командой DAA после операции).

Листинг 14: подпрограмма B2D

; – – – перевод байта (целого) в 2-10 код

; операнд C – переводимое число, результат в HL

; сохраняет DE

B2D            LD     B, 8             ;

B2D1                   SLA  C                 ; CY¬C (получаем последний бит операнда)

LD     A, L            ; удвоение HL с учетом переноса CY

ADC L                 ; по правилам десятичной арифметики

DAA                    ;

LD     L, A            ;

LD     A, H            ;

ADC H                ;

DAA                    ;

LD     H, A            ;

DJNZ          B2D1                   ; конец цикла

RET                     ;

Подпрограмма B2D_F переводит дробное число в формате 0.L в 2-10 код из трех тетрад в формате 0.ABC (учитываются три цифры после запятой). Регистры A, B, C содержат в конце каждый по одной десятичной цифре. Перевод происходит так. Число 0.L умножается на 10, результат в паре H.L. Его целая часть (H) и будет первой цифрой A результата. Затем H обнуляется, полученная дробь 0.L снова умножается на 10 и т.д.

Для быстрого умножения на 10 сделана отдельная подпрограмма MUL10, умножающая пару HL (где H=0) и получающая результат в той же HL. Она использует равенство:

10×HL=2×HL+8×HL, а умножения на 2 и на 8 делаются с помощью команды ADD HL, HL.

Листинг 15: подпрограммы B2D_F и MUL10

; – – – перевод байта (дробного) в 2-10 код

; операнд C – число с фиксированной перед старшим разрядом точкой, результат в ABC

; изменяются все регистры

B2D_F        LD     H, 0            ;

CALL         MUL10                ; получить в H первую цифру

LD     A, H            ; скопировать ее в A

LD     H, 0            ; и обнулить H

CALL         MUL10                ;

LD     B, H            ; вторую цифру – в регистр B

LD     H, 0            ;

CALL         MUL10                ; третью – в C

LD     C, H            ;

RET

; – – – умножение на 10

; операнд в HL (имеет значение только L) и результат в HL

; сохраняет A, BC

MUL10                ADD HL, HL                 ; HL×10=HL×2+HL×8

LD     D, H            ;

LD     E, L             ;

ADD HL, HL       ;

ADD HL, HL       ;

ADD HL, DE       ;

RET                     ;

Преобразование двоичный®семисегментный код

Это преобразование с помощью таблицы перекодировки уже встречалось в тестовой программе ОЗУ. Сейчас оформим ее как отдельную подпрограмму (в тесте ОЗУ нельзя вызывать подпрограммы, т.к. команда вызова CALL использует стек). Операнд подпрограммы – двоично-десятичная цифра в регистре A (0..9, старшая тетрада нулевая).

Листинг 16: подпрограмма D27

; – – – перевод байта в семисегментный код

; операнд (0..9) и результат в A

; сохраняет BC, DE

D27            LD     H, #07                  ;

LD     L, A            ;

LD     A, (HL)                 ;

RET                     ;

Обработчики прерываний

Всего их шесть – по числу прерываний. Обработчик обязательно должен сохранить в стеке все изменяемые им регистры и в конце восстановить их. Выход из обработчика выполняется не стандартным RET, а командой RETI.

Обработчик IRQ0 (начало измерений)

Функция обработчика – обнулить таймеры T1 и T2, а также специальную ячейку памяти D_NUM (2 байта). Эта ячейка инкрементируется всякий раз после чтения напряжения Ud с датчика диаметра. По приходу запроса IRQ0, когда приходит новое бревно, она должна быть обнулена.

Листинг 17: обработчик запроса IRQ0

          ; – – – обнулить T1, T2, D_NUM

          IR0_H                  PUSH         BC              ;

                                      PUSH         AF              ;

                                      LD     BC, 0          ;

                                      LD     (T1), BC     ; обнулить T1

                                      LD     (T2), BC     ; обнулить T2

                                      LD     (D_NUM), BC     ; обнулить D_NUM

                                      POP  AF              ;

                                      POP  BC              ;

                                      RETI                    ;

Обработчик IRQ2 (информация с АЦП готова)

Функция обработчика – если бревно сейчас под пластиной датчика (можно судить, прочтя порт фотоэлементов с адресом 0B), считать два байта напряжения из портов 00 (младший) и 01 (старший). Записать их в массив напряжений, под который отведена область памяти начиная с адреса 0100Н до конца ОЗУ (всего 2К). Перед записью проверить, не заполнен ли этот массив. Инкрементировать ячейку D_NUM, содержащую число элементов этого массива.

Листинг 18: обработчик запроса IRQ2

; – – – считать и обработать байт с АЦП

IR2_H                  PUSH         BC              ;

PUSH         HL              ;

PUSH         AF              ;

IN      A, (#0B)     ;

AND #02             ; наложить маску 000000010

JR     Z, IR2_H1  ; если второй бит нулевой, то выход

LD     HL, #1000  ; рассчитать адрес очередного элемента массива

LD     C, (D_NUM)        ; считать D_NUM

LD     B, (D_NUM+1)    ;

SLA  C                 ; умножить его на 2

RL     B                 ;

ADD HL, BC       ; теперь адрес в HL

LD     A, H            ;

CP     #18             ;

JR     NC, IR2_H1         ; если вышли за пределы массива, то выход

IN      A, (#00)      ; считать первый байт с АЦП

LD     (HL), A       ; и отправить его в память

INC   HL              ;

IN      A, (#01)      ; считать второй

LD     (HL), A       ; отправить

INC   BC              ; увеличить переменную D_NUM на единицу

LD     (D_NUM), BC     ;

IR2_H1       POP  AF     ;

POP  HL              ;

POP  BC              ;

RETI                    ;

Обработчик IRQ3 (от генератора 16 Гц)

Функция обработчика – произвести инкремент часов реального времени и условный инкремент таймеров. Часы реального времени – это 4 байта в памяти:

TIME                   1/16 секунды (0..15);

TIME+1      секунды (0..59);

TIME+2      минуты (0..59);

TIME+3      часы (0..23);

Все величины хранятся в двоичном формате.

Таймерам T1 и T2 отведено по 2 байта с начальными адресами T1 и T2. Условия, при которых они инкрементируются, были приведены в п. 3.4.

Листинг 19: обработчик запроса IRQ3

; – – – инкремент часов реального времени и условный инкремент таймеров

IR3_H         PUSH         BC              ;

                   PUSH         HL              ;

                   PUSH         AF              ;

                   ; часы реального времени

                   LD     HL, TIME   ;

                   INC   (HL)            ; инкремент 1/16 секунд

                   LD     A, (HL)                 ;

                   CP     16               ; проверить на достижение максимума                       JR          C, IR3_H1  ; условный выход из подпрограммы

                   LD     (HL), 0                 ; иначе обнулить 1/16 секунды и продолжить

                   INC   HL              ;

                   LD     B, 2             ; инкремент секунд и минут делается в цикле

                   IR3_H2                INC   (HL)            ;

                   LD     A, (HL)                 ;

                   CP     60               ;

                   JR     C, IR3_H1  ;

                   LD     (HL), 0                 ;

                   INC   HL              ;

                   DJNZ          IR3_H2                ; конец цикла

                   INC   (HL)            ; инкремент часов

                   LD     A, (HL)                 ;

                   CP     24               ;

                   JR     C, IR3_H1  ;

                   XOR A                ; если счетчик часов=24

                   LD     (HL), A                 ; то обнулить все 4 байта часов реального времени

                   DEC  HL              ;

                   LD     (HL), A                 ;

                   DEC  HL              ;

                   LD     (HL), A                 ;

                   DEC  HL              ;

                   LD     (HL), A                 ;

                   ; таймеры

                   IR3_H1                IN      A, (#0B)               ; загрузить слово статуса фотоэлементов

                   AND 1                 ;

                   JR     Z, IR3_H3  ; если не установлен 1-й бит, то выход

                   LD     HL, T2                 ; иначе инкремент Т2

                   INC   (HL)            ;

                   JR     NZ, IR3_H4         ; если инкремент не обнулил

                   ; первый байт Т2, то идем дальше

                   INC   HL              ; иначе увеличить на 1 и второй байт

                   INC   (HL)            ;

                   IR3_H4                IN      A, (#0B)               ;

                   AND 2                 ; проверить 2-й бит статуса ФЭЛ

                   JR     Z, IR3_H3  ; если он не установлен, то выход

                   LD     HL, T1                 ; иначе инкремент Т1

                   INC   (HL)            ;

                   JR     NZ, IR3_H3         ;

                   INC   HL              ;

                   INC   (HL)            ;

                   IR3_H3       POP  AF              ;

                                      POP  HL              ;

                                      POP  BC              ;

                                      RETI                    ;

Обработчик IRQ4 (от кнопки “+Час”)

Функция обработчика – увеличить на единицу часы реального времени (ячейка TIME+3).

Листинг 20: обработчик запроса IRQ4

                   ; – – – инкремент часов

                   IR4_H         PUSH         HL              ;

                                      PUSH         AF              ;

                                      LD     HL, TIME+3;

                                      INC   (HL)            ; инкремент часов

                                      LD     A, (HL)       ;

                                      CP     24               ;

                                      JR     C, IR4_H1  ;

                             XOR A                ; если счетчик часов=24

                             LD     (HL), A                 ; то обнулить часы и минуты

                             DEC  HL              ;

                             LD     (HL), A                 ;

                   IR4_H1                POP  AF     ;

                                      POP  HL              ;

                                      RETI

Обработчик IRQ5 (от кнопки “+Мин”)

Функция обработчика – увеличить на единицу минуты реального времени (ячейка TIME+2).

Листинг 21: обработчик запроса IRQ5

                   ; – – – инкремент минут

                   IR5_H         PUSH         HL              ;

                   PUSH         AF              ;

                   LD     HL, TIME+2;

                   INC   (HL)            ; инкремент минут

                   LD     A, (HL)       ;

                   CP     60               ;

                   JR     C, IR5_H1  ;

                   XOR A                ; если счетчик минут=60

                   LD     (HL), A                 ; то обнуление минут

                   INC   HL              ; и инкремент часов

                   INC   (HL)            ;

                   LD     A, (HL)       ; с проверкой часов на 24

                   CP     24               ;

                   JR     C, IR5_H1  ;

                   XOR A                ; если счетчик часов=24

                   LD     (HL), A       ; то обнулить и часы

                   IR4_H1                POP  AF     ;

                   POP  HL              ;

                   RETI

Обработчик IRQ1 (от фотоэлемента Фэл2)

Обработчик IRQ1 выполняет самую важную функцию. Его задача – вычислить объем бревна. Последовательность следующая: вычисляем диаметр бревна, длину, вычисляем объем Vi, находим объем VS.

Для вычисления диаметра все значения, прежде считанные в массив напряжений с АЦП, усредняются: суммируются и делятся на количество (D_NUM). При суммировании может произойти переполнение суммы (а она двухбайтная), чтобы этого не было, массив разбивается на группы по 16 измерений в каждой. Если осталась остаточная группа с числом меньше 16, то она отбрасывается. В каждой из них подсчитывается среднее, затем рассчитывается искомое как среднее средних.

Из среднего напряжения находится угол

a=.

Затем находим диаметр d=0,625 – 0,5cos a=00,A0H – 00,80Hcos a. Занести его в ячейку DIAM (2 байта в памяти). Сравнить диаметр с допустимыми пределами [0,2..0,5]=[0,33H..0,8H]. Если он выходит за эти пределы, то выдать на отбраковку (порт 02H) единицу.

Объем Vi находится как Vi=(p/4)d2×T1/T2=0,C9H×d2×T1/T2.

Листинг 22: обработчик запроса IRQ1

; – – – найти объем бревна и суммарный объем

; усреднение всех напряжений с датчика диаметра в массиве по адресу 1000H

IR1_H         PUSH         AF     ;

                   PUSH         BC    ;

                   PUSH         DE    ;

                   PUSH         HL     ;

                   LD     L, (D_NUM)        ;

                   LD     H, (D_NUM+1)    ;

                   LD     B, 4             ; делим D_NUM на 16

IR1_H1                SRL   H       ;

                   RR    L                 ;

                   DJNZ          IR1_H1       ;

                   LD     C, L   ; в результате C=число групп по 16

                   PUSH         BC              ; сохранить С в стеке

                   LD     HL, #1000  ;

                   LD     DE, 0          ; DE – начальная сумма групп

          PUSH         DE              ; отправить ее в стек, C станет второй в стеке

          PUSH         DE              ; DE – начальная сумма отдельной группы,

                                      ; отправить®в стек, сумма групп вторая в стеке

                                      ; C – третья в стеке

IR1_H4                LD     B, 16           ;

IR1_H2                LD     E, (HL)       ; читаем в DE элемент массива

          INC   HL              ;

          LD     D, (HL)       ;

          INC   HL              ;

          EX    (SP), HL     ; текущую сумма в HL, текущий адрес в стеке

          ADD HL, DE       ;

          EX    (SP), HL     ; новая сумма в стеке, текущий адрес в HL

          DJNZ          IR1_H2       ;

          ; в итоге сумма одной группы по 16 – в стеке

          ; начальный адрес следующей группы – в HL

          POP  DE              ;

          LD     B, 4             ; находим среднее одной группы,

          IR1_H3       SRL   D       ; деля сумму в DE на 16

          RR    E                 ;

          DJNZ          IR1_H3                ;

          POP  HL              ; берем из стека сумму групп

          ADD HL, DE                 ;

          PUSH         HL              ; снова отправляем в стек: сначала сумму групп

          PUSH         DE              ; затем сумму одной группы

          DEC  C                 ; С – счетчик групп

          JR     NZ, IR1_H4         ; следующая группа…

          POP  HL              ;

          POP  HL              ; извлечь найденную сумму групп

          POP  BC              ; извлечь счетчик групп C

          LD     D, C            ; DE=C.0

          LD     E, 0             ;

          CALL         DIV            ; делим сумму групп на число групп

          ; теперь HL=Ud=среднее всего массива напряжений датчика

          ; следующий шаг – нахождение угла a, cos a, d

          LD     D, 4            ; DE=491H

          LD     E, #91                  ;

          LD     B, H            ; сохранить Ud в BC

          LD     C, L            ;

          EX    DE, HL                 ;

          CALL         MINUS                ; HL=491H-Ud

          EX    HL, DE                 ;

          LD     H, B            ;

          LD     L, C            ;

          CALL         DIV            ; HL= Ud/(491H-Ud)

          LD     D, 0            ;

          LD     E, #4F                  ;

          CALL         MUL           ; HL=a

          CALL         COS            ; HL=cos a

          LD     D, 0            ;

          LD     E, #80                  ;

          CALL         MUL           ; HL=0,5cos a

          LD     D, 0            ;

          LD     E, #A0                  ;

          EX    HL, DE                 ;

          CALL         MINUS                ; HL=0,625-0,5cos a=d

          LD     (DIAM), HL         ; занести диаметр в память

          ; формируем сигнал отбраковки

          LD     A, L            ;

          CP     #33             ;

          JR     NC, IR1_H5         ; если d>20, то идем дальше

          LD     A, 1            ; иначе в порт отбраковки записать 1

          OUT  (#02), A                ;

          JR     IR1_OUT   ; и выход, не считая объем

          IR1_H5                LD     A, L            ;

          CP     #80             ;

          JR     C, IR1_H6  ; если d<50, то идем дальше

          LD     A, 1            ; иначе в порт отбраковки записать 1

          OUT  (#02), A                ;

          ; дальше находим Vi, VS

          IR1_H6                LD     L, (T1)        ;

          LD     H, (T1+1)   ;

          LD     E, (T2)                  ;

          LD     D, (T2+1)   ;

          CALL         DIV            ; HL=T1/T2

          LD     E, (DIAM)  ;

          LD     D, (DIAM+1)       ;

          PUSH         DE              ;

          CALL         MUL           ; HL=T1×d/T2

          POP  DE              ;

          CALL         MUL           ; HL=T1×d2/T2

          LD     D, 0            ;

          LD     E, #C9                  ;

          CALL         MUL           ; HL=(p/4)T1×d2/T2=Vi

          EX    HL, DE                 ;

          LD     L, (V_SUM)         ;

          LD     H, (V_SUM+1)    ;

          CALL         PLUS                   ; HL=VS

          LD     (V_SUM), HL      ; занести суммарный объем в память

          IR1_OUT   POP  HL     ;

          POP  DE              ;

          POP  BC              ;

          POP  AF              ;

          RETI                    ;

Основная исполняемая часть программы

Эту часть, которая, собственно, и является управляющей программой, микропроцессор выполняет большую часть своего времени, изредка отвлекаясь от нее на обработку прерываний.

Ее функции:

прочесть VS из ячейки V_SUM, перевести его в 2-10 код (подпрограммы B2D, B2D_F), перевести каждую цифру в семисегментный код (подпрограмма D27) и вывести в порт индикаторов (03-0A), присоединив десятичную запятую в индикаторе 06Н;

прочесть время из ячейки TIME (TIME+1–секунды, TIME+2–минуты, TIME+3–часы), перевести его в 2-10 код, перевести каждую цифру в семисегментный код и вывести в порт индикаторов (13-1A), присоединив десятичную запятую в индикаторах 13Н, 15Н, 17Н.

Рис. 7 Расположение объема и времени на индикаторах

Листинг 23: основная часть

          ; – – – вывести на индикаторы объем и время

          ; вывод объема

          MAIN                   LD     E, (V_SUM)         ;

          LD     D, (V_SUM+1)    ; D.E – суммарный объем

                                      ; выводим целую часть D

          LD     C, D            ;

          CALL         B2D  ; HL=2-10 код D

          LD     A, H            ;

          CALL         D27   ; в семисегментный код

          OUT  (#08), A      ; вывести в порт

          LD     A, H            ;

          AND #0F             ;

          CALL         D27   ;

          OR    #80             ; примешать десятичную запятую

          OUT  (#06), A      ; вывести в порт

          LD     A, H            ;

          RR    A                ; четырежды сдвигаем вправо

          RR    A                ;

          RR    A                ;

          RR    A                ;

          AND #0F             ;

          CALL         D27   ;

          OUT  (#07), A      ; вывести в порт

                                      ; выводим дробную часть E

          LD     L, E             ;

          CALL         B2D_F        ; ABC=три цифры 2-10 кода числа 0.L

          CALL         D27            ;

          OUT  (#05), A                ; вывести в порт

          LD     A, B            ;

          CALL         D27            ;

          OUT  (#04), A                ; вывести в порт

          LD     A, C            ;

          CALL         D27            ;

          OUT  (#03), A                ; вывести в порт

          ; вывод текущего времени

          LD     HL, (TIME+1)      ; HL=адрес секунд

          LD     B, #13                  ; самый правый индикатор

          MAIN1       PUSH         HL     ;

          LD     A, (HL)                 ;

          LD     C, A            ;

          CALL         B2D            ; HL=2-10 код секунд/минут/часов (причем Н=0)

          LD     A, L            ;

          AND #0F             ;

          CALL         D27   ;

          OR    #80             ; примешать запятую

          OUT  (B), A                   ; вывести в порт

          INC   B                 ; следующий индикатор

          LD     A, L            ;

          RR    A                ; четырежды сдвигаем А вправо

          RR    A                ;

          RR    A                ;

          RR    A                ;

          AND #0F             ;

          CALL         D27            ;

          OUT  (B), A                   ; вывести в порт

          INC   B                 ; следующий индикатор

          POP  HL              ;

          INC   HL              ; перейти к следующей ячейке (TIME+2, TIME+3)

          LD     A, B            ;

          CP     #08             ; проверка конца цикла

          JR     NZ, MAIN1          ;

          JP      MAIN                   ; начинаем все сначала

Общая структура ПЗУ микропроцессорной системы

Наконец, приведем карты ПЗУ и ОЗУ микропроцессорной системы.

ПЗУ

Общая структура ОЗУ микропроцессорной системы. ОЗУ

Заключение

В результате проделанной работы мы получили систему, отбраковывающие бревна, не годные для распиливания и поэтому отбрасывающиеся в сторону. Если бревно нам подходит, то идет подсчет его объема и подсчет всех бревен, прошедших распил. Также считается время наработки.

ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВ