66 The Prototype Electronics66 The Prototype Electronics

Prot

o Te

ch -

Ser

ies

Embedded System

ศักดิ์ชัย ผางสําเนียง

ไมโครคอนโทรลเลอร MCS-51 ดวยโปรแกรมภาษาเบสิก

เรียน-เลน-ใช

µÍ¹·Õè 4 : 㪌§Ò¹¾ÍÃ�µÍÔ¹¾ØµàÍÒµ�¾Øµà¾×èÍÊÌҧâ¤Ã§§Ò¹à¡ÕèÂǡѺ LED Í‹ҧ§‹ÒÂ

¨Ò¡¼ÙŒà¢Õ¹ ผานพนชวงเทศกาลปใหมไทยบวกกับวันหยุดยาวกันมาพอสมควร ผมเองไดมีโอกาสไปในสถานที่ทองเที่ยวหลายแหง ใหมาสะดุดตากับการตกแตงดวยหลอดไฟวิ่งในลักษณะที่เรียกกันวา ไฟดาวตก นับเปนไฟประดับที่มีความสวยงามและออนชอย ในระหวางที่สมองซีกขวากําลังเอิบอิ่มกับแสงของไฟดาวตก สมองซีกซายของผมก็เริ่มวิเคราะหถึงระบบการทํางานของมันวามันทํางานอยางไร จนตกผลึกมาเปนการทดลองที่สามารถทําไดง ายๆ บนบอรด TPE-51 โดยใชโปรแกรมภาษาเบสิกที่พัฒนาดวย Bascom-8051 กอนที่จะทําไฟดาวตกเราควรทําความเขาใจเกีย่วกบักบัการสัง่งานพอรตของไมโครคอนโทรลเลอร MCS-51 กนักอน

¡Ò÷´Åͧ·Õ่ 3 ¡ÒÃ㪌§Ò¹¢Ò¾ÍÃ�µàÍÒµ�¾Øµ´ŒÇ¡ÒõԴµ‹ÍẺ¾ÍÃ�µà¾×่͢Ѻ LED 8 ´Ç§

การทดลองนี้เปนการสั่งงานขาพอรตของไมโครคอนโทรลเลอรใหเปนเอาตพุตและมีการสงผานขอมูลแบบไบตไปยังขาพอรตทั้ง 8 ขาเพื่อควบคุมการเปดปด LED ทั้ง 8 ดวงพรอมกัน

(L3.1) ตอวงจรตามรูปที่ L3.-1 หรือจะนําบอรด miniLED8 ที่แนะนําใหสรางใน TPE ฉบับนี้มาเสียบเขากับจุดตอ PORT0 ก็ได

รูปที่ L3-1 วงจรสําหรับทดลองใชงาน PORT0 เปนเอาตพุตเพื่อควบคุม LED 8 ดวง

(L3.2) เปดโปรแกรม Bascom-8051 ขึ้นมา เขียนโปรแกรมที่ L3-1 บันทึกชื่อเปน OutPort0.bas จากนั้นทําการคอมไพลและดาวนโหลดโปรแกรมลงบอรด TPE-51

The Prototype Electronics 67The Prototype Electronics 67

โปรแกรมที่ L3-1 ไฟล OutPort0.bas โปรแกรมควบคุมพอรต 0เปนพอรตเอาตพุตอยางงาย (คําอธิบายโปรแกรมภาษาไทยไมตองพิมพ)

$regfile = "89C51RD.DAT"

$default Xram

$ramstart = 0

$ramsize = 1024

$crystal = 11059200

Lamp Alias P0

P0

Do

Lamp = 0

Waitms 500

Lamp = 255

Waitms 500

Loop

ดังนั้น เมื่อตองการให LED ติดหมด จึงตองทําใหทุกบิตเปน “0” จึงเขียนคา 0 ไปยังรีจิสเตอรของพอรต 0 และเมื่อตองการให LED ดับหมด จึงตองทําใหทุกบิตเปน “1” จึงเขียนคา 11111111 ฐานสองหรือ 255 ฐานสิบ หรือ &HFF ไปยังรีจิสเตอรของพอรต 0

¡Ò÷´Åͧ·Õ่ 4 áÊ´§¤‹ÒàÅ¢°Ò¹Êͧ´ŒÇ LED 8 ´Ç§¼‹Ò¹·Ò§¾ÍÃ�µ 0 ¢Í§äÁâ¤Ã¤Í¹â·ÃÅàÅÍÃ� MCS-51

จากการทดลองที่แลวทําใหเราทราบถึงการสั่งงานขาพอรตแบบงายๆ กันแลว เพื่อใหเขาใจการทํางาน

ในระบบการนับเลข และสั่งงานไปยังขาพอรตดวยคาของขอมูลที่มีความหลากหลายมากขึ้น ในการทดลองนี้จะทําการนับเลข 0 ถึง 255 แลวนําไปแสดงผลที่พอรต 0 ในรูปแบบของเลขฐานสอง

(L4.1) ยังคงใชวงจรในรูปที่ L3.-1 ในการทดลอง

(L4.2) เปดโปรแกรม Bascom-8051 ขึ้นมา เขียนโปรแกรมที่ L4-1 บนัทกึชือ่เปน BinaryOutPort0.bas จากนัน้ทาํการคอมไพลและดาวนโหลดโปรแกรมลงบอรด TPE-51

โปรแกรมที ่L4-1 ไฟล BinaryOutPort0.bas โปรแกรมแสดงคาเลขฐานสองแบบ 8 บติทีพ่อรต 0 ของไมโครคอนโทรลเลอร P89V51RD2

$regfile = "89C51RD.DAT"

$default Xram

$ramstart = 0

$ramsize = 1024

$crystal = 11059200

Lamp Alias P0

Dim I As Byte

Dim J As Byte

Do

For I = 0 To 255

J = I

J = Not J

Lamp = J

Waitms 500

Next

Loop

¡Ò÷´Åͧ·Õ่ 5 ½¹´Òǵ¡Í‹ҧ§‹Ò มาถึงเปาหมายของผมเสียที นั่นคือ การทดลองสรางวงจรฝนดาวตกแบบงายๆ ครับ วงจรยังคงใชแบบเดียวกับการทดลองที่ผานมาในรูปที่ L3-1 (L5.1) เปดโปรแกรม Bascom-8051 ขึ้นมา เขียนโปรแกรมที่ L5-1 บันทึกชื่อเปน MeteorShower.bas จากนั้นทําการคอมไพลและดาวนโหลดโปรแกรมลงบอรด TPE-51

(L3.3) รันโปรแกรมดวยการกดสวิตช RESET หากทุกอยางถูกตอง LED 8 ดวงตองติดดับสลับกันทั้ง 8 ดวง

(L4.3) รันโปรแกรมดวยการกดสวิตช RESET หากทุกอยางถูกตอง LED 8 ดวงตองติดหรือดับเพื่อแสดงคาของเลขฐานสอง 8 บิตตั้งแต 00000000 ถึง 11111111 ซึ่งเทากับ 0 ถึง 255 ในเลขฐานสิบ

จากการทดลองนี้ โปรแกรมจะนับคาตัวเลขฐานสิบ โดยเริ่มจากใหตัวแปร I เปน 0 และเพิ่มขึ้นครั้งละหนึ่งจนถึง 255 ในแตละครั้งที่คาเพิ่มขึ้นจะนําไปแสดงที่พอรต P0 ในรูปแบบเลขฐานสอง โดยมีตัวแปร J ทําหนาที่กลับสถานะใหแสดงผลเปนเลขฐานสองอยางถูกตอง นั่นคือ LED ติดหมายถึงขอมูล “1” และ LED ดับคือ ขอมูล “0” ทั้งนี้เนื่องจากการขับ LED ที่ P0 เปนการขับแบบแอกตีฟลอจิก “0” หรือขับแบบกระแสซิงก หากไมมีการสลับคาการแสดงผลที่ LED จะมีผลกลับกัน นั่นคือ LED จะดับเมื่อขอมูลเปน “1” และ LED ติดเมื่อขอมูลเปน “0”

จาก โปรแกรมที่ L3-1 จะเห็นวา มีการใชคําสั่ง Lamp = 0 เพื่อให LED ติดทั้ง 8 ดวง และ Lamp = 255 เพื่อดับLED ทั้ง 8 ดวงเชนกัน ทานอาจสงสัยวา ทําไมตองใชคําสั่ง Lamp = 255 เพื่อให LED ทั้ง 8 ดวงดับ นั่นเปนเพราะวา MCS-51 เปนไมโครคอนโทรลเลอรขนาด 8 บิต มีพอรตตอใชงาน 3 พอรต แตละพอรตมี 8 ขา ในตัวอยางนี้ใช P0 ซึ่งประกอบดวย P0.0, P0.1 ไลตามลําดับจนถึง P0.7

68 The Prototype Electronics68 The Prototype Electronics

¡Ò÷´Åͧ·Õ่ 6 ¢Ñº LED µÑÇàÅ¢ 7 ʋǹ

ในการทดลองเพื่อใชงานพอรตเอาตพุตแบบไบตนั้นหากขาดการทดลองขับ LED ตัวเลข 7 สวนก็คงจะไมสมบูรณเปนแนแท

LED ตัวเลข 7 สวนประกอบขึ้นจาก LED จํานวน 7 ตัวที่บรรจุอยูในตัวถังเดียวกันและไดรับการจัดเรียงเปนรูปตัวเลข LED แตละตัวจะถูกเรียกวา สวน หรือ เซกเมนต (segment) แตละสวนหรือเซกเมนตมีชื่อเรียกแตกตางกันตามตําแหนงที่ไดรับการจัดวางคือ a, b, c, d, e, f และ g ดังแสดงในรูปที่ L6-1 สวน dp เปน LED อีก 1 ตัวที่บรรจุอยูใน LED ตัวเลข 7 สวนนี้ใชเปนตัวแสดงจุดทศนิยมในกรณีที่มีการแสดงผลในลักษณะเลขที่มีทศนิยม

รูปที่ L6-1 รูปราง, การกําหนดชื่อเซกเมนตตางๆ, การจัดขา และชนิดของ LED ตัวเลข 7 สวน

LED ตัวเลข 7 สวนมี 2 แบบคือ

1. แบบแคโทดรวม (common cathode) เปนการตอขาแคโทดทั้งหมดของ LED เขาดวยกัน แลวขับ LED ใหสวางดวยการปอนสัญญาณลอจิก "1" เขาที่ขาแอโนดของแตละเซกเมนตตั้งแต a ถึง g และ dp (จุด) ไมโครคอนโทรลเลอรตองขับ LED แบบนี้ดวยวิธีการขับแบบกระแสซอรส

2. แบบแอโนดรวม (common anode) เปนการตอขาแอโนดทั้งหมดของ LED เขาดวยกัน แลวขับ LED ใหสวางดวยการปอนสัญญาณลอจิก “0” เขาที่ขาแคโทดแทน ซึ่งตรงขามกับแบบแคโทดรวม ไมโครคอนโทรลเลอรตองขับ LED แบบนี้ดวยการขับแบบกระแสซิงก จึงแนะนําใหเลือกใช LED ตัวเลข 7 สวนแบบนี้กับไมโครคอนโทรลเลอร MCS-51

สําหรับการเชื่อมตอไมโครคอนโทรลเลอร P89V51RD2 เพื่อขับ LED ตัวเลข 7 สวนมีวงจรตัวอยางแสดงในรูปที่ L6-2 โดยตอขาพอรต P0.0 เขาที่ขาเซกเมนต a ไลไปตามลําดับจนถึงขา P0.6 ตอกับขาเซกเมนต g และตอขา P0.7 เขากับขาของเซกเมนต dp หรือจุด ที่ขารวมหรือ common ของ LED ตัวเลข 7 สวนจะตอกับวงจรทรานซิสเตอร BC557 ซึ่งเปนทรานซิสเตอรแบบ PNP มีการตอขาเบสของทรานซิสเตอรเขากับตัวตานทานจํากัดกระแสลงกราวด ทําใหทรานซิสเตอร BC557 ทํางานทันทีที่มีการจายไฟเลี้ยงใหวงจร สวน LED ตัวเลข 7 สวนจะติดสวางอยางไรขึ้นกับขอมูลหรือสัญญาณลอจิกที่ปอนใหแกขาเซกเมนต a ถึง g และ dp

การกําหนดให LED ตัวเลข 7 สวนแสดงขอมูลเปนตัวเลขหรือเปนสัญลักษณใดๆ ก็ตาม ตองมีการกําหนดรูปแบบการแสดงผลของเซกเมนตตางๆ ดวยขอมูลแตละบิตของไมโครคอนโทรลเลอรแลวใชวิธีการเปดตารางหรือ look up table ดังแสดงตัวอยางตารางขอมูลของการแสดงผลตัวเลขฐานสิบหกของ LED ตัวเลข 7 สวนในตารางที่ L6-1

โปรแกรมที่ L5-1 ไฟล MeteorShower.bas โปรแกรมขับ LED ที่พอรต P0 ของไมโครคอนโทรลเลอร P89V51RD2 ใหทํางานในรูปแบบฝนดาวตก

$regfile = "89C51RD.DAT"

$default Xram

$ramstart = 0

$ramsize = 1024

$crystal = 11059200

Lamp Alias P0

Dim I As Byte

Dim J As Byte

Dim K As Byte

Do

J = &B00000001

Lamp = &B11111110

Waitms 300

For I = 0 To 7

Shift J , Left , 1

K = Not J

Lamp = K

Waitms 300

Next

Loop

(L5.2) รันโปรแกรม จะเห็น LED ติดไลทีละดวงจากขา P0.0 คลายๆ กับฝนดาวตก เราสามารถปรับอัตราเร็วในการแสดงผลไดจากการเปลี่ยนคาเวลาที่คําสั่ง Waitms รวมถึงกําหนดรูปแบบการแสดงผลตั้งตนดวยการกําหนคาของตัวแปร J และ Lamp ซึ่งตองกําหนดใหสัมพันธกันดวย อาทิ หากกําหนดคา J เทากับ 00000011 คาของ Lamp ตองเปน 11111100 เปนตน หากสังเกตจะพบวา คาของ Lamp จะเปนคาที่ตรงขามกับ J เสมอ

ตัวอยางนี้มีคําสั่งใหม 2 คําสั่งคือ Shift และ For…Next สําหรับคําสัง่แรกน้ัน คอืคาํสัง่ Shift โครงสรางของคาํสัง่ ซึง่เปนการเลือ่นบติ ประกอบดวย Shift [ตวัแปรทีต่องการ] , [LEFT ซาย หรอื RIGHTT ขวา] , [ จํานวนการเลือ่นบติ ]

สําหรับคําสั่ ง For..Next เป นการวนรอบแบบหนึ่ง ต างจาก Do…Loop ตรงทีเ่ราสามารถกําหนดไดวา ใหวนรอบก่ีครัง้จงึจะออกจากลปู

เชน จากตัวอยางโปรแกรมฝนดาวตกจะมีการวนรอบอยู 8 ครั้งคือ จาก 0 ถึง 7 จากนั้นจึงออกจากลูปแลววนกลับไปทําซํ้าในตําแหนงหลงั Do กอนทีจ่ะมาวนทาํงานใน For …Next อกีครัง้

Embedded : Basic-51 Course

The Prototype Electronics 69The Prototype Electronics 69

รูปที่ L6-2 วงจรเชื่อมตอไมโครคอนโทรลเลอร P89V51RD2 สําหรับทดลองใชงาน PORT0 เปนเอาตพุตเพื่อขับ LED ตัวเลข 7 สวนแบบแอโนดรวม

ตารางที่ L6-1 ตารางขอมูลของการแสดงผลตัวเลข 0-F ของ LED ตัวเลข 7 สวนแบบแอโนดรวม

(L6.1) ตอวงจรในรูปที่ L6-3 เพื่อใชในการทดลอง หรือจะนําบอรด miniDisplay1 ที่แนะนําใหสรางใน TPE ฉบับนี้มาเสียบเขากับจุดตอ PORT0 ก็ได

(L6.2) เปดโปรแกรม Bascom-8051 ขึ้นมา เขียนโปรแกรมที่ L6-1 บันทึกชื่อเปน 7segPort0.bas จากนั้นทําการคอมไพลและดาวนโหลดโปรแกรมลงบอรด TPE-51

โปรแกรมที่ L6-1 ไฟล 7segPort0.bas โปรแกรมขับ LED ตัวเลข 7 สวนแบบแอโนดรวมที่พอรต P0 ของไมโครคอนโทรลเลอร P89V51RD2 ใหทํางานในรูปแบบฝนดาวตก

$regfile = “89C51RD.DAT”

$default Xram

$ramstart = 0

$ramsize = 1024

$crystal = 11059200

Dim I As Byte

Dim S As Byte

7s Alias P0

Do

For I = 0 To 16

S = Lookup(i , 7segment)

S = Not S

7s = S

Wait 1

Next

Loop

7segment:

Data &H3F

Data &H06

Data &H5b

Data &H4f

Data &H66

Data &H6d

Data &H7d

Data &H27

Data &H7F

Data &H6F

Data &H77

Data &H7C

Data &H39

Data &H5E

Data &H79

Data &H71

Data &H80 (L6.3) ทําการรันโปรแกรม จะเห็น LED ตัวเลข 7 สวนแสดงคาตัวเลข 0 ถึง F และจุด dp รวม 17 แบบ แลววนกลับมาที่ 0 ใหม

จากโปรแกรมที่ L6-1 เปนการวนทํางานเพื่อนําคาที่อยู ในตาราง 7segment ออกมาแสดง โดยใชคําสั่ง S = Lookup(i , 7segment) เนื่องจาก LED ตัวเลข 7 สวนมี 2 แบบคือ แคโทดรวมและแอโนดรวม จึงตองมีการกําหนดเงื้อนไขเล็กนอยเพื่อเลือกขอมูลที่เหมาะสมไปแสดงผล ในบรรทัด S = Not S เปนการกลับสถานะของขอมูลที่ไดจากตาราง 7segment ของโปรแกรมเพื่อใหใชกับ LED แบบแอโนดรวม แตถาหากนําไปใชกับ LED ตัวเลข 7 สวนแบบแคโทดรวมใหตัดคําสั่งในบรรทัด S = Not S ออกไป

70 The Prototype Electronics70 The Prototype Electronics

โปรแกรมที่ L7-1 ไฟล 7segPort0.bas โปรแกรมขับ LED ตัวเลข 7 สวนแบบแอโนดรวมที่พอรต P0 ของไมโครคอนโทรลเลอร P89V51RD2 ใหทํางานในรูปแบบฝนดาวตก

$regfile = "89C51RD.DAT"

$default Xram

$ramstart = 0

$ramsize = 1024

$crystal = 11059200

Dim S As Byte

7s Alias P0

Sw Alias P2.0

Do

Debounce Sw , 0 , Random , Sub

Loop

Random:

S = Rnd(9)

S = Lookup(s , 7segment)

S = Not S

7s = S

Return

7segment:

Data &H3F

Data &H06

Data &H5b

Data &H4f

Data &H66

Data &H6d

Data &H7d

Data &H27

Data &H7F

Data &H6F

Data &H77

Data &H7C

Data &H39

Data &H5E

Data &H79

Data &H71

Data &H80

(L7.3) รันโปรแกรม แลวทดลองกดสวิตช S2 ที่พอรต P2.0 จะเห็น LED ตัวเลข 7 สวนแสดงคาตัวเลข 0 ถึง 9 ออกมาคาหนึ่ง และจะเปลี่ยนไปในทุกครั้งที่กดสวิตชที่พอรต P2.0

จากโปรแกรมที่ L7-1 การทํางานในสวนของการอานคาจากตารางใชหลักการเดียวกับโปรแกรมที่ L6-1 มีคําสั่งใหมเพิ่มเขามาในโปรแกรม นั่นคือ คําสั่ง RND เปนคําสั่งสุมตัวเลข มีโครงสรางดังนี้

ตัวแปรรับขอมูล = RND(คาขอบเขตดานสูงของการสุมตัวเลข)

ตัวอยาง S = Rnd(9) หมายถึง เมื่อทําการสุมตัวเลข 0 ถึง 9 แลว นําคาที่ไดเก็บไวในตัวแปร S

พอหอมปากหอมคอนะครับ สําหรับตัวอยางการทดลองใชงานพอรตเอาตพุตของไมโครคอนโทรลเลอร MCS-51 ที่นําเสอนผานตัวอยางแอปพลิเคชั่นอยางงายที่นําไปตอยอดไดจริง แลวพบกันตอนหนากับเรื่องราวของการขับโมดูล LCD 16 ตัวอักษร 2 บรรทัดดวยโปรแกรมภาษาเบสิกกับ BASCOM-8051

www.tpemagazine.com

รูปที่ L7-1 วงจรทดลองสําหรับสรางเปนเกมลูกเต าตัวเลขเสี่ยงทายอิเล็กทรอนิกส

(L7.1) ตอวงจรในรูปที่ L7-1 เพื่อใชในการทดลอง หรือจะนําบอรด miniDisplay1 ที่แนะนําใหสรางใน TPE ฉบับนี้มาเสียบเขากับจุดตอ PORT0 และ miniButton ตอเขาที่จุดตอ PORT2 โดยอาจเลือกตอเฉพาะ P2.0 ก็ได

(L7.2) เปดโปรแกรม Bascom-8051 ขึ้นมา เขียนโปรแกรมที่ L7-1 บันทึกชื่อเปน 7segDice.bas จากนั้นทําการคอมไพลและดาวนโหลดโปรแกรมลงบอรด TPE-51

¡Ò÷´Åͧ·Õ่ 7 à¡ÁÅ١ൎÒẺµÑÇàÅ¢

ในระหวางท่ีผมกําลังเขียนโปรแกรมเพี่อทดลองขับ LED ตัวเลข 7 สวน ก็เกิดปงแวบกบัไอเดยีการทาํของเลนแบบขาํๆ นัน่คอื การทําเกมลกูเตาตวัเลขเสีย่งทายแบบงายๆ โดยใชพืน้ฐานมาจากการทดลองท่ี 6 เพยีงเพิม่สวติชกดตดิลปอยดบัเขาไปอกีหนึง่ตวั กจ็ะไดวงจรทดลองดงัรปูท่ี L7-1

Embedded : Basic-51 Course