PREFAZIONE. INTRODUZIONE.

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1 Corso di BASCOM (Capitolo 1 ) Corso Teorico/Pratico di programmazione in BASCOM Autore: DAMINO Salvatore. PREFAZIONE. Lo scopo di questo corso è quello di fornire le fondamentali nozioni di programmazione, abbinate alle indispensabili informazioni tecniche sull'hardware, necessarie per poter maneggiare, e gestire adeguatamente, le schedine a micro disponibili sul mercato. A questo fine vengono definiti alcuni elementi hardware, di base, tramite i quali poter intraprendere le varie sperimentazioni. INTRODUZIONE. Come linguaggio di programmazione abbiamo scelto il BASIC. Questo linguaggio oltre ad essere molto diffuso, per chi non lo conoscesse, è anche decisamente molto semplice da apprendere. In particolare abbiamo scelto un ottimo Compilatore che risponde al nome di BASCOM Questo compilatore è adatto alle numerosissime CPU con Core 8051 ed ha il vantaggio di essere disponibile, nella versione Demo, Gratuitamente. Questa versione è veramente molto completa ed è in grado di generare fino ad un massimo di 4K di codice. Questa limitazione, per il ns. scopo, non è molto invalidante in quanto, vista l'efficienza di questo compilatore, con 4K di codice è possibile creare dei programmi anche di una buona complessità e che sono di certo adatti per lo scopo didattico che ci proponiamo. D'altro canto se un utente avesse bisogno di generare dei programmi più lunghi, e più complessi, è sufficiente che acquisti la versione completa con cui potrà generare fino a 64K di codice. Per chi volesse approfondire la conoscenza sul BASIC, per conoscerne le caratteristiche o la sintassi, esistono degli ottimi testi divulgativi. Inoltre il BASCOM 8051 dispone di un completo manuale consultabile direttamente dall' Help del Compilatore. Vi ricordo che è comunque disponibile, sul sito della grifo in formato PDF e in lingua Italiana, anche un Manuale che descrive sinteticamente ogni singola istruzione. Per chi non ha difficoltà a seguire l'aiuto in linea, che è in Inglese, li consigliamo in quanto può essere molto utile consultarlo. 1

2 HARDWARE Necessario. Per potere realizzare degli esempi facilmente fruibili è necessario definire anche degli elementi hardware univoci a cui la sperimentazione dovrà fare riferimento. A questo fine sono state scelti alcuni elementi quali il Mini Modulo di CPU denominato GMM 5115, su cui ruoteranno tutti i progetti, e la GMM TST3 come piattaforma su cui effettuare le sperimentazioni. In alternativa, per chi ha il piacere di gestire dell'hardware, ci si può dotare di una Breadboard su cui prototipare facilmente i circuiti proposti oppure, montare su una Scheda Millefori, i vari progetti. I progetti sono descritti con difficoltà gradualmente crescente in modo da accompagnare il lettore durante il suo apprendimento. 2

3 Mini Modulo GMM Questo Mini Modulo, con un Pin-Out da 28 pin, è basato su una CPU della Atmel con una FLASH interna da 16K; 512 Byte di RAM; 2K di EEPROM; 2K di Bootloader; 20 linee di I/O; ecc. ed ha a bordo tutto quanto serve per un suo corretto funzionamento. Uno dei vantaggi nell'utilizzo di questo Mini Modulo è, tra gli altri, quello di non avere bisogno di nessun Programmatore esterno. Infatti questi possiede, internamente, un apposito programma, chiamato Bootloader (della lunghezza di 2K), tramite il quale, e con l'uso di un programma Gratuito scaricabile dalla Atmel, è possibile effettuare la programmazione e la cancellazione della FLASH. Questa è una notevole comodità che consente, utilizzando la sola linea seriale del PC, di poter programmare e riprogrammare il Chip un numero enorme di volte. 3

4 Scheda di Sperimentazione GMM TST3. Questa scheda, munita di 2 zoccoli da 40 pin è nata per poter sperimentare i vari Mini Moduli, da 28 e da 40 pin, presenti nella produzione grifo. Essa viene fornita con una serie di esempi per i vari Mini Moduli disponibili in modo che si possa rapidamente apprendere l'utilizzo degli stessi. La prima cosa da fare per il corretto utilizzo di questa scheda è connetterla, trame la linea seriale, ad un PC. Il cavo di comunicazione potrà essere acquistato oppure realizzato seguendo le seguenti indicazioni. Per il collegamento sono sufficienti solo 3 fili come appare dalla figura. 4

5 LINGUAGGIO BASIC. Il linguaggio BASIC (è un acronimo per Beginner's All purpose Symbolic Instruction Code che si traduce come "Codice di Istruzioni Simboliche di Uso Generale per principianti") è stato sviluppato nel 1963 da Kemeny e Kurtz. Il primo programma in BASIC girò il 1º maggio 1964 alle ore 4,00. Il programma in BASIC è generato da un apposito programma di Editor che consente di usare i vari Comandi (Statements) ed Istruzioni scrivendoli, in modo ordinato, da sinistra a destra e dall'alto in Basso come in una normale lettera. I primi BASIC erano del tipo Interprete, vale a dire che ogni linea di programma era Interpretata ed Eseguita immediatamente. Questo tipo di soluzione ha molti vantaggi ma ha il difetto di essere intrinsecamente molto lenta in esecuzione. Per questa ragione, al fine di incrementare la velocità di esecuzione, sono stati ideati i Compilatori BASIC. L'avvento di questa tecnica ha incrementato di moltissime volte la velocità di esecuzione consentendo di affrontare facilmente anche fenomeni molto veloci. Il BASCOM 8051 fa parte di quest'ultima efficiente categoria. 5

6 Elementi Componenti di un Programma. Normalmente le parti componenti, sempre presenti in un programma BASIC, sono: Definizioni = Dichiarazioni = Istruzioni = sono tutte le informazioni preliminari e le associazioni necessarie al resto del programma più le eventuali configurazioni o direttive del compilatore. Nel caso del BASCOM 8051 tra le definizioni si ricorda l indispensabile file.dat che contiene tutte le informazioni sul microcontrollore usato. sono le dichiarazioni delle strutture dati (Costanti, Variabili) delle procedure e delle funzioni usate nel programma. sono il vero e proprio programma e decidono le funzioni svolte; in questa parte sono usate le istruzioni (o Statement) del BASIC, gli operatori, le chiamate a procedure e funzioni con i relativi parametri, le strutture dati, i commenti, ecc. Inoltre è spesso presente un ulteriore componente definito: Cartiglio = è la parte iniziale del programma e coincide con un lungo commento in cui vengono brevemente elencate le caratteristiche del programma, utili ad identificarlo, descriverlo ed a farlo funzionare. BASCOM Caratteristiche Generali. - BASIC Strutturato con possibilità di Etichette (Labels). - Programmazione strutturata tramite: IF-THEN-ELSE-END IF, DO-LOOP, WHILE-WEND, SELECT- CASE. - Codice Macchina veloce invece del Codice Interpretato - I nomi delle Variabili e delle Etichette possono raggiungere i 32 caratteri. - Variabili di tipo: Bit, Byte, Integer, Word, Long, Single e String - Compilatore per lavorare con qualsiasi µp della famiglia Statements (Istruzioni) ad alta compatibilità con Microsoft VB/QB. - Direttive ed Istruzioni speciali per la gestione di Display LCD, Componenti I2C BUS, 1WIRE ed SPI. - Emulatore di terminale integrato con possibilità di Download. - Simulatore incorporato per test di funzionamento. - Editor con codifica a colori dei diversi componenti del programma. - Aiuti Contestuali in linea. 6

7 Il BASCOM-8051 supporta le seguenti Istruzioni (Statement). - Strutture Operazioni Decisionali; Controllo di Flusso. IF, THEN, ELSE, ELSEIF, END IF, DO, LOOP, WHILE, WEND, UNTIL, EXIT DO, EXIT WHILE, FOR, NEXT, TO, DOWNTO, STEP, EXIT FOR, ON.. GOTO/GOSUB, SELECT, CASE, CALL, GOSUB, GOTO, END SUB, RETURN, STOP, END. - Input, Output e Console PRINT, INPUT, INKEY, PRINTHEX, INPUTHEX, LCD, UPPERLINE, LOWERLINE,DISPLAY, PRINTBIN, CURSOR ON/OFF/BLINK/NOBLINK, HOME, LOCATE, SHIFTLCD, LCD INIT, SHIFTCURSOR LEFT/RIGHT, CLS, DEFLCDCHAR, WAITKEY, INPUTBIN, INPUT HEX, PRINTBIN, LCDHEX, OPEN, CLOSE, DEBOUNCE, SHIFTIN, SHIFTOUT, BAUD, GET,PUT,PSET, SHOWPIC, SPC. - Funzioni Numeriche AND, OR, XOR, INC, DEC, MOD, NOT, ABS, BCD, INCR, DECR, AVG, HIGH, HIGHW, LOW, LOWW, MAKE BCD, MAKEDEC, MAKEINT,MAX, MIN, RND, SWAP. - I2C BUS I2CSTART, I2CSTOP, I2CWBYTE, I2CRBYTE, I2CSEND and I2CRECEIVE. - 1WIRE 1WIRE,1WWRITE, 1WREAD, 1WRESET, 1WIRECOUNT, 1WSEARCHFIRST, 1WSEARCHNEXT. - SPI SPIINIT, SPIIN, SPIOUT. - Interrupt ON INT0/INT1/TIMER0/TIMER1/SERIAL, RETURN, ENABLE, DISABLE, PRIORITY. - Manipolazione dei Bit SET, RESET, ROTATE, BITWAIT. - Variabili DIM, BIT, BYTE, INTEGER, WORD, LONG, SINGLE, STRING, DEFBIT, DEFBYTE, DEFINT, DEFWORD, CONST, DATA, READ, RESTORE, ERASE, LOOKUP. VARPTR. - Raccolta di Istruzioni Varie REM, ', DELAY, WAIT, WAITMS, POWERDOWN, IDLE, DECLARE, INP,OUT, ALIAS, POKE, CPEEK, GETRC5, CONFIG, COUNTER, GETAD, LOAD, PORT, START, TIMER, READMGCARD, SOUND, STOPTIMER, WATCHDOG. 7

8 - MICRO WIRE MWINIT, MWWRITE, MWREAD, MWDOPCOD. - Direttive del Compilatore $INCLUDE, $NOINIT, $BAUD, $CRYSTAL, $OBJ, $SERIALINPUT, $NONAN, $NONULL, $SERIALOUTPUT, $ROMSTART, $RAMSIZE, $RAMSTART, $MONSTART, $IRAMSTART, $DEFAULT XRAM, $ASM-$END ASM, $LCD, $LCDRS, $BGF, $EXTERNAL, $LARGE, $LIB, $MAP, $NOBREAK, $NORAMCLEAR, $NOSP, $RAMTRON, $REGFILE, $SIM, $TIMEOUT. - Manipolazione delle Stringhe STRING, SPACE, LEFT, RIGHT, MID, VAL, HEXVAL, LEN, STR, HEX, CHR, ASC, FUSING, INSTR, LCASE, LOOKUPSTR, REPLACE, UCASE. Architettura del Compilatote BASCOM Il compilatore BASCOM 8051 è un completo pacchetto di sviluppo che comprende tutto quanto serve per poter generare, in modo efficiente, il Firmware di gestione di un qualsisi Hardware basato su una CPU con Core I principali moduli che lo compongono sono: EDITOR. E' un programma specializzato che consente di poter scrivere il programma di gestione. Questo programma dispone di una serie di aiuti per semplificare le operazioni di Editing. Tra questi aiuti c'è, ad esempio, la rappresentazione Colorata che consente di riconoscere rapidamente i vari elementi del programma, l'identazione automatica, l'allineamento dei commenti a fine righa, ecc COMPILATORE. Questa sezione è incaricata, partendo da quanto scritto nel programma Editato, di generare un programma eseguibile dalla CPU. Una volta compilato il programma si può controllare che non siano stati segnalati degli errori e quindi si può passare alle fasi successive. SIMULATORE. Consente di verificare il corretto funzionamento di un programma compilato, o parte dello stesso seguendo sul PC che simula la CPU In questo modo si possono effettuare prove preliminari senza dover salvare il programma compilato sulla FLASH della scheda hardware in uso. 8

9 Emulatore TERMINALE. Permette il colloquio, tra il PC e la scheda, utilizzando la linea di comunicazione seriale di bordo in RS Tutte le caratteristiche del protocollo di comunicazione, come ad esempio il Baud Rate, sono settabili in un'apposita finestra dello stesso Emulatore Terminale. UTILITA' ed OPZIONI Tra i componenti del BASCOM 8051 si ricordano anche alcune utilità relative alla gestione di display, alla conversione di formati, alla gestione di librerie, ecc. Inoltre una ricca serie di opzioni definite da utente, consentono di impostare numerose funzionalità sia dello stesso BASCOM che di eventuali altri programmi esterni, da lui lanciati. Ad esempio con le opzioni si definiscono colori ed informazioni rappresentate caratteristiche di stampa uso di programmatori, modi di simulazione ecc. FILE tipo DAT. Per poter lavorare con il BASCOM 8051 una delle prime operazioni da eseguire è cercare, o generare, un File che descriva tutte le risorse della CPU che si intende adoperare. Alcuni di questi FILE.DAT sono forniti con il compilatore mentre per operare con il GMM 5115 potete trovare il file 89C5115.DAT sul ns. sito. Programmi Aggiuntivi. Pur non facendo parte direttamente dell'architettura del compilatore è comunque un elemento fondamentale di alcune CPU della ATMEL. Alludo al programma che consente di potere programmare la FLASH della CPU senza bisogno di un programmatore esterno. Questa famiglia di Chip, di cui il T89C5115 fa parte, ha come caratteristica peculiare di poter utilizzare la sola linea di comunicazione seriale di bordo per effettuare questa operazione. Il tutto viene realizzato utilizzando il programma FLIP. Programma FLIP. Questo programma è fornito dalla ditta ATMEL e serve per poter effettuare la programmazione della FLASH interna della CPU. Il programma generato dal Compilatore viene spedito al GMM 5115 tramite il programma FLIP. Tutte le istruzioni sull'uso del FLIP sono disponibili direttamente sul sito della ATMEL e del capitolo seguente. 9

10 Esempio.001. Gestione LED e Tasto. Definizioni: $regfile ; $romstart ; $iramstart ; $ramstart ; $ramsize ; $crystal ; $large ; $map ; Alias Dichiarazioni: Dim. As Bit Istruzioni: Do ; Loop ; ' ; End Operatori: = Questo programma esegue una semplice operazione di I/O utilizzando i due tasti ed i due LED disponibili sulla GMM TST3. Gli schemi di riferimento sono quelli di pag del manuale GMM TST3. - Le linee di I/O interessate sono: - pin 13 dello zoccolo Z1 su GMM TST3 (= pin 7 del GMM 5115) collegato ad L3 di colore Verde tramite R7 ed a tasto T2 Verde; - pin 12 dello zoccolo Z1 su GMM TST3 (= pin 6 del GMM 5115) collegato ad L2 di colore Rosso tramite R6 ed a tasto T1 Rosso. - Il programma gestisce la linea del pin 6 come ingresso e la linea del pin 7 come uscita. - All'atto dell'accensione i due LED sono spenti. - Premendo il tasto T1, oltre ad accendersi il LED L2, in quanto elettricamente collegato, si accenderà anche il LED L3. - Rilasciando il tasto T1 si spegneranno sia L2 che L3. - Comunicazione a Baud, 8 Bit x chr, 1 Stop bit, Nessuna parità. 10

11 Schema Elettrico Usato dal Programma Sopra potete esaminare lo schema elettrico essenziale che si deve realizzare, su una Breadboard o su una Scheda Millefori, per usare il descritto Esempio.001. SVILUPPO del PROGRAMMA. Approfitto dell'occasione per descrivere, anche se in modo estremamente sintetico, quali soni i principali elementi che compongono un normale programma di gestione. C'è da sottolineare che, anche se il programma è molto corto, come nel presente caso, è un'ottima abitudine che lo stesso abbia tutti gli elementi indicati. Soprattutto se pensate di dedicarvi con continuità a questa attività vi consiglio di documentare al massimo tutti i vari passaggi e le decisioni adottate in quanto, quello che al momento risulta estremamente chiaro, in un arco di tempo relativamente breve può diventare di difficile comprensione se non addirittura incomprensibile. Nel proseguo di questo Mini Corso Pratico vi consigliamo, ogni volta che viene introdotto qualche cosa di nuovo, come una nuova Istruzione (Statement) od altro, di consultare l'help in linea del BASCOM Seguendo questo consiglio vi accorgerete che, in poco tempo, comincerete ad avere una solida conoscenza del linguaggio. Di seguito elenchiamo i vari elementi che è opportuno inserire in un programma. 11

12 CARTIGLIO. E' collocato all'inizio del listato ed inizia sempre con un carattere di "Apostrofo". Il suo scopo è quello di indicare tutte le informazioni utili ad identificare il programma. Normalmente, per consuetudine, questa parte è racchiusa in una cornice ed è composta da un titolo con tutti i dati sul nome del programma; dati relativi alla versione del compilatore; tipo di Hardware su cui è possibile far girare il programma; Nome della società e nome dello sviluppatore del programma. Descrizione Del Programma. Sempre preceduto da un Apostrofo viene sinteticamente descritta la funzionalità del programma. Vengono inoltre indicati gli elementi Hardware che sono coinvolti dal programma. Configurazioni IDE. Vengono indicate le impostazioni essenziali che occorre effettuare nell'ambiente di Sviluppo Integrato (IDE) del BASCOM 8051 per usare correttamente il programma. Direttive del Compilatore. Sono elencate tutte le Direttive necessarie al compilatore. Esse includono il file tipo.dat da utilizzare; Indirizzo dell'inizio del Codice in FLASH; Indirizzo dell'inizio dei Dati in RAM interna; ecc. DEFINIZIONI Vengono definite, con precisione, le risorse usate dal programma. Per ogni risorsa, come ad esempio un Tasto oppure un LED, viene indicato il nome ed a chi è associato o collegato. Nell'Esempio.001 sono indicati i piedini del microcontrollore collegati al tasto T1 ed al LED L3. Dichiarazioni Costanti Vengono dichiarate le Costanti adoperate nel programma di gestione, assieme al loro valore. In questo esempio non ci sono Costanti. Dichiarazioni Variabili Vengono dichiarate le Variabili adoperate nel programma di gestione, assieme al loro tipo. In questo esempio si tratta della Variabile Booleana T1stat che contiene lo stato del pulsante T1. 12

13 Dichiarazioni Procedure Vengono dichiarate tutte le Procedure e Funzioni previste nel programma di gestione, al fine di migliorarne la leggibilità e ridurne le dimensioni. In questo esempio non ci sono Procedure. PROGRAMMA PRINCIPALE Il programma inizia con un Main e termina con un End. Nel mezzo ci sono tutte le istruzioni e molti dei precedenti elementi (come le Variabili, Costanti, Operatori, Procedure, ecc.) che stabiliscono il funzionamento reale del programma. L esempio, nelle prime istruzioni, Inizializza il tasto T1 come ingresso digitale ed il LED L3 come uscita digitale, a livello alto. Fatto questo vengono introdotti due nuovi Statements denominati uno Do e l'altro Loop. Il programma, in questo caso, esegue quanto si trova tra Do e Loop all'infinito e più precisamente; - Assegna alla variabile T1stat lo stato del tasto T1. - Setta LED L3 con lo stato del tasto T1. Questo significa che se il tasto T1 è rilasciato il LED L3 sarà spento. Se il tasto T1 è premuto allora il LED L3 sarà illuminato. Il programma appena descritto può essere aperto, esaminato e compilato direttamente con l Editor del BASCOM 8051, semplicemente effettuando i seguenti passi: - Verificare che il file di 89C5115.DAT descritto in precedenza sia già presente nella cartella di installazione del BASCOM 8051: \MCS Electronics\BASCOM8051 e se non lo è copiarlo. - Eseguire il BASCOM 8051 ed una volta entrati nel suo IDE, caricare il File sorgente (con estensione.bas), tramite il menu File Open. Il file da caricare è quello collegato al presente esempio, che prende il nome di Corso_BASCOM8051_001.BAS. - Aprire la finestra di configurazione del compilatore BASCOM 8051, tramite il comando Option Compiler Misc, effettuare le impostazioni riportate nello stesso programma (vedi Configurazioni IDE) ed al termine confermare con il pulsante Ok. 13

14 - Compilare il sorgente del programma d esempio con una semplice pressione del tasto rapido F7, oppure selezionare il comando Program Compile, e verificare che non avvengano errori. In questo modo si deve ottenere il file.hex, identico a quello presente nel corso. La compilazione impiega un tempo che dipende dal PC usato; in ogni caso si deve attendere il completamento di entrambe le passate opportunamente segnalate da una finestra di stato che compare durante la stessa compilazione. Ricordando che la seconda passata è molto veloce e può risultare non leggibile, al termine si deve verificare che non siano riportati errori nella parte bassa dell'ide. - Il file HEX generato dal compilatore coincide con il codice eseguibile per il microcontrollore, codificato con un formato ridondante, che ne assicura la validità. In questo corso non si approfondisce questa trattazione, ma il lettore interessato può trovare un esauriente documentazione in internet. 14