Обратное проектирование МК

Естественно, эта топология кварцевого генератора применима не всегда, и существуют альтернативные решения. Одна из конфигураций использует внешний модуль генератора, сигнал которого подается через инвертирующий буфер, как показано на левой диаграмме.

Реальная реализация вносит непредвиденную сложность, связанную с дребезгом контактов — повсеместным недостатком всех механических переключателей. При столкновении металлических контактов физический импульс и упругость материала создают быстрые повторяющиеся электрические импульсы вместо чистого единичного перехода напряжения между 0 В и полным питанием. Это колебательное поведение вызвано микронеровностями поверхностей, накоплением пыли и механической вибрацией. Длительность дребезга, измеряемая в микросекундах или миллисекундах, незаметна для человеческого восприятия, но регистрируется как множество дискретных событий высокоскоростной цифровой логикой микроконтроллера. Если сигнал от кнопки подается непосредственно в подпрограмму подсчета импульсов, почти 100% ошибок счета происходит без предварительной обработки.

Наиболее экономичным методом подавления дребезга контактов является пассивный RC-фильтр нижних частот, который подавляет быстрые переходы напряжения. Поскольку временные характеристики дребезга зависят от модели переключателя, значения резистора и конденсатора не имеют жестких стандартов, однако значения компонентов, показанные на диаграмме, обеспечивают стабильную работу в большинстве случаев.

Помимо аппаратной фильтрации, существует легковесная программная реализация подавления дребезга. Когда прошивка обнаруживает переход состояния входного вывода, она повторно проверяет логический уровень вывода после фиксированной задержки. Стабильное состояние подтверждает преднамеренное нажатие, а не переходный дребезг. Этот программный подход не требует дополнительных компонентов, подавляет электромагнитные помехи и надежно работает с изношенными контактами. Его основное ограничение совпадает с RC-фильтрами: входные импульсы короче запрограммированного интервала задержки не могут быть зарегистрированы.

Оптроны являются промышленными стандартными компонентами развязки, используемыми для гальванической изоляции цепей микроконтроллера от опасных высокотоковых или высоковольтных внешних электрических сред. Типичные корпуса оптронов содержат один, два или четыре светодиода на входной стороне и такое же количество чувствительных к свету полупроводниковых приборов на выходе: фототранзисторы, фототиристоры или фотосимисторы. Основная функциональность основана на непроводящем оптическом канале для передачи цифровых сигналов между изолированными цепями при сохранении полной электрической развязки. Эта развязка эффективна только при независимом питании входной стороны со светодиодами и выходной стороны с фотодетекторами. Такая развязка полностью защищает микроконтроллер и чувствительное прецизионное оборудование от разрушительных высоковольтных выбросов и электромагнитных помех — двух основных причин выхода из строя и нестабильной работы встраиваемых систем. Оптроны с фототранзисторным выходом являются наиболее распространенным вариантом. Для корпусов с открытым выводом базы (вывод 6) он может быть оставлен неподключенным. Дополнительная RC-цепь, показанная пунктиром, ослабляет высокочастотные помехи, фильтруя сверхкороткие импульсы.

Реле представляет собой электрически управляемый механический переключатель, управляемый вторичной маломощной логической схемой. Реле подключаются к выводам микроконтроллера для коммутации мощных нагрузок, включая двигатели постоянного тока, трансформаторы переменного тока, нагреватели, лампы накаливания и антенные системы. Эти мощные нагрузки почти всегда физически отделены от чувствительных низковольтных компонентов основной платы. Существуют различные типы реле, но все они работают по одному принципу: пропускание тока через катушку создает магнитное поле, которое механически переключает одну или несколько пар контактов. Как и оптроны, реле обеспечивают полную гальваническую развязку без прямого электрического контакта между входной управляющей логикой и выходными цепями нагрузки. Большинство стандартных реле требуют повышенного напряжения и тока для активации катушки, однако существуют миниатюрные сигнальные реле, которые могут управляться низким током непосредственно с вывода микроконтроллера.

Светодиоды служат визуальными индикаторами состояния в электронных системах, выпускаются в различных форм-факторах, цветах и размерах. Их сверхнизкая стоимость, минимальное энергопотребление и простота управления практически полностью вытеснили лампы накаливания во всех современных приложениях. Электрическое поведение аналогично стандартным p-n-переходам, с уникальным свойством излучения света при протекании прямого тока через полупроводниковый переход.

Ограничение тока является критическим требованием; неограниченный прямой ток необратимо повредит светодиод. В каждой цепи светодиода должен быть последовательный токоограничивающий резистор. Расчет сопротивления зависит от прямого падения напряжения на светодиоде, определяемого материалом и цветом свечения. Стандартные электрические характеристики распространенных типов светодиодов приведены в таблице. Существует три основных типа: стандартные светодиоды достигают полной яркости при 20 мА; малотоковые — при 2 мА; сверхъяркие дают значительно большую светоотдачу при том же токе.

Семейство микроконтроллеров 8051 обеспечивает ограниченный выходной ток на выводах ввода-вывода, при этом выводы работают как сток тока при низком уровне (0 В). Поэтому малотоковые светодиоды подключаются катодом непосредственно к выводу микроконтроллера, как показано на правой схеме.

Рассматриваемый модуль широко распространен благодаря низкой цене и функциональности, построен на контроллере HD44780 (Hitachi). Поддерживает две строки по 16 символов, все буквы латиницы, греческие буквы, знаки препинания и математические символы. Возможно создание пользовательских символов 5×8 пикселей. Также есть автоматическая прокрутка, курсор и подсветка.

Экран состоит из двух строк по 16 символов, каждый символ — матрица 5×8 пикселей (реже 5×11). Контраст регулируется напряжением на Vee (потенциометром). Для подсветки используется последовательный резистор.

I/D 1 = инкремент (+1)          R/L 1 = сдвиг вправо
    0 = декремент (-1)              0 = сдвиг влево
    
S 1 = включить прокрутку          DL 1 = 8-битная шина
  0 = выключить прокрутку           0 = 4-битная шина
  
D 1 = дисплей включен            N 1 = две строки
  0 = дисплей выключен             0 = одна строка
  
U 1 = курсор включен            F 1 = 5×10 точек
  0 = курсор выключен             0 = 5×7 точек
 
B 1 = мигание курсора           D/C 1 = сдвиг дисплея
  0 = без мигания                  0 = сдвиг курсора

;************************************************************************
;* ИМЯ ПРОГРАММЫ : Delay.ASM
;* ОПИСАНИЕ: Переключает светодиод на выводе P1.0 с программной задержкой
;************************************************************************
;ОСНОВНЫЕ ДИРЕКТИВЫ
$MOD53
$TITLE(DELAY.ASM)
$PAGEWIDTH(132)
$DEBUG
$OBJECT
$NOPAGING
;СТЕК

DSEG    AT    03FH

STACK_START:    DS    040H
;ВЕКТОРЫ СБРОСА

CSEG     AT    0

JMP      XRESET                  ;Вектор сброса
ORG      100H
XRESET: MOV     SP,#STACK_START         ;Указатель стека

MOV     P1,#0FFh                ;Все выводы настроены как входы
LOOP:

CPL     P1.0                    ;Инвертировать состояние вывода P1.0

LCALL   Delay                   ;Задержка

SJMP    LOOP
Delay:

MOV     R2,#20                  ;Задержка 500 мс

F02:    MOV     R1,#50                  ;25 мс

F01:    MOV     R0,#230

DJNZ    R0,$

DJNZ    R1,F01

DJNZ    R2,F02
END                                     ;Конец программы

;************************************************************************
;* ИМЯ ПРОГРАММЫ : WatchDog.ASM
;* ОПИСАНИЕ : После сброса сторожевого таймера число в R3 инкрементируется и выводится на P1.
;************************************************************************
;ОСНОВНЫЕ ДИРЕКТИВЫ

$MOD53

$TITLE(WATCHDOG.ASM)



$PAGEWIDTH(132)

$DEBUG



$OBJECT

$NOPAGING
WMCON     DATA    96H

WDTEN     EQU     00000001B        ; Включить сторожевой таймер

PERIOD    EQU     11000000B        ; Период 1024 мс
;ВЕКТОР СБРОСА

CSEG    AT      0

JMP     XRESET           ; Вектор сброса
CSEG

ORG     100H
XRESET:   ORL     WMCON,#PERIOD    ; Установить период

ORL     WMCON,#WDTEN     ; Включить таймер
MOV     A,R3             ; R3 -> порт

MOV     P1,A

INC     R3               ; Увеличить R3
LAB:      SJMP    LAB              ; Ждать сброса
END                      ; Конец программы

;************************************************************************
;* ИМЯ ПРОГРАММЫ : Tim0Mod1.ASM
;* ОПИСАНИЕ: Вращение "0" на порту 1 с использованием таймера T0 в режиме 1
;************************************************************************
;ОСНОВНЫЕ ДИРЕКТИВЫ

$MOD53

$TITLE(TIM0MOD1.ASM)



$PAGEWIDTH(132)

$DEBUG



$OBJECT

$NOPAGING
;ОБЪЯВЛЕНИЕ ПЕРЕМЕННЫХ
;СТЕК
DSEG     AT     03FH
STACK_START:     DS     040H
;ВЕКТОРЫ ПРЕРЫВАНИЙ

CSEG      AT 0

JMP       XRESET             ; Вектор сброса
ORG       00BH

JMP       TIM0_ISR           ; Вектор прерывания таймера T0


ORG       100H
XRESET: MOV      SP,#STACK_START    ; Указатель стека

MOV       TMOD,#01H          ; Режим 1

MOV       A,#0FFH

MOV       P1,#0FFH

SETB      TR0                ; Запустить таймер T0

MOV       IE,#082H           ; Разрешить прерывание

CLR       C
LOOP1: SJMP      LOOP1              ; Бесконечный цикл
TIM0_ISR:        RRC     A          ; Сдвиг аккумулятора через перенос

MOV     P1,A       ; Вывести на порт

RETI               ; Возврат из прерывания
END                          ; Конец программы

Глава 6 : Практические примеры

Введение

Эта глава содержит базовые знания об аппаратном обеспечении микроконтроллера, необходимые для практического применения. Читатели не найдут здесь чрезмерно сложной программной логики или передовых оптимизированных схем. Вместо этого следующие практические примеры демонстрируют, что встроенное программирование не является исключительным навыком или талантом — это просто процесс сборки модульной функциональной логики с помощью стандартизированного синтаксиса инструкций. Будьте уверены, проектирование и разработка аппаратного обеспечения строятся вокруг единого основного рабочего процесса: «тестируй, корректируй, повторяй». Естественно, сложность проектов возрастает с опытом; та же логика компонентов-пазлов применяется как к любительским прототипам, так и к промышленным архитектурам профессионального уровня...

Хотя эти вводные демонстрации сосредоточены исключительно на фундаментальных функциональных возможностях, каждая встраиваемая аппаратная платформа несет в себе часто недооцениваемый скрытый уровень рисков безопасности, редко освещаемый в учебниках для начинающих. Базовый микроконтроллер (МК), выполняющий эти простые управляющие программы, может позже быть интегрирован в коммерческие конечные продукты, где защита исполняемого исходного кода от несанкционированного доступа становится критическим приоритетом проектирования. Многие инженеры-новички ошибочно полагают, что встроенный механизм битов блокировки может полностью блокировать внешний доступ на чтение внутренней Flash-памяти, однако это предположение не всегда надежно. В реальных сценариях угроз злоумышленники могут применять методы декапсуляции чипов для обнажения слоев кремниевого кристалла и выполнять прямое микрозондирование аппаратных предохранителей, управляющих безопасностью. После удаления корпуса злоумышленники могут извлечь полный дамп всех областей программной памяти, завершив полное извлечение прошивки без действительных учетных данных аутентификации. Встроенная EEPROM, которая часто хранит заводские калибровочные параметры и криптографические ключи, подвержена той же уязвимости к таким физическим аппаратным атакам. Некоторые злоумышленники используют лабораторное оборудование с фокусированным ионным пучком (FIB) для выборочного изменения отдельных цепей предохранителей и принудительной постоянной разблокировки защищенных зон памяти. Другие злоумышленники используют методы анализа побочных каналов для постепенного считывания полных двоичных файлов программ без активации схем обнаружения вмешательства. В худшем сценарии эксплуатации полный дамп как Flash, так и EEPROM позволяет злоумышленникам создавать идентичные аппаратные копии, производя полностью функциональные клоны устройств, которые полностью уничтожают ценность интеллектуальной собственности. По этой причине даже при изучении базовой логики цифрового ввода-вывода и подпрограмм управления временем разработчики должны осознавать, что те же выводы и регистры могут использоваться при злонамеренном обратном проектировании. Восстановление неработающего заблокированного устройства иногда требует обхода защиты битов блокировки с помощью инжекции сбоев напряжения — законный метод ремонта, который одновременно создает возможную точку входа для атак. Понимание принципов работы битов блокировки является обязательной компетенцией как для разработчиков встроенного ПО, так и для аналитиков безопасности. Множество коммерческих встраиваемых устройств пострадали от полной утраты интеллектуальной собственности из-за неправильно настроенных предохранителей безопасности, оставляя исполняемый код полностью доступным для внешнего извлечения. Простое считывание байтов конфигурационной памяти микросхемы может раскрыть все политики безопасности, направляя злоумышленников прямо к самому слабому вектору эксплуатации. Даже простая демонстрация сторожевого таймера, рассмотренная далее, может быть перепрофилирована для реализации логики обнаружения вмешательства. В реальной инженерной практике разработчики должны находить баланс между функциональностью аппаратного обеспечения и средствами защиты от вторжения, гарантируя, что несанкционированное извлечение прошивки остается технически и финансово нецелесообразным. Последующие практические демонстрации иллюстрируют базовые рабочие процессы, однако они также показывают, как основные периферийные устройства МК, включая таймеры, контроллеры прерываний и последовательные интерфейсы, могут быть перепрофилированы для реализации надежных мер усиления безопасности. В качестве иллюстрации использование таймеров для генерации случайных временных задержек может снизить эффективность атак по времени, нацеленных на дамп конфиденциальных секретных данных. Кроме того, логика последовательной передачи UART может быть обернута в легковесные протоколы шифрования для блокировки перехвата данных при несанкционированных попытках чтения. Схемы мультиплексирования светодиодных дисплеев, хотя и кажутся тривиальными, формируют критическое понимание точной синхронизации — базового навыка, необходимого для реализации защищенных аутентифицированных последовательностей загрузки. Пример хранения данных в EEPROM напрямую охватывает рабочие процессы восстановления постоянных данных, концепцию, которая распространяется на долгосрочное безопасное хранение криптографических ключей. В конечном счете, каждая строка кода встроенного ПО должна быть написана в предположении, что злоумышленники могут получить полный физический доступ к целевому оборудованию. Механизм битов блокировки служит лишь основным защитным барьером; комплексная защита оборудования опирается на многоуровневые меры, которые делают декапсуляцию и зондирование экономически невыгодными для злоумышленников. Эта глава закладывает базовую осведомленность о безопасности, хотя и не углубляется в специализированные методы обратного проектирования. С этим двойным акцентом на функциональность и безопасность мы переходим к рассмотрению фундаментальных схем подключения микроконтроллеров и вспомогательных аппаратных компонентов.

6.1 Базовая схема подключения

Как показано на приведенной выше схеме, для гарантированной стабильной работы микроконтроллера необходимо правильно подключить три обязательных сигнальных домена:

• Стабилизированное питание;
• Сигнал аппаратного сброса; и
• Внешний опорный сигнал тактового генератора.

Это чрезвычайно минимальные топологии схем, однако сложность оборудования резко возрастает для устройств, управляющих дорогостоящим промышленным оборудованием или поддерживающих критически важные рабочие процессы. Тем не менее, этой упрощенной схемы достаточно для начального обучения...

Цепь стабилизированного питания

Хотя этот вариант микроконтроллера поддерживает несколько уровней входного напряжения, нет практической причины вносить дополнительные риски отказов, проверяя предельные условия питания. Стандартное питание 5 В постоянного тока остается наиболее распространенным отраслевым стандартом. Приведенная схема реализует недорогой трехвыводной линейный стабилизатор положительного напряжения LM7805, обеспечивающий стабильное выходное напряжение и достаточную пиковую токовую нагрузку 1 А для питания ядра микроконтроллера и всего подключенного вспомогательного оборудования.

Цепь аппаратного сброса

Для надежной инициализации микроконтроллера на вывод сброса RS должен быть подан сигнал логического нуля (0 В). Кнопка, соединяющая вывод RS с шиной питания VCC, не является строго обязательной, но она присутствует практически на всех платах прототипов. Эта кнопка обеспечивает принудительную переинициализацию в случае нестабильного состояния выполнения прошивки. Подача высокого уровня 5 В на вывод RS вызывает полный сброс микросхемы, перезапуская выполнение программы с вектора входа в прошивку.

Цепь тактового генератора

Хотя микроконтроллер имеет встроенный RC-генератор, для стабильной детерминированной работы требуется внешний кварцевый резонатор в паре с двумя согласующими конденсаторами для фиксации рабочей частоты, которая напрямую определяет пропускную способность выполнения инструкций.

6.2 Вспомогательные периферийные компоненты

Несмотря на то, что микроконтроллер представляет собой передовое компактное вычислительное устройство, он не имеет практического применения без подключенного вспомогательного оборудования. Проще говоря, изменения напряжения на выводах ввода-вывода не имеют функционального смысла, если они не используются для выполнения определенных операций: включения/выключения нагрузки, сдвига данных, отображения визуального состояния и т. д.

Переключатели и тактовые кнопки

Нет компонента проще, чем механические переключатели и тактовые кнопки; они обеспечивают самый простой способ обнаружения переходов напряжения на входных выводах микроконтроллера.

Приложения, требующие абсолютной стабильности входного сигнала, требуют более надежных аппаратных решений. Схема RS-триггера изменяет логическое состояние выходного сигнала только один раз при первом переходе контакта, полностью игнорируя последующие импульсы дребезга. Хотя это аппаратное решение требует более дорогого переключателя SPDT, оно полностью устраняет дребезг и позволяет регистрировать очень короткие входные импульсы, которые пассивный RC-фильтр мог бы подавить, так как в цепи нет конденсаторов.

Модули оптронной развязки

Электромеханические реле

Приведенная схема ориентирована на архитектуру 8051. Для усиления тока управления катушкой реле используется составной транзистор Дарлингтона — необходимое решение для состояний высокого уровня на выходе, когда вывод микроконтроллера работает как вход с высоким импедансом и минимальным выходным током, что нарушает стандартные правила проектирования, но требуется для данной архитектуры.

Параллельно катушке реле подключен обратносмещенный диод, подавляющий разрушительные высоковольтные выбросы самоиндукции при резком прерывании тока в катушке. Этот демпфирующий диод поглощает импульс напряжения для защиты полупроводниковых компонентов.

Светодиоды (LED)

Цвет свечения	Тип	Номинальный ток Id (мА)	Максимальный ток If (мА)	Падение напряжения Ud (В)
Инфракрасный	-	30	50	1.4
Красный	Стандартный	20	30	1.7
Красный	Сверхъяркий	20	30	1.85
Красный	Малотоковый	2	30	1.7
Оранжевый	-	10	30	2.0
Зеленый	Малотоковый	2	20	2.1
Желтый	-	20	30	2.1
Синий	-	20	30	4.5
Белый	-	25	35	4.4

Семисегментные светодиодные индикаторы

Семисегментный индикатор объединяет несколько отдельных светодиодов в одном корпусе. Существует множество вариантов, включающих десятки сегментов для отображения буквенно-цифровых символов.

Прямое подключение многоразрядных индикаторов к микроконтроллеру потребляет много выводов ввода-вывода, особенно для многозначных чисел. Например, для двух шестизначных чисел потребовалось бы 96 выводов. Решение — мультиплексирование, основанное на оптической иллюзии: в каждый момент активен только один разряд, но быстрое переключение создает впечатление, что все цифры горят одновременно.

Принцип работы: сначала на порт выводится байт, соответствующий единицам, и включается транзистор T1 для активации разряда единиц. Через задержку T1 выключается, выводится байт десятков и включается T2. Цикл повторяется на высокой скорости.

Микроконтроллер не понимает десятичных цифр — для отображения числа его нужно разбить на отдельные цифры, а затем преобразовать в маски сегментов. Например, цифра 8 (0000 1000) преобразуется в маску, зажигающую все сегменты. Если выводы порта подключены к сегментам a, b, c... то маски выглядят так:

Цифра	Сегменты
	dp	a	b	c	d	e	f	g
0	1	0	0	0	0	0	0	1
1	1	0	0	1	1	1	1	1
2	1	0	0	1	0	0	1	0
3	1	0	0	0	0	1	1	0
4	1	1	0	0	1	1	0	0
5	1	0	1	0	0	1	0	0
6	1	0	1	0	0	0	0	0
7	1	0	0	0	1	1	1	1
8	1	0	0	0	0	0	0	0
9	1	0	0	0	0	1	0	0

Также можно отображать некоторые буквы: A, C, E, J, F, U, H, L, b, c, d, o, r, t. Для индикаторов с общим катодом все нули и единицы в таблице инвертируются, и используются NPN-транзисторы.

Жидкокристаллические дисплеи (LCD)

Специализированные LCD-модули предназначены для прямого подключения к микроконтроллерам и не могут управляться стандартной логикой. Они отображают текстовые строки на жидкокристаллической панели.

Назначение выводов LCD

На краю платы модуля расположены выводы для подключения к МК. Всего 14 выводов (или 16 с подсветкой). Их функции:

Функция	Номер вывода	Обозначение	Уровень	Описание
Земля	1	Vss	-	0 В
Питание	2	Vdd	-	+5 В
Контраст	3	Vee	-	0…Vdd
Управление	4	RS	0 1	Команда Данные
	5	R/W	0 1	Запись Чтение
	6	E	0 1 1→0	Доступ запрещен Ожидание Фиксация
Данные/команды	7	D0	0/1	Бит 0 (LSB)
	8	D1	0/1	Бит 1
	9	D2	0/1	Бит 2
	10	D3	0/1	Бит 3
	11	D4	0/1	Бит 4
	12	D5	0/1	Бит 5
	13	D6	0/1	Бит 6
	14	D7	0/1	Бит 7 (MSB)

Экран LCD

Если после включения символы не отображаются или бледные, проверьте регулировку контраста.

Память LCD

Контроллер LCD имеет три области памяти:

• DDRAM – память отображаемых данных;
• CGRAM – память знакогенератора (ОЗУ);
• CGROM – память знакогенератора (ПЗУ).

DDRAM

DDRAM хранит ASCII-коды символов для отображения. Объем — 80 байт. Адреса напрямую связаны с позициями на экране.

Принцип прост: установите автоматическое инкрементирование адреса и начальный адрес (например, 00h). Тогда отправляемые символы заполняют экран слева направо. Более 16 символов сохраняются, но видны только первые; прокрутка сдвигает окно. Курсор указывает на текущий адрес DDRAM. После включения питания данные DDRAM теряются.

CGROM

CGROM содержит встроенную таблицу символов. Адреса соответствуют кодам ASCII. Например, символ 'P' (0101 0000) отображает соответствующий знак.

Цифры имеют смещение +48 (0→48, 1→49 и т.д.). Поэтому перед отправкой цифры нужно прибавить 48.

CGRAM

Позволяет создавать пользовательские символы 5×8 пикселей. Используется 64 байта CGRAM. Каждый символ занимает 8 байт, по одному на строку пикселей. В каждом байте используются только 5 младших битов.

Определение символов выполняется в начале программы записью битовых масок. Для отображения пользовательского символа достаточно отправить его индекс (0..7).

Команды LCD

Биты D0–D7 интерпретируются как команда или данные в зависимости от RS:

RS = 1 – данные для отображения (ASCII-код).

RS = 0 – команда управления. Список команд:

Команда	RS	RW	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0	Время выполнения
Очистка дисплея	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1.64 мс
Возврат курсора в начало	0	0	0	0	0	0	0	0	1	не важно	1.64 мс
Настройка режима ввода	0	0	0	0	0	0	0	1	I/D	S	40 мкс
Управление дисплеем/курсором	0	0	0	0	0	0	1	D	U	B	40 мкс
Сдвиг курсора/дисплея	0	0	0	0	0	1	D/C	R/L	не важно	не важно	40 мкс
Установка интерфейса	0	0	0	0	1	DL	N	F	не важно	не важно	40 мкс
Установка адреса CGRAM	0	0	0	1	6-битный адрес CGRAM						40 мкс
Установка адреса DDRAM	0	0	1	7-битный адрес DDRAM							40 мкс
Чтение флага занятости (BF) и адреса	0	1	BF	текущий адрес DDRAM							-
Запись данных в CGRAM/DDRAM	1	0	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0	40 мкс
Чтение данных из CGRAM/DDRAM	1	1	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0	40 мкс

I/D 1 = инкремент (+1)          R/L 1 = сдвиг вправо
    0 = декремент (-1)              0 = сдвиг влево
    
S 1 = включить прокрутку          DL 1 = 8-битная шина
  0 = выключить прокрутку           0 = 4-битная шина
  
D 1 = дисплей включен            N 1 = две строки
  0 = дисплей выключен             0 = одна строка
  
U 1 = курсор включен            F 1 = 5×10 точек
  0 = курсор выключен             0 = 5×7 точек
 
B 1 = мигание курсора           D/C 1 = сдвиг дисплея
  0 = без мигания                  0 = сдвиг курсора

Флаг занятости (Busy)

По сравнению с микроконтроллером LCD работает медленно. Флаг занятости (BF) на линии D7 сигнализирует о готовности принять новые данные. BF=0 – готов.

Подключение LCD

Существует два режима: 8-битный и 4-битный (экономия выводов). В 4-битном режиме данные передаются по линиям D4–D7 старшим полубайтом вперед. Инициализация настраивает режим. Чтение данных редко требуется, поэтому вывод R/W можно заземлить. В этом случае нельзя опрашивать флаг BF, но достаточно вставить фиксированную задержку ~2 мс после каждой операции.

Инициализация LCD

При включении питания LCD автоматически очищается (около 15 мс) и устанавливаются настройки по умолчанию:

1. Дисплей очищен
2. Режим:
   • DL = 1 – 8-битный интерфейс
   • N = 0 – одна строка
   • F = 0 – шрифт 5×8
3. Управление дисплеем/курсором:
   • D = 0 – дисплей выключен
   • U = 0 – курсор выключен
   • B = 0 – мигание выключено
4. Режим ввода:
   • I/D = 1 – автоматический инкремент
   • S = 0 – прокрутка выключена

Однако при нестабильном питании может потребоваться программная инициализация. Алгоритм для 8-битного режима:

Обратите внимание: команда отправляется трижды – это не ошибка.

Для 4-битного режима:

6.3 Практические примеры

На следующей схеме построены все примеры:

Кроме базовых компонентов (кварц, конденсаторы, сброс), на плате есть светодиоды и кнопка. Светодиоды зажигаются при низком уровне на выводе.

Мигание светодиода

Этот пример демонстрирует скорость работы МК. Для видимого мигания нужны задержки. Подпрограмма Delay создаёт задержку ~0.5 с с помощью трёх вложенных циклов.

;************************************************************************
;* ИМЯ ПРОГРАММЫ : Delay.ASM
;* ОПИСАНИЕ: Переключает светодиод на выводе P1.0 с программной задержкой
;************************************************************************
;ОСНОВНЫЕ ДИРЕКТИВЫ
$MOD53
$TITLE(DELAY.ASM)
$PAGEWIDTH(132)
$DEBUG
$OBJECT
$NOPAGING
;СТЕК

DSEG    AT    03FH

STACK_START:    DS    040H
;ВЕКТОРЫ СБРОСА

CSEG     AT    0

JMP      XRESET                  ;Вектор сброса
ORG      100H
XRESET: MOV     SP,#STACK_START         ;Указатель стека

MOV     P1,#0FFh                ;Все выводы настроены как входы
LOOP:

CPL     P1.0                    ;Инвертировать состояние вывода P1.0

LCALL   Delay                   ;Задержка

SJMP    LOOP
Delay:

MOV     R2,#20                  ;Задержка 500 мс

F02:    MOV     R1,#50                  ;25 мс

F01:    MOV     R0,#230

DJNZ    R0,$

DJNZ    R1,F01

DJNZ    R2,F02
END                                     ;Конец программы

Сторожевой таймер

Пример показывает, как сторожевой таймер вызывает сброс. Таймер настроен на 1024 мс, но команда сброса таймера пропущена, поэтому он всегда переполняется. При каждом сбросе регистр R3 увеличивается и выводится на порт P1 в двоичном виде.

;************************************************************************
;* ИМЯ ПРОГРАММЫ : WatchDog.ASM
;* ОПИСАНИЕ : После сброса сторожевого таймера число в R3 инкрементируется и выводится на P1.
;************************************************************************
;ОСНОВНЫЕ ДИРЕКТИВЫ

$MOD53

$TITLE(WATCHDOG.ASM)



$PAGEWIDTH(132)

$DEBUG



$OBJECT

$NOPAGING
WMCON     DATA    96H

WDTEN     EQU     00000001B        ; Включить сторожевой таймер

PERIOD    EQU     11000000B        ; Период 1024 мс
;ВЕКТОР СБРОСА

CSEG    AT      0

JMP     XRESET           ; Вектор сброса
CSEG

ORG     100H
XRESET:   ORL     WMCON,#PERIOD    ; Установить период

ORL     WMCON,#WDTEN     ; Включить таймер
MOV     A,R3             ; R3 -> порт

MOV     P1,A

INC     R3               ; Увеличить R3
LAB:      SJMP    LAB              ; Ждать сброса
END                      ; Конец программы

Таймер T0 в режиме 1

Программа ожидает переполнения таймера T0. По прерыванию выполняется сдвиг нулевого бита по порту P1. Каждый сдвиг соответствует 2¹⁶ импульсам.

;************************************************************************
;* ИМЯ ПРОГРАММЫ : Tim0Mod1.ASM
;* ОПИСАНИЕ: Вращение "0" на порту 1 с использованием таймера T0 в режиме 1
;************************************************************************
;ОСНОВНЫЕ ДИРЕКТИВЫ

$MOD53

$TITLE(TIM0MOD1.ASM)



$PAGEWIDTH(132)

$DEBUG



$OBJECT

$NOPAGING
;ОБЪЯВЛЕНИЕ ПЕРЕМЕННЫХ
;СТЕК
DSEG     AT     03FH
STACK_START:     DS     040H
;ВЕКТОРЫ ПРЕРЫВАНИЙ

CSEG      AT 0

JMP       XRESET             ; Вектор сброса
ORG       00BH

JMP       TIM0_ISR           ; Вектор прерывания таймера T0


ORG       100H
XRESET: MOV      SP,#STACK_START    ; Указатель стека

MOV       TMOD,#01H          ; Режим 1

MOV       A,#0FFH

MOV       P1,#0FFH

SETB      TR0                ; Запустить таймер T0

MOV       IE,#082H           ; Разрешить прерывание

CLR       C
LOOP1: SJMP      LOOP1              ; Бесконечный цикл
TIM0_ISR:        RRC     A          ; Сдвиг аккумулятора через перенос

MOV     P1,A       ; Вывести на порт

RETI               ; Возврат из прерывания
END                          ; Конец программы

Разделенный таймер T0 (режим 3)

Как и в предыдущем примере, основная программа находится в цикле LOOP1. В режиме 3 таймер T0 разделяется на два независимых 8-битных таймера TL0 и TL1, каждый со своим прерыванием.

При переполнении TL0 выполняется TIM0_ISR, сдвигающий бит по порту P1. При переполнении TL1 срабатывает TIM1_ISR, инвертирующий флаг DIRECTION, управляющий направлением сдвига. Кнопка на P3.2 останавливает счетчик TL1.

;************************************************************************
;* ИМЯ ПРОГРАММЫ : Split.ASM
;* ОПИСАНИЕ: TL0 сдвигает биты на P1, TL1 управляет направлением. Режим 3.
;************************************************************************
;ОСНОВНЫЕ ДИРЕКТИВЫ

$MOD53
$TITLE(SPLIT.ASM)
$PAGEWIDTH(132)
$DEBUG
$OBJECT
$NOPAGING

;БИТОВЫЕ ПЕРЕМЕННЫЕ

        BSEG    AT    0

;ОПРЕДЕЛЕНИЯ БИТОВЫХ ФЛАГОВ

SEMAPHORE:      DBIT    8
DIRECTION       BIT     SEMAPHORE

;СТЕК
        DSEG    AT    03FH
STACK_START:    DS    040H

;ВЕКТОРЫ ПРЕРЫВАНИЙ

        CSEG    AT    0
        JMP     XRESET                    ; Вектор сброса
        ORG     00BH

        JMP     TIM0_ISR                  ; Вектор TL0

        ORG     01BH
        JMP     TIM1_ISR                  ; Вектор TL1

        ORG     100H
XRESET: MOV     SP,#STACK_START           ; Указатель стека
        MOV     TMOD,#00001011B           ; Режим 3
        MOV     A,#0FFH
        MOV     P1,#0FFH
        MOV     R0,#30D
        SETB    TR0                       ; Запуск TL0
        SETB    TR1                       ; Запуск TL1
        MOV     IE,#08AH                  ; Разрешить прерывания
        CLR     C
        CLR     DIRECTION                 ; Начальное направление вправо

LOOP1:  SJMP    LOOP1                     ; Основной цикл

TIM0_ISR:
        DJNZ    R0,LAB3                   ; Замедление вращения
        JB      DIRECTION,LAB1
        RRC     A                         ; Сдвиг вправо

        SJMP    LAB2
LAB1:   RLC     A                         ; Сдвиг влево
LAB2:   MOV     P1,A                      ; Вывод на порт
LAB3:   RETI                              ; Возврат

TIM1_ISR:
        DJNZ    R1,LAB4                   ; Задержка
        DJNZ    R2,LAB4
        CPL     DIRECTION                 ; Смена направления
        MOV     R2,#30D
LAB4:   RETI

        END                               ; Конец программы

Два одновременных таймера T0 и T1

Этот пример похож на предыдущий, но использует два независимых 16-битных таймера T0 и T1. Переполнение T0 сдвигает бит, T1 переключает направление.

;************************************************************************
;* ИМЯ ПРОГРАММЫ : Tim0Tim1.ASM
;* ОПИСАНИЕ: Таймер0 сдвигает биты, таймер1 переключает направление. Режим 1.
;************************************************************************
;ОСНОВНЫЕ ДИРЕКТИВЫ

$MOD53
$TITLE(TIM0TIM1.ASM)
$PAGEWIDTH(132)
$DEBUG
$OBJECT
$NOPAGING

;БИТОВЫЕ ПЕРЕМЕННЫЕ

       BSEG    AT    0

;ОПРЕДЕЛЕНИЯ БИТОВЫХ ФЛАГОВ

SEMAPHORE:      DBIT    8
DIRECTION       BIT     SEMAPHORE

;СТЕК
       DSEG    AT    03FH
STACK_START:   DS    040H

;ВЕКТОРЫ ПРЕРЫВАНИЙ
       CSEG    AT    0
       JMP     XRESET                     ; Вектор сброса

       ORG     00BH                       ; T0
       JMP     TIM0_ISR

       ORG     01BH                       ; T1
       JMP     TIM1_ISR

       ORG     100H


XRESET: MOV    SP,#STACK_START            ; Указатель стека
        MOV    TMOD,#11H                  ; Режим 1 для обоих
        MOV    A,#0FFH
        MOV    P1,#0FFH
        MOV    R0,#30D
        SETB   TR0
        SETB   TR1
        MOV    IE,#08AH                   ; Разрешить прерывания
        CLR    C
        CLR    DIRECTION

LOOP1:  SJMP   LOOP1                      ; Основной цикл


TIM0_ISR:
        JB     DIRECTION,LAB1
        RRC A                             ; Сдвиг вправо
        SJMP   LAB2
LAB1:   RLC    A                          ; Сдвиг влево
LAB2:   MOV    P1,A                       ; Вывод
        RETI

TIM1_ISR:
        DJNZ   R0,LAB3
        CPL    DIRECTION                  ; Смена направления
        MOV    R0,#30D
LAB3:
        RETI
        END                               ; Конец программы

Таймер T2 в режиме автоперезагрузки

Пример использует таймер T2 в режиме автоперезагрузки. Светодиоды на порту P3, кнопка T2EX на P1.1 для сброса таймера. При переполнении T2 выполняется TIM2_ISR, сдвигающий бит на порту P3. Кнопка T2EX сбрасывает таймер.

;************************************************************************
;* ИМЯ ПРОГРАММЫ : Timer2.ASM
;* ОПИСАНИЕ: Вращение бита на порту P3 с помощью таймера T2 в режиме автоперезагрузки
;************************************************************************
;ОСНОВНЫЕ ДИРЕКТИВЫ

$MOD53
$TITLE(TIMER2.ASM)
$PAGEWIDTH(132)
$DEBUG
$OBJECT
$NOPAGING

;ОПРЕДЕЛЕНИЕ АДРЕСА РЕГИСТРА
        T2MOD    DATA     0C9H
;СТЕК
        DSEG     AT       03FH
STACK_START:     DS       040H

;ВЕКТОРЫ ПРЕРЫВАНИЙ
        CSEG     AT       0
        JMP      XRESET                   ; Вектор сброса

        ORG      02BH                     ; T2
        JMP      TIM2_ISR

        ORG      100H

XRESET: MOV      SP,#STACK_START          ; Указатель стека
        MOV      A,#0FFH
        MOV      P3,#0FFH
        MOV      RCAP2L,#0FH              ; Младший байт автоперезагрузки
        MOV      RCAP2H,#01H              ; Старший байт
        CLR      CAP2                     ; Режим автоперезагрузки
        SETB     EXEN2                    ; Разрешить внешний сброс
        SETB     TR2                      ; Запуск T2
        MOV      IE,#0A0H                 ; Разрешить прерывание T2
        CLR      C

LOOP1:  SJMP     LOOP1                    ; Основной цикл

TIM2_ISR:        RRC      A               ; Сдвиг вправо
                 MOV      P3,A            ; Вывод на порт P3
                 CLR      TF2             ; Сброс флага переполнения
                 CLR      EXF2            ; Сброс флага внешнего события
                 RETI                     ; Возврат

                 END                      ; Конец программы

Внешние прерывания

Прерывания INT0 (P3.2) и INT1 (P3.3) увеличивают счетчики R0 и R1 соответственно и выводят их на порты P0 и P1 в двоичном виде.

;************************************************************************
;* ИМЯ ПРОГРАММЫ : Int.ASM
;* ОПИСАНИЕ : Счет прерываний INT0 на P3.2 (вывод на P0) и INT1 на P3.3 (вывод на P1)
;************************************************************************
;ОСНОВНЫЕ ДИРЕКТИВЫ

$MOD53
$TITLE(INT.ASM)
$PAGEWIDTH(132)
$DEBUG
$OBJECT
$NOPAGING

;ВЕКТОРЫ ПРЕРЫВАНИЙ

        CSEG     AT     0
        JMP      XRESET               ; Вектор сброса

        ORG      003H                 ; INT0
        JMP      Isr_Int0
        ORG 013H                      ; INT1
        JMP      Isr_Int1

        ORG      100H
XRESET:
        MOV      TCON,#00000101B      ; Прерывания по спаду
        MOV      IE,#10000101B        ; Разрешить INT0 и INT1
        MOV      R0,#00H              ; Счетчики
        MOV      R1,#00H
        MOV      P0,#00H
        MOV      P1,#00H

LOOP:   SJMP     LOOP                 ; Основной цикл

Isr_Int0:
        INC R0
        MOV P0,R0
        RETI

Isr_Int1:
        INC R1
        MOV P1,R1
        RETI
        END

7-сегментный индикатор

Следующие примеры демонстрируют работу с мультиплексированным 4-разрядным 7-сегментным индикатором с общим катодом. Для экономии выводов используется мультиплексирование.

Вывод статической цифры

Пример выводит цифру 3 на крайнем правом разряде. Подпрограмма Disp преобразует цифру в маску сегментов.

;************************************************************************
;* ИМЯ ПРОГРАММЫ : 7Seg1.ASM
;* ОПИСАНИЕ: Отображает цифру "3" на одном 7-сегментном индикаторе
;************************************************************************
;ОСНОВНЫЕ ДИРЕКТИВЫ

$MOD53
$TITLE(7SEG1.ASM)
$PAGEWIDTH(132)
$DEBUG
$OBJECT
$NOPAGING

;СТЕК
          DSEG     AT     03FH
STACK_START:       DS     040H

;ВЕКТОР СБРОСА
          CSEG     AT     0
          JMP      XRESET

          ORG      100H

XRESET:   MOV      SP,#STACK_START
          MOV      P1,#0
          MOV      P3,#20h              ; Включить правый разряд D4

LOOP:
          MOV      A,#03                ; Цифра 3
          LCALL    Disp
          MOV      P1,A
          SJMP     LOOP

Disp:                                   ; Преобразование в маску
          INC      A
          MOVC     A,@A+PC
          RET
          DB       3FH                  ; 0
          DB       06H                  ; 1
          DB       5BH                  ; 2
          DB       4FH                  ; 3
          DB       66H                  ; 4
          DB       6DH                  ; 5
          DB       7DH                  ; 6
          DB       07H                  ; 7
          DB       7FH                  ; 8
          DB       6FH                  ; 9
          END

Счет от 0 до 9 на одном разряде

Расширение предыдущего примера: счет от 0 до 9 с задержкой.

;************************************************************************
;* ИМЯ ПРОГРАММЫ: 7Seg2.ASM
;* ОПИСАНИЕ: Последовательный счет 0-9 на одном индикаторе
;************************************************************************
;ОСНОВНЫЕ ДИРЕКТИВЫ

$MOD53
$TITLE(7SEG2.ASM)
$PAGEWIDTH(132)
$DEBUG
$OBJECT
$NOPAGING

;СТЕК
         DSEG     AT     03FH
STACK_START:      DS     040H

;ВЕКТОР СБРОСА
         CSEG     AT     0
         JMP      XRESET

         ORG      100H

XRESET:  MOV      SP,#STACK_START
         MOV      R3,#0
         MOV      P1,#0
         MOV      P3,#20h

LOOP:
         MOV      A,R3
         LCALL    Disp
         MOV      P1,A
         INC      R3
         CJNE     R3,#10,L2
         MOV      R3,#0
L2:
         MOV      R2,#20               ; Задержка ~500 мс
F02:     MOV      R1,#50
F01:     MOV      R0,#230
         DJNZ     R0,$
         DJNZ     R1,F01
         DJNZ     R2,F02
         SJMP     LOOP

Disp:
         INC      A
         MOVC     A,@A+PC
         RET
         DB       3FH
         DB       06H
         DB       5BH
         DB       4FH
         DB       66H
         DB       6DH
         DB       7DH
         DB       07H
         DB       7FH
         DB       6FH
         END

Двухразрядный статический вывод

Мультиплексирование двух разрядов для отображения числа 23.

;************************************************************************
;* ИМЯ ПРОГРАММЫ: 7Seg3.ASM
;* ОПИСАНИЕ: Мультиплексированный вывод "23" на двух индикаторах
;************************************************************************
;ОСНОВНЫЕ ДИРЕКТИВЫ

$MOD53
$TITLE(7SEG3.ASM)
$PAGEWIDTH(132)
$DEBUG
$OBJECT
$NOPAGING

;СТЕК
         DSEG      AT      03FH
STACK_START:       DS      040H

;ВЕКТОР СБРОСА
         CSEG      AT      0
         JMP       XRESET

         ORG       100H
XRESET:  MOV       SP,#STACK_START

LOOP:    MOV       P1,#0
         MOV       P3,#20h                ; Единицы
         MOV       A,#03
         LCALL     Disp
         MOV       P1,A
         MOV       P1,#0
         MOV       P3,#10h                ; Десятки
         MOV       A,#02
         LCALL     Disp
         MOV       P1,A
         SJMP      LOOP

Disp:
         INC       A
         MOVC      A,@A+PC
         RET
         DB        3FH
         DB        06H
         DB        5BH
         DB        4FH
         DB        66H
         DB        6DH
         DB        7DH
         DB        07H
         DB        7FH
         DB        6FH
         END

Четырехразрядный статический вывод

Отображение числа 1234 на четырех разрядах.

;************************************************************************
;* ИМЯ ПРОГРАММЫ : 7Seg5.ASM
;* ОПИСАНИЕ : Мультиплексированный вывод "1234" на четырех индикаторах
;************************************************************************
;ОСНОВНЫЕ ДИРЕКТИВЫ

$MOD53
$TITLE(7SEG5.ASM)
$PAGEWIDTH(132)
$DEBUG
$OBJECT
$NOPAGING

;СТЕК
         DSEG     AT     03FH
STACK_START:      DS     040H

;ВЕКТОР СБРОСА
         CSEG     AT     0
         JMP      XRESET

         ORG      100H

XRESET:  MOV      SP,#STACK_START

LOOP:    MOV      P1,#0
         MOV      P3,#20h                ; Тысячи (4)
         MOV      A,#04
         LCALL    Disp
         MOV      P1,A
         MOV      P1,#0
         MOV      P3,#10h                ; Сотни (3)
         MOV      A,#03
         LCALL    Disp
         MOV      P1,A
         MOV      P1,#0
         MOV      P3,#08h                ; Десятки (2)
         MOV      A,#02
         LCALL    Disp
         MOV      P1,A
         MOV      P1,#0
         MOV      P3,#04h                ; Единицы (1)
         MOV      A,#01
         LCALL    Disp
         MOV      P1,A
         SJMP     LOOP

Disp:
         INC      A
         MOVC     A,@A+PC
         RET
         DB       3FH
         DB       06H
         DB       5BH
         DB       4FH
         DB       66H
         DB       6DH
         DB       7DH
         DB       07H
         DB       7FH
         DB       6FH
         END

Двухразрядный счетчик

Счет от 00 до 99 с мультиплексированием и задержкой.

;************************************************************************
;* ИМЯ ПРОГРАММЫ : 7Seg4.ASM
;* ОПИСАНИЕ: Мультиплексированный двухразрядный счетчик 00-99
;************************************************************************
;ОСНОВНЫЕ ДИРЕКТИВЫ

$MOD53
$TITLE(7SEG4.ASM)
$PAGEWIDTH(132)
$DEBUG
$OBJECT
$NOPAGING

;СТЕК
         DSEG      AT      03FH
STACK_START:       DS      040H

;ВЕКТОР СБРОСА
         CSEG      AT      0
         JMP       XRESET

         ORG       100H

XRESET:  MOV       SP,#STACK_START
         MOV       R2,#0                    ; Единицы
         MOV       R3,#0                    ; Десятки
         MOV       R4,#0                    ; Счетчик циклов

LOOP:    INC       R4
         CJNE      R4,#20d,LAB1             ; 20 циклов = один шаг счета
         MOV       R4,#0
         MOV       P1,#0
         INC       R2
         CJNE      R2,#10d,LAB1
         MOV       R2,#0
         INC       R3
         CJNE      R3,#10d,LAB1
         MOV       R3,#0

LAB1:
         MOV       P3,#20h                  ; Единицы
         MOV       A,R2
         LCALL     Disp
         MOV       P1,A
         LCALL     Delay                    ; 25 мс
         MOV       P1,#0
         MOV       P3,#10h                  ; Десятки
         MOV       A,R3
         LCALL     Disp
         MOV       P1,A
         LCALL     Delay
         SJMP      LOOP

Delay:
         MOV       R1,#50
F01:     MOV       R0,#250
         DJNZ      R0,$
         DJNZ      R1,F01
         RET

Disp:
         INC       A
         MOVC      A,@A+PC
         RET
         DB        3FH
         DB        06H
         DB        5BH
         DB        4FH
         DB        66H
         DB        6DH
         DB        7DH
         DB        07H
         DB        7FH
         DB        6FH
         END

Работа с EEPROM

Эта программа записывает байт 0x23 в EEPROM по адресу 0x0000, затем считывает его и проверяет. При успехе выводит 'F', при ошибке 'E'.

;************************************************************************
;* ИМЯ ПРОГРАММЫ: EEProm1.ASM
;* ОПИСАНИЕ: Запись и проверка байта в EEPROM, вывод статуса на LED
;************************************************************************
;ОСНОВНЫЕ ДИРЕКТИВЫ

$MOD53
$TITLE(EEPROM1.ASM)
$PAGEWIDTH(132)
$DEBUG
$OBJECT
$NOPAGING

WMCON     DATA     96H
EEMEN     EQU      00001000B              ; Доступ к EEPROM
EEMWE     EQU      00010000B              ; Разрешить запись
TEMP      DATA     030H

WRITE_OK  EQU      071H                   ; 'F'
WRITE_ERR EQU      033H                   ; 'E'

;СТЕК
          DSEG     AT     03FH
STACK_START:       DS     040H

;ВЕКТОР СБРОСА
          CSEG     AT     0
          JMP      XRESET

          ORG      100H

XRESET:   MOV      IE,#00
          MOV      SP,#STACK_START

          MOV      DPTR,#0000H            ; Адрес EEPROM
          ORL      WMCON,#EEMEN
          ORL      WMCON,#EEMWE
          MOV      TEMP,#23H
          MOV      A,TEMP
          MOVX     @DPTR,A                ; Запись
          CALL     DELAY                  ; Задержка 10 мс
          MOVX     A,@DPTR                ; Чтение
          CJNE     A,TEMP,ERROR
          MOV      A,#WRITE_OK
          MOV      P1,A
          XRL      WMCON,#EEMWE
          XRL      WMCON,#EEMEN
LOOP1:    SJMP     LOOP1

ERROR:    MOV      A,#WRITE_ERR
          MOV      P1,A
LOOP2:    SJMP     LOOP2

DELAY:    MOV      A,#0AH
          MOV      R3,A
LOOP3:    NOP
LOOP4:    DJNZ     B,LOOP4
LOOP5:    DJNZ     B,LOOP5
          DJNZ     R3,LOOP3
          RET
          END

Прием данных по UART

Программа принимает байты через UART и выводит их на порт P1. Используется MAX232 для преобразования уровней.

;************************************************************************
;* ИМЯ ПРОГРАММЫ : UartR.ASM
;* ОПИСАНИЕ: Прием байтов по UART и вывод на P1
;************************************************************************
;ОСНОВНЫЕ ДИРЕКТИВЫ

$MOD53
$TITLE(UARTR.ASM)
$PAGEWIDTH(132)
$DEBUG
$OBJECT
$NOPAGING

;СТЕК
         DSEG     AT     03FH
STACK_START:      DS     040H

;ВЕКТОРЫ ПРЕРЫВАНИЙ
         CSEG     AT     0
         JMP      XRESET
         ORG      023H
         JMP      IR_SER

         ORG      100H

XRESET:  MOV      IE,#00
         MOV      SP,#STACK_START
         MOV      TMOD,#20H              ; Таймер1 режим 2
         MOV      TH1,#0FDH              ; 9600 бод при 11.0592 МГц
         MOV      SCON,#50H              ; Режим приема
         MOV      IE,#10010000B          ; Разрешить прерывание UART
         CLR      TI
         CLR      RI
         SETB     TR1

LOOP:    SJMP     LOOP

IR_SER:  JNB      RI,OUTPUT
         MOV      A,SBUF
         MOV      P1,A
         CLR      RI
OUTPUT:  RETI
         END

Передача данных по UART

Программа передает байты 0..255 по UART.

;************************************************************************
;* ИМЯ ПРОГРАММЫ : UartS.ASM
;* ОПИСАНИЕ: Передача байтов 0..255 по UART
;************************************************************************
;ОСНОВНЫЕ ДИРЕКТИВЫ

$MOD53
$TITLE(UARTS.ASM)
$PAGEWIDTH(132)
$DEBUG
$OBJECT
$NOPAGING

;СТЕК
         DSEG    AT    03FH
STACK_START:     DS    040H

;ВЕКТОР СБРОСА
         CSEG    AT    0
         JMP     XRESET

         ORG     100H

XRESET:  MOV     IE,#00
         MOV     SP,#STACK_START
         MOV     TMOD,#20H
         MOV     TH1,#0FDH
         MOV     SCON,#40H              ; Режим передачи
         CLR     TI
         CLR     RI
         MOV     R3,#00H
         SETB    TR1

START:   MOV     SBUF,R3
LOOP1:   JNB     TI,LOOP1
         CLR     TI
         INC     R3
         CJNE    R3,#00H,START
LOOP:    SJMP    LOOP
         END

Вывод текста на LCD

Программа инициализирует LCD в 4-битном режиме и выводит сообщение на две строки.

;************************************************************************
;* ИМЯ ПРОГРАММЫ : Lcd.ASM
;* ОПИСАНИЕ: Вывод текста на LCD 16x2 в 4-битном режиме
;************************************************************************
;ОСНОВНЫЕ ДИРЕКТИВЫ

$MOD53
$TITLE(LCD.ASM)
$PAGEWIDTH(132)
$DEBUG
$OBJECT
$NOPAGING

;СТЕК
          DSEG     AT     0E0h
Stack_Start:       DS     020h

Start_address      EQU    0000h

;ВЕКТОР СБРОСА
          CSEG     AT     0
          ORG      Start_address
          JMP      Inic

          ORG      Start_address+100h

          MOV      IE,#00
          MOV      SP,#Stack_Start

Inic:     CALL     LCD_inic

;*************************************************
;* ОСНОВНАЯ ПРОГРАММА
;*************************************************

START:    MOV      A,#80h
          CALL     LCD_status
          MOV      A,#'M'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'i'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'k'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'r'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'o'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'e'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'l'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'e'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'k'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'t'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'r'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'o'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'n'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'i'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'k'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'a'
          CALL     LCD_putc

          MOV      A,#0c0h                ; Вторая строка
          CALL     LCD_status
          MOV      A,#'R'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'a'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'z'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'v'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'o'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'j'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'n'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'i'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#' '
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'s'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'i'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'s'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'t'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'e'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'m'
          CALL     LCD_putc
          MOV      A,#'i'
          CALL     LCD_putc

          MOV      R0,#20d
          CALL     Delay_10ms
          MOV      DPTR,#LCD_DB
          MOV      A,#6d
          CALL     LCD_inic_status
          MOV      R0,#10d
          CALL     Delay_10ms
          JMP      START

;*********************************************
;* ПОДПРОГРАММА: Delay_10ms
;* ЗАДЕРЖКА R0 * 10 мс
;*********************************************

Delay_10ms:  MOV   R5,00h
             MOV   R6,#100d
             MOV   R7,#100d
             DJNZ  R7,$
             DJNZ  R6,$-4
             DJNZ  R5,$-6
             RET

;**************************************************************************************
;* ПОДПРОГРАММА: LCD_inic
;* ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ LCD В 4-БИТНОМ РЕЖИМЕ
;**************************************************************************************

LCD_enable     BIT    P1.3
LCD_read_write BIT    P1.1
LCD_reg_select BIT    P1.2
LCD_port       EQU    P1
Busy           BIT    P1.7

LCD_Start_Line1  EQU   00h
LCD_Start_Line2  EQU   40h

LCD_DB:        DB     00111100b              ; Команда 0
               DB     00101100b              ; Команда 1
               DB     00011000b              ; Команда 2
               DB     00001100b              ; Команда 3
               DB     00000110b              ; Команда 4
               DB     00000010b              ; Команда 5
               DB     00000001b              ; Команда 6
               DB     00001000b              ; Команда 7

LCD_inic:
               MOV    DPTR,#LCD_DB

               MOV    A,#00d                 ; Тройная инициализация
               CALL  LCD_inic_status_8
               MOV   A,#00d
               CALL  LCD_inic_status_8
               MOV   A,#00d
               LCALL LCD_inic_status_8

               MOV   A,#1d                   ; Переключение в 4-битный режим
               CALL  LCD_inic_status_8
               MOV   A,#1d
               CALL  LCD_inic_status

               MOV   A,#3d
               CALL  LCD_inic_status
               MOV   A,#6d
               CALL  LCD_inic_status
               MOV   A,#4d
               CALL  LCD_inic_status

               RET

LCD_inic_status_8:
               PUSH  B

               MOVC  A,@A+DPTR
               CLR   LCD_reg_select
               CLR   LCD_read_write

               MOV   B,LCD_port
               ORL   B,#11110000b
               ORL   A,#00001111b
               ANL   A,B

               MOV   LCD_port,A
               SETB  LCD_enable
               CLR   LCD_enable               

               MOV   B,#255d
               DJNZ  B,$
               DJNZ B,$
               DJNZ B,$

               POP B
               RET

LCD_inic_status:
               MOVC  A,@A+DPTR
               CALL  LCD_status
               RET

;****************************************************************************
;* ПОДПРОГРАММА: LCD_status
;* ОТПРАВКА КОМАНДЫ В 4-БИТНОМ РЕЖИМЕ
;****************************************************************************

LCD_status:    PUSH  B
               MOV   B,#255d
               DJNZ  B,$
               DJNZ  B,$
               DJNZ  B,$
               CLR   LCD_reg_select
               CALL  LCD_port_out

               SWAP  A
               DJNZ  B,$
               DJNZ  B,$
               DJNZ  B,$
               CLR   LCD_reg_select
               CALL  LCD_port_out

               POP   B
               RET

;****************************************************************************
;* ПОДПРОГРАММА: LCD_putc
;* ОТПРАВКА СИМВОЛА
;****************************************************************************

LCD_putc:      PUSH  B
               MOV   B,#255d
               DJNZ  B,$
               SETB  LCD_reg_select
               CALL  LCD_port_out

               SWAP  A
               DJNZ  B,$
               SETB  LCD_reg_select
               CALL  LCD_port_out
               POP   B
               RET

;****************************************************************************
;* ПОДПРОГРАММА: LCD_port_out
;* ВЫВОД ПОЛУБАЙТА И СТРОБИРОВАНИЕ
;****************************************************************************

LCD_port_out:  PUSH  ACC
               PUSH  B
               MOV   B,LCD_port
               ORL   B,#11110000b
               ORL   A,#00001111b
               ANL   A,B

               MOV   LCD_port,A
               SETB  LCD_enable
               CLR   LCD_enable               

               POP   B
               POP   ACC
               RET

               END

Преобразование двоичного числа в десятичные цифры

Подпрограмма преобразует байт в сотни, десятки и единицы.

;************************************************************************
;* ИМЯ ПОДПРОГРАММЫ : BinDec.ASM
;* ОПИСАНИЕ : Преобразование 8-битного значения в десятичные цифры
;************************************************************************

BINDEC:            MOV     B,#10d
                   DIV     AB             ; A / 10
                   MOV     R3,B           ; Единицы
                   MOV     B,#10d
                   DIV     AB
                   MOV     R2,B           ; Десятки
                   MOV     B,#10d
                   DIV     AB
                   MOV     A,B            ; Сотни
                   RET

Эта глава охватила все фундаментальные примитивы управления аппаратным обеспечением для разработки микроконтроллеров, однако эти же базовые подпрограммы являются частыми целями злонамеренной эксплуатации встраиваемых систем. Например, простые программные циклы задержки, реализованные для мигания светодиодом, могут быть использованы для измерения точных временных вариаций между ветвями выполнения, что позволяет злоумышленникам через анализ побочных каналов выявить скрытые пути выполнения секретного кода. Демонстрация сторожевого таймера, хотя и предназначена как механизм восстановления, также демонстрирует функциональность полного сброса — поведение, которое может быть использовано для принудительного восстановления устройства или обхода защиты, если логика таймаута настроена неадекватно. Примеры с таймерами и внешними прерываниями учат точному управлению синхронизацией на уровне циклов — критическому навыку как для проектирования защищенных протоколов связи, так и для полного обратного проектирования проприетарных встраиваемых систем. Интерфейсы UART представляют собой заметные риски, так как незашифрованный трафик позволяет пассивно перехватывать передаваемые данные; без криптографической обертки злоумышленники могут захватывать полные дампы последовательного трафика и восстанавливать логику прошивки. Проверка записи/чтения EEPROM напрямую взаимодействует с энергонезависимой памятью, что является основной целью для злоумышленников, стремящихся получить полный дамп Flash или изменить калибровочные параметры для разблокировки функций. Даже мультиплексированные LED-дисплеи демонстрируют технику коммутации сигналов, которую злоумышленники могут использовать для запутывания физического зондирования при декапсуляции. Как показано, каждый вывод и регистр могут стать вектором атаки для полного извлечения прошивки, если предохранители безопасности не настроены. Бит блокировки часто является единственным барьером, защищающим код, но многие продукты поставляются с отключенной или неправильно настроенной защитой. Это требует от инженеров подхода, рассматривающего извлечение прошивки как реальную бизнес-угрозу, и инвестирования в защиту от вскрытия, экранирование и многоуровневую безопасность. Процедура записи и проверки EEPROM служит шаблоном для безопасного хранения данных, но без шифрования она не предотвращает клонирование. Современные злоумышленники используют лазерную декапсуляцию и микрозондирование для чтения Flash без аутентификации. Хотя такие атаки дороги, они экономически оправданы для ценных устройств. Поэтому все примеры в этой главе следует рассматривать как напоминание о постоянных угрозах. Сам микроконтроллер — это гибкая платформа, но его встроенные механизмы безопасности требуют тщательной настройки. Восстановление пароля через бэкдор может быть использовано для дампа кода. Таким образом, каждая простая программа несет скрытый риск, становясь критическим при проектировании серийных продуктов. Обратное проектирование этих элементарных подпрограмм часто является началом более крупной атаки, поэтому разработчики должны применять подход «безопасность прежде всего» с первых прототипов. Знание методов разблокировки через сбои так же важно, как и знание контрмер. В итоге, эта глава закладывает фундамент для создания устойчивых к взлому систем — при условии, что разработчики усвоят уроки о предохранителях, битах блокировки и защите EEPROM. Овладев этими принципами, инженеры смогут создавать продукты, устойчивые к клонированию, и сохранять конфиденциальность интеллектуальной собственности. Путь от мигающего светодиода до защищенной промышленной системы начинается с освоения этих примитивов и полного осознания всех связанных уязвимостей.