Lógica de Controle: Sistema de Dosagem Rotativa (8051)

Disciplina: SEL0433 - Aplicação de Microprocessadores
Autores:

• Eduardo Gondim Rezende (15448693)
• Matheus Herberts Rios de Lima (15653174)

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Sobre o Projeto

Este projeto consiste no desenvolvimento de um firmware escrito em Assembly para a arquitetura do microcontrolador 8051. O trabalho foi estruturado com base na metodologia PBL (Problem-Based Learning) para resolver uma situação teórica: o controle de um módulo dosador rotativo numa linha de produção.

Como a implementação é focada exclusivamente no software, os componentes (como o motor e o sensor de voltas) são abstraídos e representados pela manipulação direta das portas lógicas no simulador EdSim51. Os pinos P3.0 e P3.1 representam os sinais de acionamento do sentido, enquanto a chave SW0 em P2.0 funciona como o seletor de sentido de rotação.

A construção do código foi dividida em três entregas parciais evolutivas (Checkpoints), onde cada etapa permitiu o domínio de recursos específicos do microcontrolador, como I/O digital, sub-rotinas e temporizadores. Na etapa final, todos os blocos foram integrados, utilizando interrupções do Timer 1 para gerir o ciclo de dosagem de forma eficiente.

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Checkpoint 1: Leitura de Chaves e Display de 7 Segmentos

O objetivo desta primeira etapa foi estabelecer a base de interação com o hardware, compreendendo os conceitos iniciais de entrada e saída digital (I/O) do 8051 e o acesso a dados gravados na memória de programa.

O que foi desenvolvido:
O programa lê continuamente o estado de um banco de chaves (SW0 a SW7) conectadas à porta P2. Quando o operador aciona uma dessas chaves, o sistema identifica qual foi pressionada e exibe o número correspondente (de 0 a 7) em um display de 7 segmentos conectado à porta P1.

Lógica e Arquitetura em Assembly:
Para realizar a conversão do número do botão para o padrão visual do display (do tipo ânodo comum), utilizamos uma estratégia de mapeamento via memória de programa:

• Look-up Table: Criamos uma tabela estática chamada TABELA contendo os valores hexadecimais dos padrões de segmento para os dígitos de 0 a 7.
• Ponteiro de Dados: O registrador DPTR foi configurado para apontar para o endereço inicial dessa tabela na memória de programa (ROM).
• Busca com MOVC: Após identificar o botão pressionado e armazenar seu índice numérico no Acumulador (A), utilizamos a instrução MOVC A, @A+DPTR. Essa instrução soma o valor do Acumulador com o endereço base do DPTR, acessando diretamente o padrão binário correto na ROM — diferentemente de MOV, que acessa a RAM de dados.
• Subrotina MOSTRAR: O envio do padrão ao display foi encapsulado em uma sub-rotina, que recebe o índice em A, faz a busca na tabela e escreve o resultado na porta P1.

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Checkpoint 2: Controle de Direção do Motor

Nesta segunda etapa, o objetivo foi desenvolver a lógica de controle do sentido de rotação (simulado pelos pinos de saída), introduzindo a organização do programa em blocos funcionais e o uso de variáveis de estado.

O que foi desenvolvido:
O sistema monitora continuamente a chave SW0 no pino P2.0. Dependendo do estado desta chave, o programa define o sentido de rotação através dos pinos P3.0 e P3.1. Se a chave for alterada, o "motor" inverte o sentido imediatamente.

Lógica e Arquitetura em Assembly:
A principal evolução técnica nesta fase foi a implementação de uma lógica condicional com uso de sub-rotinas:

• Variável de Estado (Bit F0): Utilizamos o bit de propósito geral F0 do registrador de status (PSW) para armazenar o sentido atual de rotação. Isso permite que o programa compare o estado lido da chave com o estado armazenado, agindo apenas quando há uma mudança efetiva.
• Sub-rotinas: O código foi estruturado com as sub-rotinas VERIFICA_SW (leitura e comparação da chave com F0) e ATUALIZA_MOTOR (atualização das saídas P3.0 e P3.1). Essa separação facilita a reutilização e a manutenção nas etapas seguintes.
• Manipulação de Saídas: O controle é feito alternando os níveis lógicos nos pinos P3.0 e P3.1. Para o sentido 0, P3.0 é ativado (SETB) e P3.1 desativado (CLR); para o sentido 1, os estados são invertidos.
• Uso da Pilha: Com o uso de ACALL e RET, os endereços de retorno das sub-rotinas são gerenciados automaticamente pela pilha do 8051. Neste checkpoint, o Stack Pointer (SP) ainda utiliza seu valor padrão; a inicialização explícita do SP para uma região segura da RAM foi introduzida a partir do Checkpoint 3.

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Checkpoint 3: Contagem de Voltas com o Timer

O objetivo deste checkpoint foi incorporar o uso de temporizadores, configurando o Timer 1 do 8051 como um contador de eventos externos para registar os pulsos simulados do sensor de voltas.

O que foi desenvolvido:
O código passou a contabilizar as rotações por meio de pulsos externos simulados no EdSim51. O valor acumulado é exibido no display de 7 segmentos no intervalo de 0 a 9, com atualização contínua a cada iteração do laço principal.

Lógica e Arquitetura em Assembly:

• Inicialização do Stack Pointer: O SP foi movido para 60H (MOV SP, #60H) para garantir que a pilha opere em uma região da RAM que não conflite com as variáveis do programa.
• Configuração do TMOD: O registrador TMOD foi carregado com o valor 50H. Esse valor configura o Timer 1 no Modo 1 (contador de 16 bits) operando como contador de eventos externos — diferentemente do modo temporizador interno, onde o contador avança a cada ciclo de máquina; neste modo, ele avança apenas a cada pulso aplicado no pino externo T1.
• Leitura de Pulsos: O valor acumulado é lido diretamente do registrador TL1 (parte baixa do contador de 16 bits), que é incrementado automaticamente pelo hardware a cada pulso externo.
• Variável de Contagem: O valor lido de TL1 é armazenado na variável CONTAGEM (endereço 30H na RAM), que serve como índice para a look-up table do display.
• Atualização do Display: O índice em CONTAGEM é usado com MOVC A, @A+DPTR para buscar o padrão de segmentos correto e enviá-lo à porta P1.
• Modularidade: As sub-rotinas VERIFICA_SW e ATUALIZA_MOTOR do checkpoint anterior foram reutilizadas diretamente no laço principal, permitindo que o sistema monitore a chave de sentido e a contagem de forma integrada.

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Montagem Final (Integração e Interrupções)

Na entrega final, unimos as funcionalidades dos três checkpoints e implementamos as regras de negócio exigidas pelo projeto, utilizando interrupções de hardware para tornar o controle do contador mais organizado e eliminar a necessidade de polling contínuo.

Principais Funcionalidades Integradas:

• Reset Automático via Interrupção (Ciclo de Dosagem): O Timer 1 é inicializado com o valor FFF6H (TH1 = FFH, TL1 = F6H). Como o contador é de 16 bits, ao receber 10 pulsos externos (FFF6H + 10 = 10000H), ocorre overflow e a flag TF1 é setada, disparando a interrupção do Timer 1. O vetor de interrupção está definido no endereço 001BH, conforme a arquitetura do 8051.

• ISR do Timer 1 (ISR_TIMER1): A rotina de serviço de interrupção salva o contexto (PUSH ACC / PUSH PSW), para o timer, recarrega TH1 e TL1 com FFF6H, zera a variável CONTAGEM e reinicia o timer — garantindo um novo ciclo de 10 pulsos de forma automática e sem bloquear o laço principal.

• Cálculo da Contagem na Exibição: Como TL1 parte de F6H (e não de 00H), a subrotina MOSTRA_CONTAGEM não usa o valor bruto de TL1 diretamente como índice. Em vez disso, calcula A = TL1 - F6H, convertendo o valor do timer para o índice real entre 0 e 9 antes de acessar a look-up table. Uma proteção foi adicionada para o caso de leitura ocorrer durante um overflow.

• Reset Direcional: Sempre que a chave SW0 aciona a reversão do motor, o sistema primeiro para as saídas via PARA_MOTOR, atualiza F0, chama RESET_TIMER1 (zerando timer e CONTAGEM) e só então liga o motor no novo sentido. Isso garante que o display represente apenas as voltas do sentido atual.

• Indicação Visual do Sentido (Ponto Decimal): O bit P1.7 do display (ponto decimal) reflete o estado de F0. Como o display é ânodo comum, CLR ACC.7 acende o ponto e SETB ACC.7 o apaga. O bit é ajustado diretamente no padrão de segmentos antes do envio à porta P1, dentro da subrotina MOSTRA_CONTAGEM.

Demonstração em Vídeo

O vídeo abaixo apresenta o projeto final em execução no simulador EdSim51, demonstrando as funcionalidades implementadas ao longo dos checkpoints.

Clique aqui para assistir à demonstração