작성: 김진홍
목차
1. 프로젝트 설명
1.1 프로젝트 내용
1.2 전체적 진행 사항
1.3 사용된 시스템
1.4 시스템 설명
2. 시스템 세부사항
2.1 부가장치
2.2 사용된 주변장치
3. PC와의 연계
3.1 내용설명
3.2 PC와의 Communication
4. PC에서 사용된 프로그램
4.1 그 프로그램이 하는일
4.2 프로그램 설명
5. 발생한
문제점들
1. 프로젝트 설명
1.1 프로젝트 내용
본 내용은 '마이크로프로세서 및 실험' 에서의 Term Project이다. 이 프로젝트의 목적은 8051시스템의 총괄적인 사용법과 이해를, 실제로 프로젝트를 수행하면서, 완결짓는 것이다.
본 프로젝트에서는 8051 Onechip MicroProcessor의 능력과 8051chip을 실험할 수 있도록 설계된 kit안의 여러 주변 장치들을 실험, 이용하는데에 목적이 있다.
본 프로젝트의 이름은 '8051과 PC를 이용한 공 튀기기 게임'이다. (사정상 교수님께 보고한 게임과는 내용이 다르게 되었다. 하지만 게임의 내용만 다르지, 사용된 기술은 동일하다.)
처음에는 두개의 가변저항을 이용해 사람의 관절 처럼 꾸며서 그 자료를 8051kit 측에서 변환하여 PC측에 보내면 그것을 PC에서 3D로 보여주는것, 즉 물리적 로보트팔을 화면상에서 동일하게 구현해 주는것을 하려고 하였으나, 8051kit에 포함된 ADC의 채널이 한개뿐이라서 필요한 두개의 가변저항 값을 변환할 수 없다는 큰 문제점과, 8051kit에 외부장치를 연결하는것이 주어진 시간상 힘들다는 문제로 인하여 8051kit의 onchip들만을 사용하여 만들 수 있는것을 찾게 되었다. 그것이 이 프로젝트를 구성하게 되었다. 사실, 칩들의 작동을 실험하는것은 문제가 되지 않았으나, 그것들을 연계하여 의미를 부여하기 위해서는 Visual한것이 있어야 했으므로 게임을 선택하게 되었다.
게임의 내용은 단순하다. 오래전에 유행했던 '블럭격파' 게임에서 아이디어를 빌려온 것이다. 게임은 이 프로젝트의 전체적인 상황을 묘사하는데에 목적이 있으므로 기본적인 기능밖에 부여하지 않았다. 이 게임은 아래에 긴 막대가 존재하여 위에서 떨어지는 공을 받아치는 것으로 10초당 하나씩의 장애물이 생기기도 하며 단순하다.
1.2 전체적 진행 사항
8051에 부착되어 있는 33k 가변저항을 이용, 그것을 ADC로 8비트 디지탈 값으로 변환한다. 여기서는 그것을 게임에서의 막대기의 위치를 정할 참조값으로 사용한다. 그렇게 변환된 값을 PC측으로 RS232를 이용해 보낸다. PC측에서는 그 값을 이용해 막대의 위치를 정한다. 동시에 PC에서는 게임이 진행되고 있다. 8051측에서 보낸 데이타를 이용해 위치를 정한 막대가 움직이는 공을 막아내면 PC측에서는 그것을 감지해 그것에 해당하는 소리번호를 8051측으로 다시 RS232를 이용해 전달한다. 8051측에서 그 소리번호를 받으면 그것에 해당하는 소리를 DAC를 이용해 아날로그 파형을 구현하며 그것을 스피커에 연결해 소리를 낸다.
1.3 사용된 시스템
사용된 시스템은 8051kit와 PC이다. 8051kit은 게임에 필요한 데이타의 변환과 출력을 하는데에 있다. PC는 8051이 보내주는 데이타를 이용하여 게임을 조율하며 진행하고 진행상 필요한 데이타를 다시 8051측에 전달하는데에 목적이 있다. 여기서의 PC의 역할은 8051kit을 실험하는데에 필요한 상대자의 역할을 맞고 있다.
1.4 시스템 설명
8051kit은 8051 Onechip MicroProcessor를 실험하기 위한 킷이다. 8051은 연산뿐만 아니라 I/O제어의 기능까지 포함되어 있으므로 그것에 필요한 주변기기들이 8051kit에 설치되어 있다.
2. 시스템 세부사항
2.1 부가장치
본 프로젝트에서는 추가적인 장치를 최소한으로 하는것에 중점을 두어 외부에서 8051kit에 추가적으로 연결해야하는 부품(반도체)은 지양하였다. 다만 8051kit에 있는 스피커와 DAC의 출력단자를 연결하기 위한 간단한 Earphone단자를 준비 하였다.
2.2 사용된 주변장치
사용된 주변장치는 아래와 같다:
8051, ADC, DAC, 33k가변저항, RS232, 스피커
8051은 PC측에 보내야할 자료를 ADC가 준비하면 RS232를 조종해 PC측으로 보내고, PC에서 전달되어 오는 자료를 분석하여 그것에 해당하는 소리의 파형을 알맞게 구현해 DAC로 변환하도록 하는 등의 8051kit측의 전체적인 조율을 담당하게 된다.
ADC는 아날로그의 전류를 8비트의 정수로 변환해주는 능력을 가지고 있다. 이것은 Joystick으로 이용될 33k가변저항의 상태를 읽기위해 이용된다.
DAC는 8비트 디지탈 값을 아날로그 전류로 변환해 주는 역할을 한다. 본 프로젝트에서 DAC는 소리를 구현하기 위해 쓰였는데, 사실 8051자체에 비프음을 낼 수 있는 장치가 있기는 하나 비프음자체로는 여러가지 소리를 구현하는데에 어려움이 있으므로 DAC를 실험도 할 겸해 이용하게 되었다. 본 프로젝트에서는 DAC의 분해능을 전부 이용하지 않았다. 결국 스피커에 소리를 내기위해 사용되는 DAC가 5볼트나 12볼트같이 너무 큰 전압을 발생시키면 스피커에서 매우 큰 소리를 내기 때문이다. 여기서는 DAC 전체 분해능(0부터 255)의 약 13%(0부터 35)만을 사용하였다.
게임에 나타나는 긴 막대를 조종하기 위해서는 조종대 역할을 하는것이 필요했다. 우리는 그것에 8051kit에 달려있는 ADC실험용 33k가변저항을 이용했다. 그 가변저항을 맨 왼쪽으로 돌리면 0볼트의 전력이 출력되므로 ADC가 변환하는 값은 8비트 정수인 0을 출력하며, 맨 오른쪽으로 돌리면 최고전압(5볼트)이므로 255의 값을 출력한다. 단, 8051kit자체에 전류적 잡음이 다소 있으므로 ADC는 고정된 저항값에 대해 약 -5에서 +5정도 범위의 오차를 보인다. 이것은 하드웨어적인 문제이므로 본 프로젝트에서는 해결하지 않는다. 이것으로 발생하는 문제는 게임에 사용되는 막대기가 좌우로 한 두칸씩 떨린다는 것이다. 이 가변저항은 거의 360도 회전한다. 물론 게임에서 이 범위를 전부 이용하지는 않는다.
RS232는 8051kit과 PC와의 통신을 위해 사용되었다. RS232는 시리얼 케이블을 이용해 자료를 직렬적으로 송수신하는 역할을 해준다. 본 프로젝트에서는 9600baud의 속도로 고정 사용되었다.
스피커는 DAC에서 변환 출력되는 전류값을 청각적으로 들려주기 위해 사용되었다.
3. PC와의 연계
3.1 내용설명
위에서 이미 언급했지만, PC는 8051kit을 실험하는데에 필요한 보조자적 역할을 수행하며 그것을 게임이라는 미디엄을 통해 전체적인 상황을 표현해준다. 8051kit과 PC가 서로 연계하기 위해서는 통신수단이 필요하다. 서로의 통신을 가장 쉽게 하는것은 서로의 시스템에 공통적으로 설치되있는 RS232를 이용하는 것이다. 이미 PROCOMM이라는 소프트웨어가 그것을 잘 활용하고 있는 상태였으므로 우리는 그것을 사용하는것에 대한 확신을 가졌다. 사실 프로젝트의 주 목적이 PC가 아니므로, PC측에서 훌륭한 소리를 낼 수 있음에도 불구하고, 8051kit에서 필요한 소리를 구현할 수 있도록 하였다. PC에서 하는 일은 게임을 진행하며 8051kit에서 소리를 발생할 수 있도록 해당하는 자료를 전송해 주는 것이다. 그 게임은 Visual하기 때문에 사실 8051kit측에서 구현할 수도 없었다. 8051측과 PC측과의 통신도 구현해볼 겸해서 PC를 사용하게 되었다.
3.2 PC와의 Communication
PC와의 통신은 RS232라는 장치를 이용해 구현된다. 본 프로젝트에서는 RS232장치에 대한 자세한 이해보다도 그것을 이용하는데에 만족했다. 8051에서는 그 장치를 위해 TI, RI, SBUF등의 필요한 Instruction이 준비되어 있다. 본 프로젝트에서는 8051측과 PC측과의 내용이 synchronous하게 진행될 수 있도록 최대한 빠르게, 실시간으로 작동하도록 설계하였다. 8051측에서는 TI나 RI을 이용하여 실제로 PC측에서 자료가 전송되었을 경우에만 자료를 읽도록 하였다. 하지만 그것은 자료가 전송되지 않으면 진행이 지연되는 문제가 있으므로 PC측에서는 8051측의 원활한 진행을 위해 평소에는 dummy데이타를 보내어 8051측이 처리하지는 않고 진행도 지연되지 않도록 구현하였다. (사실 TI나 RI를 사용하지 않아도 되었을 것이나, 8051kit에서 그것을 사용하지 않았을 경우에 안전성을 보장할 수 있는지 확신할 수 없어서 그대로 사용하였다. PC측에서는 상관없다.) 8051측은 PC측에 무조건 데이타를 전송한다. PC측에서 필요한것은 막대의 위치로 해석될 자료뿐이다. 막대는 언제나 실시간으로 움직여야 하였으므로 PC측에서는 자료를 기다리다가 필요한것만 받을 형편이 못되었다. 그래서 RS232의 COM1 포트를 통해 무조건 입력되는 자료를 읽어 게임에 이용하였다.
문제가되었던점:
가장 문제가 되었던 것은 시리얼 통신에서 발생했는데, 그것은 8051
측에서 새로운 데이타가 전달되올때까지 프로그램 진행이 멈춘다는
것이다. 그것을 평소에는 소리를 내지 않는다는 dummy데이타를
보냄으로써 소리도 내지 않고 8051측 프로그램에 지연이 발생하지
않도록 하였다.
또 하나의 문제는 서로의 타이밍을 맞출 수 없다는 것이었다. 하지만
8051과 PC측이 충분한 속도를 내줌으로써 RealTime으로 작동하여
타이밍에 별 관계없이 동시에 작동하는것처럼 보이게 하였다.
ADC에서도 문제가 발생하였다. 그것은 8051kit자체의 잡음때문에
저항을 고정시켜 놓아도 +10 ~ -10정도의 떨림이 발생하는 것이었다.
하지만 이것은 하드웨어적인 문제로 교수님또한 그것을 양해하여
주셨다.
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <bios.h>
#include <conio.h>
#include <dos.h>
#define BARLEN 15 /* 막대의 길이 */
#define SPEED 300 /* 공 움직임 속도. 낮을수록 빠름 */
#define ADJX 1 /* 막대의 최소 X좌표 */
#define WALL 3 /* 벽에 부딛혔을때의 소리번호 */
#define STICK 4 /* 막대에 부딛혔을때의 소리번호 */
#define DEAD 5 /* 게임이 끝날때. 공을 놓쳤을때 */
#define READY 6 /* 준비 */
#define START 7 /* 시작 */
#define NOSOUND 100 /* 아무소리도 안낼때 */
#define TIMETICK *(unsigned far *)0x0040006c /* 시스템 타이머
*/
typedef unsigned char byte;
int curx=40, cury=5;
int incx=1, incy=1;
int barx, trapcnt=0;
unsigned cnt=0;
/* 16bit 단위로 화면에 문자열 표시 (매우 빠름) */
void fprint(byte *str, char x, char y, unsigned fc, unsigned
bc)
{
unsigned far *v=(unsigned far *)0xb8000000;
unsigned word;
v += (x-1)+(y-1)*80;
while (*str) {
word=(bc<<4)+fc;
word <<= 8;
word += *str++;
*v++=word;
}
}
/* 커서를 끄거나 켬 */
void cursor(int nf)
{
if (nf) asm {
mov ah, 1
mov ch, 6
mov cl, 7
int 10h
} else asm {
mov ah, 1
mov ch, 0fh
mov cl, 0
int 10h
}
}
/* 막대를 그림 */
void drawbar()
{
int t;
for (t=1; t<barx; t++) fprint(" ", t, 25, 7, 0);
fprint("賽賽賽賽賽賽賽繃, barx, 25, 7, 0);
for (t=barx+BARLEN; t<=80; t++) fprint(" ", t, 25,
7, 0);
}
/* 아규먼트로 들어오는 번호를 8051로 보내 해당하는 소리를 내도록 함 */
void makesound(byte num)
{
int t;
for (t=0; t<20; t++) {
outportb(0x3f8, num);
delay(1);
}
}
/* 공을 움직임 */
void drawobj()
{
int t;
cnt++;
if (cnt < SPEED) return;
cnt=0;
fprint(" ", curx, cury, 15, 0);
curx+=incx;
cury+=incy;
if (curx < 1) {
makesound(WALL);
curx=1;
incx=-incx;
}
if (curx > 80) {
makesound(WALL);
curx=80;
incx=-incx;
}
if (cury < 1) {
makesound(WALL);
cury=1;
incy=-incy;
}
if (cury > 25) {
makesound(DEAD);
cursor(1);
exit(1);
cury=25;
incy=-incy;
}
if (cury==25) {
if ((curx >= barx) && (curx <= barx+BARLEN)) {
makesound(STICK); /* 공이 막대에 부딛혔을때 */
cury=24;
incy=-incy;
}
} else {
t=peek(0xb800, (curx-1)*2+(cury-1)*160);
if ((t%256) == 223) {
makesound(STICK);
if (incy>0) cury--; else cury++;
incy=-incy;
}
}
fprint("o", curx, cury, 15, 0);
}
void main()
{
byte angle;
int key;
int t;
unsigned st;
cursor(0);
clrscr();
srand(TIMETICK);
/* 공이 처음 왼쪽방향으로 떨어질것인가 오른쪽 방향으로 떨어질
것인가를 정함 */
if (random(100)%2 == 0) incx=-1; else incx=1;
st=TIMETICK;
for (t=0; t<3; t++)
{
makesound(READY);
fprint("READY", 36, 11, 4, 0);
delay(500);
fprint(" ", 36, 11, 4, 0);
delay(100);
}
makesound(START);
fprint(" GO! ", 36, 11, 15, 0);
delay(800);
fprint(" ", 36, 11, 0, 0);
makesound(NOSOUND);
while (1) {
angle=inportb(0x3f8); /* 8051이 보내주는 값을 읽음 */
/* 8051이 보내주는 값으로 막대의 위치를 정함 */
barx=ADJX+(int)((float)angle/3.9);
drawbar();
drawobj();
/* 10초 단위로 화면에 장애물을 최대 20개까지 만듦 */
if ((abs(st-TIMETICK)) >= (int)(18.2*10)) {
st=TIMETICK;
if (trapcnt < 20) {
fprint("賽賽賽賽", random(72)+1, random(10)+1, 7, 0);
trapcnt++;
}
}
/* ESC키가 눌리면 끝 */
if (kbhit()) {
key=getch();
if (key == 27) break;
} else outportb(0x3f8, NOSOUND);
}
cursor(1); /* 커서 켬 */
}
------------------------
8051 SOURCE --------------------------
ORG 2000H
ADC: EQU 0C018H
WAIT120U:EQU 015CH
MOV SP, #50H
ACALL SINIT
LOOPC:
ACALL GETCH
MOV R6, A
NEXT1:
MOV A, R6
SUBB A, #3
JNZ NEXT2
MOV R1,
#5
MOV R2, #50
ACALL USERSOUND
JMP CONV
NEXT2:
MOV A, R6
SUBB A, #4
JNZ NEXT3
MOV R1,
#1 ; FREQUENCY
MOV R2,
#50 ; DELAY
ACALL USERSOUND
JMP CONV
NEXT3:
MOV A, R6
SUBB A, #5
JNZ NEXT4
ACALL DEADSOUND
JMP TERMINATE
NEXT4:
MOV A,
R6
; READY SOUND
SUBB A, #6
JNZ NEXT5
MOV R1,
#30
MOV R2, #100
ACALL USERSOUND
JMP CONV
NEXT5:
MOV A, R6
SUBB A, #7
JNZ NEXT6
MOV R1,
#70
MOV R2,
#240
ACALL USERSOUND
JMP CONV
NEXT6:
CONV:
MOV DPTR, #ADC
;CONVERSION
START
MOVX @DPTR,A
CALL WAIT120U
;DATA
READ
MOVX A, @DPTR
ACALL TXDATA
SJMP LOOPC
;
SINIT: CLR EA
MOV TMOD, #00100000B
MOV 87H, #0
MOV TH1, #0FDH
SETB TR1
MOV SCON, #01010010B
MOV SBUF, #0
RET
;
GETCH: JNB RI, $
MOV A, SBUF
CLR RI
RET
TXDATA:
JNB TI,$
CLR TI
MOV SBUF, A
RET
USERSOUND:
; R2=SOUND LENGTH, R1=FREQ
MOV B, R1
MOV R0, B
MOV P1, #0
FREQ1_3:
DEC R0
CJNE R0, #0,
FREQ1_3
MOV B, R1
MOV R0, B
MOV P1,
#35
FREQ2_3:
DEC R0
CJNE R0, #0,
FREQ2_3
DEC R2
CJNE R2, #0,
USERSOUND
RET
DEADSOUND:
MOV R3,
#20
MOV R1,
#1
MOV R2,
#80
DEAD_LOOP:
ACALL USERSOUND
MOV A, R1
ADD A, #5
MOV R1, A
DEC R3
CJNE R3, #0,
DEAD_LOOP
RET
DELAY: PUSH PSW
MOV PSW, #18H
PUSH 1DH
MOV R5,
#50
LOOPY: NOP
DJNZ R5, LOOPY
POP 1DH
POP PSW
RET
TERMINATE:
END