PDF de programación - Tesis: Alejandro Tinoco - SISTEMA DISTRIBUIDO CON MICROCONTROLADORES DE LA LINEA 8051

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"'PENIERIA ELECTRICA

CENTRO DE INVESTIGACION Y DE ESTUDIOS AVANZADOS

DEL INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRICA

SECCION DE COMPUTACION

"SISTEMA DISTRIBUIDO CON MICROCONTROLADORES DE LA LINEA 8051"

CENTRO DE INVESTIGACION Y DE

ESTICAS AVANZADOS OEL

I. P. N.

b i b l i o t e c a

Tesis que presenta el Ing. Alejandro Tinoco Alvarado para
obtener el grado de MAESTRO EN CIENCIAS en la especialidad de
INGENIERIA ELECTRICA con opción en COMPUTACION.

Trabajo dirigido por el Dr. Jan Janecek. Hyan.

México D.F.
Septiembre 1990

Becario de

COSNET

A mis padres:

Jorge Tinoco y María Luisa Alvarado

A mis hermanos:

María Luisa,
Daniel,
Luis Antonio,
Susana Estela,
Benjamín y
Beatriz Graciela.

AGRADECIMIENTOS.

Estoy agradecido con mis compañeros y amigos cuyo ánimo y
ayuda profesional convirtieron la realización de este trabajo en
una tarea muy agradable. En particular deseo agradecer
profundamente al Dr. Jan Janecek Hyan
por sus enseñazas,
consejos y su valiosa amistad, a Luis Rodolfo Rosado, Andrés Vega
García, Luis Martin Rojas, Marcos Gómez Martínez y Octavio Juárez
por sus aportaciones y sugerencias, asi como a Rosario Zamudio
por su asistencia en la elaboración del texto.

También agradezco al Dr. Juan Manuel Ibarra Zannatha, al Dr.
Armando Maldonado Talamantes, y al M. en C. José Oscar Olmedo
Aguirre por sus valiosos comentarios y sugerencias.

Finalmente, me gustaría dar las gracias a la Sección de
Computación del Departamento de Ingeniería Eléctrica de este
Centro, por las facilidades ofrecidas durante el desarrollo de
este trabajo.

iii

I N D I C E .

Página:

OBJETIVO................................................... Vi

PREFACIO................................................... vi i

CAPITULO 1 - INTRODUCCION................................. 1

CAPITULO 2 - CONTROL DISTRIBUIDO......................... 7

CAPITULO 3 - ARQUITECTURA DEL SISTEMA DISTRIBUIDO. ... 10

Sistemas con POLLING................................ 12
Descripción del sistema............................ 12

CAPITULO 4 - ARQUITECTURA "BITBUS"...................... 16
Especificaciones BITBUS............................ 18
Protocolo de transferencia y formato
de los mensajes..................................... 19

CAPITULO 5 - DISEÑO DEL CONTROLADOR 8051................. 23
a) Especificaciones................................. 23
b) Criterios de diseño.............................. 24
c) Diseño final..................................... 27

CAPITULO 6 - PROTOCOLO DE COMUNICACION................. 29
Reglas sintácticas.................................. 31
Reglas semánticas................................... 33

iv

CAPITULO 7 - PROGRAMACION DEL SISTEMA DISTRIBUIDO. ... 36
Programa monitor 1............................... 39
Funciones................................... 41
Rutina CINT la. parte...................... 46
Rutina CINT 2a. parte...................... 50
Rutinas de transferencia de
mensajes por interrupción................. 52
Programa monitor II.............................. 54

a) Programación del puerto de

comunicación serie...................... 55

b) Transmisión y recepción de bytes......... 59
c) Funciones brindadas..................... 61
Programa de usuario.............................. 66

1- Rutinas de librería de

los módulos esclavos..................... 67

2- Rutinas de librería del

módulo maestro........................... 71

CAPITULO 8 - EJEMPLO DE APLICACION................... 74

CAPITULO 9 - CARACTERISTICAS DEL SISTEMA............ 80

CONCLUSIONES.......................................... 83

BIBLIOGRAFIA.......................................... 85

APENDICE A - DESCRIPCION DEL CONTROLADOR 8051.

APENDICE B - CONJUNTO DE INSTRUCCIONES DEL MCS-51.

APENDICE C - CONSTRUCCION DE LAS TARJETAS CONTROLADORAS.

APENDICE D - LISTADOS DE LAS RUTINAS DE LIBRERIA.
APENDICE D - LISTADOS DE LAS RUTINAS DE LIBRERIA.

APENDICE E - LISTADOS DE LOS PROGRAMAS DE APLICACION.

V

OBJETIVO.

El presente trabajo de tesis tiene como objetivo diseñar y
construir un sistema distribuido con microcontroladores de la
linea 8051, el cual está compuesto de las siguientes partes:

- Un conjunto de tarjetas controladoras

interconectadas por una linea serie compartida.

(módulos),

- Un conjunto de programas que permiten: cargar programas de
aplicación en cada uno de los módulos del sistema, ponerlos en
ejecución y comunicarlos entre si.

- Un pequeño ejemplo de aplicación que muestre el uso y

funcionamiento del sistema distribuido.

Este sistema está orientado a las aplicaciones del tipo
control industrial, instrumentación y/o control de procesos.
Básicamente, este sistema será una herramienta para el desarrollo
de los programas de aquellas personas que trabajan en el control
distribuido.

Se pretende además, que el sistema sea sencillo, económico y
que su empleo resulte atractivo; aunque, debido a su sencillez,
podrán existir aplicaciones donde el sistema no pueda ser
usado.

vi

PREFACIO.

Actualmente en la industria como en otros campos, el uso de
las computadoras como medio para automatizar los procesos de
fabricación, ha venido incrementándose cada vez más, haciendo el
trabajo del hombre más fácil y productivo. Para esto se han
desarrollado gran variedad de computadoras especializadas en el
control industrial e instrumentación, recibiendo el nombre de
"controladores" -

Gracias al avance de la tecnología, el costo de los
"controladores" se ha reducido bastante, de tal forma que podemos
colocarlos en cada etapa del proceso que deseamos controlar,
interconectandolos entre si, formando lo que actualmente se
conoce como: "sistemas de control distribuido".

En el presente trabajo se propone un sistema distribuido que
será capaz de realizar tareas del tipo control industrial, el
cuál podrá ser utilizado en una gran variedad de aplicaciones que
van desde controlar una pantalla de desplegados, hasta controlar
todo un proceso de fabricación, dependiendo esto, de las
necesidades y la creatividad del usuario.

Para el estudio de nuestro sistema distribuido, se dividió

el texto en 9 capítulos que tratan los siguientes temas:

El primer capítulo es introductorio y en él se proporcionan
los conceptos fundamentales sobre microcontroladores y sistemas
distribuidos.

vii

El segundo capítulo da una vista general sobre el empleo de

sistemas distribuidos en el control de procesos.

El

tercer capítulo expone la arquitectura del

distribuido realizado.

sistema

El cuarto capítulo muestra la arquitectura BITBUS de Intel,
sistema

de la cual se toman las bases para el desarrollo del
distribuido.

El quinto capítulo describe el diseño de las tarjetas

controladoras.

En el sexto capítulo se define y establece el protocolo de

comunicación utilizado.

El séptimo capítulo muestra y explica los programas de

soporte desarrollados para la operación del sistema.

El octavo capítulo contiene un ejemplo de aplicación que

muestra el funcionamiento del sistema.

Y

por último, el noveno capítulo contiene las principales

características del sistema distribuido.

NOTA:
Durante el desarrollo de este trabajo, todos los términos
originales en idioma Inglés, se respetan y se escriben entre
comillas para lograr mayor claridad en el texto.

La notación [#] indica la referencia bibliográfica.

viii

C A P I T U L O

1

CAPITULO 1 - INTRODUCCION.

Los microprocesadores hoy en día, son verdaderamente una
herramienta que facilita el diseño de equipo electrónico. Esta
nueva dimensión literalmente expande el horizonte de aplicaciones
más allá de la imaginación. No obstante, para aprovechar toda la
potencialidad de los microprocesadores, uno debe entender los
aspectos tanto de circuiteria ("HARDWARE") como de programación
("SOFTWARE") de estas máquinas. Diferente a cualquier otra
tecnología de computadoras, los microprocesadores están al
alcance de todos por su bajo costo; pero desafortunadamente,
existe un costo oculto en el desarrollo de "SOFTWARE".

Los microprocesadores los podemos encontrar en todas partes,
en nuestra muñeca (reloj de pulso), en la cocina, en el
sintonizador de un televisor, etc. En inumerables situaciones,
hoy en día, disfrutamos de la potencialidad, flexibilidad y
conveniencia de los microprocesadores. A continuación tenemos
sólo
los
microprocesadores:

aplicaciones

algunas

de

de

las

recientes

Hornos de microondas.
Relojes digitales.
Osciloscopios inteligentes.
Terminales inteligentes.
Pequeñas computadoras.
Controladores de procesos.

Radios.
Modems.
Teléfonos.
Calculadoras.
Rastreadores de CB.
Juegos de TV.

1

La lista de aplicaciones ilustra dos puntos importantes:
primero, las microcomputadoras (microprocesadores con otros
dispositivos formando un sistema) no están reemplazando solo a
las minicomputadoras en algunas aplicaciones, sino que además
están creando muchas nuevas áreas de mercado. Segundo, los
microprocesadores son verdaderamente una herramienta muy versátil
para el diseño.

El bajo costo, tamaño reducido, y el bajo consumo de
ha convencido a los
potencia de los microprocesadores,
diseñadores p