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1 Introduction to Embedded Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Categories of Embedded Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Application Areas of Embedded Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4 Characteristics of Embedded systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.5 Hardware Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.5.1 Overall Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.5.2 Memory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.5.3 Bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.5.4 I/O Ports . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.5.5 Clock Oscillator, Timer and Watchdog. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.5.6 Analog to Digital Converter (ADC) and DAC . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.6 Embedded Software Design and Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.6.1 Software Engineering Life cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.6.2 Choose RTOS and Programming Language . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.7 Practice Labs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.7.1 Getting Started with the Keil mVision3 C51
Development Kit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.7.2 Lab with 8051 Microcontroller Development Kit . . . . . . . . . . . . . 27
1.8 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.9 Review questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.10 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2 Embedded Software Design and Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.2 Software Requirement Specification. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.3 Embedded Software Modeling Analysis and Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.3.1 Context Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.3.2 Finite State Machine (FSM) and State Chart . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
ix
x Contents
2.4 Time Requirement Analysis for Real-Time Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.4.1 Non-Preemptive Scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.4.2 Pre-emptive Scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.4.3 RMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.4.4 Dynamic scheduling with EDF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.5 Multi-Tasking Design Methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.5.1 Polling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.5.2 Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.5.3 RTOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.6 Software Design Issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.6.1 Task Interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.6.2 Resource Sharing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.7 Lab Practice: A Traffic Light Control System Modeling
and Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
2.8 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
2.9 Review Questions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.10 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3 8051 Microcontroller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.1.1 8051 Chip Pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.1.2 System Clock and Oscillator Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.1.3 8051 Internal Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.2 Ports . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.2.1 Port Reading and Writing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.2.2 The Port Alternate Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.3 Memory and SFR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
3.3.1 Memory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
3.3.2 Special Function Registers (SFRs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.4 SFRs and Interrupts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.4.1 External Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.4.2 Timer/Counter Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.4.3 Serial Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.6 Review Questions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.7 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4 Embedded C Programming with 8051 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.2 Memory in 8051 C Programming. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.2.1 8051 Memory Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.2.2 Memory Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.3 Data Types of 8051 C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Contents xi
4.4 Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.4.1 Interrupt Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.4.2 Reentrant Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
4.4.3 Real Time Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
4.5 Pointers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
4.6 Mix C and Assembly Code. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
4.7 Modular Programming in C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.7.1 Scope of Functions and Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
4.7.2 Header Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
4.7.3 Multi-module C Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
4.8 Lab: Debug and Test Embedded C Program with the Keil
mVision3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
4.9 Practice Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
4.10 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
4.11 Review Questions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
4.12 Programming Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
5 Real-Time Operating Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
5.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
5.2 RTX51-Tiny. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5.3 Task Scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
5.3.1 Round Robin Multitasking. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
5.3.2 Cooperative Multitasking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
5.3.3 Priority-Driven Preemptive Multitasking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5.4 RTOS Events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.4.1 Signal Event Based Communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.4.2 Message Event Based Communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.4.3 Semaphores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.4.4 Attaching Interrupts to Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.5 When to Use RTOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
5.6 Practice Labs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
5.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
5.8 Review Questions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
5.9 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
6 Serial Communications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
6.1.1 Serial vs. Parallel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
6.1.2 Simplex and Duplex. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
6.2 UARTs and Transceivers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
6.2.1 UART . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
6.2.2 Transceivers (aka Line Drivers) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
6.2.3 Asynchronous vs. Synchronous . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
xii Contents
6.2.4 Data Transfer Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
6.3 Configuring the Serial Port . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
6.4 Setting the Baud Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
6.5 Reading and Writing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
6.6 Handshaking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
6.6.1 Software Handshaking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
6.6.2 Hardware Handshaking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
6.7 Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
6.7.1 Example 1 – Hello World (Using STDIO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
6.7.2 Example 2 – Hello World (Beyond the Serial Port) . . . . . . . . . . . 192
6.7.3 Example 3 – Interactive Console Using the Serial Port . . . . . . . 196
6.8 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
6.9 Review Questions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
6.9.1 Key to the Review Questions: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
6.10 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
7 Survey of Popular Microcontrollers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
7.2 Features for Comparison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
7.2.1 Packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
7.3 The Large 8051 Family. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
7.3.1 8051 Development Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
7.3.2 Silicon Laboratories Family . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
7.3.3 Atmel Family . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
7.3.4 Maxim (i.e. Dallas) Family . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
7.4 PIC Microcontrollers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
7.4.1 PIC Development Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
7.5 Rabbit Microprocessors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
7.5.1 Rabbit Development Tools. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
7.6 Atmel AVR Microcontrollers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
7.6.1 AVR 8-bit MCU. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
7.6.2 AVR 8-bit Development Tools. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
7.6.3 AVR 32-bit MCU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
7.6.4 AVR 32-bit Development Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
7.7 ARM Microprocessors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
7.8 ColdFire Microprocessors (and Microcontrollers) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
7.8.1 ColdFire Development Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
7.9 Basic Stamp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
7.9.1 Basic Stamp Development Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
7.10 Review Questions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
7.11 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
Contents xiii
8 Ethernet Applications and the Future of the Microcontroller . . . . . . . . . . . 223
8.1 Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
8.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
8.3 Introduction to TCP/IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
8.3.1 Link Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
8.3.2 Internet Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
8.3.3 Transport Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
8.3.4 Application Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
8.4 Circuit Cellarr Project . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
8.4.1 The Role of the Ethernet Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
8.4.2 The Role of the 8051 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
8.4.3 Code Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
8.5 Silicon Labs Ethernet Development Kit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
8.5.1 Stage 1: Setup the Hardware. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
8.5.2 Stage 2: Setup the Software and Checkout the Hardware . . . . . 231
8.5.3 Stage 3: Creating an Embedded Ethernet
Application using the Wizard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
8.5.4 Stage 4: The uWeb Embedded Web Server . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
8.6 The Future of the Microcontroller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
8.6.1 Dominant Market Share. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
8.6.2 Networking, Networking, Networking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
8.6.3 New Applications and Role Blurring. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
8.6.4 Better and Cheaper Development Tools. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
8.6.5 Roll your Own Chips . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
8.7 Review Questions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
8.7.1 Key to the review questions: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
8.8 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
8.8.1 Note: The ETHERNETDK kit is needed for these exercises. . 250
9 Hands-On Labs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
9.1 Lab 1: Getting Started with The 8051 – Reading
and Writing Ports . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
9.2 Lab 2: Intro to the 7-segment LED (Direct Driven and Decoded) . . . . 258
9.3 Lab 3: Intro to A/D Conversion Using a Light Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
9.4 Lab 4: Intro to the Keypad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
9.5 Lab 5: Intro to D/A Conversion Using a Speaker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
9.6 Lab 6: 3-Wire RS232 Serial Communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
9.7 Lab 7: Intro to the LCD Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
9.8 Lab 8: Advanced RS232 Communications (Handshaking) . . . . . . . . . . . . 314
A C programming Primer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
A.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
A.2 Data Types in C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
A.2.1 Primitive Data Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
A.2.2 Enumerated Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
xiv Contents
A.2.3 Pointer Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
A.2.4 Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
A.2.5 Char and Strings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
A.2.6 Structures and Unions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
A.2.7 User Defined Type with typedef . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
A.2.8 Variable Scope Specifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
A.3 Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
A.3.1 Arithmetic and Shift Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
A.3.2 Bitwise Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
A.3.3 Relational Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
A.3.4 Logical Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
A.4 Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
A.4.1 Function Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
A.4.2 Function Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
A.5 Control Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340
A.5.1 Selection Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
A.5.2 Loop Statements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
A.5.3 break and continue Statement in a Loop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
A.5.4 goto Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
A.6 Reserved Keywords. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
A.7 Command-line Arguments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
B Getting Started with The Keil mVision IDE .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
B.1 Introduction to the Keil mVision IDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
B.2 Run a Keil mVision IDE Project . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
B.3 Build your First Keil Project . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354
C Getting Started with Silicon Laboratories C8051F005DK
Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
D Counter with 7-Segment Numeric Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
D.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
D.2 Equipment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
D.3 Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
D.4 Building the Circuit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
D.5 Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383

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