PDF de programación - Tesis: Marcos Gomez - TARJETA MAESTRA CONTROLADORA PARA UN SISTEMA DISTRIBUIDO EN MICROCONTROLADORES DE LA LINEA 8051

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INGENIERIA ELECTIUCA

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I. P . N.

B I EI L I OT E OA
INGENIERIA ELECTI'IIC.A

CENTRO DE INVESTIGACION Y DE ESTUDIOS A VANZADO DEL

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRICA

SECCION DE COMPUTACION

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I. P . N .

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11\J GENIER IA ELECTI!IO

T ARJETA MAESTRA CONTROLADORA
PARA UN SISTEMA DISTRIBUIDO EN

MICROCONTROLADORES DE LA LINEA 8051.

Tesis que presenta el lng. Marcos Gomez Martinez para obtener
el grado de MAESTRO EN CIENCIAS dentro Ia especialidad de
INGENIERIA ELECTRICA con opci6n en COMPUTACION.

Trabajo dirigido por el M. en C. Andres Vega Garcia.

Mexico D.F.
diciembre de1992.

CINVEST A VII

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AD Q U/3!CION
DE L ISRJS

Becario de
CONACYT.

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Dedico el presente trabajo, a tres generaciones que me han ensei'iado a
Ia presencia

amar Ia creaci6n y mas alia: mi abuela, mi padre, Marfa Jose y
valiosa y admirable de mi madre. Sus nombres:

MARCOS GOMEZ GALLEGOS.
JOSEFINA MARTINEZ VELAZQUEZ.
DOLORES GALLEGOS RAMON.
MARIA JOSE MENDOZA GOMEZ.

Durante Ia estancia en este centro, mi vida se ha complementado
personal y profesionalmente. El equipo de trabajo que me respalda es grande e
involucra investigadores, auxiliares de investigaci6n, secretarias, hermanos y
hermanas, amigos y amigas, familia y Ia gran chica M. Natalia Acosla Quijano
mi novia que con gran interes ha colaborado en Ia redacci6n de este escrito. A
todos ellos doy gracias y los exhorto, a buscar para alcanzar el desarrollo
profesional deseado, colaborando y participando para unificar nuestras areas de
trabajo .

..... LES RECORDARE SIEMPRE.

tUT~I DE INYESTISAC/tM y 11

EST UOIOS >V"l' OOS &!L

I. P . N .

• IS L I OTEC A
11\!GENIERIA ELECTR!U

Agradecflnniientos,.

AI Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologia, al Centro de

lnvestigaci6n y Estudios Avanzados - Secci6n Computaci6n, el apoyo

brindado para realizar los estudios de postgrado.

iii

I NDICE

0BJETIVOS.

1 INTRODUCION.

1.1 S istemas distribuidos.
1.2 Sistemas de control.
1.3 Trabajos preliminares.
1.4 Desventajas presentes en los trabajos preliminares.
1.5 Ventajas que ofrece Ia tarjeta Maestra-Controladora.

2 ARQUITECTURA DEL "HARDWARE" DE LA

MAESTRA CONTROLADORA.
2.1 Razones para Ia implementaci6n de Ia maestra

controladora.

2.2 Criterios de diseflo.
2.3 Diseiio.

2.3.1 Sistema minima 8051.
2.3.2 lnterfase PC-Maestra Controladora.
2.3.3 lnterfase de comunicaci6n serie.

Paginas

vi

2
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5
9
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19
28

12

iv

P:iginas.

3 ARQUITECTURA DEL "HARDWARE" DE LOS

CONTROLADORES ESCLA VOS.

4 ARQUITECTURA DE LA PROGRAMACION.

4.1 Protocolo de comunicaci6n

Maestra Controladora-Esclavos.
4. 1.1 Reglas sintacticas.
4.1.2 Reglas semanticas.

39
39
41
4.2 Estructura de programaci6n de Ia Maestra Controladora.
42
4.3 Estructura de programaci6n de los Controladores Esclavos. 48
54
55

4.3.1 Facilidades de los Controladores Esclavos.

4.4 Facilidades de comunicaci6n PC-Maestra Controladora.

5 PROGRAMAS DE APLICACION.
5. 1 Monitor del controlador maestro.
5.2 Estructuras para las funciones u operaciones de control.
5.3 Herramientas para el desarrollo de aplicaciones en el

M~~ -

62
65

~

5.4 Desarrollo de programas de usuario para los controladores. 72

CONCLUSIONES.

8IBLIOGRAFIA.

APENDICES:
A Descripci6n del microcontrolador 8051 .
8 Manejo del monitor.
C Herramientas de programaci6n.

33

38

61

75

77

A-1
B-1
C-1

OBJETIVOS.

El presente trabajo de tesis tuvo como objetivos, alcanzar un puente de

comunicaci6n entre el sistema distribuido formado par una red de microcontro
ladores 8051 y computadoras personales del tipo IBM PC/XT/AT. Ella involucra :

-Crear una tarjeta de comunicaci6n.
- Desarrollar las funciones de comunicaci6n.
- Desarrollar las funciones de apoyo, para Ia creaci6n de pro-

gramas de aplicaci6n al sistema distribuido.

MET AS.

Con el puente de comunicaci6n alcanzado, se apoya el desarrollo de sis

temas distribuidos con los microcontroladores 8051 a traves de maauinas mas
poderosas, una de las cuales, se encarga de gobernar las comunicaciones
mediante el control de accesos a Ia red.

El trabajo se desarrollO en hardware y software:

Hardware:

En hardware, se realiz6 el diseiio y construcci6n de Ia tarjeta interfa

se de comunicaci6n, a Ia que se le di6 el nombre de Maestra Controladora.

La tarjeta se inserta dentro del bus de expansion de una computadora

personal yes capaz de soportar des configuraciones:

- Maestra: Esta configuraci6n, permite conectar una computadora personal
al sistema ofreci8ndole los derechos de controlador maestro y,
es Ia responsable de controlar las comunicaciones.

- Esclava: Esta configuraci6n permite conectar una computadora personal
a Ia red, Ia cual, es tratada con Ia misma jerarquia que los nodes
controladores del sistema.

Software:

En software se desarrollaron:

Las funciones de apoyo de Ia computadora personal orientadas a Ia
creaci6n de program as de aplicaci6n para el sistema distribuido.

Los m6dulos de funciones en Ia tarjeta maestra controladora para Ia
comunicaci6n, control de las comunicaciones y atenci6n a las solicitudes
de Ia computadora personal.

Las funciones de comunicaci6n para los m6dulos controladores.

De esta manera, dentro del sistema debe existir al menos una
computadora personal conectada a Ia red distribuida 8051, empleando una
tarjeta maestra controladora configurada como maestra. Cualquier otra
computadora personal que desee coneclarse (para ser una estaci6n de trabajo),
debe usar una tarjeta maestra controladora configurada como esclava.

y jj

Capitulo

INTRODUCCION.

Actualmente existe una gran variedad de productos que reclaman
con derecho el nombre de COMPUTADOR, desde las microcomputadoras con
un solo "chip" y de unos cuantos d61ares, hasta supercomputadoras de miles
de d61ares; influencia de un enorme mercado, donde Ia variedad se exhibe en
costas, tamario, funcionalidad y aplicaci6n, debido a los cambios tan rapidos
que caracteriza a Ia tecnologia de las computadoras, donde conceptos y
definiciones evolucionan a Ia misma velocidad, para situarse dentro de los
desarrollos alcanzados.

La clasificaci6n de las computadoras en micros, minis, computadoras o
supercomputadoras, se realiz6 de acuerdo con su tamaiio, precio, poder de
procesamiento. capacidad de almacenamiento, etc. , con las que fueron creadas:
caracteristicas que en nuestros dias son diffciles de distinguir.

Ante tal evoluci6n, las microcomputadoras o computadoras personates
han alcanzado un gran €xit o. penetrando en el mercado de Ia linea de los
electrodomesticos. con aplicaciones que oscilan desde simples procesadores de

palabras y videojuegos, hasta Ia intercomunicaci6n con otras computadoras y
aplicaciones dedicadas como el control industrial.

Las computadoras personales establecieron Iegros tecnol6gicos con Ia
reducci6n de costas y tamaflo, dando flexibilidad y mayor alcance a un sistema.
Es posible citar los principios en Ia interconexi6n de computadoras, como una
persecuci6n par com partir los recursos que resultaban demasiado cares en un
sistema (memoria, impresoras, bases de datos, etc.), a traves de los cuales se
origin6 un nuevo modele, que vine a sustituir el modele de tener un solo
las necesidades de calculo de una
computador para satisfacer
organizaci6n, par el de una colecci6n
interconectada de computadoras
aut6nomas, capaces de intercambiar informaciOn.

todas

1.1 Sistemas distribuidos.

En Ia interconexi6n de computadoras, los sistemas distribuidos juegan un
papel muy importante y son muestra del avance logrado par Ia tecnologfa.
Fueron planteados como una soluci6n a los problemas de centralizaci6n y se
postularon en base a los requerimientos de grandes corporaciones, asi como de
organizaciones de gobierno interesados en su desarrollo, dando Iugar a
sistemas de grandes caracteristicas. Los sistemas distribuidos pueden definirse
como:

Una colecciOn interconeclada de computadoras autOnomas. que inleraclUan
cooperalivamenle a lraves de procesos. para Ia realizac16n de una larea comim. AqUJ .
los procesos coordinan sus actividades e inlercambian informaciOn con lransferencias
sabre una red de comunicaciones

El referirse a computadoras aut6nomas involucra el desarrollo de una
programaci6n muy compleja, donde dicha autonomia debe refiejarse de manera
transparente al usuario, es decir, que no le sea visible; depende del sistema
operative, Ia selecci6n del procesador que habra de realizar Ia tarea. hallar y
transportar todos los archives de entrada al mismo y poner los resultados en el
Iugar apropiado. En otras palabras. el usuario de un sistema distribuido no tiene
conocimiento de que existen mUltiples procesadores, ya que el sistema se
visualiza como un monoprocesador virtual.

La asignaci6n de trabajos al procesador y archives en discos, el
movimiento de archives para conocer donde se almacenan y donde son
necesarios. asi como todas las demas funciones del sistema, deben ser
automaticas. En resumen, estes representan