Mikrokontrollerid ja robootika homework 1 (0)

Mictrocontroller Week 03 
Numbering systems 
1.  Convert the decimal number 123.456 to the  following  formats, taking  whole  numbers and 
fractions into account . Show calculations. 
a)  Binary  
Fractional part : 
        Reading  direction   Integral part: 
       Reading direction 
0,456 x 2 = 0,912 
0 
123 / 2 = 61 
1 
0,912 x 2 = 1,812 
1 
61 / 2 = 30 
1 
0,812 x2 = 1,624 
1 
30 / 2 = 15 
0 
0,624 x 2 = 1,248 
1 
15 / 2 = 7 
1 
0,248 x 2 = 0,496 
0 
7 / 2 = 3 
1 
0,496 x 2 = 0,992 
1 
3 / 2 = 1 
1 
 
0 
1  
1 
 
0 
 
0 
 
So 123.45610 = 0111  1011 .0111 01002 
 
b) Hexadecimal 
Fractional part : 
 
Integral part : 
 
0,456 x 16 = 7,296 
7 
123 / 16 = 7 
0,6875 x 16 =B(11) 
0,296 x 16 = 4,736 
4 
7 / 16 = 0  
0,4375 x 16 = 7 
 
 
 
 
 
So 123.45610 = 7B.7416 
 
c)  base -5 
Fractional part: 
 
Integral part : 
 
0,456 x 5 = 2.28 
2 
123 / 5 = 24 
0,6 x 5 = 3  
0.28 x 5 = 1,4 
1 
24 / 5 = 4 
0,8 x 5 = 4 
0,4 x 5 = 2 
2 
4 / 5 = 0 
4 
 
 
 
 
 
So 123.45610 = 443.2125 
 
d) BCD 
1 
2 
3 
. 
4 
5 
6 
0001 
0010 
0011 
 
0100 
0101 
0110 
 
 
2.  Extend the following unsigned 8-bit binary numbers to their 16-bit equivalents and convert 
the result  to hexadecimal. 
a)  011010112  
16-bit  equivalent is  0000 0000 0110 10112 
Result in hexadecimal = 006B16 = 6B16 
 
 
b)  101101012 
16-bit equivalent is 0000 0000 1011 01012 
   Result in hexadecimal = 00B516 = B516 
 
 
 
3. Extend the following signed two’s complement 8-bit binary numbers to their 16-bit 
equivalents and convert the result to hexadecimal. 
a)  011010112 
16-bit equivalent is  0000 0000 0110 10112 
Result in hexadecimal = 006B16 
 
b) 101101012 
16-bit equivalent is   1111  1111 1011 01012 
Result in hexadecimal = FFB516 
 
Logic and arithmetic 
4. Using two’s complement arithmetic, calculate the following (choose a  suitable number of 
bits for the representation): 
a)  121 – 185 = -64 
121 in 16-bit binary is 0000 0000 0111 1001  
-185 in 16-bit binary is 1111 1111 1011 1001 
-64 in 16-bit binary is 1111 1111 1100 0000 
 
00000000 01111001 
+     11111111 10111001 
--------------------------- 
       11111111 11000000  
 
b)  -70 – 88 = -158 
 
      11111111 10111010 
- 
00000000 01011000 
------------------------- 
11111111 01100010 
 
 
5. Calculate the following  without  converting the number base. Show calculations. 
3A916 + 24D16 = 5F616 
 
     3A9 
+  24D 
--------- 
    5F6 
 
9 + D = 16 
A + 4 + 1 = F 
3 + 2 = 5 
 
6. Variable X contains the number of bytes to be read from an external device. Using a binary 
shift , write one line of pseudocode to calculate the number of bits to be read and store  the 
result in Y. 
 
1 byte = 8 bits  
Shift left = X ∗   2𝑛 , where n stands for how big the shift is. 
23 = 8, so we have to shift left by 3. 
 
Y = X shl 3 // shifts left by 3 bits, filling the empty bits on the right with zeros 
 
7. You have two Boolean variables A and B. Write down a logic expression using only the 
operators AND, OR and NOT that will evaluate to true if A and B are equal and to false  
otherwise. 
 
(A AND B) OR ((NOT A) AND (NOT B)) 
 
8. You have two strings stored in variables S1 and S2. Both strings are stored in ASCII  format  
and contain 8 bits per character and 20  characters  per string . Write pseudocode that will 
compare the strings without  case  sensitivity and return a Boolean result in variable Y 
indicating whether the strings match or not. 
 
Y = true; 
 
for i from 1 to 20; 
 
for j from 1 to 8, excluding 3; // first  bit is spared (omitted) and the second (third) bit for  upper  
 
 
bitindex = j + (i-1) ∗8; 
 
 
   if S1[bitindex] =! S2[bitindex]; 
 
 
   Y = false; 
 
 
    Exit   loop ; 
 
 
   end; 
 
 
end; 
 
end; 
 
CPU  architecture  
9. Suppose a microprocessor adds the numbers shown below respectively. In each instance 
explain the influence  of the computation on the flag  register in terms of each of the flag bits Z, 
N, C, and V. Assume the processor can handle  8-bit binary  values using a two’s compliment 
representation. 
a) 60 + 80 
b) 60 – 80 
Range from -128 to 127.  
 
Equation 
Result 
Z 
N 
C 
V 
Comment  
60 + 80 
140 
0 
0 
1 
1 
Produced 
carry(C) and 
overflow 
occurred (V) 
60 - 80 
-20 
0 
1 
0 
0 
Result is 
negative (N) 
 
Z remains 0, because result isn’t zero . 
 
Input and output 
10. You have four PROM modules like the below figure and a sufficient collection of logic 
gates. Draw a  circuit   diagram showing how you can implement  4 kB of MP addressable 
memory  to your Microprocessor with12 address bits. 
 
PROM (Programmable Read Only Memory) scheme has 10 address  pins  
The input consists of 12 address bits. Use the most significant 2 bits to  select  a  
memory  chip and the least  significant 10 bits to select an address within the chip. The least  
significant 10 bits of the input address are  connected to the 10 address bits of each  
memory  module and the most significant 2 bits are connected to decoder and  
then to the decoder select pins, such that only one chip will be  active for each input combination. 
A PROM can address 210 = 1024 memory locations = 1 kB 
Four PROM chips will have 4kB of addressable memory. 
Microprotsessor can  access  212 = 4096 = 4kB locations. 
 
A0 
A0 
A0 
A0 
A1 
A1 
A2 
 
A1 
A1 
A2 
A2 
A2 
A3 
A3 
A3 
A3 
A4 
 
A4 
A4 
A4 
A5 
A5 
A5 
A5 
A6 
A6 
A7 
 
A6 
A6 
A7 
A7 
A7 
A8 
A8 
CS 
A8 
A8 
A9 
 
CS
A9 
CS 
A9 
A9 
CS 
 
 
 
 
A10 
0 
 
1 
DC  2 
A11   
3 
 
 
 
11. You are designing a multi- user interface  that stores user preference data on external 
memory. You decided to use a PIC18F45K20 microcontroller and 24C02C  EEPROM  
memory. Your microcontroller needs to  generate a block wave  that will act as a  clock   signal  
to synchronize data  transfer to and from the memory. 
a) Choose a suitable clock frequency , based on the capabilities of the EEPROM module 
and the PIC. 
 
Suitable clock frequency is 0-400 kHz (from datasheet) 
 
b) Assume the clock frequency of the PIC is 16 MHz and one instruction cycle lasts 4 
clock periods.  Further  assume that one loop of your algorithm requires 4 
instruction cycles. Determine the total delay  time for completing a command cycle sent to 
EEPROM, assuming the clock in EEPROM is 100 kHz. 
 
EEPROM clock is 100kHz = 10 µs 
PIC clock is 16MHZ = 1 / 16 µs 
1
One loop command to PIC lasts 4 ∗ 4 ∗
 = 1 µs 
16
The delay for one cycle of EEPROM should be 0,5 cycle. 
Delay time for completing one command cycle is 5 µs + 1µs = 6 µs. 
 
 
 
12. You are designing an embedded system and need to communicate with a computer 
motherboard using an RS-232 interface. You decided to use a MAX232 driver to convert 
between the voltage  levels used by the PIC and those used by the RS-232 port (find a 
MAX232 datasheet on the  internet ). You are using a PIC18F45K20. Indicate, on the 
following diagram, how you would connect the PIC, the MAX232 and the RS-232 port. 
 
 
 
 
You have to connect following pins :  
 
MAX232:T1IN ↔ PIC:Tx  
MAX232:R1OUT ↔ PIC:Rx  
MAX232:R1IN ↔ RS232 :TxD  
MAX232:T1OUT ↔ RS232:RxD