Aufgabe Vorschlag B - Aufgabe 2 (2.1, 2.3, 2.4) · Abitur Hessen Technische Informatik LK 2021

Thema: Assemblerprogrammierung und Mikrocontrolleraufbau · Aus der Prüfung LK (2021)

Aufgabenstellung

Um mehr potenzielle Kunden auf das Autohaus aufmerksam zu machen, soll der Schriftzug des Autohauses nachts mithilfe von RGB-LEDs nacheinander in den Farben Weiß, Grün und Violett beleuchtet werden. Eine RGB-LED besteht im Inneren aus drei einzeln ansteuerbaren Leuchtdioden: aus einer roten Leuchtdiode, einer grünen Leuchtdiode und einer blauen Leuchtdiode. Eine RGB-LED hat somit insgesamt vier Anschlüsse, drei für die Ansteuerung der unterschiedlichen Leuchtdioden und einen als gemeinsamen Rückleiter. Durch gezielte Ansteuerung mehrerer interner Leuchtdioden lassen sich somit alle Farben erzeugen. Die vom Autohaus gewünschten Farben können wie folgt generiert werden:

Weiß · Grün · Violett

Rot · High · Rot · Low · Rot · High (für 1,5 ms)

Grün · High · Grün · High · Grün · Low

Blau · High · Blau · Low · Blau · High (für 2,5 ms)

Solange die RGB-LED in der Farbe Violett leuchten soll, müssen abwechselnd erst die rote LED für 1,5 ms und danach die blaue LED für 2,5 ms auf High geschaltet werden.

Da der Schriftzug des Autohauses nur nachts beleuchtet werden soll, wird mithilfe eines Helligkeitssensors regelmäßig die Helligkeit gemessen. Fällt diese unter einen bestimmten Wert, so liefert der Helligkeitssensor ein High-Signal und der Schriftzug wird nacheinander für jeweils 2 Sekunden in den Farben Weiß, Grün und Violett beleuchtet. Die Beleuchtung wird erst ausgeschaltet, wenn es hell wird, d.h. wenn der Helligkeitssensor ein Low-Signal liefert.

Die Steuerung der Beleuchtung erfolgt über einen Mikrocontroller. Es kann die nachfolgende Pinbelegung benutzt werden. Wird eine andere Pinbelegung verwendet, so muss diese dokumentiert werden.

2.1

Erläutern Sie das EVA-Prinzip anhand der beschriebenen Beleuchtungssteuerung. [4 BE]

2.3

Implementieren Sie die Mikrocontroller-Steuerung in der von Ihnen im Unterricht verwendeten Assemblersprache. [10 BE]

Hinweis: Die als Unterprogramme zur Verfügung gestellten Verzögerungsschleifen sind nicht zu erstellen.

2.4

Beschreiben Sie die Aufgaben des Steuerwerks, des Rechenwerks und der unterschiedlichen Bussysteme innerhalb von Mikrocontrollern. [6 BE]

Aufgabenstellung: Aufgabe Vorschlag B - Aufgabe 2 (2.1, 2.3, 2.4) · Abitur Hessen Technische Informatik LK 2021

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

2.1 Erläutern Sie das EVA-Prinzip anhand der beschriebenen Beleuchtungssteuerung.

Lösung: Das EVA-Prinzip (EVA: Abkürzung für Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe) beschreibt das grundlegende Prinzip der elektronischen Datenverarbeitung. Die Eingabe von Daten erfolgt in diesem Fall über einen Helligkeitssensor, die Verarbeitung der Sensorwerte über einen Mikrocontroller und die Ausgabe der Daten über eine RGB-LED (Aktor).

2.3 Implementieren Sie die Mikrocontroller-Steuerung in der von Ihnen im Unterricht verwendeten Assemblersprache.

Lösung: ``` ldi r16, 0b11100000 // Datenrichtung festlegen out 0x04, r16 endlos: sbis 0x03, 0 // Überspringe den nächsten Befehl, falls Pin 0 High ist jmp endlos out 0x05, r16 // alle LEDs High setzen (Weiß) call warten2s cbi 0x05, 5 // Rote LED ausschalten cbi 0x05, 7 // Blaue LED ausschalten (Grün bleibt an) call warten2s cbi 0x05, 6 // Grüne LED ausschalten ldi r17, 250 // Zähler1 auf 250 setzen (500 nicht möglich in 8-Bit-Register) schleife1: call violett // Aufruf des Unterprogramms "violett" dec r17 // Zähler1-- brne schleife1 // Solange Zähler1 ungleich 0 Rücksprung zu "schleife1" ldi r18, 250 // Zähler2 auf Anfangswert 250 setzen schleife2: call violett // Aufruf des Unterprogramms "violett" dec r18 // Zähler2-- brne schleife2 // Solange Zähler2 ungleich 0 Rücksprung zu "schleife2" jmp endlos violett: // Unterprogramm "violett" sbi 0x05, 5 // Rote LED setzen call warten1.5ms cbi 0x05, 5 // Rote LED ausschalten sbi 0x05, 7 // Blaue LED setzen call warten2.5ms cbi 0x05, 7 // Blaue LED ausschalten ret // Rücksprung an aufrufende Stelle ```

2.4 Beschreiben Sie die Aufgaben des Steuerwerks, des Rechenwerks und der unterschiedlichen Bussysteme innerhalb von Mikrocontrollern.

Lösung: Die primäre Aufgabe des Steuerwerks besteht in der Steuerung der Bussysteme und der Decodierung der Befehle in Anweisungen für das Rechenwerk. Das Rechenwerk hat die Aufgabe, arithmetische und logische Operationen auszuführen. Mithilfe des Datenbusses werden Daten aus den Speichern in das Steuerwerk transportiert oder Ergebnisse aus dem Rechenwerk in die Speicher geschrieben. Der Adressbus dient zur Adressierung des Speicherbereichs, aus dem Daten geholt bzw. in den Daten geschrieben werden sollen. Der Steuerbus dient zur Festlegung der Datenrichtung, d.h. ob Daten aus einem Speicher geholt oder ob Daten in einen Speicher geschrieben werden sollen.

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