માઇક્રોપ્રોસેસર અને માઇક્રોકન્ટ્રોલર સિસ્ટમ્સ (1333202) - શિયાળો 2024 સોલ્યુશન

પ્રશ્ન 1(અ) [3 ગુણ]

#

8051 માઇક્રોકન્ટ્રોલરના ફીચર્સની યાદી બનાવો.

જવાબ:

8051 માઇક્રોકન્ટ્રોલરમાં કેટલાક મહત્વના ફીચર્સ છે:

મેમરી ટ્રીક: “CPU Memory Input-Output Timers Interrupts Serial” (C-MIT-IS)

પ્રશ્ન 1(બ) [4 ગુણ]

#

વ્યાખ્યા આપો: Opcode, Operand, Instruction cycle, Machine cycle

જવાબ:

ડાયાગ્રામ:

graph LR
    A[Fetch] --> B[Decode] --> C[Execute]
    C --> A
    style A fill:#e1f5fe
    style B fill:#f3e5f5
    style C fill:#e8f5e8

મેમરી ટ્રીક: “OOID” - Opcode Operand Instruction-cycle Data-cycle

પ્રશ્ન 1(ક) [7 ગુણ]

#

Von Neumann અને Harvard Architecture ની સરખામણી કરો.

જવાબ:

ડાયાગ્રામ:

graph TB
    subgraph "Von Neumann"
        A[CPU] --- B[Single Bus]
        B --- C[Memory<br/>Program + Data]
    end
    
    subgraph "Harvard" 
        D[CPU] --- E[Program Bus]
        D --- F[Data Bus]
        E --- G[Program Memory]
        F --- H[Data Memory]
    end

મેમરી ટ્રીક: “VSBSC vs HSDFC” (Von-Single-Bus-Simple-Cheap vs Harvard-Separate-Dual-Fast-Complex)

પ્રશ્ન 1(ક) OR [7 ગુણ]

#

RISC અને CISC ની સરખામણી કરો.

જવાબ:

ડાયાગ્રામ:

graph LR
    subgraph "RISC"
        A[Simple Instructions] --> B[Fast Execution]
        B --> C[Complex Compiler]
    end
    
    subgraph "CISC"
        D[Complex Instructions] --> E[Slow Execution]
        E --> F[Simple Compiler]
    end

મેમરી ટ્રીક: “RISC-SFS vs CISC-CSS” (Simple-Fast-Complex vs Complex-Slow-Simple)

પ્રશ્ન 2(અ) [3 ગુણ]

#

8085 માં ઉપલબ્ધ 16-bit Registers ની યાદી બનાવો અને તેનું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ:

• PC: દરેક instruction fetch પછી automatically increment થાય છે
• SP: PUSH operations દરમિયાન decrement, POP દરમિયાન increment થાય છે
• Register Pairs: 16-bit addresses અથવા data store કરી શકે છે

મેમરી ટ્રીક: “PC SP BDH” (Program-Counter Stack-Pointer BC-DE-HL)

પ્રશ્ન 2(બ) [4 ગુણ]

#

8085 માં Address અને Data Bus ડી-મલ્ટિપ્લેક્સિંગ સમજાવો.

જવાબ:

De-multiplexing AD0-AD7 pins માંથી address અને data signals ને અલગ કરે છે.

પ્રક્રિયા:

• ALE (Address Latch Enable) signal આ પ્રક્રિયાને control કરે છે
• T1 state દરમિયાન: AD0-AD7 માં lower 8-bit address હોય છે
• ALE HIGH જાય છે: Address external latch (74LS373) માં latch થાય છે
• T2-T3 દરમિયાન: AD0-AD7 data bus બને છે

ડાયાગ્રામ:

મેમરી ટ્રીક: “ALE Latches Address Low”

પ્રશ્ન 2(ક) [7 ગુણ]

#

આકૃતિની મદદથી 8085 નો Pin Diagram સમજાવો.

જવાબ:

8085 એ 40-pin microprocessor છે જેમાં નીચેનું pin configuration છે:

Pin Diagram:

મુખ્ય વિશેષતાઓ:

• 40-pin DIP package
• Multiplexed bus pin count ઘટાડે છે
• Control signals timing અને operation માટે
• Interrupt pins external device communication માટે

મેમરી ટ્રીક: “Address Data Control Power Interrupt” (ADCPI)

પ્રશ્ન 2(અ) OR [3 ગુણ]

#

8085 માં Instruction Fetching Operation સમજાવો.

જવાબ:

Instruction fetching એ instruction cycle નું પહેલું પગલું છે:

પગલાં:

1. PC contents address bus (A0-A15) પર મૂકવામાં આવે છે
2. ALE signal high જાય છે address latch કરવા માટે
3. RD signal low જાય છે memory read કરવા માટે
4. Instruction memory માંથી data bus પર fetch થાય છે
5. PC increment થાય છે next instruction માટે

Timing:

• Machine cycle ના T1 અને T2 states દરમિયાન થાય છે
• Simple instructions માટે 4 clock cycles લે છે

મેમરી ટ્રીક: “PC ALE RD Fetch Increment” (PARFI)

પ્રશ્ન 2(બ) OR [4 ગુણ]

#

8085 નો Flag Register સમજાવો.

જવાબ:

Flag Register arithmetic/logical operations પછી status information store કરે છે:

ડાયાગ્રામ:

મેમરી ટ્રીક: “S-Z-X-AC-X-P-X-CY”

પ્રશ્ન 2(ક) OR [7 ગુણ]

#

આકૃતિની મદદથી 8085 નું Architecture સમજાવો.

જવાબ:

8085 architecture માં કેટલાક functional blocks છે:

મુખ્ય Components:

• ALU (Arithmetic Logic Unit): Arithmetic અને logical operations કરે છે
• Registers: Data અને addresses temporarily store કરે છે
• Control Unit: Operation માટે control signals generate કરે છે
• Address/Data Bus: External devices સાથે communicate કરે છે

Block Diagram:

graph TB
    subgraph "8085 Architecture"
        A[Accumulator<br/>A] 
        B[Registers<br/>B,C,D,E,H,L]
        C[ALU]
        D[Flags]
        E[PC]
        F[SP]
        G[Control Unit]
        H[Address Bus<br/>A0-A15]
        I[Data Bus<br/>AD0-AD7]
        
        A <--> C
        B <--> C
        C --> D
        G --> H
        G <--> I
        E --> H
        F --> H
    end

મુખ્ય વિશેષતાઓ:

• 8-bit microprocessor 16-bit address bus સાથે
• Von Neumann architecture shared bus સાથે
• Register-based operations faster execution માટે
• Interrupt capability real-time applications માટે

મેમરી ટ્રીક: “ALU Registers Control Address Data” (ARCAD)

પ્રશ્ન 3(અ) [3 ગુણ]

#

8051 માઇક્રોકન્ટ્રોલરની Internal RAM Organization સમજાવો.

જવાબ:

8051 માં 128 bytes નું internal RAM આ પ્રમાણે organized છે:

Organization:

• Bank 0: 00H-07H (Default register bank)
• Bank 1: 08H-0FH
• Bank 2: 10H-17H
• Bank 3: 18H-1FH

ડાયાગ્રામ:

મેમરી ટ્રીક: “Register Bit General” (RBG)

પ્રશ્ન 3(બ) [4 ગુણ]

#

8051 માઇક્રોકન્ટ્રોલરના TMOD SFR ના દરેક bit નું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ:

TMOD (Timer Mode) register Timer 0 અને Timer 1 ના operation ને control કરે છે:

Bit કાર્યો:

• GATE: 1 = External gate control, 0 = Internal control
• C/T: 1 = Counter mode, 0 = Timer mode
• M1,M0: Timer operating modes (00=Mode0, 01=Mode1, 10=Mode2, 11=Mode3)

મેમરી ટ્રીક: “GATE C/T Mode1 Mode0” દરેક timer માટે

પ્રશ્ન 3(ક) [7 ગુણ]

#

આકૃતિની મદદથી 8051 નું Architecture સમજાવો.

જવાબ:

8051 microcontroller માં separate program અને data memory સાથે Harvard architecture છે:

મુખ્ય Components:

• 8-bit CPU Boolean processor સાથે
• Internal ROM: 4KB program memory
• Internal RAM: 128 bytes data memory
• ચાર I/O Ports: P0, P1, P2, P3 (દરેક 8-bit)
• બે Timers: 16-bit Timer/Counter 0 અને 1
• Serial Port: Full duplex UART

Architecture Diagram:

graph TB
    subgraph "8051 Architecture"
        A[CPU<br/>8-bit]
        B[Internal ROM<br/>4KB]
        C[Internal RAM<br/>128 bytes]
        D[Port 0<br/>P0.0-P0.7]
        E[Port 1<br/>P1.0-P1.7]
        F[Port 2<br/>P2.0-P2.7]
        G[Port 3<br/>P3.0-P3.7]
        H[Timer 0]
        I[Timer 1]
        J[Serial Port]
        K[Interrupt<br/>Controller]
        
        A --- B
        A --- C
        A --- D
        A --- E
        A --- F
        A --- G
        A --- H
        A --- I
        A --- J
        A --- K
    end

વિશેષ વિશેષતાઓ:

• Harvard Architecture: Program અને data માટે separate buses
• SFR (Special Function Registers): વિવિધ peripherals ને control કરે છે
• Interrupt System: 5 interrupt sources
• Power Saving Modes: Idle અને Power-down modes

મેમરી ટ્રીક: “CPU ROM RAM Ports Timers Serial Interrupts” (CRRRPTI)

પ્રશ્ન 3(અ) OR [3 ગુણ]

#

8051 માઇક્રોકન્ટ્રોલરનો PSW SFR સમજાવો.

જવાબ:

PSW (Program Status Word) માં status flags અને register bank selection છે:

Register Bank Selection:

• RS1=0, RS0=0: Bank 0 (00H-07H)
• RS1=0, RS0=1: Bank 1 (08H-0FH)
• RS1=1, RS0=0: Bank 2 (10H-17H)
• RS1=1, RS0=1: Bank 3 (18H-1FH)

મેમરી ટ્રીક: “CY AC F0 RS1 RS0 OV - P”

પ્રશ્ન 3(બ) OR [4 ગુણ]

#

8051 માઇક્રોકન્ટ્રોલરના SCON SFR ના દરેક bit નું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ:

SCON (Serial Control) register serial port operation ને control કરે છે:

Serial Modes:

• Mode 0: Shift register, fixed baud rate
• Mode 1: 8-bit UART, variable baud rate
• Mode 2: 9-bit UART, fixed baud rate
• Mode 3: 9-bit UART, variable baud rate

Control કાર્યો:

• REN: Reception enable કરવા માટે set કરવું જરૂરી
• TI/RI: Hardware દ્વારા set, software દ્વારા clear

મેમરી ટ્રીક: “SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI”

પ્રશ્ન 3(ક) OR [7 ગુણ]

#

આકૃતિની મદદથી 8051 નો Pin Diagram સમજાવો.

જવાબ:

8051 એ 40-pin DIP package માં available છે:

Pin Groups:

• Ports 0-3: Dual functions સાથે I/O pins
• Power: VCC, VSS pins
• Crystal: Clock માટે XTAL1, XTAL2
• Control: RST, EA, ALE, PSEN

Pin Diagram:

Port કાર્યો:

• Port 0: Multiplexed address/data bus
• Port 1: General purpose I/O
• Port 2: Higher order address bus
• Port 3: Alternate functions (UART, interrupts, timers)

મેમરી ટ્રીક: “Port Power Crystal Control” (PPCC)

પ્રશ્ન 4(અ) [3 ગુણ]

#

8051 માઇક્રોકન્ટ્રોલરની કોઇપણ ત્રણ Data Transfer Instructions લખો અને સમજાવો.

જવાબ:

Data transfer instructions registers, memory અને I/O વચ્ચે data move કરે છે:

Code Examples:

MOV A,R0        ; A = R0
MOV R1,#50H     ; R1 = 50H  
MOV 30H,A       ; [30H] = A

મુખ્ય વિશેષતાઓ:

• કોઇ flags પ્રભાવિત નથી data transfer દરમિયાન
• વિવિધ addressing modes supported
• Single cycle execution મોટાભાગની instructions માટે

મેમરી ટ્રીક: “MOV Between Register Immediate Direct” (MBRID)

પ્રશ્ન 4(બ) [4 ગુણ]

#

રજિસ્ટર R0 અને R1 માં રહેલ ડેટાનો ગુણાકાર કરી જવાબ R5(લોઅર બાઇટ) અને R6(હાયર બાઇટ) માં સ્ટોર કરવા માટે 8051 નો એસેમ્બલી પ્રોગ્રામ લખો.

જવાબ:

ORG 0000H           ; Origin at 0000H

START:
    MOV A,R0        ; R0 ને Accumulator માં load કરો
    MOV B,R1        ; R1 ને B register માં load કરો
    MUL AB          ; A અને B નો ગુણાકાર કરો
    MOV R5,A        ; Lower byte R5 માં store કરો
    MOV R6,B        ; Higher byte R6 માં store કરો
    
    SJMP $          ; Program stop કરો

END                 ; Program નો અંત

Program Flow:

1. Multiplicand load કરો R0 થી A માં
2. Multiplier load કરો R1 થી B માં
3. Multiplication execute કરો MUL AB use કરીને
4. Lower byte store કરો result નો R5 માં
5. Higher byte store કરો result નો R6 માં

નોંધ: MUL AB instruction automatically 16-bit result store કરે છે lower byte A માં અને higher byte B માં.

પ્રશ્ન 4(ક) [7 ગુણ]

#

8051 માઇક્રોકન્ટ્રોલરના Addressing Modes ની યાદી બનાવો અને દરેકને ઉદાહરણ સાથે સમજાવો.

જવાબ:

8051 કેટલાક addressing modes support કરે છે:

વિગતવાર Examples:

1. Immediate Addressing:

MOV A,#25H      ; A = 25H (immediate data)

2. Register Addressing:

MOV A,R1        ; A = R1 ના contents

3. Direct Addressing:

MOV A,40H       ; A = memory location 40H ના contents

4. Indirect Addressing:

MOV R0,#40H     ; R0 = 40H (address)
MOV A,@R0       ; A = R0 દ્વારા point કરાયેલ location ના contents

મેમરી ટ્રીક: “I-R-D-I-I-R-B” (Immediate Register Direct Indirect Indexed Relative Bit)

પ્રશ્ન 4(અ) OR [3 ગુણ]

#

8051 માઇક્રોકન્ટ્રોલર માટેની કોઇપણ ત્રણ Logical Instructions લખો અને સમજાવો.

જવાબ:

Logical instructions bitwise operations કરે છે:

Code Examples:

ANL A,R0        ; A = A AND R0
ORL A,#0FH      ; A = A OR 0FH
XRL A,30H       ; A = A XOR [30H]

Applications:

• ANL: Specific bits masking (unwanted bits clear કરવા)
• ORL: Specific bits setting
• XRL: Bits toggling, checksum calculations

મેમરી ટ્રીક: “AND OR XOR” logical operations

પ્રશ્ન 4(બ) OR [4 ગુણ]

#

2000h મેમરી લોકેશન માં સ્ટોર કરેલ સંખ્યા માંથી 2001h મેમરી લોકેશન માં સ્ટોર કરેલ સંખ્યા બાદ કરી 2002h મેમરી લોકેશનમાં જવાબ સ્ટોર કરવા માટે 8051 નો એસેમ્બલી પ્રોગ્રામ લખો. અહીં આપેલા તમામ મેમરી લોકેશન બાહ્ય મેમરી ના છે.

જવાબ:

ORG 0000H           ; Origin at 0000H

START:
    MOV DPTR,#2001H ; Minuend address પર point કરો
    MOVX A,@DPTR    ; External memory માંથી minuend load કરો
    MOV R0,A        ; Minuend ને R0 માં store કરો
    
    MOV DPTR,#2000H ; Subtrahend address પર point કરો  
    MOVX A,@DPTR    ; External memory માંથી subtrahend load કરો
    MOV R1,A        ; Subtrahend ને R1 માં store કરો
    
    MOV A,R0        ; Minuend ને A માં load કરો
    CLR C           ; Carry flag clear કરો
    SUBB A,R1       ; Subtraction: A = R0 - R1
    
    MOV DPTR,#2002H ; Result address પર point કરો
    MOVX @DPTR,A    ; Result ને external memory માં store કરો
    
    SJMP $          ; Program stop કરો

END                 ; Program નો અંત

Program પગલાં:

1. Minuend load કરો external memory 2001H માંથી
2. Subtrahend load કરો external memory 2000H માંથી
3. Subtraction કરો SUBB instruction use કરીને
4. Result store કરો external memory location 2002H માં

નોંધ: External memory access માટે MOVX instruction નો use થાય છે.

પ્રશ્ન 4(ક) OR [7 ગુણ]

#

Instructions સમજાવો: (i) RET (ii) PUSH (iii) CLR PSW.0 (iv) RLC A (v) CJNE A,#DATA,LABEL (vi) NOP (vii) ANL A,#DATA

જવાબ:

વિગતવાર સમજાવટ:

RET: Subroutine calls માંથી return કરવા માટે

CALL SUB1       ; Subroutine call કરો
...
SUB1: 
    MOV A,#10H
    RET         ; Caller ને return કરો

PUSH: Stack પર data save કરે છે

PUSH ACC        ; Accumulator ને stack પર save કરો

RLC A: Carry સાથે bit rotation

CJNE: Conditional branching

CJNE A,#50H,NOT_EQUAL   ; A≠50H હોય તો NOT_EQUAL પર jump
; A equals 50H
NOT_EQUAL:
; A not equal to 50H

મેમરી ટ્રીક: “Return Push Clear Rotate Compare No-op AND” (RPCRNA)

પ્રશ્ન 5(અ) [3 ગુણ]

#

માઇક્રોકન્ટ્રોલરની વિવિધ ક્ષેત્રે ઉપયોગોની સૂચી બનાવો.

જવાબ:

માઇક્રોકન્ટ્રોલર વિવિધ ક્ષેત્રોમાં અસંખ્ય applications માં use થાય છે:

મુખ્ય ફાયદા:

• ઓછી કિંમત અને compact size
• ઓછી power consumption
• Real-time operation
• Sensors અને actuators સાથે સરળ interfacing

મેમરી ટ્રીક: “Consumer Automotive Industrial Medical Communication Home” (CAIMCH)

પ્રશ્ન 5(બ) [4 ગુણ]

#

8051 માઇક્રોકન્ટ્રોલર સાથે સ્ટેપર મોટર ઇન્ટરફેસ કરો અને ટૂંકમાં સમજાવો.

જવાબ:

Stepper motor interfacing માટે current requirements ને કારણે driver circuit જરૂરી છે:

Interface Circuit:

Control Sequence (Half-Step):

Driver Circuit:

• ULN2003: Darlington driver IC current amplification provide કરે છે
• Protection diodes: Back EMF સામે protect કરે છે
• Common ground: 8051 અને motor supply વચ્ચે

મેમરી ટ્રીક: “Step Sequence Driver Protection” (SSDP)

પ્રશ્ન 5(ક) [7 ગુણ]

#

8051 માઇક્રોકન્ટ્રોલરના પોર્ટ 2.0 થી 2.3 પર ચાર LED ઇન્ટરફેસ કરો અને તેને ચાલુ-બંધ કરવા માટેનો એસેમ્બલી પ્રોગ્રામ લખો.

જવાબ:

Interface Circuit:

Assembly Program:

ORG 0000H               ; Start address

MAIN:
    MOV P2,#0FH         ; બધા LEDs ON કરો (P2.0-P2.3)
    CALL DELAY          ; Delay subroutine call કરો
    MOV P2,#00H         ; બધા LEDs OFF કરો
    CALL DELAY          ; Delay subroutine call કરો
    SJMP MAIN           ; Flashing repeat કરો

DELAY:
    MOV R0,#255         ; Outer loop counter
LOOP1:
    MOV R1,#255         ; Inner loop counter  
LOOP2:
    DJNZ R1,LOOP2       ; Zero નહીં હોય તો decrement અને jump
    DJNZ R0,LOOP1       ; Outer counter decrement કરો
    RET                 ; Delay માંથી return કરો

END                     ; Program નો અંત

Circuit Components:

• Current limiting resistors: LED current limit કરવા માટે 330Ω
• LEDs: Active HIGH configuration માં connected
• Common ground: બધા LED cathodes ground સાથે connected

Program Operation:

1. LEDs ON કરો: P2.0-P2.3 high set કરો
2. Delay: Visible flash duration માટે wait કરો
3. LEDs OFF કરો: P2.0-P2.3 clear કરો
4. Repeat: Continuous flashing loop

મેમરી ટ્રીક: “Resistor LED Ground Program” (RLGP)

પ્રશ્ન 5(અ) OR [3 ગુણ]

#

8051 માઇક્રોકન્ટ્રોલર સાથે પુશ બટન સ્વીચ અને LED નું ઇન્ટરફેસિંગ દોરો.

જવાબ:

Interface Circuit:

Circuit વર્ણન:

• Push Button: Pull-up resistor સાથે P1.0 સાથે connected
• Pull-up Resistor: Switch open હોય ત્યારે logic HIGH ensure કરવા માટે 10KΩ
• LED: Current limiting resistor દ્વારા P1.1 સાથે connected
• Current Limiting: LED ને protect કરવા માટે 330Ω resistor

Operation:

• Switch Open: P1.0 = 1 (HIGH)
• Switch Pressed: P1.0 = 0 (LOW)
• LED Control: P1.1 pin દ્વારા

મેમરી ટ્રીક: “Pull-up Switch LED Current-limit” (PSLC)

પ્રશ્ન 5(બ) OR [4 ગુણ]

#

8051 માઇક્રોકન્ટ્રોલર સાથે રીલે ઇન્ટરફેસ કરો અને ટૂંકમાં સમજાવો.

જવાબ:

Interface Circuit:

Components:

• Transistor BC547: Relay coil માટે switching element
• Base Resistor: Base current limit કરવા માટે 1KΩ
• Flyback Diode: Back EMF સામે protect કરવા માટે 1N4007
• Relay: NO/NC contacts સાથે 12V DC relay

Operation:

1. P1.0 પર Logic HIGH → Transistor ON → Relay energized
2. P1.0 પર Logic LOW → Transistor OFF → Relay de-energized
3. Relay contacts load circuit ને switch કરે છે

Protection:

• Flyback diode relay coil ના back EMF થી damage prevent કરે છે
• Base resistor દ્વારા Current limiting

મેમરી ટ્રીક: “Transistor Resistor Diode Relay” (TRDR)

પ્રશ્ન 5(ક) OR [7 ગુણ]

#

8051 માઇક્રોકન્ટ્રોલર સાથે 7 સેગ્મેન્ટ LED ઇન્ટરફેસ કરો અને 0 પ્રિન્ટ કરવા માટે એસેમ્બલી પ્રોગ્રામ લખો.

જવાબ:

Interface Circuit:

7-Segment Code Table:

‘0’ Display કરવા માટે Assembly Program:

ORG 0000H               ; Start address

MAIN:
    MOV P1,#3FH         ; 7-segment પર '0' display કરો
                        ; a,b,c,d,e,f ON, g OFF
    SJMP MAIN           ; Display કરતા રહો

END                     ; Program નો અંત

‘0’ માટે Segment Pattern:

• Segments ON: a, b, c, d, e, f (bits 0-5 = 1)
• Segment OFF: g (bit 6 = 0)
• Binary: 00111111 = 3FH

Circuit વિશેષતાઓ:

• Common Cathode: બધા segment cathodes ground સાથે connected
• Current Limiting: દરેક segment માટે 330Ω resistors
• Active HIGH: Logic 1 segment ON કરે છે

અન્ય Patterns:

; અન્ય digits display કરવા માટે:
MOV P1,#06H         ; '1' Display કરવા માટે
MOV P1,#5BH         ; '2' Display કરવા માટે

મેમરી ટ્રીક: “Seven Segments Common Cathode Current-limit” (SSCCC)