Микропроцессорные системы - Армавирский государственный

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Армавирская государственная педагогическая академия»
Институт прикладной информатики, математики и физики
(название факультета)
1
Кафедра информатики и информационных технологий обучения
(название кафедры)
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
по дисциплине
«ФТД.6» Микропроцессорные системы
Направление подготовки
230100 «Информатика и вычислительная техника»
Составитель: доцент Андрусенко Е.Ю.
Армавир, 2013
Обоснование УМК
Учебно-методический комплекс по дисциплине «Микропроцессорные
системы» разработан в соответствии с требованиями ФГОС ВПО (федеральный
компонент) к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки
дипломированного выпускника и предназначен для студентов, обучающихся по
направлению подготовки
230100 «Информатика и вычислительная техника».
2
Автор-составитель:
Доцент Андрусенко Е.Ю.
Учебно-методический комплекс дисциплины утвержден на заседании
кафедры информатики и ИТО, «___» _______________ 2013 г., протокол №___.
Заведующий кафедрой _______________ Бельченко В.Е.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Пояснительная записка
4
2. Цели освоения дисциплины
4
3 РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ 5(очная форма обучения)
6
4. Цели освоения дисциплины
8
5. Выписка из учебного плана
8
3
6. Структура и содержание учебной дисциплины
9
7. Тематический план по дисциплине
9
8. Лекционный материал.
10
9. Лабораторный практикум
13
10. Образовательные технологии
19
11. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ
РАБОТЫ СТУДЕНТОВ. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО
КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО
ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
19
12. Примеры тем для лабораторных работ по курсу «Микропроцессорные
системы»
19
13. Примеры заданий для лабораторных работ по курсу «Микропроцессорные
системы»
20
1. Пояснительная записка
Повышение технического уровня и эффективности электронного оборудования на
основе новейших достижений электроники - одна из важнейших задач развития общества.
Создание микропроцессоров обусловлено достижениями в области технологии производства
больших интегральных схем (БИС). Вслед за появлением микропроцессоров разрабатывается и
получает широкое развитие специальная многофункциональная аппаратура, используемая при
решении большого числа задач современной техники.
4
Микропроцессоры позволяют на единой
технологической схемотехнической базе за счет программирования создавать различные типы
приборов. Микропроцессоры и микропроцессорные системы являются в настоящее время
наиболее массовыми средствами вычислительной и коммуникационной техники. Разнообразие
микропроцессорных БИС, выражающееся в их различной базовой технологии, архитектуре,
технических характеристиках требует глубоких знаний в различных областях цифровой
вычислительной техники, включая технические и алгоритмические вопросы детального
представления особенностей функционирования микропроцессорных БИС.
В этом курсе разъясняются основные понятия микропроцессорной техники,
рассматриваются
принципы
функционирования
микропроцессорных
систем,
предлагаются методы проектирования микропроцессорных систем на основе
микроконтроллеров.
Микропроцессорная техника - наиболее быстро развивающаяся область электроники, для
успешного овладения которой необходимо с самого начала усвоить современные принципы
организации микропроцессорных систем. Освоение ключевых понятий микропроцессорной
техники - это первая задача курса. Успех при этом может принести только комплексный подход
к проектированию аппаратных и программных средств. Рассматриваются особенности систем
различных уровней сложности и различного назначения, принципы архитектурных решений,
способы и средства организации обмена информацией. Особое внимание уделено принципам
организации персональных компьютеров как наиболее сложных и гибких микропроцессорных
систем, позволяющих решать самые сложные задачи.
В процессе изучения дисциплины студент должен усвоить особенности архитектуры и
программного
обеспечения
микропроцессоров
и
микро-ЭВМ,
изучить
типовые
микропроцессорные комплекты, применение микропроцессоров в устройствах обработки и
передачи информации, измерительной аппаратуре, системах управления.
Вторая задача курса - обучение навыкам проектирования систем на основе микроконтроллеров,
как наиболее распространенного типа микропроцессорных систем. Для ее решения приводятся
описание микроконтроллеров семейства PIC, а также специальных программных средств
проектирования, рассматриваются примеры решения задач проектирования нескольких
устройств.
Предполагается, что большинство понятий, введенных в данном курсе, станет предметом более
детального рассмотрения в других, специальных курсах.
2. Цели освоения дисциплины:
Целями освоения дисциплины «Микропроцессорные системы» являются обучение
студентов принципам построения, функциональных возможностей и архитектурных решений
современных микропроцессорных систем (МПС), микроконтроллеров (МК) и персональных
ЭВМ, а также освоению методик проектирования микропроцессорных систем.
Знать:

архитектуры микропроцессорных систем и микроконтроллеров;
основные микропроцессорные семейства отечественного и зарубежного производства;

аппаратную и программную организации микропроцессорных систем;

инструментальные средства отладки, диагностики и проектирования микропроцессорных
систем и микроконтроллеров.
Уметь:

разбирать мнемоники управляющих команд микропроцессорных систем на основе
спецификаций;

проектировать управляющие микропроцессорные
устройства с использованием
5
микроконтроллеров;

подключать периферийные устройства к микропроцессорной системе с помощью
стандартных аппаратных интерфейсов.
Владеть:

методами и средствами реализации приложений для МПС и МК;

методами и средствами управления периферийным оборудованием;

базовыми методами и средствами цифровой обработки сигналов;

базовыми методами и средствами управления автоматизированными системами.

Содержание курса определено требованиями ФГОС ВПО по направлению
«Прикладная информатика», профиль «Прикладная информатика в экономике».
3 РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ (очная форма обучения)
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Армавирская государственная педагогическая академия»
Институт прикладной информатики, математики и физики
(название факультета)
6
Кафедра информатики и информационных технологий обучения
(название кафедры)
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«ФТД.6» Микропроцессорные системы
(код дисциплины, наименование дисциплины)
Направление подготовки _230100 «Информатика и вычислительная
техника»
Профиль подготовки
Квалификация (степень) выпускника бакалавр
Форма обучения __очная________________________________________
(очная, заочная)
Армавир – 2013 г.
Лист согласования
Составитель (и): Андрусенко Евгений Юрьевич,
доцент кафедры
Рабочая программа дисциплины утверждена
7
на заседании кафедры _иформатики и ИТО_________________
(наименование обеспечивающей кафедры)
«____»_________________ 20___ г. протокол № ____
Заведующий кафедрой
________________/ ________________________
(подпись)
------------------------------------------------------------------------------------------
.
4. Цели освоения дисциплины:
Целями освоения дисциплины «Микропроцессорные системы» являются обучение
студентов принципам построения, функциональных возможностей и архитектурных решений
современных микропроцессорных систем (МПС), микроконтроллеров (МК) и персональных
ЭВМ, а также освоению методик проектирования микропроцессорных систем.
8
Знать:

архитектуры микропроцессорных систем и микроконтроллеров;

основные микропроцессорные семейства отечественного и зарубежного производства;

аппаратную и программную организации микропроцессорных систем;

инструментальные средства отладки, диагностики и проектирования микропроцессорных
систем и микроконтроллеров.
Уметь:

разбирать мнемоники управляющих команд микропроцессорных систем на основе
спецификаций;

проектировать управляющие микропроцессорные устройства с использованием
микроконтроллеров;

подключать периферийные устройства к микропроцессорной системе с помощью
стандартных аппаратных интерфейсов.
Владеть:

методами и средствами реализации приложений для МПС и МК;

методами и средствами управления периферийным оборудованием;

базовыми методами и средствами цифровой обработки сигналов;

базовыми методами и средствами управления автоматизированными системами.
Для изучения данной дисциплины необходимо знание следующих дисциплин:
№
Наименование дисциплины
1. Физика
Наименование разделов
Электричество и
магнетизм. Физика
твердого тела.
Математический анализ
Дискретная математика
Схемотехника узлов ЭВМ
комбинационного и
последовательного типов
Электронные
запоминающие устройства
(микросхемы памяти)
2. Математика
3. Схемотехника ЭВМ
5. Выписка из учебного плана
Форма
Семестр
Трудоемкость
обучения
очная
8
90 час.
В т.ч. в интерактивной форме
Лекции,
час
20
8
Лабораторные,
час
20
14
СРС,
час
50
Форма
аттестации
Зачет
6. Структура и содержание учебной дисциплины:
Содержание дисциплины
№
Наименование раздела
раздела
1
Основы организации и задачи 9
проектирования микропроцессорных систем
Форма рубежного контроля
Опрос. Сдача
индивидуального проекта.
Выполнения лабораторных
занятий.
Проектирование МПС
2
Опрос. Сдача
индивидуального проекта.
Выполнения лабораторных
занятий.
7. Тематический план по дисциплине
№
1
2
3
4
Наименования разделов
Основы организации и задачи
проектирования микропроцессорных
систем (МПС)
Организация функционирования
МПС
Архитектуры микропроцессоров,
МПС и микроконтроллеров (МК)
Управление памятью в МПС
Всего Всего
Из них
часов аудит
часов Лекц. Практ. Лаб.
СРС
8
4
2
-
2
4
8
4
2
-
2
4
10
4
2
-
2
6
10
4
2
-
2
6
10
4
2
-
2
6
10
4
2
-
2
6
10
4
2
-
2
6
7
Организация интерфейсов в МПС и
МК
Управление периферийным
оборудованием в МПС
Обработка данных, управление
8
Проектирование МПС
10
4
2
-
2
6
9
Отладка МПС
14
8
4
-
4
6
ИТОГО
90
40
20
-
20
50
5
6
Примечания:
1) Общая трудоемкость дисциплины составляет 90 часов.
8. Лекционный материал.
РАЗДЕЛ 1. Основы организации и задачи проектирования микропроцессорных
систем
Тема 1.1. Определение и эволюция микропроцессорных систем
Микропроцессор (МП) и микропроцессорные комплекты (МПК) больших интегральных схем
(БИС) как результат развития элементной базы вычислительной
техники. Поколения МП.
10
Влияние МП и МПК на методологию проектирования цифровых систем и их применение.
Тема 1.2. Направления и задачи проектирования МПС
Основные схемотехнические и технологические направления производства МП. Классификация
и характеристики МП и МПС. Краткая характеристика возможностей и применений
микропроцессорных средств (МПС ориентированные на вычисления и МПС ориентированные
на обработку данных и управление).
Тема 1.3. Виды МП по архитектурам и функциональному назначению
Популярные архитектуры микропроцессорных решений по сферам применения (персональные
компьютеры, встраиваемая техника, сетевое оборудование, промышленная автоматизация),
цифровые сигнальные процессоры.
Тема 1.4. Альтернативные направления в развитии электронных компонент
Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) и программируемые аналоговые
интегральные схемы (ПАИС).
РАЗДЕЛ 2. Организация функционирования МПС
Тема 2.1. Программная модель процессора и система команд
Архитектура фон Неймана и Гарвардская архитектура. Организация процесса исполнения
программ. Внутренние регистры МП, адресное пространство памяти и порты ввода-вывода.
Раздельная и совмещённая организация адресного пространства ввода-вывода. Организация
обработки информации и ввода-вывода.
Тема 2.2. Базовая система команд МП
Система команд МП. Команды передачи данных (регистры, память, порты ввода-вывода).
Команды перехода (относительные и абсолютные). Команды обработки данных
(арифметические и побитовые). Слово состояния процессора и команды условного перехода.
Форматы команд и виды адресации. Мнемоники и символические адреса.
Тема 2.3. Роль стековой памяти в организации работы МП
Магазинная или стековая память. Команды работы со стеком. Команды вызова процедур.
Использование стека при передачи аргументов в функции
Тема 2.4. Прерывания в МПС
Программные и аппаратные прерывания. Команды вызова программных прерываний. Роль стека
при обработке прерываний.
Тема 2.5. Отсчёт времени
Привязка отсчёта времени к тактовым импульсам МПС. Использование таймеров для отсчёта
времени в МПС. Применение дополнительного кварца для более точного отсчёта времени.
Организация длительного сохранения абсолютного значения времени.
РАЗДЕЛ 3. Архитектуры микропроцессоров, МПС и микроконтроллеров
Тема 3.1. Микропроцессоры и микропроцессорные системы
Синхронизация работы МПС, тактовый генератор. Организация аппаратных интерфейсов в МПС
(шина данных, шина адреса, управляющие сигналы). Организация многокристальной памяти и
виды интерфейсов её подключения. Аппаратные интерфейсы подключения периферийных
устройств (включение в пространство ввода-вывода микропроцессора, генерация аппаратных
прерываний)
Тема 3.2. Микропроцессоры и однокристальные микро-ЭВМ
Интеграция микропроцессорных решений в однокристальные
микро-ЭВМ или
11
микроконтроллеры. Функциональное назначение программно-аппаратных решений на базе
микроконтроллеров.
Тема 3.3. Современные микропроцессорные решения
Персональные компьютеры, как универсальное, расширяемое микропроцессорное решение
(МПР). Переносные компьютеры (портативные и планшетные компьютеры, коммуникаторы),
как специализированные МПР общего назначения. Встраиваемые МПР (бытовая техника,
сотовые телефоны, системы управления, сбора данных и автоматизации).
Тема 3.4. Решения на основе современных микроконтроллеров
Оптимизация МПР с использованием микроконтроллеров (уменьшение габаритов,
энергопотребления и себестоимости). Планирование аппаратных решений и специализация
семейств микроконтроллеров для применения в фиксированных классах задач.
РАЗДЕЛ 4. Управление памятью в МПС
Тема 4.1. Распределение адресного пространства
Разделение адресного пространства для кода, данных и стека. Размещение и кода первичного
кода загрузки и его запуск. Память программ и память данных в Гарвардской архитектуре.
Адресное пространство векторов прерываний. Проблемы адресации больших объёмов данных в
МПС с восьми и шестнадцати разрядными процессорами.
Тема 4.2. Порядок байт в многобайтовых числах
Порядок от старшего к младшему (англ. big-endian, BE) и от младшего к старшему (англ. littleendian, LE). Переключаемый порядок. Смешанный порядок (англ. middle-endian). Достоинства и
недостатки LE — интеловского порядка байт.
Тема 4.3. Аппаратные механизмы управления памятью
Сегментная модель адресация памяти. Виды реализаций сегментной модели памяти (модель
реального режима i8086, защищённый режим i386). Страничная модель управления памятью.
Виртуальная память, как технология разработанная для реализации многозадачных
операционных систем.
Тема 4.4. Механизм прямого доступа к памяти (ПДП, англ. DMA)
Применение режима ПДП для высокоскоростного обмена данными между устройствами без
участия процессора (вывод видеоданных, ввод-вывод через внешние носители). Программная
модель управления режимом ПДП.
РАЗДЕЛ 5. Организация интерфейсов в МПС и МК
Тема 5.1. Стандартные последовательные аппаратные интерфейсы
Последовательные аппаратные интерфейсы, применяемые в МПС для взаимодействия и
подключения внешних устройств. Универсальный асинхронный приёмник-передатчик
(англ. UART) и универсальный синхронно-асинхронный приёмник-передатчик (англ. USART).
Последовательный периферийный интерфейс (англ. SPI). Последовательная шина данных
(англ. I2C).
Тема 5.2. Параллельные аппаратные интерфейсы
Программируемый параллельный интерфейс (i8255 и его аналоги). Интерфейсы микросхем
расширителей цифровых вводов-выводов.
Тема 5.3. Специализированные шины для взаимосвязи компонент
Современные специализированные шины (последовательные и параллельные), применяемые в
МПС для взаимосвязи периферийных компонент. Семейства ISA, PCI, SCSI, IDE/ATA, SATA и
др.
12
Тема 5.4. Интерфейсы для подключения памяти
Запоминающее устройства с произвольным доступом (ОЗУ и ПЗУ). Память динамического типа
(англ. DRAM) и статического типа (англ. SRAM). Типы динамической памяти. Синхронная
динамическая память с произвольным доступом (англ. SDRAM). Удвоение скорости передачи
данных в SDRAM (англ. DDR) и другие методы повышения быстродействия ОЗУ в МПС.
Тема 5.5. Физические среды и технологии передачи данных
Последовательные интерфейсы используемые для организации соединений точка-точка (RS-232
и его расширения, параллельный интерфейс IEEE 1284). Универсальная последовательная шина
(англ. USB). Реализация мостов между интерфейсами USB и RS232. Последовательные
интерфейсы используемые для организации сетей.
РАЗДЕЛ 6. Управление периферийным оборудованием в МПС
Тема 6.1. Программные интерфейсы управления оборудованием в МП
Модель управления внешними устройствами через порты ввода-вывода. Инициализация и
состояние устройства, приём-отправка данных и синхронизация ввод-вывода. Синхронный и
асинхронных режимы ввода-вывода, буферизация данных и обработка прерываний в
асинхронном режиме. Особенности совмещённого адресного пространства ввода-вывода с
адресным пространством памяти при управлении вводом-выводом.
Тема 6.2. Управление устройствами через порты ввода-вывода
Управление стандартными последовательными интерфейсами. Привязка настроек скорости
внешних устройств к частоте тактового генератора МП. Программное управление таймерами.
Программирование последовательных интерфейсов: универсального асинхронного приёмникапередатчика (UART), последовательной шины данных (I2C), последовательного периферийного
интерфейса (SPI). Программирование внешних устройств: цифровые индикаторы, расширители
цифровых вводов-выводов (Digital I/O Exanders).
Тема 6.3. Программная обработка прерываний
Асинхронная обработка событий от внешних устройств, синхронные прерывания от
программных модулей МПС. Контроллеры прерываний и их роль в МПС. Виды контроллеров
прерываний. Управление контроллерами прерываний.
РАЗДЕЛ 7. Обработка данных управление
Тема 7.1. МПС ориентированные на сбор и обработку данных
Сбор и цифровая обработка аналоговых данных. Характеристики аналого-цифровых
преобразователей (АЦП). Программные и аппаратные интерфейсы управления АЦП. Цифровые
фильтры и механизмы увеличения пропускной способности МПС с помощью сигнальных
процессоров. Применение алгоритма Быстрого Преобразования Фурье (БПФ, англ. FFT) в
цифровой обработке данных.
Тема 7.2. МПС ориентированные на управление
Возможности и ограничения цифровых интерфейсов взаимодействия между МПС. Интерфейсы
и протоколы управления цифровыми электронными системами. Промышленные управляющие
шины. Аналоговое управление и цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). Широтн
импульсная модуляция
Тема 7.3. Автоматизированное управление с обратной связью.
Применение алгоритмов с обратной связью в автоматизированных системах управления (АСУ).
Алгоритмы регулирования в АСУ. Пропорционально-интегрально-дифференциальный алгоритм
регулирования (ПИД-алгоритм).
РАЗДЕЛ 8. Проектирование МПС
13
Тема 8.1. Выбор аппаратных средств
Решение компромиссов при проектировании МПС. Выбор электронных компонент в
соответствии с достаточной производительностью, поддержкой требуемых аппаратных
интерфейсов и минимальной себестоимостью.
Тема 8.2. Цикл: проектирование, реализация прототипа, отладка на стенде
Системы автоматизированного проектирования (САПР, англ. CAD) в задачах проектирования
МПС. Представление результатов проектирование в виде входных данных для числовое
программное управление (ЧПУ), используемого для изготовления современных МПС
(изготовление и монтаж печатных плат). Важное значение прототипирования при
проектировании МПС (отладочные платы и средства разработки).
Тема 8.3. Современные тенденции в проектировании МПС
Увеличение производительности и интеграция аппаратных компонентов в виде готовых
модулей. Уменьшение стоимости высокопроизводительных аппаратных средств. Разделение
сфер применения микроконтроллеров и более выскопроизводительных МПС.
Многопроцессорные системы, исполненные на одном кристалле (многоядерные МП). Разрыв
между вычислительной мощностью аппаратных средств и производительностью современных
программных решений.
РАЗДЕЛ 9. Отладка МПС
Тема 9.1. Средства симуляции и отладки МПС
Симуляторы микропроцессоров и микроконтроллеров. Симуляторы цифровых электронных
схем. Адекватность SPICE моделей.
Тема 9.2. Аппаратные решения для отладки МПС
Внешние средства взаимодействия на основе стандартных аппаратных интерфейсов.
Специализированный аппаратный интерфейс для тестирования печатных плат и внутрисхемной
эмуляции (англ. JTAG).
9. Лабораторный практикум:
;КПДП - Обмен память->ВУ по каналу 0
XRA A
;Обнуляем аккумулятор
OUT 0
;Записываем первый байт в регистр адреса
INR A
;аккумулятор = 1
OUT 0
;Записываем второй байт в регистр адреса
;Регистр адреса содержит число 100
MVI A 4
;Программируем канал для передачи из ЗУ
OUT 1
;4 байт во внешнее устройство
MVI A 80
OUT 1
;Регистр счётчик адреса/режима сожержит число 8004
MVI A 41
;Разрешаем работу по каналу 0 с автоматической
OUT 8
;остановкой после цикла пересылки
;Цикл ожидания завершения пересылки
LOOP: IN 9
;Читаем регистр состояния
ANI 1
;Нулевой бит = 0
JZ LOOP
;Повторяем опрос
14
;Пересылка закончена другие действия программы
;Обмен ВУ->память по каналу 0
XRA A
;Обнуляем аккумулятор
OUT 0
;Записываем первый байт в регистр адреса
INR A
;аккумулятор = 1
OUT 0
;Записываем второй байт в регистр адреса
;Регистр адреса содержит число 100
MVI A 4
;Программируем канал для передачи из ВУ
OUT 1
;4 байт в память
MVI A 40
OUT 1
;Регистр счётчик адреса/режима сожержит число 4004
MVI A 41
;Разрешаем работу по каналу 0 с автоматической
OUT 8
;остановкой после цикла пересылки
;Цикл ожидания завершения пересылки
LOOP: IN 9
;Читаем регистр состояния
ANI 1
;Нулевой бит = 0
JZ LOOP
;Повторяем опрос
;Пересылка закончена другие действия программы
;ППИ Программа 1 – ввод B, вывод A (Режим 0)
LOAD: MVI A 82 ;Записать в аккумулятор байт управления выбора
;режима 1 00 00 0 10 – режим 0 для группы A и B,
;порт С – вывод, порт B – ввод, порт A - вывод
OUT 043 ;Отправить байт MS в регистр управления
LOOP: IN 041 ;Прочитать данные из порта B
OUT 040 ;Отправить данные в порт A
JMP LOOP ;Повторить до бесконечности
;ППИ Программа 1а – ввод B, вывод С (Режим 0)
LOAD: MVI A 82 ;Записать в аккумулятор байт управления выбора
;режима 1 00 00 0 10 – режим 0 для группы A и B,
;порт С – вывод, порт B – ввод, порт A - вывод
OUT 043 ;Отправить байт MS в регистр управления
LOOP: IN 041 ;Прочитать данные из порта B
OUT 042 ;Отправить данные в порт С
JMP LOOP ;Повторить до бесконечности
;ППИ Программа 1б – ввод A, вывод С (Режим 0)
LOAD: MVI A 89 ;Записать в аккумулятор байт управления выбора
;режима 1 00 01 0 10 – режим 0 для группы A и B,
;порт С – вывод, порт B – ввод, порт A - вывод
OUT 043 ;Отправить байт MS в регистр управления
LOOP: IN 040 ;Прочитать данные из порта A
OUT 042 ;Отправить данные в порт С
JMP LOOP ;Повторить до бесконечности
;ППИ Программа 2 – ввод B, вывод A (Режим 1)
LOAD1: MVI A 0AF ;Записать в аккумулятор байт управления выбора
;режима 1 01 01 1 11 – режим 1 для
;группы A и B,
;порт С – ввод, порт B – ввод, порт A - вывод
OUT 043 ;Отправить байт MS в регистр управления
15
MVI A 5 ;Записать в аккумулятор байт установки битов
;управления регистра управления порта C
;0 000 010 1 – разрешить обработку прерывания
;по стробу для ввода данных из порта B
OUT 043 ;Отправить байт BSR в регистр управления
MVI A 0D ;Записать в аккумулятор байт установки битов
;управления регистра управления порта C
;0 000 110 1 – разрешить обработку прерывания
;по запросу для вывода данных в порт А
OUT 043 ;Отправить байт BSR в регистр управления
WAIT1: IN 042 ;Считать состояние порта C
ANI 1 ;Выделит нулевой бит в аккумуляторе –
;прерывание ввод данных из порта B
JZ WAIT1 ;Ждём готовности порта B для ввода данных
IN 041 ;Прочитать данные из порта B
MOV B A ;Сохранить ввод в регистре B
WAIT2: IN 042 ;Считать состояние порта C
ANI 08 ;Выделит третий бит в аккумуляторе –
;прерывание запрос на вывод данных в порт А
JZ WAIT2 ;Ждём готовности порта А для вывода данных
MOV A B ;Восстанавливаем аккумулятор
OUT 040 ;Отправить данные в порт A
JMP WAIT1 ;Повторить до бесконечности
;ППИ Программа 3 – ввод B, вывод C5-4 (Режим 1)
LOAD1: MVI A 0A7
;Записать в аккумулятор байт управления выбора
;режима 1 01 00 1 11 – режим 1 для
;группы A и B,
;порт С3-0 – ввод, порт С7-4 – вывод
;порт B – ввод, порт A - вывод
OUT 043
;Отправить байт MS в регистр управления
MVI A 5
;Записать в аккумулятор байт установки битов
;управления регистра управления порта C
;0 000 010 1 – разрешить обработку прерывания
;по стробу для ввода данных из порта B
OUT 043
;Отправить байт BSR в регистр управления
WAIT1: IN 042
;Считать состояние порта C
ANI 1
;Выделит нулевой бит в аккумуляторе –
;прерывание ввод данных из порта B
JZ WAIT1
;Ждём готовности порта B для ввода данных
IN 041
;Прочитать данные из порта B
MOV B A
;Сохранить ввод в регистре B
IN 042
;Прочитать данные из порта C
ORI 030
;Установить биты 5-4 аккумулятора
ANA B
;Выполнить A=A^B, что приведёт к изменению
;5-4 бита результата в соответствии с данными
;полученными из порта B, остальные биты,
;как в порте C
OUT 042
;Отправить данные в порт C, вывести 5-4 биты
JMP WAIT1
;Повторить до бесконечности
;ППИ Программа 3а – ввод B(Режим 1), вывод A (Режим 0)
LOAD1: MVI A 08F
;Записать в аккумулятор байт управления выбора
;режима 1 00 01 1 11 – режим 0 для группы
A
16
;режим 1 для группы B,
;порт С – ввод, порт B – ввод, порт A - вывод
OUT 043
;Отправить байт MS в регистр управления
MVI A 5
;Записать в аккумулятор байт установки битов
;управления регистра управления порта C
;0 000 010 1 – разрешить обработку прерывания
;по стробу для ввода данных из порта B
OUT 043
;Отправить байт BSR в регистр управления
WAIT1: IN 042
;Считать состояние порта C
ANI 1
;Выделит нулевой бит в аккумуляторе –
;прерывание ввод данных из порта B
JZ WAIT1
;Ждём готовности порта B для ввода данных
IN 041
;Прочитать данные из порта B
OUT 040
;Отправить данные в порт A
JMP WAIT1
;Повторить до бесконечности
;ППИ Программа 3б – ввод C4, вывод A (Режим 1)
LOAD1: MVI A 0AF
;Записать в аккумулятор байт управления выбора
;режима 1 01 01 1 11 – режим 1 для группы A и B
;порт С – ввод, порт B – ввод, порт A - вывод
OUT 043
;Отправить байт MS в регистр управления
MVI A 0D
;Записать в аккумулятор байт установки битов
;управления регистра управления порта C
;0 000 110 1 – разрешить обработку прерывания
;по запросу для вывода данных в порт А
OUT 043
;Отправить байт BSR в регистр управления
WAIT1: IN 042
;Считать состояние порта C
ANI 10
;Выделит четвёртый бит в аккумуляторе
JZ WAIT1
;Ждём пока не появятся данные
WAIT2: IN 042
;Считать состояние порта C
ANI 08
;Выделит третий бит в аккумуляторе –
;прерывание запрос на вывод данных в порт А
JZ WAIT2
;Ждём готовности порта А для вывода данных
MVI 0FF
;Записать в аккумулятор 255
OUT 040
;Отправить данные в порт А
;дальнейшие действия программы
;ППИ Программа 4 – ввод A, вывод A (Режим 2)
LOAD1: MVI A 0F9
;Записать в аккумулятор байт управления выбора
;режима 1 11 11 0 01 – режим 2 для группы A,
;Режим 0 для группы B
;порт С – ввод, порт B – вывод,
;порт A – ввод и вывод
OUT 043
;Отправить байт MS в регистр управления
MVI A 9
;Записать в аккумулятор байт установки битов
;управления регистра управления порта C
;0 000 100 1 – разрешить обработку прерывания
;по запросу для ввода данных из порта А
OUT 043
;Отправить байт BSR в регистр управления
MVI A 0D
;Записать в аккумулятор байт установки битов
;управления регистра управления порта C
;0 000 110 1 – разрешить обработку прерывания
;по запросу для вывода данных в порт А
OUT 043
;Отправить байт BSR в регистр управления
17
WAIT1: IN 042
;Считать состояние порта C
ANI 10
;Выделит четвёртый бит в аккумуляторе
JZ WAIT1
;Ждём готовности порта A для ввода данных
IN 040
;Прочитать данные из порта А
MOV B A
;Сохранить ввод в регистре B
WAIT2: IN 042
;Считать состояние порта C
ANI 40
;Выделит шестой бит в аккумуляторе
JZ WAIT2
;Ждём готовности порта А для вывода данных
MOV A B
;Восстанавливаем аккумулятор
OUT 040
;Отправить данные в порт А
JMP WAIT1
;Повторить до бесконечности
;Стек
$ORG 0
;Начальный адрес загрузки
;Код программы...
MVI A 10
PUSH PSW
MVI A 5
POP PSW
;Прямая адресация
LDA 0C00
;Загрузить число из памяти по адресу 0C00H в аккумулятор
CMA
;Инвертировать число в аккумуляторе
STA 0C01
;Записать число из аккумулятора в память по адресу 0C01H
;Декремент
LDA 0C00
;Загрузить число из памяти по адресу 0C00H в аккумулятор
DCR A
;Выполнить А=А-1
STA 0C01
;Записать число из аккумулятора в память по адресу 0C01H
;Cложение
LDA 0C00
;Загрузить число из памяти по адресу 0C00H в аккумулятор
ADD A
;Выполнить А=А+A
STA 0C01
;Записать число из аккумулятора в память по адресу 0C01H
;Логическое умножение
LDA 0C00 ;Загрузить число из памяти по адресу 0C00H в аккумулятор
ANA A
;Выполнить А=А^A
STA 0C01
;Записать число из аккумулятора в память по адресу 0C01H
;«Исключающее ИЛИ»
LDA 0C00 ;Загрузить число из памяти по адресу 0C00H в аккумулятор
XRA A
;Выполнить А=А(+)A, фактически обнулить A
STA 0C01
;Записать число из аккумулятора в память по адресу 0C01H
;Сравнение
LDA 0C00
CMP A
STA 0C01
;Загрузить число из памяти по адресу 0C00H в аккумулятор
;Сравнить А с А, флаг Z=1
;Записать число из аккумулятора в память по адресу 0C01H
;Косвенная адресация
LXI 0C00 ;Записать число 0C00H в регистровую пару HL
MOV A M ;Загрузить число из памяти по адресу в регистровой паре HL в аккумулятор
CMA
;Инвертировать число в аккумуляторе
18
INX H ;Увеличить число в регистровой паре HL на единицу
MOV M A ;Записать число из аккумулятора в память по адресу в регистровой паре HL
;Умножение
$ORG 4E1
LXI B 0000 ;Обнулить регистры B,C
MVI A 01 ;Записать регистр A число 1
ANA A
;Сбросить флаг С
PUSH PSW ;Сохранить в стеке слово состояния МП
ANA E
;Выполнить A=A^E
MOV A B ;Записать в аккумулятор значение из регистра B
JZ 04EE ;Если флаг Z=0, т.е А=0 то переход по адресу 04EEH
ADD D
;Выполнить А=А+D
RAR
;Сдвинуть А вправо, через флаг C
MOV B A ;Записать в регистр B значение из аккумулятора
MOV A C ;Записать в аккумулятор значение из регистра C
RAR ;Сдвинуть аккумулятор вправо, значение из флага C переходит в старший бит А
MOV C A ;Записать в регистр C значение из аккумулятора
POP PSW ;Восстановить слово состояние МП
RAL
;Сдвинуть A влево через флаг С
JNC 04E7 ;Если флаг С сброшен перейти на адрес 04E7H
;Интервальный таймер-Канал 0
MVI A 10;00 01 000 0 режим 0, канал 0, двоичный счётчик, пишем только младший байт
;00 01 001 0 режим 1, -/;00 01 010 0 режим 2, -/;00 01 011 0 режим 3, -/;00 01 100 0 режим 4, -/;00 01 101 0 режим 5, -/OUT 13 ;Записываем в РУС ПИТ
MVI A 06;Формируем коэффициент счёта
OUT 10 ;Записываем в канал 0
;Дальнейшие действия программы
;УСАПП ввод
MVI A 40 ;Значение начального сброса УСАПП
OUT 31
;Сброс УСАПП
MVI A 0FD ;11 11 11 01
;асинхронный режим 1:1, длина 8, контроль на чётность, стоп-бит 2-а периода
OUT 31
;Программируем режим
MVI A 06 ;0 0 0 0 0 1 1 0
OUT 31
;Приёмник работает, запрос готовности передачи выставлен
WAIT: IN
31
;Читаем состояние УСАПП
ANI 2
;Проверяем RxRDY
JZ WAIT ;Ждём пока RxRDY не станет равным 1
IN
30
;Читаем полученные данные в аккумулятор
;Здесь программа продолжает свои действия в аккумуляторе считанное значение
;УСАПП вывод
MVI A 40 ;Значение начального сброса УСАПП
OUT 31
;Сброс УСАПП
MVI A 0FD ;11 11 11 01
;асинхронный режим 1:1, длина контроль на чётность, стоп-бит 2-а периода
OUT 31
;Программируем режим
19
MVI A 21 ;0 0 1 0 0 0 0 1
OUT 31
;Передатчик работает, запрос готовности приёма выставлен
WAIT1: IN
31
;Читаем состояние УСАПП
RLC
;Проверяем DSR
JC WAIT1 ;Ждём пока DSR не станет равным 0 - терминал готов
WAIT2: IN
31
;Читаем состояние УСАПП
RRC
;Проверяем TxRDY
JNC WAIT2 ;Ждём пока TxRDY не станет равным 1 - готов к передаче
MVI A 0AA ;Заполняем аккумулятор числом для передачи
OUT 30
;Выводим куда нужно
WAIT3: IN
31
;Читаем состояние УСАПП
RRC
;Проверяем TxRDY
JNC WAIT3 ;Ждём пока TxRDY не станет равным 1 - передача завершена
;Здесь программа продолжает свои действия число передано
На лабораторных занятиях студенты получают индивидуальные и групповые задания,
связанные с тематикой соответствующей занятию недели. Задания выполняются в
компьютерном классе с использованием программного обеспечения, указанного в разделе 7.
10. Образовательные технологии
В учебном процессе, при реализации компетентностного подхода, используются такие активные
и интерактивные формы проведения занятий как модельный метод обучения, метод
развивающей кооперации, разбор конкретных ситуаций, командное выполнение заданий с
распределением ролей, тестирование. Широко используются мультимедийные презентации при
представлении лекционного материала, а также технологии для совместного взаимодействия
через интернет.
11. У ЧЕ Б Н О - М Е Т О Д ИЧ Е С К ОЕ ОБ Е С ПЕ Ч Е Н ИЕ САМ О СТ ОЯТ Е Л Ь Н ОЙ Р АБ ОТ Ы
СТ У ДЕ НТ ОВ . О ЦЕ Н О Ч НЫ Е С РЕ ДС Т В А ДЛ Я Т Е КУЩ Е Г О К О НТ Р ОЛ Я У С ПЕ В АЕ М ОСТ И ,
П Р ОМ Е ЖУТ ОЧ Н О Й А Т Т Е С Т А ЦИ И П О ИТ О ГАМ О СВ ОЕ Н ИЯ Д И С Ц И ПЛ И НЫ
Самостоятельная работа студентов заключается в углубленном изучении материала курса по
соответствующей тематике недели с использованием научной и учебно-методической
литературы. В рамках самостоятельной работы студент также готовит отчет о проделанных
лабораторных работах.
12. Примеры тем для лабораторных работ по курсу «Микропроцессорные системы»
1. Компиляция и компоновка (сборка) приложений для микроконтроллеров
2. Подключение преобразователя уровней для интерфейса RS-232 к микроконтроллеру и
программирование универсального асинхронного приёмника-передатчика (UART)
3. Подключение расширителя цифровых вводов-выводов к микроконтроллеру через
последовательную шину данных (I2C) и его программирование
4. Подключение семи-сегментных индикаторов к микроконтроллеру через, последовательный периферийного интерфейса (SPI) и его программирование
5. Подключение микроконтроллеров у промышленным сетям на основе интерфейсов CAN и
RS-485. Программирование передачи и приёма данных.
6. Симуляция приложений для микроконтроллеров.
13. Примеры заданий для лабораторных работ по курсу «Микропроцессорные системы»
1
2
3
Изучение языка ассемблера и средств разработки встроенных систем на примере
микроконтроллеров семейства AVR. Составить и собрать, на основе примеров, для
20
заданной преподавателем модели микроконтроллера
AVR, программу на языке
программирования Асемблера и языке C две аналогичные программы. Сравнить
ассемблерный дамп программы на языке C, с программой на языке ассемблера.
Оптимизировать код программы на языке C с помощью ассемблерных вставок.
Изучение последовательного периферийного интерфейса (SPI). Изучить и собрать схему
подключения блока семи-сегментных индикаторов через набор последовательно
подключенных восьми-разрядных сдвиговых регистров с защёлкой (74HC595). Составить
программу для составления карты соответствия между битами управляющих
последовательностей и соответствующими сегментами индикатора.
Изучение промышленный сети на основе стандарта CAN. Изучить и собрать схему
подключения преобразователя сигналов PCA82C250 для интерфейса CAN к
микроконтроллеру AT90CAN128. Составить программы для приёма и передачи
сообщений в сети CAN.
Примеры контрольных вопросов по курсу «Микропроцессорные системы»
1. Истина или Ложь?
(1) И / Л : В последовательной шине данных используется три сигнальных вывода (два
для данных и один тактирующий)
(2) И / Л : Время доступа к памяти данных зависит от частоты тактирования
микропроцессорной системы
2. Объясните суть реализации удвоение скорости передачи данных (DDR) синхронной
динамической памяти SDRAM.
3. Перечислите основные виды режимов работы универсального асинхронного приёмникапередатчика. Укажите ограничения максимальной скорости взаимодействия через этот
аппаратный интерфейс.
4. Опишите логику работы последовательного периферийного интерфейса в асинхронном
режиме. Поясните условия возникновения событий, вызывающих прерывания при
программировании этого интерфейса в микроконтроллерах семейства AVR.
Для получения допуска по данной дисциплине обучающемуся необходимо выполнить две
лабораторных и две контрольных работы.
Вопросы к СРС «Микропроцессорные системы»
1
Типовая структура микропроцессорных систем
2
Организация исполнения кода в МПС
3
Генератор тактовых импульсов и временные диаграммы функционирования МП.
4
Общая структура и механизмы организации аппаратных интерфейсов в МПС
5
Синхронные методы обмена данными
6
Асинхронные методы обмена данными. Программная и аппаратная реализации
асинхронного обмена
7
Методы обмена по прерыванию
8
Методы обмена в режиме прямого доступа к памяти
9
Порядок байт в многобайтовых числах и его роль в архитектуре МП
10 Организация памяти в МПС.
11 Микросхемы энергонезависимой памяти фирмы.
12 Микросхемы оперативной памяти
13 Представление микропроцессорной системы как объекта проектирования
14 Основные этапы проектирования микропроцессорной системы
15 Разработка архитектуры микропроцессорной21системы
16 Постановка задачи и формулировка требований к программам для МП
17 Структура данных в микропроцессорных системах
18 Занесение программы на рабочий носитель и запуск первичного кода
19 Однокристальные микро-ЭВМ и аппаратные интерфейсы
20 Универсальный асинхронный приёмник-передатчик
21 Универсальный синхронно-асинхронный приёмник-передатчик
22 Последовательный периферийный интерфейс
23 Последовательная шина данных
24 Интерфейсные модули цифрового ввода/вывода
25 Программируемый параллельный интерфейс.
26 Тестирование и настройка аппаратных средств
Примерна тематика рефератов:
1. Разработка функциональной и принципиальной схем интерфейсной и операционных частей
контроллера параллельного обмена информацией с заданным числом каналов и адресных
входов.
2. Разработка интерфейсной и операционных частей последовательного адаптера синхронной и
асинхронной связи или контроллера прерываний или контроллера прямого доступа к памяти.
3. Разработка программного и аппаратного обеспечения устройства сопряжения заданного
микропроцессора или микроконтроллера с заданной контрольно-измерительной аппаратурой.
4. Разработка контроллера измерения температуры и давления промышленной установки.
5. Разработка контроллера светофора на перекрестке главной улицы с второстепенной.
6. Разработка контроллера АСУ точки торгового центра.
7 . Разработка контроллера диагностирования программируемых БИС.
8. Разработка контроллера противопожарной сигнализации.
9. Разработка контроллера управления летательным аппаратом.
10. Разработка контроллера измерения пульса и артериального давления.
11. Разработка контроллера охранной сигнализации автомобиля.
12. Разработка контроллера регулирования технологических параметров промышленной
установки.
22
У ЧЕ Б Н О - М Е Т О ДИ Ч Е С К ОЕ И И Н Ф О Р М А Ц И О Н Н ОЕ
«М И КР О П Р О ЦЕ С С О Р НЫ Е С ИС Т Е М Ы »
ОБ Е С ПЕ ЧЕ Н И Е Д ИС Ц И ПЛ И НЫ
основная литература
1. Исаев, Г.Н. Моделирование информационных ресурсов: теория и решение задач: учеб.
пособ. / Г.Н. Исаев.- М.: ИНФРА-М, 2012.- 224 с.
2. Мельников, В.П. Информационные технологии: учебник / В.П. Мельников.-2-е изд., стер.23
М.: Академия, 2009.- 432 с.
3. Калабухова, Г.В. Компьютерный практикум по информатике. Офисные технологии: учеб.
пособ. / Г.В.
4. Черников, Б.В. Оценка качества программного обеспечения: практикум: учебное пособие /
Б.В. Черников, Б.Е.
5. Емельянова Н.З. Проектирование информационных систем [Текст] : учебное пособие
[Гриф УМО МО РФ] /
дополнительная литература
Алексенко А. Г. Основы микросхемотехники: учеб. пособие — М.: Лаб. базовых данных:
ФИЗМАТЛИТ: ЮНИМЕДИАСТАЙЛ, 2002.
2.
Коваленко А. А., Петропавловский М. Д. Основы микроэлектроники: учеб. пособие — М.:
Изд. центр "Академия", 2010.
3.
Коледов Л. А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок:
учеб. пособие — СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2009.
1.
Семёнов А. А. Изучение БИС параллельного периферийного адаптера : учеб. пособие. —
Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2006.
2.
Семёнов А. А. Изучение БИС интервального таймера: учеб. пособие. — Саратов: Изд-во
Сарат. ун-та, 2006.
3.
Гуров В. В., Чуканов В. О. Архитектура и организация ЭВМ. — 2005.
http://www.intuit.ru/department/hardware/archhard2/
4.
Гуров В. В. Архитектура микропроцессоров. — 2010.
http://www.intuit.ru/department/hardware/microarch/
1.
программное обеспечение и Интернет-ресурсы
1
2
3
4
5
6
7
ОС GNU/Linux или OC Windows;
консольный файловый менеджер (Far под Windows или mc под Linux);
кросскомпилятор GNU GCC C/C++ для микроконтроллеров AVR (avr-gcc под GNU/Linux
или WinAVR под Windows);
утилита удалённого доступа к терминалам Putty (только под Windows);
утилита удалённого доступа к файлам WinSCP (только под Windows);
система контроля версий Git (опционально средства интеграции).
Программный комплекс «МикроЭВМ»
М АТ Е Р И АЛ Ь НО - Т Е Х Н ИЧ Е С К ОЕ ОБ Е С ПЕ Ч Е Н ИЕ Д ИС Ц И П Л И НЫ
Лекционная аудитория, оснащенная мультимедийным оборудованием для организации
презентаций (компьютер с проектором и акустической системой). Лабораторная аудитория,
оснащенная персональными компьютерами с необходимым программным обеспечением,
подключенными к локальной сети и имеющими доступ в глобальную сеть Интернет.
24