МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ
ХМЕЛЬНИЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА КОМП'ЮТЕРНИХ СИСТЕМ ТА МЕРЕЖ
Проектування мікропроцесорних та мікроконтролерних пристроїв
Методичні вказівки для виконання лабораторних робіт
для студентів напрямку підготовки 6.050102 «комп’ютерна інженерія» денної, скороченої та заочної форм навчання.
Затверджено
на засіданні кафедри
комп'ютерних систем та мереж
Протокол № 10 від 28.06.2011 р.
ХМЕЛЬНИЦЬКИЙ – 2011
Методичні вказівки для виконання лабораторних робіт для студентів напрямку підготовки 6.050102 «комп’ютерна інженерія» денної, скороченої та заочної форм навчання. Укладач Огневий О.В. - Хмельницький ХНУ, 2011 - с.38
Укладачі:
Огнєвий О. В., доцент, канд. техн. наук
Відповідальний за випуск:
Мясіщев О.А., зав. кафедрою комп'ютерних систем та мереж,
доктор технічних наук, професор
Макетування та друк здійснено кафедрою комп'ютерних систем та мереж Хмельницького національного університету. Підписано до друку 7.09.2011 року. Тираж 100 примірників.
Лабораторна робота №1 вивчення структури, алгоритму роботи і програмування мікропроцесора intel
8080 (КР580ВМ80)
Мета роботи: вивчити структуру, алгоритм роботи, методи програмування мікропроцесорів
Ціль роботи: ознайомитися зі структурою комплексу, функціями монітора, режимами роботи, придбати навички в роботі на мікроЕОМ і складанні найпростіших програм.
1. Опис навчального мікропроцесорного комплекту умпк-80
Мікропроцесорний комплекс УМПК-80 призначений для вивчення специфіки побудови мікроЕОМ на базі МП БІС із фіксованим набором команд, дослідження роботи й методів програмування БІС, що входять у мікропроцесорний комплект (МПК) серії КР580, а також для вивчення особливостей розробки й налагодження програмного й схемотехнічного забезпечення мікропроцесорних систем на їхній основі, включаючи побудову схем універсальних і спеціалізованих інтерфейсів.
1.1. Склад комплексу
Комплекс УМПК-80 являє собою універсальний набір апаратних, програмних і методичних засобів. Його основою є базове устаткування, що включає:
модуль навчальної мікроЕОМ УМПК-80/ВМ;
набір модулів УМПК-80/МІ для вивчення принципів обміну інформацією між мікроЕОМ і периферійними пристроями з використанням БІС КР580ВВ51А и КР580ВИ53 (УМПК-80МІ1), КР58ОВВ55А (УМПК-80МІ2), КР580ВТ57 (УМПК-80МИЗ), КР580ВН59 (УМПК-80МІ4), БІС контролерів периферійних пристроїв КР580ВГ75 (УМПК-80МІ5), КР580ВВ79 (УМПК-80/МІ6).
Плати мікроЕОМ і змінні плати модулів УМПК-80/МІ6, установлені в лабораторний стенд, зв'язані зовнішньою системною шиною мікроЕОМ через.
1.2. Режими роботи й алгоритм монітора мікроЕом
Монітор модуля УМПК-80/ВМ призначений для уведення програм у машинних кодах МП БІС КР580ВМ80 у запам'ятовувальний пристрій мікроЕОМ і дослідження процесу їхнього виконання в реальному масштабі часу по командах або машинних циклах.
Процедури запуску програм користувача й повернення з них реалізовані в моніторі таким чином, що під час його роботи можна досліджувати вміст регістрів МП БІС і ОЗП на момент зупинки програми користувача й задавати його перед запуском такої програми.
ПЗУ з монітором і демонстраційними програмами займає адреси з 0000Н по 07FFH (мал. 1). Всі ОЗП розбито на три області. Перша область обсягом 1 Кбайт (0800h...0BFFh), захищена від запису під час виконання програм користувача в будь-якому режимі, служить для розміщення досліджуваних програм. Захист ОЗП від запису дозволяє усунути можливість внесення помилок у програму користувача через її неправильну роботу. Якщо буде потреба вона може бути програмно включена або виключена.
Друга область ОЗП в адресному діапазоні 0C00h...0FB0h відведена для організації стека й даних досліджуваних програм.
У третій частині ОЗП (0FB1h...0FFFh) зберігається службова інформація монітора.
Як системні пристрої введення/виводу монітор використовує клавіатуру й дисплей модуля УМПК-80/ВМ. Звертання до них і до регістра керування в блоці керування виконується монітором за допомогою команд уведення й виводу (IN, OUT).
На дисплеї в старших чотирьох розрядах відображається адреса або мнемоніка регістра, а у двох молодших - записані в них дані. Крім того, дисплей використовується при виводі повідомлень. Для уведення директив і даних використовуються клавіші.
Після натискання клавіші "R" (початкова установка) або включення живлення виробляється тестування ПЗУ модуля, обнуління останнього, а також початкова установка всіх областей монітора. Причому в область зберігання вмісту регістрів МП БІС на момент зупинки записуються наступні числа: для SP - 0FBOh, для PC - 0800h, для інших регістрів - 0. Після цього мікроЕОМ переходить у режим очікування директив.
Директиви монітора можна розбити на дві групи.
Дослідження й зміна вмісту ЗП й регістрів МП БІС на момент зупинки.
ОтА: відшукання адреси. Директива призначена для вибору адреси. Вона вимагає уведення чотирьох цифр, після чого автоматично виводить уміст обраної адреси. Виправлення помилок при уведенні адреси виконується натисканням клавіші "ОтА" і повторним його набором.
ЗпУв: запис збільшити. Інтерпретація директиви залежить від того, у якому режимі вона була використана. Директива може застосовуватися для перегляду вмісту комірок або регістрів пам'яті убік збільшення їхньої адреси, а також запису даних.
Ум: зменшити. Директива служить для перегляду вмісту регістрів або комірок пам'яті убік зменшення їхньої адреси.
ПрСч: програмний лічильник. Директива дозволяє вивести на дисплей адреса, записана в регістрі PC МП БІС на момент зупинки, і його вміст. Використовується для повернення в точку зупинки при необхідності продовження виконання програми після дослідження або коректування вмісту пам'яті, регістрів і т.п.
ОтРг: відшукання регістра. Директива дає можливість переглянути вміст регістрів МП БІС на момент зупинки. При одержанні цієї команди виводяться символ і вміст регістра А. Перегляд інших регістрів здійснюється натисканням на клавішу "ЗпУв" або "Ум". У першому випадку регістри виводяться в такій послідовності: A, FL, В, З, D, E, H, L, SPH, SPL, PCH, PCL (де Н и L - позначення відповідно старшого й молодшого байтів SP і PC). У другому випадку порядок уведення зворотний.
Натискання будь-якої клавіші шістнадцятирічних цифр при виведеному на дисплей вмісті комірки пам'яті або регістра переводить монітор у режим уведення даних. Для індикації цього режиму включається десяткова крапка правого міста дисплея. Для запису даних після їхнього набору використовується клавіша "ЗпУв", що одночасно збільшує адресу або вказує на наступний регістр. Клавіша "Ум" запису не робить і діє як звичайно. При її натисканні режим уведення знімається. Слід зазначити, що в режимі уведення даних можна набирати будь-яка кількість цифр. Однак на дисплеї демонструються й записуються при натисканні на клавішу "ЗпУв" лише дві останні цифри, що дозволяє виправляти помилки. У випадку уведення однієї цифри вона автоматично доповнюється нулем ліворуч.
|
.FFFFh |
|
Регістри уведення-виводу мікроЕОМ при сполученій карті пам'яті |
.FF0Fh .FF04h |
|
|
.1000h |
|
ОЗП 2 Кб
|
Область для стека й даних монітора |
.0FFFh .0FB1h |
Область для стека й даних досліджуваних програм |
.0FB0h .0C00h |
|
Область для запису досліджуваних програм (захищена область ОЗП) |
.0BFFh .0800h |
|
ПЗУ 2 Кб |
Монітор і демонстраційні програми |
.07FFh
.0000h |
Рис.1 Карта пам'яті мікроЕОМ, УМПК-80/ВМ
Виконання програм користувача.
Запуск програм здійснюється з адреси, зазначеної на дисплеї. Тому перед подачею директив цієї групи необхідно ввести адресу, користуючись командами ОтА або ПрСч. Слід зазначити, що перед початком виконання першої команди програми монітор завантажить всі регістри МП БІС із області зберігання вмісту регістрів на момент зупинки (крім PC, у який завантажується уведена адреса). Це дозволяє виконувати програми вроздріб, використовуючи по черзі різні покрокові режими або звичайну роботу МП БІС, що у свою чергу дає можливість досліджувати процес обробки інформації, спостерігаючи за вмістом ОЗП й регістрів МП БІС, станом магістралей. Крім того, монітор включає програму захисту від запису в першу половину ОЗП.
П: пуск. Директива робить запуск програми в реальному масштабі часу.
ШЦ: крок циклу. Директива включає режим виконання програм по машинних циклах. Після установки цього режиму сигнал, формований клавішею ШЦ, використовується блоком керування мікроЕОМ для організації виконання чергового машинного циклу.
Для повернення в монітор із цих режимів служить клавіша Ст, що формує внутрішнє переривання. Крім того, у випадку виконання програми в реальному масштабі часу застосовується команда RST1. Цю команду можна використовувати також і для організації крапок зупинки в досліджуваній програмі. Для цього її ставлять між командами або замість команд у місці, що цікавить. У першому випадку команди RST1 заміняють командами NOP після налагодження програми. У другому випадку заміна виконується відразу після зупинки в крапці зупинки для можливості подальшого виконання програми.
Внутрішнє переривання й команда RST1 приводять до зупинки програми користувача, передачі керування на монітор, збереженню стану всіх регістрів МП БІС на момент зупинки й автоматичному виконанню директиви ПрСч, після чого на дисплеї буде відображатися адреса комірки ЗУ з наступною командою (тобто значення PC МП БІС) і його вміст.
ШК: крок команди. За допомогою цієї директиви здійснюється покомандне виконання програми. При натисканні на цю клавішу виконується одна команда програми користувача (тобто команда, код якої був представлений на дисплеї). Потім виробляється автоматичне повернення в монітор по внутрішньому перериванню й виконання директиви ПрСч.
На мал.2 наведена схема розміщення комутуючих елементів і пристроїв індикації на платі мікроЕОМ. З'єднувачі X1 і Х2 передають системні сигнали в магістраль, через яку до мікроЕОМ підключаються модулі розширення (УМПК-80/МІ).
Призначення перемикачів. Помітимо, що контакти перемикачів замкнуті при установці перемикачів у верхнє положення.
Перемикач SA1 служить для перемикання карти розподілу пам'яті. Схема керування мікроЕОМ побудована так, що адреси зовнішніх пристроїв можуть розміщатися в адресному просторі ПВВ (роздільна карта пам'яті) або перебувати в області 0FFFFh-0FF00h адресного простору пам'яті (сполучена карта пам'яті). Перемикання карт пам'яті здійснюється про допомогу мультиплексора, комутуючого керуючі сигнали IORC, IOWC, MRDC, MWTC, залежно від положення перемикача SA1 і стану старшого байта адреси, дані в якому повинні бути рівними FF.
При замкнутому положенні перемикача низький рівень сигналу дозволяє видачу з виходів мультиплексора сигналів для роздільної карти пам'яті, у розімкнутому - для сполученої карти.
Перемикач SA2 забороняє роботу ПЗУ й ОЗП, що може знадобитися при підключенні інших, зовнішніх модулів ЗУ або пошуку несправностей мікроЕОМ. Замкнутий перемикач SA2 установлює високий рівень на входах CS БІС ПЗУ й ОЗП, які переходять у режим зберігання.
Перемикач SA3 управляє режимом захисту ОЗП від запису. Стану заборони запису в ОЗП відповідає високий рівень сигналу по входу R/W БІС ОЗП й замкнуте положення перемикача SA3. При цьому забороняється запис даних в область 0BFFh...0800h адресного простору ОЗП під час виконання користувальницьких програм.
Зовнішні пристрої відключаються в режимі ПДП від системних магістралей сигналом керування BUSEN. Аналогічну функцію виконує низький рівень сигналу від замкнутого перемикача SA4. При роботі із зовнішніми пристроями, практично у всіх режимах УМПК, перемикач SA4 повинен бути розімкнуть.
Перемикачі SA5...SA12 використовуються для імітації передачі даних від ВУ. Сигнали від перемикачів, де замкнутий відповідає логічному нулю, надходять на входи шинного формувача, з'єднаного із системною шиною даних. Шинний формувач вибирається (опитується) командою уведення IN 05H.
Перемикачі SA13(HRQ), SA14(RDY) і SA15(IRQ) використовуються для передачі на мікроЕОМ сигналів від інших модулів з лінії запиту прямого доступу - HRQ, готовності ВУ - RDY і запиту переривання - IRQ. Замкнуті перемикачі SA13...SA15 низьким рівнем на одному із входів відповідних кон’юнкторів забороняють передачу керуючих сигналів на входи мікропроцесора. Якщо до мікро ЕОМ не підключені модулі з контролером ПДП або переривання, то перемикачі рекомендується перевести у верхнє положення.
Стан магістралей даних і адреси відображаються за допомогою світлодіодів HL41...HL34 і HL33...HL18, а даних від імітатора ВУ -світлодіодами HL9...HL2. Крім того, висвітлюються окремі керуючі сигнали: MRDC(HL45), MWTC(HL46), IORC(HL43), IOWC(HL44), INTA(HL42).
Рис.2 Загальна структура УМПК-80