МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, молоді та спорту україни

ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра Технічної КІБЕРНЕТИКи

Реєстр. №

Конспект лекцій з дисципліни «мікропроцесорні системи»

спеціальність	6.05020201 – автоматизоване управління технологічними процесами 6.05020101 – комп’ютеризовані системи управління та автоматики
галузь знань	0502 – автоматика та управління
факультет	Кібернетики

Херсон – 2013

Конспект лекцій з дисципліни «Мікропроцесорні системи» для студентів денної форми навчання спеціальностей 6.05020101 – комп’ютеризовані системи управління та автоматики, 6.05020201 – автоматизоване управління технологічними процесами, галузь знань 0502 – автоматика та управління.

«___» _____________ 2013 р. ХХХ с.

Розробники:

Тимофеєв К.В., к.т.н., доцент кафедри «Технічна кібернетика»,

Сєров О.В., ст. викладач кафедри «Технічна кібернетика».

Конспект лекцій затверджений на засіданні кафедри технічної кібернетики

Протокол від «___» _____________ 2013 р. №

Завідувач кафедри ТК д.т.н., проф. «___» _____________ 2013 р.

Марасанов В.В.

Содержание

стр.

ВВЕДЕНИЕ 6

ЛЕКЦИЯ 1. Цифровые системы управления на базе микропроцессоров и микроконтроллеров 7

1.1. Принципы построения цифровых систем управления 7

1.2. Развитие средств микропроцессорной техники 8

Контрольные вопросы. 14

ЛЕКЦИЯ 2. Микропроцессорная система и алгоритм её работы 15

2.1. Структура и основные части микропроцессорной системы 15

2.2. Типовая структурная схема цифровой МПС 17

2.3. Структурные схемы систем с Фон Неймановской и Гарвардской архитектурой 19

2.4. Обмен информацией между МПС и внешними устройствами 22

2.5. Классификация МПС 25

Контрольные вопросы. 27

ЛЕКЦИЯ 3. Архитектура однокристальных микропроцессоров 28

3.1. Параметры микропроцессоров и характеристика их архитектуры 28

3.2. Функциональная схема и набор интерфейсных сигналов 29

3.3. Программная модель и система команд 35

3.4. Формат команды, способы адресации операндов 39

Контрольные вопросы. 42

Лекция 4. АРХИТЕКТУРА, АЛУ, ПАМЯТЬ MCS-51 43

4.1. Архитектура микроконтроллеров MCS-51 43

4.2. Арифметико-логическое устройство 46

4.3. Память микроконтроллеров семейства MCS-51 47

Контрольные вопросы. 51

ЛЕКЦИЯ 5. ПОРТЫ, СИСТЕМА ПРЕРЫВАНИЙ MCS-51 52

5.1. Параллельные порты ввода/вывода 52

5.2. Система прерываний MCS-51 53

Контрольные вопросы. 57

ЛЕКЦИЯ 6. Таймеры/счётчики MCS-51, Управление энергопотреблением 58

6.1. Таймеры/счётчики 58

6.2. Управление энергопотреблением 62

Контрольные вопросы 64

ЛЕКЦИЯ 7. Последовательный интерфейс, сброс и синхронизация MCS-51 65

7.1. Последовательный интерфейс MCS-51 65

7.2. Сброс в начальное состояние и синхронизация 71

Контрольные вопросы. 73

ЛЕКЦИЯ 8. Загрузка прикладных программ и система команд MCS-51 74

8.1. Загрузка прикладных программ 74

8.2. Система команд семейства MCS-51 75

8.3. Команды пересылки данных 77

Контрольные вопросы. 81

ЛЕКЦИЯ 9. Система команд семейства MCS-51 82

9.1. Команды арифметических операций 82

9.2. Команды логических операций 85

9.3. Команды операций над битами 86

9.4. Команды передачи управления 87

Контрольные вопросы. 89

ЛЕКЦИЯ 10. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ДЕШИФРАЦИЯ АДРЕСНОГО ПРОСТРАНСТВА 90

10.1. Системная шина микропроцессора 90

10.2. Адресное пространство микропроцессорного устройства. 91

10.3. Пример дешифрации адресного пространства. 94

Контрольные вопросы. 97

Лекция 11. Способы расширения адресного пространства микропроцессора 99

11.1. Страничный метод адресации 99

11.1. Сегментный метод адресации 101

11.3. Оконный метод адресации 102

Контрольные вопросы. 104

104

ВВЕДЕНИЕ

Использование микропроцессоров и микроЭВМ существенно повышает уровень автоматизации процессов управления в технических системах. Функциональная гибкость, высокая надежность, малые габариты и стоимость микропроцессорных средств обусловили целесообразность их применения в различной аппаратуре, в том числе в системах локальной автоматики. В связи с этим существенно изменился процесс проектирования цифровых систем управления. Это вызвано как использованием более сложных функциональных компонентов, так и применением новых архитектурных решений, основанных на замене некоторых аппаратных средств программными модулями. Поэтому проектирование современных средств автоматизации требует от разработчика знания микропроцессорной техники и программирования на качественно новом уровне, с учетом специфики объектов управления в технических системах.

В то же время при проектировании цифровых систем управления на базе микроЭВМ разработчику приходится решать задачи, многие из которых возникают и при проектировании классической микропроцессорной техники. Среди них – организация процессорных элементов и обеспечение их взаимодействия с памятью, построение каналов обмена информацией между микроЭВМ и внешними устройствами, согласование функционирования элементов системы, имеющих различную скорость работы.

В данном курсе лекций рассматриваются архитектура, принципы функционирования и обработки информации в микропроцессорных системах управления. Приводятся базовые сведения о построении подсистемы памяти, организации ввода/вывода информации и системе команд. Поскольку происходящее сегодня быстрое обновление технических средств делает нецелесообразным описание конкретных устройств, то в данном курсе лекций изложены базовые принципы построения микропроцессорных систем управления.

ЛЕКЦИЯ 1. Цифровые системы управления на базе микропроцессоров и микроконтроллеров