Mikroprotsesorni-pristroyi (1)

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Ю.С. Грищук

МІКРОПРОЦЕСОРНІ ПРИСТРОЇ

НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК по дисципліні «Мікропроцесорні пристрої» для студентів електромеханічних спеціальностей

Затверджено редакційно-видавничою радою університету протокол № 2 від 17.06.2005 р.

Харків НТУ «ХПІ» 2007

ББК 32.973.26-04 Г85

УДК 004.315(075)

Рецензенти: А.Д. Черенков, доктор техн.наук, професор ХНТУСГ; О.Б. Богаєвський, канд. техн. наук, доцент ХНАДУ; М.І. Шпика, канд. техн. наук, зав. проектноконструкторським і науково-дослідним відділом проектування електроприводів і систем управління ДП заводу “ Електротяжмаш”

Гриф надано Міністерством освіти і науки україни,

лист № 1.4/18– Г–1305 від 25.07.2007 р.

Г85 Грищук Ю.С. Мікропроцесорні пристрої: Навчальний посібник. –

Харків: НТУ “ ХПІ”, 2007.– 280 с.

ISBN 978-966-593-696-1

Викладено навчально-теоретичний матеріал, що описує основні терміни і поняття, арифметичні, логічні, фізичні основи і архітектуру мікропроцесорів і однокриcталевих мікроконтролерів, інтерфейси, запам’ятовуючі і спеціалізовані периферійні пристрої. Посібник містить лабораторний практикум, особливості і приклади практичного застосування мікроконтролерів, контрольні запитання і завдання.

Призначено для студентів спеціальностей 7092206 – “ Електричні машини і апарати”, 7092205 – “ Електропобутова техніка” і може бути корисною для студентів технічних вузів, аспірантів та інженерно-технічних працівників.

Іл. 72. Табл. 40. Бібліогр. 35 назв.

ББК 32.973.26-04

ISBN 978-966-593-696-1

© Ю.С. Грищук, 2007

2

3

4

нових підвищених і різноманітних вимог до систем автоматизації управління об'єктами. У зв'язку з цим традиційні ЕА і системи управління і регулювання, виконані на аналогових елементах, опинилися не в змозі конкурувати з цифровими пристроями, в яких використовуються мікропроцесори.

Відмінними рисами пристроїв і систем, виконаних на базі МП, є: можливість значного розширення функцій шляхом додавання нових алгоритмів і програм в систему програмного забезпечення, високий рівень уніфікації елементів, можливість перепрограмування, для реалізації тих або інших функцій без зміни комплексу технічних і апаратних засобів і автоматизації процесів діагностики і настройки апаратури. Сучасні МП мають малі габаритні розміри, і можуть розміщатися поруч з керованими об’єктами, володіють високою надійністю і розвиненими логічними можливостями, характеризуються низькими енергоспоживанням і вартістю. У багатьох застосуваннях сучасні МП можуть складатися тільки одну ВІС з одним рівнем напруги +5 В. Крім того, їх застосування в системах управління забезпечує високу швидкодію, гнучкість і ефективність.

Застосування мікропроцесорів вимагає від розробників корінного перегляду традиційних методів при проектуванні систем управління ЕПТ, ЕА і електронними апаратами, заміни у багатьох випадках проектування схем і систем управління розробкою програм настройки мікропроцесорної апаратури на виконання певних функцій. Рішення цих задач вимагає підготовки кваліфікованих фахівців, здатних проектувати, розробляти, експлуатувати і обслуговувати таку складну МП техніку, як ЕА і ЕПТ з мікропроцесорним управлінням.

Для підготовки таких фахівців виникає необхідність у виданні додаткової навчальної літератури, що містить одночасно основи мікропроцесорної техніки і нову інформацію про розвиток мікропроцесорних засобів. Зокрема, потрібна інформація про однокристальні мікроконтролери (МК), які часто в публікаціях називають мікроЕОМ, і їх застосування в ЕПТ, електроапаратобудуванні і інших галузях. Доцільним і корисним, на думку автора, є включення інформації

6

про лабораторний практикум, що виконується на реальних лабораторних стендах, створених на базі МК, що дозволяє досліджувати їх будову, принцип дії і різні режими роботи найбільш широко вживаних МК.

Мета посібника – сприяти поглибленню знань студентів, що навчаються за спеціальностями 092206 “ Електричні машини і аппарати'', 092205 “ Електропобутова техніка” і іншими технічними спеціальностями в області мікропроцесорних систем, і отриманню ними практичних навичок у роботі з реальними мікропроцесорними пристроями і однокристальними МК. Посібник складений за матеріалами лекцій, лабораторних і практичних занять, курсового проектування по дисциплінах, що пов'язані з мікропроцесорною технікою і її використанням в ЕПТ і ЕА, які включені в навчальний процес НТУ «ХПІ» і що проводяться автором з 1984 р. по теперішній час.

Зміст посібника визначений, перш за все, прагненням викласти ті аспекти МП пристроїв і їх застосування в ЕПТ, електроапаратобудуванні і в інших напрямках, які недостатньо відображені в літературі, що є на даний час. Зокрема, в посібнику описаний один з дев'яти лабораторних стендів, розроблених на основі однокристальних мікроконтролерів сімейства MCS51 (МК51) на кафедрі “ Електричні апарати” НТУ «ХПІ» за ініціативою і при особистій участі автора посібника. Стенд дозволяє досліджувати 24 режими роботи МК. Тут же подано лабораторний практикум до вивчення МК, складений автором і апробований у навчальному процесі. У лабораторному практикумі передбачається дослідження лабораторного стенда і ознайомлення із структурою однокристальних МК та їх системою команд, дослідження режимів їх роботи, складання і виконання програм, програмування МК і вводу програм з клавіатури лабораторного стенда, складання і вводу програм на мові Асемблер з використанням ПЕОМ, відладка програм крос-засобами, дослідження роботи аналого-цифрових перетворювачів.

У посібнику викладені відомості про сучасні МК провідних зарубіжних виробників: сімейства MCS151 і MCS251 фірми Intel, серії АТ89 і АТ90 фірми

Atmel, сімейств PIC16/17 і PIC16X7XX фірми Microchip, сімейств HC05, HC08,

7

HC11 фірми Motorola, сімейство цифрових сигнальних процесорів (ЦСП) TMS320Cxxx (платформи С2000, С5000 і С6000 продуктивністю від 20 MIPS до 8800 MIPS) фірми TEXAS INSTRUMENT. Розглянуті їх архітектура, структурні схеми, особливості різних модифікацій сімейств, вказані їх основні технічні характеристики, а також області їх практичного застосування. Приведені приклади застосування різних МК в системах управління транспорту, ЕА, комплектними розподільними пристроями (КРП), гнучкими системами релейного захисту (ГСРЗ), технологічними процесами випробувань і досліджень електричних апаратів, в управлінні електромеханічними системами і електроприводами і т.ін.

Автор вважає своїм приємним обов’язком подякувати ст.н.с. В.М. Лещенко, асс. А.В. Дудник кафедри «Автоматики і управління в

технічних системах» за консультації і допомогу в розробці і наладці мікроконтролерних лабораторних стендів, студентам і співробітникам кафедри “ Електричні апарати” за надану допомогу при створенні лабораторних стендів і лабораторії МПС, зав. лабораторією кафедри інформаційних систем і технологій в міському господарстві Харківської Національної академії міського господарства С.Ю. Грищуку за надану істотну допомогу в підготовці рукопису і оригінал-макету посібника.

Автор виражає глибоку подяку рецензентам:

Черенкову О.Д., доктору техн. наук, професору кафедри теоретичної електротехніки Харківського Національного технічного університету сільського господарства, ім. Петра Василенка;

Богаєвському О.Б., канд. техн. наук, доценту кафедри автомобільної електроніки Харківського Національного автодорожнього університету;

Шпика М.І., канд. техн. наук, зав. проектно-конструкторським і науководослідним відділом проектування електроприводів і систем управління ГП заводу “ Електротяжмаш”.

Ряд цінних порад і зауважень, які були зроблені ними при рецензуванні рукопису, в суттєвій мірі сприяли поліпшенню даного посібника.

8

УМОВНІ СКОРОЧЕННЯ І ПОЗНАЧЕННЯ

1.Українська нотація (у дужках приведена англійська нотація)

А– акумулятор (див. АСС)

9

10