Описание лабораторного макета

1. Устройство и принцип работы умк

Изучение микропроцессорного комплекта серии К580 с основами программирования осуществляется на учебном микропроцессорном комплекте (УМК).

УМК содержит основные узлы МПС минимальной конфигурации и позволяет:

• изучать функционирование МП при выполнении любой машинной команды;

• вводить, отлаживать и выполнять программы, записанные в кодах машинных команд.

Предусмотрены следующие режимы работы УМК при выполнении программ:

• автоматический (без промежуточных остановов и с промежуточными остановами);

• пошаговый (с остановами после каждой команды и с остановами после каждого машинного цикла).

С учебными целями в УМК предусмотрены следующие сервисные возможности:

• отображение на дисплее (в 16-ричном коде) вводимых команд и содержимого ячеек памяти и регистров МП;

• определение контрольной суммы по модулю 256 при вводе программ с целью контроля правильности набора;

• перемещение массивов данных из одной области ОЗУ в другую;

• заполнение всех ячеек массива одним и тем же числом (константой);

• останов вычислительного процесса, контроль содержимого любой ячейки, выполнение операции RESET (сброс).

УМК является автономной микроЭВМ со следующими техническими характеристиками:

• объём оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) – 1Кбайт;

• объём постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) – 2Кбайт;

• тип применяемого микропроцессора – КР580ВМ80А;

• программное обеспечение – системная программа «Монитор»;

• тактовая частота генератора – 2МГц;

• возможность прерывания – 1 вектор;

• напряжение питания – 220В ± 10%;

• потребляемая мощность – не более 55 ВА;

• уровни входных и выходных сигналов совместимы с уровнями ТТЛ ИС.

• габаритные размеры – не более 455 мм × 421 мм × 158 мм;

• масса изделия – не более 9,6 кг.

Блок питания имеет встроенную защиту от перегрузок по току, а также защиту от увеличения напряжения на выходах блока.

УМК предназначен для эксплуатации в следующих климатических условиях:

• температура окружающего воздуха – от +10°С до +35°С;

• относительная влажность – не более 80 % при +25 °С.

УМК состоит из следующих основных частей (рис. 1):

• плата микроЭВМ;

• пульт оператора;

• блок питания.

Предусмотрено подключение дополнительной макетной платы, на которой может быть по желанию пользователя собрано любое внешнее устройство. Для его подключения на лицевой панели УМК имеется специальный разъем.

Рисунок 1 – Структурная схема УМК

Микро-ЭВМ является основной частью УМК и управляет работой всего УМК. Все обращения к памяти, операции ввода/вывода, вычисления выполняются микро-ЭВМ или ею же инициируются.

Ввод информации в микро-ЭВМ и вызов команд программы «Монитор» осуществляется с клавиатуры, расположенной на лицевой панели УМК.

Пульт оператора предназначен для управления микро-ЭВМ пользователем. Отображение вводимой и выводимой информации производится в шестнадцатеричном виде на шестиразрядном семисегментном дисплее. Здесь же предусмотрено отображение состояния шины адреса (ША), данных (ШД) и регистра слова состояния (РгСС) МП в двоичном коде на светодиодах при пошаговом выполнении программы.

Блок питания УМК обеспечивает постоянным стабилизированным напряжением микро-ЭВМ, пульт и макетный ТЭЗ.

Упрощенная структурно-функциональная схема УМК представлена на рис. 2.

Рисунок 2 – Упрощенная структурно-функциональная схема УМК

МикроЭВМ состоит из операционного устройства (ОУ), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и устройства пошагового выполнения программ.

Основой микроЭВМ является ОУ, которое производит все операции по обработке информации. Исходным состоянием ОУ является чтение информации по нулевому адресу ПЗУ. ОУ принимает это состояние после нажатия управляющей клавиши «СБ» (СБРОС) на пульте оператора.

Информация о состоянии ОУ фиксируется в регистре слова состояния в начале каждого машинного цикла. Возможные состояния ОУ приведены в табл. 1. В зависимости от состояния РгСС формируются сигналы, управляющие работой всей микро-ЭВМ. Состоянию «0» в табл. 1 соответствует низкий уровень потенциала, а состоянию «1» – высокий. В табл. 2 дано определение каждого бита РгСС.

Таблица 1

Возможные состояния ОУ

Состояние ОУ (машинный цикл)	Разряды регистра слова состояния
	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
Выборка кода команды	1	0	1	0	0	0	1	0
Чтение байта из памяти	1	0	0	0	0	0	1	0
Запись байта в память	0	0	0	0	0	0	0	0
Чтение байта из стека	1	0	0	0	0	1	1	0
Запись байта в стек	0	0	0	0	0	1	0	0
Ввод байта с внешнего устройства	0	1	0	0	0	0	1	0
Вывод байта на внешнее устройство	0	0	0	1	0	0	0	0
Прерывание	0	0	1	0	0	0	1	1
Останов	1	0	0	0	1	0	1	0
Прерывание в режиме останов	0	0	1	0	1	0	1	1

Таблица 2

Назначение разрядов регистра слова состояния

Сигнал	Разряд	Пояснение
INTA	D0	Сигнал подтверждения прерывания. Используется для ввода на ШД команды RST.
/WO	D1	Указывает, что в текущем машинном цикле выполняется запись в память или операция вывода.
STACK	D2	Указывает наличие на ША содержимого указателя стека.
HLTA	D3	Сигнал подтверждения выполнения МП команды останов (HLT).
OUT	D4	Указывает, что на ША находится адрес устройства вывода, на которое будет выводиться байт данных по сигналу WR.
М1	D5	Указывает, что МП находится в цикле выборки первого байта команды.
INP	D6	Указывает, что на ША находится адрес устройства ввода, с которого будет введен байт данных по сигналу DBIN.
MEMR	D7	Указывает, что в текущем машинном цикле будет производиться чтение данных из памяти.

Примечание. Активным состоянием сигнала WO является ноль, а остальных сигналов – единица.

Операционное устройство представляет собой цифровой автомат с десятью состояниями. В табл. 1 эти состояния соответствуют десяти типам машинного цикла МП.

В связи с ограниченным числом выводов кристалла МП производится разделение по времени выдачи управляющих сигналов для дополнительного управления всей микропроцессорной системой.

Значения РгСС запоминаются на вспомогательном регистре, а затем используются совместно с основными управляющими сигналами для организации взаимодействия со всеми элементами МПС.

Память в УМК распределена следующим образом (рис. 3):

Рисунок 3 – Карта памяти УМК

• по адресам 0000₁₆÷07FF₁₆ включительно расположены 2 Кбайт памяти ПЗУ. Из них первый 1 Кбайт памяти ПЗУ занимает программа «Монитор», а второй 1 Кбайт памяти зарезервирован за пользователем;

• по адресам 0800₁₆÷0ВFF₁₆ включительно расположен 1 Кбайт памяти ОЗУ пользователя. Причем надо иметь ввиду, что при своей работе программа «Монитор» использует последние 54 ячейки ОЗУ для записи оперативной информации (стек программы «Монитор») и не должны использоваться под программу или данные. В противном случае нарушается работа программы «Монитор». Поэтому реально за пользователем для написания и отладки программ остается объем памяти с ячейки 0800₁₆ до ячейки 0ВС9₁₆ включительно.

Распределение адресов портов ввода-вывода приведено в табл. 3.

Таблица 3

Карта адресов портов ввода-вывода УМК

Адрес	Порт	Тип и назначение
F8 F9 FA FB	РА РВ РС РУС	КР580ВВ55 БИС периферийного адаптера параллельного интерфейса платы индикации УМК
80, 8С 81 82 83	РА РВ РС РУС	КР580ВВ55 БИС периферийного адаптера параллельного интерфейса модуля ТЭЗ М1
84 85 86 87	РС0 РС1 РС2 РУС	КР580ВИ53 БИС программируемого таймера модуля ТЭЗ М1
88 89	РД РУС	КР580ВВ51 БИС периферийного адаптера последовательного интерфейса модуля ТЭЗ М1

Схема пошагового выполнения режима выполнения программы переводит ОУ в состояние «Ожидание» либо в каждом машинном цикле, либо при чтении первого байта команды. Выбор пошагового режима выполнения программы осуществляется нажатием кнопки «РБ/ШГ» (РАБОТА/ШАГ).

Возможны два пошаговых режима работы: покомандный шаг и поцикловый шаг. Выбор величины шага осуществляется кнопкой «КМ/ЦК» (КОМАНДА/ЦИКЛ): покомандное выполнение – кнопка отжата, поцикловое выполнение – кнопка нажата.

При пошаговом выполнении программы подключается светодиодная индикация состояния ША, ШД, РгСС в двоичном виде. Шаг выполнения команды или цикла производится нажатием кнопки «ШГ» (ШАГ).

Выполнение программы может быть остановлено нажатием управляющей кнопки «ПР» (ПРЕРЫВАНИЕ). При этом состояние всех регистров ОУ сохраняется в ОЗУ, откуда они опять могут быть загружены в ОУ и выполнение программы продолжится, начиная с точки останова.

Посредством БИС параллельного интерфейса микро-ЭВМ управляет динамической индикацией информации на шестиразрядном дисплее, а также осуществляет опрос клавиатуры.

Клавиатура состоит из 24 клавишей, из которых 8 командные, а 16 – информационные.

Командные клавиши служат для вызова и выполнения команд программы «Монитор» и имеют следующие обозначения:

П – чтение и изменение содержимого ячеек памяти;

РГ – чтение и изменение содержимого регистров МП;

СТ – старт программы пользователя;

КС – определение контрольной суммы массива памяти;

ЗК – заполнение массива памяти константой;

ПМ – перемещение массива памяти в области ОЗУ;

_└─┘ – клавиша пробела служит для разделения нескольких переменных при вводе;

ВП – выполнить команду монитора.

Информационные клавиши служат для ввода чисел в шестнадцатеричном виде. Клавиши с 4/РН по F служат также для вывода имен регистров МП. При неправильной работе с клавиатурой в крайней правой позиции индицируется знак «?».

Перегрузка источника питания отображается свечением светодиода для напряжения +5 В, –5 В, +12 В. В этом случае следует отключить УМК кнопкой « ~ » (СЕТЬ). Повторное включение разрешается не ранее чем через 10 секунд.

Органы управления и контроля УМК показаны на рис. 4:

1. Сеть (~) – включение питания УМК.

2. СБ – сброс системы и возврат к монитору в любой момент времени. При нажатии кнопки СБ в левой позиции дисплея должен появиться знак «–»,показывающий готовность УМК к работе.

3. ПР – прерывание выполнения программы. При этом состояние всех регистров сохраняется в ОЗУ, что позволяет продолжить выполнение программы с точки останова.

4. РБ/ШГ – выбор режима работы (автоматический или шаговый). При нажатии кнопки УМК переходит в пошаговый режим работы.

5. КМ/ЦК – выбор величины шага. Если кнопка не нажата, то за шаг выполняется одна команда, если нажата – один машинный цикл.

6. ШГ – выполнение очередного шага при работе в пошаговом режиме.

7. 0–9, A–F – кнопки ввода данных в шестнадцатеричном коде.

8. Командные (директивные) клавиши.

9. Светодиодная индикация состояния регистра слова состояния.

10. Светодиодная индикация состояния шины данных.

11. Светодиодная индикация состояния шины адреса.

12. Дисплей.

Рисунок 4 – Внешний вид лицевой панели УМК

13. Разъем для подключения маетного ТЭЗ М1.

14. Светодиодная индикация неисправности блока питания.