МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине:

«МИКРОПРОЦЕССОРЫ В ИС»

На тему:

«Разработка микропроцессорной системы на основе МП КП1810ВМ86»

Выполнила

ст. гр. 735

Степанова Н.

Проверил

Локтюхин В.Н.

Рязань 2011

Содержание

Задание…………………………………………………………………………….3

Введение…………………………………………………………………………..4

1 Структурная схема МПС……………………………………………………….5

2 Структурная схема ЦП………………………………………………………....7

3 Структура памяти и распределения данных…………………………………11

4 Разработка схемы алгоритма функционирования МПС, реализующей операцию цифровой фильтрации……………………………………...…….14

4.1 Укрупнённая схема алгоритма функционирования МПС………………14

4.2 Схема алгоритма вычисления выражения ЦФ Y_n = (9X_n−3X_n-1−5X_n-2+

+3X_n-3)∕4………………………………………………………………………..15

4.3 Схема алгоритма вычисления W1 ← 9X_n и регистровая модель этой операции……………………………………………………………………...16

4.4 Схема алгоритма вычисления W2 ← W1 – 3X_n-1 и регистровая модель этой операции……………………………………………………..…………17

4.5 Схема алгоритма вычисления W3 ← W2 – 5X_n-2 и схема алгоритма этой операции…………………………………………………………….…..……19

4.6 Схема алгоритма вычисления W4 ← W3 + 3X_n-3 и регистровая модель этой операции…………………………………………………………..……20

4.7 Схема алгоритма выявления переполнения и деления на 4 и регистровая модель этой операции…………………………………………………....….22

4.8 Схема алгоритма формирования очереди и регистровая модель этой операции…………………………………………………………………..….24

5 Разработка программы вычисления выражения Y_n = (9X_n−3X_n-1−5X_n-2+

+3X_n-3)∕4…………………………………………………………………………25

6 Описание принципиальной схемы……………………………………………29

7 Основные результаты разработки…………………………………………….30

8 Отладка программы…………………………………………………………....31

9 Листинг программы………………………………………………………..….32

10 Заключение…………………………………………………………………....38

11 Список использованной литературы………………………………………..39

Приложение……………………………………………………………………....40

Задание

Разработать на базе МПК БИС К1810 микропроцессорную систему (МПС), реализующую заданную операцию 1 цифровой фильтрации (ЦФ).

Технические характеристики системы:

1. Реализуемая операция ЦФ:

Y_n = (9X_n−3X_n-1−5X_n-2+3X_n-3)∕4

Время вычисления свести к минимуму. Входные и выходные переменные шестнадцатеричные числа со знаком в дополнительном коде (размещены в памяти).

2. Структура модуля центрального процессора (ЦП):

МП К1810ВМ86 – максимальный режим.

3. Структура модуля памяти:

ОЗУ – 4 Кбайт,

ПЗУ – 2 Кбайт.

4. Исследовать реакцию ЦФ на входной скачок X_n.

5. Найти время вычисления Y_n в числе тактов микропроцессора (МП).

При вычислении текущего значения Y_n, лежащего за пределами +(2¹⁵−1),(−2¹⁵), вместо него выводить или +Y_max = 2¹⁵−1 = 7FFF₁₆, или −Y_max = −2¹⁵ = 8000₁₆.

Введение

Микропроцессор (МП) – это центральный процессор ЭВМ, реализованный в виде одной или нескольких больших интегральных схем (БИС).

Более общее определение. МП – это функционально завершённое универсальное программно-управляемое устройство цифровой обработки данных из одной или нескольких БИС.

Микропроцессорный комплект МПК БИС – набор БИС, в котором имеется возможность управления их работой с помощью определённого набора команд.

На основе МП строятся микроЭВМ, персональные компьютеры (ПК), микропроцессорные (или микрокомпьютерные) системы.

Микропроцессорная система (МПС) – это специализированная вычислительная, информационная или управляющая система, построенная на основе МПК БИС.

Микроконтроллеры – это микросистемы, выполненные на основе МПК БИС в виде отдельных модулей, реализующих функции основных устройств микроЭВМ и МПС – центрального процессора (ЦП), памяти и специализированных адаптеров ввода-вывода.

По своей структуре МПС схожа с персональной ЭВМ (ПЭВМ), но имеет ограниченный объём памяти и перечень средств сопряжения с внешним миром.

В основе построения МПС лежит программно-аппаратный принцип, т.е. реализация целевого назначения МПС достигается не только аппаратными, но и программными средствами. При изменении задачи в основном меняются программное обеспечение (ПО) и в незначительной степени структура МПС.

К другим достоинствам МПС относятся: малые габариты и вес; высокое быстродействие при малом потреблении энергии; низкая цена; возможность подключения большого числа датчиков и периферийных устройств (ПУ).

1 Структурная схема мпс

На рисунке 1 представлена типичная структура МПС с единой системной шиной.

Т 20 ша ипичная структура мпс

16 Шд шу сш Память Адаптеры в/в

к ВУ

ППА – программируемый периферийный адаптер

ПСА – программируемый связной адаптер

Рисунок 1 – Структурная схема МПС

В состав МПС (рис.1) входят следующие устройства:

1. Центральный процессор ЦП – основной компонент МПС. Он управляет выполнением команд и обменом информацией между ЦП и внешними устройствами (ВУ). ЦП строится на основе микросхем МП и поддерживающих (интерфейсных) БИС.

2. Память состоит из двух частей: ПЗУ, размером 2 Кбайта, в которой хранятся программы, и ОЗУ, размером 4 Кбайта, для хранения данных. Память представляет собой линейную последовательность n-разрядных ячеек. Для каждого МП существует своё максимально адресуемое адресное пространство памяти. Оно определяется разрядностью шины адреса m МП. Адресное пространство равно 2^m. Если разрядность ячеек памяти n = 8, то имеет место побайтовая организация памяти. Если n = 16, то – пословная организация памяти. При m = 20 адресное пространство равно 2²⁰ или 1МБ.

Чтобы различать адресные пространства для программ и данных, используют карту памяти (рис.2).

ОЗУ данных

4 К

ПЗУ программ

2 К

не используется

0000

0

F

FFFFF

FFFF0

Рисунок 2 – Карта памяти МПС

Область ПЗУ размещается в той части пространства памяти, где находится начальный адрес программного счётчика МП после включения питания. Области ПЗУ и ОЗУ желательно помещать в пространство адресов, которое не задействовано в комплексах отладки.

3. Подсистема ввода-вывода (в/в). Эта подсистема обеспечивает связь ядра МПС (ЦП и память) с внешним миром. Взаимодействие с внешними устройствами производится через контроллеры или адаптеры в/в.

Для построения адаптеров применяют интерфейсные БИС, в частности ППА и ПСА. Через них производится обмен данными между ВУ и ядром МПС. С точки зрения программиста, адаптеры представляют собой набор регистров в/в, называемых портами в/в.

Каждый порт имеет свой номер и адрес. Обращение к ВУ – это обращение к порту. При этом различают:

1. ввод-вывод, отображаемый на память, когда порты включают в адресное пространство памяти. Обращение к этим портам производится с помощью команд обращения к памяти, например MOV AL,[800H];

2. изолированный ввод-вывод, при котором порты включают в изолированные от памяти адресные пространства. Обращение к этим портам производится с помощью команд ввода IN и вывода OUT.

4. Системная шина. Обычно содержит три раздельные шины: шины данных (ШД), адреса (ША) и управления (ШУ).

1. ША – однонаправленная, тристабильная;

2. ШД – двунаправленная, тристабильная. Тристабильность ШД позволяет легко подключать к ней новые адаптеры в/в и модули памяти;

3. ШУ – это десятки линий, по которым передаются в (из) ЦП управляющие сигналы (запросы на прерывания, готовности, сигналы управления памятью и интерфейсными БИС и т.д.).