Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Методичка - Микропроцессоры микроЭВМ

.pdf
Скачиваний:
54
Добавлен:
02.05.2014
Размер:
551.11 Кб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ИЖЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Микропроцессоры и микроЭВМ в контрольно-измерительной аппаратуре

Методические указания к лабораторному практикуму по дисциплине «Электроника и микропроцессорная техника»

для студентов специальности 190200

 

 

 

 

ЕН

 

 

 

ТВ

 

 

 

РС

 

 

 

 

А

 

 

 

 

Д

 

 

О

С

У

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

Й

 

 

 

 

И

 

 

 

 

К

 

 

 

 

С

 

 

 

 

В

 

 

 

Е

 

 

 

Ж

 

И

 

НЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

У Н И В Е Р С И Т Е Т

Ижевск 2007

УДК 681. 326. 7 М59

Составитель В. А. Стрижак, канд. техн. наук, доц.

Рецензент

В. П. Иванников, д-р техн. наук, проф.

Рекомендовано к изданию на заседании кафедры «Приборы и методы контроля качества» ИжГТУ 5. 07. 2006 г.

Микропроцессоры и микроЭВМ в контрольно-измерительной аппаратуре :

методические указания к лабораторному практикуму по дисциплине «Электроника и микропроцессорная техника» для студентов специальности 190200 / сост. В. А. Стрижак. – Ижевск : Изд-во ИжГТУ, 2006. – 68 с.

УДК 681. 326. 7

© В. А. Стрижак, составление, 2006 © Издательство ИжГТУ 2006

2

Оглавление

Введение.........................................................................................................................................

5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.................................................................................................

6

1.

Цель работы...........................................................................................................................

6

2.

Краткие сведения из теории.................................................................................................

6

 

2.

1.

Язык программирования ассемблер............................................................................

6

 

2.

2.

Организация ЭВМ, основные компоненты ................................................................

7

 

2.

3.

Рабочие регистры микропроцессора...........................................................................

7

 

2.

4.

Организация памяти......................................................................................................

7

 

2.

5.

Представление программы в памяти...........................................................................

8

3.

Порядок работы.....................................................................................................................

8

 

3.

1.

Пульт управления УОУ................................................................................................

8

 

3.

2.

Действия при вводе программ в память УОУ..........................................................

10

 

3.

3.

Запись программы в память УОУ..............................................................................

12

4.

Задание к лабораторной работе.........................................................................................

13

5.

Содержание отчета..............................................................................................................

13

6.

Контрольные вопросы ........................................................................................................

13

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2...............................................................................................

14

1.

Цель работы.........................................................................................................................

14

2.

Домашнее задание...............................................................................................................

14

3.

Краткие сведения из теории...............................................................................................

15

4.

Задание к лабораторной работе.........................................................................................

16

5.

Содержание отчета..............................................................................................................

17

6.

Контрольные вопросы ........................................................................................................

17

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3...............................................................................................

18

1.

Цель работы.........................................................................................................................

18

2.

Домашнее задание...............................................................................................................

18

3.

Краткие сведения из теории...............................................................................................

19

4.

Задание к лабораторной работе.........................................................................................

20

5.

Содержание отчета..............................................................................................................

20

6.

Контрольные вопросы ........................................................................................................

20

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4...............................................................................................

21

1.

Цель работы.........................................................................................................................

21

2.

Задание на лабораторную работу......................................................................................

21

3.

Краткие сведения из теории...............................................................................................

21

4.

Задание к лабораторной работе.........................................................................................

23

5.

Содержание отчета..............................................................................................................

23

6.

Контрольные вопросы ........................................................................................................

23

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5...............................................................................................

24

1.

Цель работы.........................................................................................................................

24

2.

Задание на лабораторную работу......................................................................................

24

3.

Краткие сведения из теории...............................................................................................

26

 

3.

1.

Многобайтное сложение.............................................................................................

26

 

3.

2.

Многобайтное вычитание...........................................................................................

26

 

3.

3.

Десятичное сложение..................................................................................................

27

 

3.

4.

Десятичное вычитание................................................................................................

28

 

3.

5.

Программная реализация умножения и деления .....................................................

30

4.

Задание к лабораторной работе.........................................................................................

31

5.

Содержание отчета..............................................................................................................

31

6.

Контрольные вопросы ........................................................................................................

31

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6...............................................................................................

32

1.

Цель работы.........................................................................................................................

32

2.

Задание на лабораторную работу......................................................................................

32

 

 

 

3

 

3.

Краткие сведения из теории...............................................................................................

32

4.

Задание к лабораторной работе.........................................................................................

34

5.

Содержание отчета..............................................................................................................

35

6.

Контрольные вопросы ........................................................................................................

35

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7...............................................................................................

36

1.

Цель работы.........................................................................................................................

36

2.

Задание на лабораторную работу......................................................................................

36

3.

Краткие сведения из теории...............................................................................................

36

 

3. 1. Внешнее устройство «Таймер»..................................................................................

38

 

3. 2. Внешнее устройство «Триггер».................................................................................

38

4.

Задание к лабораторной работе.........................................................................................

40

5.

Содержание отчета..............................................................................................................

41

6.

Контрольные вопросы ........................................................................................................

41

Приложение 1. Система команд МП КР580ВМ80...................................................................

42

Приложение 2. Азбука Морзе, ноты и частоты........................................................................

47

Список литературы.....................................................................................................................

48

4

Введение

Учебно-отладочное устройство (УОУ), выполненное на базе универсальной микроЭВМ, предназначено для создания микропроцессорных систем различного назначения и для отладки их программного обеспечения. Кроме того, оно может быть использовано для обучения инженерного персонала работе с микропроцессорами набором КР580.

В УОУ применен восьмиразрядный микропроцессор (МП) типа КР580ИК80А и оперативно запоминающее устройство (ОЗУ) на интегральных микросхемах (ИС) типа КР565РУ2А емкостью 2 кбайта с адресным полем 800016+87FF16 в шестнадцатеричном коде в зависимости от объема встроенного ОЗУ.

Для осуществления диалога пользователя с УОУ предусмотрены клавиатура и цифровой дисплей, действие которых обеспечивается программой-монитором объемом 1 кбайт с адресацией 000016…03FF16, записанной в перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство типа К573РФ2 емкостью 2 кбайта.

Клавиатура содержит 25 клавиш. С помощью верхней правой клавиши формируется аппаратный сигнал сброса для МП, управление остальными клавишами производится с помощью интегральной микросхемы интерфейса типа КР580ИК55, которая, кроме того, может использоваться для целей ввода-вывода. Верхний и правый ряды клавиш содержат командные клавиши УОУ. Остальные 16 клавиш служат для ввода в УОУ шестнадцатеричных цифр.

Цифровой дисплей выполнен на восьми светодиодных семисегментных индикаторах. Его действие основано на принципе прямого доступа к памяти. На индикаторах отображается содержимое ячеек ОЗУ с адресами 83F816…83FF16 (ячейка с адресом 83F816 соответствует левому знаку дисплея).

Для контроля состояния триггеров (флажков) нуля и переноса МП предусмотрены два светодиода – “Z” и “С” соответственно.

Основная функция монитора - загружать в ОЗУ УОУ программу пользователя, выполнять программу пользователя в режиме отладки (в пошаговом режиме, либо с остановкой по заданным условиям), осуществлять прогон программы пользователя.

5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Ознакомление с учебной микроЭВМ «Электроника-580»

1. Цель работы

Ознакомление со структурой учебной микроЭВМ, картой памяти, органами управления и режимами работы.

2. Краткие сведения из теории

Вся работа микропроцессора КР580ВМ80 (МП) производится в двоичной системе счисления (СС). Информация о работе МП для удобства пользователя представляется в шестнадцатеричной системе (табл. 1).

Таблица 1. Соответствие чисел в разных системах счисления

CC (10)

CC (2)

CC (16)

CC (8)

СС (2-10)

0

0000

0

0

0 0000

1

0001

1

1

0 0001

2

0010

2

2

0 0010

3

0011

3

3

0 0011

4

0100

4

4

0 0100

5

0101

5

5

0 0101

6

0110

6

6

0 0110

7

0111

7

7

0 0111

8

1000

8

10

0 1000

9

1001

9

11

0 1001

10

1010

A

12

1 0000

11

1011

B

13

1 0001

12

1100

C

14

1 0010

13

1101

D

15

1 0011

14

1110

E

16

1 0100

15

1111

F

17

1 0101

Перевод из одной системы в другую осуществляется по формуле: S=P1•K+P2•M+…+PN•N,

где Р1, Р2,…,РN – значение разрядов; K, M, N – веса соответствующих разрядов.

Например: 010101(2) = 1•1+0•2+1•4+0•8+1•16=21(10).

2. 1. Язык программирования ассемблер

Программа – последовательность команд, которая выполняет поставленную задачу. Для микропроцессора К580ВМ80 (К580ИК80, К580ВМ80А, i8080) программы пишутся на языке ассемблер.

 

Таблица 2. Обозначения и термины

 

 

Адрес

16-разрядное число, присвоенное ячейке памяти в соответствии с ее

 

местоположением

Бит

Наименьшая единица информации, которую можно представить (бит

 

может быть в одном из двух состояний, представленных двоичными

 

цифрами «0» или «1»)

Байт

Группа из 8 смежных битов, занимающих одну ячейку памяти

Команда

Операция, указание на выполнение которой может получить ЭВМ

6

Слово

Группа из 16 смежных битов, занимающих две последовательные

 

ячейки памяти (2 байта)

nnnn B

nnnn представляет двоичное число

nnnn D

nnnn представляет десятичное число

nnnn Q (nnnn O)

nnnn представляет восьмеричное число

nnnn H

nnnn представляет шестнадцатеричное число

2. 2. Организация ЭВМ, основные компоненты

Для программиста ЭВМ состоит из следующих компонент:

семь рабочих регистров, которые участвуют в выполнении команд, а также могут служить для адресации памяти;

память, в которой содержатся команды или данные; для доступа к информации в память следует указать адрес;

счетчик команд, содержимое которого указывает на команду, которая будет выполняться следующей;

стековый указатель – регистр, который дает возможность использовать определенные участки памяти как стеки; стеки используются при выполнении подпрограмм и обработке прерываний.

2. 3. Рабочие регистры микропроцессора

Микропроцессор К580ИК80 имеет в своем составе аккумулятор и 6 дополнительных рабочих 8-битовых регистров. По договоренности, к этим регистрам можно обращаться через буквы B, C, D, E, H, L и A (для аккумулятора) соответственно. При некоторых операциях происходит ссылка на рабочие регистры, которые соединены в пары и к которым обращаются посредством букв B, D, H, PSW. Эти соответствия показаны следующим образом.

Таблица 3. Регистры микропроцессора МП КР580ВМ80

Регистровая пара

Регистры

B

B и C (0 и 1)

D

D и E (2 и 3)

H

H и L (4 и 5)

PSW

A и флажки (см. ниже)

Регистровая пара PSW (слово состояния программы) соответствует регистру А (аккумулятору) и специальному байту, отражающему текущее состояние битов флагов.

Счетчик команд (СК) представляет собой 16-битовый регистр, доступный для программиста, содержимое которого указывает адрес следующей выполняемой команды.

Указатель стека (УС) представляет собой 16-битовый регистр, доступный для программиста, содержимое которого указывает адрес ячейки памяти, соответствующей текущему положению стека.

Стек – область памяти, выделенная программистом для работы команд группы

CALL, RET, RST, PUSH, POP.

2. 4. Организация памяти

Микропроцессор К580ИК80 может использовать во время работы постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Программа может вы-

7

звать считывание данных из любого типа памяти, а запись данных может происходить только в ОЗУ. Программист представляет себе память как последовательность байтов, где каждый байт может хранить 8 битов, представленных посредством двух 16-ричных цифр. Может быть до 65536 байтов памяти и адресации отдельного байта памяти происходит путем выбора ячейки запоминающего устройства (ЗУ) по ее физическому номеру от 0 до 65535 = 0FFFFH (наибольшее число, которое может быть представлено 16 битами). Биты, хранимые в байте памяти, могут представлять код команды или могут быть данными. Только от программиста зависит правильность интерпретации программой записанных кодов.

2. 5. Представление программы в памяти

Программа состоит из последовательности команд. Каждая команда позволяет выполнить элементарные операции, такие как передача байта данных, арифметическая или логическая операция над байтом данных или изменение последовательности выполнения команд.

Программа хранится в памяти как последовательность байтов, записанных 16ричными цифрами. Адрес следующей выполняемой команды хранится в счетчике команд. Перед выполнением каждой команды счетчик команд передвигается к адресу следующей команды. Выполнение программы происходит последовательно, если только не выполняется команда передачи управления (переход, вызов, возврат). Далее выполнение продолжается последовательно с этого нового адреса памяти.

Исследуя содержимое байта памяти, трудно сказать, что содержит байт: кодированную команду или данные. Например, 16-ричный код 1FH (символ H обозначает 16ричный вид числа) был выбран для представления команды RAR (сдвиг содержимого аккумулятора вправо с переносом). Таким образом, величина 1FH, хранимая в байте памяти, могла бы представлять как команду RAR, так и константу 1FH. Только логика программы гарантирует, что данные не будут истолкованы как код команды. Это условие реализуется следующим образом.

Каждая программа имеет начальный адрес памяти, который является адресом байта, содержащего первую выполняемую команду. Перед тем как будет выполнена первая программа, счетчик команд будет автоматически продвинут вперед к адресу следующей выполняемой команды, и этот процесс будет выполняться для каждой команды в программе. Для кодирования команд микропроцессора может потребоваться 1, 2 или 3 байта. Во избежание ошибок программист должен быть уверен, что байт данных не следует за командой тогда, когда ожидается следующая команда. Поэтому при составлении программ не следует помещать данные между смежными командами, которые должны выполняться последовательно.

Если программа записывает данные в ячейку, то эта ячейка не должна находиться среди команд программы, потому что пользовательские программы выполняются обычно из ПЗУ, куда нельзя записывать данные.

Команды передачи управления изменяют естественный ход выполнения программы. Адрес памяти, указанный в команде передачи управления, должен быть адресом другой команды; если это адрес байта памяти, содержащей данные, то программа не будет выполнена правильно.

3. Порядок работы

3. 1. Пульт управления УОУ

Пульт управления УОУ образован передней панелью и панелью управления УОУ. На панели управления расположены:

1.Клавиатура (рис. 1), включающая 9 командных клавиш и 16 клавиш данных.

2.Индикатор адреса и данных, содержащий восемь знаковых разрядов.

3.Индикатор состояния признаков (флажков) переноса (С) и нуля (Z).

8

Reg

Mem

BRK

CLR

Reset

 

 

 

 

 

C

D

E

F

Step

 

 

 

 

 

8/H

9/L

A

B

Run

 

 

 

 

 

4

5

6

7

ADDR

 

 

 

 

 

0

1

2

3

Next

 

 

 

 

 

Рис. 1. Пульт управления УОУ

На передней панели установлены тумблеры включения-выключения («СЕТЬ») и задания режима работы («ПРОГОН-ОТЛАДКА») УОУ.

Клавиатура панели управления УОУ включает 25 клавиш (рис. 1). Верхний и правый ряды содержат командные клавиши. Их нажатие индуцирует выполнение соответствующих действий УОУ. Остальные 16 клавиш служат для ввода в УОУ шестнадцатеричных цифр (0…F).

Назначение командных клавиш (табл. 4) и особенности их использования в различных режимах УОУ отражены ниже.

Таблица 4. Назначение клавиш УОУ

Название

Обозначение

Назначение

Сброс

RST

Формирование сигнала сброса УОУ

Адрес

ADDR

Перевод УОУ в режим задания адреса ячейки памяти

Память

MEM

Перевод УОУ в режим записи данных в ячейку памяти

Следующий

NEXT

Увеличение на единицу адреса индуцируемой ячейки

 

 

памяти или регистра МП

Восстановле-

CLR

Восстановления начального значения адреса или дан-

ние

 

ных, если после их ввода не нажимались другие ко-

 

 

мандные клавиши

Регистр

REG

Отображения содержимого восьмиразрядного регистра

 

 

МП

Шаг

STEP

Выполнение очередной команды МП

Прогон

RUN

Запуск программы на выполнение

Клавиши данных используются также для задания имен регистров и регистровых пар МП КР580ИК80А. Клавиши А, В, С, D, Е, 8/Н, 9/L, F предназначены для обозначения регистра – аккумулятора А, регистров общего назначения (РОН) B-L, регистра признаков

F.

Индикатор адреса и данных состоит из восьми разрядов. Каждый разряд (знакоместо) является семисегментным индикатором на светодиодах. Для отображения алфавитноцифровой информации, т. е. цифр 0…9, букв A…F, R недостаточно семи сегментов, поэтому для букв В, D, R используют стилизированные обозначения:

9

При отображении ячейки памяти в разрядах 1…4 индикатора в шестнадцатеричной системе счисления высвечивается адрес, в разрядах 7 и 8 – данные, хранящиеся по этому адресу. В других случаях в адресных разрядах (1…4) отображается, например, содержимое счетчика команд, а в разрядах данных (7, 8) – очередная команда либо содержимое регистра микропроцессора. В последнем случае в пятом разряде индикатора появляется наименование регистра.

Например, при чтении содержимого ячейки памяти с адресом 817А16, если там хранится значение F316, мы увидим на индикаторе:

8 1 7 A

F 3

При чтении содержимого регистра А, если там хранится значение 1316, мы увидим на индикаторе:

8 1 7 A

A - 1 3

3. 2. Действия при вводе программ в память УОУ

Основным режимом работы УОУ является режим отладки программ. Программы размечаются в ОЗУ УОУ в области 800016 до 81FF16. Для загрузки программ в память УОУ нужно освоить следующие действия.

3. 2. 1. Чтение содержимого ячейки памяти

Для чтения содержимого ячейка памяти с адресом NNNN следует нажать клавиши: ADDR N N N N

После этого в разрядах 1…4 индикатора отобразится заданный адрес ячейки памяти, в разрядах 7, 8 – ее содержание.

Пример 1. Прочитать содержание ячейки памяти с адресом 82FF16 (табл. 5).

Таблица 5. Чтение содержимого ячейки памяти

Клавиша

Информация на индикаторе

Примечание

 

1234

5678

 

ADDR

8200

??

Исходное состояние

8

0008

 

Установка заданного адреса

2

0082

 

82FF

F

082F

 

 

F

82FF

??

 

 

 

 

Нажатие на клавишу NEXT выведет на индикатор информацию об адресе и значении следующей ячейки памяти. Повторное нажатие на клавишу МЕМ выведет на индикатор информацию из предыдущей ячейки памяти (табл. 6).

Таблица 6. Чтение последовательных ячеек памяти

Клавиша

Информация на индикаторе

Примечание

 

1234

5678

 

 

82FF

??

Исходный адрес

NEXT

8300

??

Следующий адрес

MEM

8300

??

Исходный адрес

MEM

82FF

??

Предыдущий адрес

10