Міністерство освіти України
Національний університет водного господарства і природокористування
Кафедра електротехніки і автоматики
043-
Методичні вказівки
до виконання лабораторних робіт з курсу
“Мікропроцесорна техніка“
Для студентів спеціальності 7.092501
Рівне - 2005
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу “Мікропроцесорна техніка“ для студентів спеціальності 7.092501.
(С.Ю.Бочаров - Рівне: НУВГП, 2005. - ??с.)
Склав: доцент С.Ю.Бочаров, кафедра електротехніки і автоматики.
Відповідальний за випуск - зав. кафедри електротехніки і автоматики, професор, академік УЕАН Б.О. Баховець
Затверджені методичною комісією
факультету прикладної математики і комп’ютерно-інтегрованих систем.
Протокол №
від “ ” 200 р.
Лабораторна робота №1. Вивчення структури та основ функціонування учбово-відлагоджувального стенда “EV8031/AVR”
1.1. Мета роботи
Вивчити структуру та функціональні можливості учбово-відлагоджувального стенда, провести його тестування.
1.2. Обладнання та програмне забезпечення
1.2.1. Учбово-відлагоджувальний стенд “ev8031/avr”.
1.2.2. Персональний комп’ютер.
1.3. Теоретичні відомості
1.3.1. Загальні відомості та призначення.
Учбово-відлагоджувальний стенд (УВС) “EV8031/AVR” – це програмно-апаратний комплекс, орієнтований на застосування у навчальних цілях, а також як засіб розробки програмного забезпечення для контролерів на базі однокристальної ЕОМ серії MSC-51 а також на базі контролерів архітектури AVR. Стенд містить мікропроцесорний контролер, пам'ять програм, пам'ять даних і різноманітні периферійні пристрої. Він дозволяє відлагоджувати програми, написані мовами Сі та асемблер.
Структура, принципи програмування та зведена таблиця команд базового однокристального мікроконтролера MCS-51 наведені відповідно в додатках 1 та 2.
1.3.2. Схема підключення УВС “EV8031” до ПК. Живлення стенда.
Завантаження програми в учбовий стенд “EV8031” відбувається з персонального комп'ютера по послідовному порту RS-232C. Підключення напруги живлення стенда (+5В) і зв'язок з персональним комп'ютером здійснюється за допомогою одного універсального кабеля із двома роз’ємами (25 й 9 контактів) для з'єднання з одним із com-портів. Крім того, є роз’єм підключення до комп'ютерного блоку живлення й роз’єм для підключення живлення стенда. Роз’єм підключення живлення стенда зручно кріпиться на задній панелі системного блоку комп'ютера й тому не виникає необхідності постійно знімати кришку системного блоку.
Увага!!! Для нормальної роботи стенда, його необхідно підключати тільки до одного з com-портів ПК.
Рис.1.1. Схема підключення стенда EV8031 до ПК і подачі живлення
1.3.3. Технічні характеристики стенда “ev8031”.
Мікроконтролери, що використовуються: AT89C51, AT89C52, AT90S8515 (ATmega8515) (корпус DIP-40);
Пам'ять програм – 16 Кбайт;
Пам'ять даних – 16 Кбайт;
Послідовна EEPROM пам'ять, 256 байт (AT24C02) у стандартній поставці;
Два послідовних канали передачі даних RS232;
Системний інтерфейс (див. додаток №4);
Інтерфейс розширення (16 ліній вихід, 8 ліній вхід/вихід, порт P1 ОЕОМ), дивіться додаток №4;
Пристрій дискретного введення інформації: 2 кнопки;
Клавіатура 4х3;
Статична світлодіодна індикація: 8 світлодіодів;
Статична 4-розрядна семисегментна світлодіодна індикація;
Цифроаналоговий і аналого-цифровий перетворювач (плата розширення);
Генератор з фіксованою частотою генерації – близько 10 кГц, генератор зі змінною частотою генерації від 1 кГц до 50 кГц (плата розширення);
Динамічна 4-розрядна семисегментна світлодіодна індикація (плата розширення);
Знакосинтезуючий світлодіодний індикатор 5x7 1 шт. (плата розширення).
1.3.4. Опис учбово-відлагоджувального стенда.
Принципова електрична схема учбового стенда наведена в додатку 3. Перелік інтегральних мікросхем, що входять до складу стенда перераховані в таблиці 1.1. Деякі елементи розміщені на нижній стороні плати стенда.
Х1 – Системний інтерфейс з повним адресним простором;
Х10 – Інтерфейс розширення для підключення зовнішніх пристроїв з використанням паралельного інтерфейсу;
Х11 – Інтерфейс послідовного порта СОМ1 для зв'язку стенда з ПК;
Х12 – Інтерфейс послідовного порта СОМ2 для зв'язку стенда з іншими пристроями, що мають стандартний порт RS232C;
Х3 – Інтерфейс програмування AVR;
X14, X15 – Перемички підключення пристроїв шини I2C до процесора.
Рис.1.2. Розташування елементів стенда, призначення роз’ємів і перемичок.
Таблиця 1.1. Перелік комплектуючих мікросхем.
№ |
Позначення на схемі |
Позначення (імпортне) |
Короткий опис ІМС |
1 |
DD1 |
AT89C51 |
Однокристальна ЕОМ |
2 |
DD2, DD7, DD9, DD11, DD17 |
74HC573N |
8-розрядний регістр |
3 |
DD3 |
62256 |
Статичний ОЗП 32Кб |
4 |
DD4 |
EPM7128STC100 |
Програмована логічна мікросхема |
5 |
DD6, DD18 |
74HC04 |
6 КМОП інверторів |
6 |
DD8, DD10 |
1489 |
Перетворювач рівня RS-232C |
7 |
DD12 |
ADM485 |
Перетворювач рівня RS-485 |
8 |
DD14 |
AT29C02 |
ЕСПЗП 2 Кбіт |
9 |
DD15 |
DS1621 |
Цифровий темп. датчик |
10 |
DD16 |
DS1302 |
Годинник реального часу |
Окрім зовнішньої оперативної та постійної пам’яті, що розміщені на стенді, є також резидентна пам’ять програм (Flash) мікроконтролера, в яку „зашита” виробником стенда програма-завантажник (не модифікується на лабороторних роботах) і резидентна пам’ять даних (SRAM).
Стенд може працювати в двох режимах (Рис.1.4.):
1. Режим очікування (завантаження програми з ПК). В цьому режимі виконується програма-завантажник, що знаходиться у Flash-пам'яті мікроконтролера AT89C51. Вона проводить ініціалізацію послідовного прийомопередавача ОЕОМ (DD1), перевіряє наявність зовнішньої оперативної пам'яті та відображає її об’єм в кілобітах на статичному індикаторі. У режимі очікування вся зовнішня оперативна пам'ять (32кБ) відображається в адресний простір, як пам'ять даних. В цей режим стенд переходить при формуванні сигналу RESET, в т.ч. при включенні стенда.
2. Режим роботи (програми користувача). При надходженні коду програми користувача з послідовного порту персонального комп'ютера у послідовний порт (роз’єм Х11) стенда, ОЕОМ записує його в зовнішній ОЗП. Після прийняття останнього байта, стенд переходить в режим роботи отриманої програми: завантажник формує сигнал запуску цієї програми за допомогою запису керуючого коду в системний контролер. Зовнішній ОЗП обсягом 32кБ ділиться на дві частини по 16кБ: одна частина з програмою користувача (в даному режимі виступає зовнішньою пам'яттю програм), інша – для даних (зовнішня пам’ять даних). Адресний простір резидентної пам’яті програм перекривається зовнішньою пам'яттю програм, внаслідок чого програма-завантажник „випадає з поля зору” процесора; програмний лічильник скидається і починає виконуватись завантажена програма користувача. Сигнали керування PME, WR, RD, ALE, що формуються процесором і необхідні для звертання до зовнішньої пам'яті, надходять також через системний контролер.
Кнопка SW2 необхідна для формування сигналу скидання на вході RESET контролера, тобто для переводу стенда в режим очікування прийому даних з послідовного порту. Після натиснення на цю кнопку мікроконтролер готовий приймати дані в зовнішню пам’ять.
Кнопка SW1, необхідна для перезапуску завантаженої із ПК програми, що перебуває в зовнішній пам'яті програм. При її натисканні, загоряється світлодіод HL9. При цьому можливий новий запис програми в стенд із персонального комп'ютера. Під час передачі даних з персонального комп'ютера в стенд, комп'ютер на лінії RI послідовного порту формує сигнал, що через системний контролер скидає ОЕОМ, так само як і кнопка SW2.
Рис.1.3. Структурна схема стенда.
Вся логіка стенда реалізована на програмованій логічній мікросхемі EPM7128STC100 (DD4). Цей системний контролер управляє режимами роботи стенда, виробляє керуючі сигнали на ОЗП, регістри-фіксатори, обслуговує статичний світлодіодний індикатор та клавіатуру.
Рис.1.4. Розподіл пам'яті стенда.
Адресація (звернення) мікроконтролера до периферійних пристроїв стенда реалізована як адресація до комірок зовнішньої пам'яті в адресному просторі від 8000h до FFFFh (див. Рис.1.4. і Табл.1.2.). Сигнали вибірки периферійних пристроїв формуються дешифратором адреси всередині мікросхеми системного контролера DD4.
Таблиця 1.2. Карта портів введення/виведення стенда.
Адреса |
Тип циклу |
біт7 |
біт6 |
біт5 |
біт4 |
біт3 |
біт2 |
біт1 |
біт0 |
Ім'я |
Плата розширення |
||||||||||
8000h |
Запис |
|
|
|
PA4 |
PA3 |
PA2 |
PA1 |
PA0 |
PA_REG |
8001h |
Запис |
Регістр даних динамічної індикації |
PB_REG |
|||||||
8002h |
Запис |
PC7 |
PC6 |
PC5 |
PC4 |
PC3 |
PC2 |
PC1 |
PC0 |
PC_REG |
8003h |
Запис |
|
|
|
|
|
TRISC |
|
|
TRIS |
F000h |
Запис |
Регістр даних ЦАП |
|
|||||||
РКІ |
||||||||||
8004h |
Запис |
Регістр команд РК індикатора |
LCD_CMD |
|||||||
8005h |
Запис |
Регістр даних РК індикатора |
LCD_DATA |
|||||||
Послідовний порт і клавіатура |
||||||||||
9000h |
Читання |
CTS |
DSR |
DCD |
RI |
|
|
|
|
US_REG |
9003h |
Читання |
|
|
|
|
KLDN |
KL3 |
KL6 |
KL9 |
|
9005h |
Читання |
|
|
|
|
KL0 |
KL2 |
KL5 |
KL8 |
|
9006h |
Читання |
|
|
|
|
KLUP |
KL1 |
KL4 |
KL7 |
|
C000h |
Запис |
|
|
|
|
DTR |
RTS |
CFG1 |
CFG0 |
UC_REG |
Індикатор і світлодіоди |
||||||||||
A000h |
Запис |
3й і 2й (старші) розряди статичного індикатора |
DISPLAY[0] |
|||||||
A001h |
Запис |
1й і 0й (молодші) розряди статичного індикатора |
DISPLAY[1] |
|||||||
A002h |
Запис |
<зарезервовано> |
DISPLAY[2] |
|||||||
A003h |
Запис |
<зарезервовано> |
DISPLAY[3] |
|||||||
A004h |
Запис |
DP0 |
DP1 |
DP2 |
DP3 |
BL0 |
BL1 |
BL2 |
BL3 |
DC_REG |
A005h |
Запис |
<зарезервовано> |
EDC_REG |
|||||||
A006h |
Запис |
LED0 |
LED1 |
LED2 |
LED3 |
LED4 |
LED5 |
LED6 |
LED7 |
LED_REG |
Керування роботою |
||||||||||
A007h |
Запис |
|
|
|
|
|
|
|
RUN |
SYS_CTL |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|