1.8 Лабораторна робота №8

ДОСЛІДЖЕННЯ ФУНКЦІОНУВАННЯ ОДНОКРИСТАЛЬНИХ

МіКРО-ЕоМ

Структура однокристальної ЕОМ 1816ВЕ51 (рис..8) базується на використанні внутрішньої двоспрямованої 8-бітної шини, що зв'язує між собою всі основні вузли та пристрої: резидентну пам'ять, АЛП, блок регістрів спеціальних функцій, пристрій керування і порти вводу/виводу.

8-бітний АЛП може виконувати арифметичні операції додавання віднімання, множення й ділення; логічні операції ТА, АБО, виключне АБО, а також операції циклічного зсуву, інвертування і т.ін. В АЛП є програмно недоступні регістри Т1 і Т2, призначені для тимчасового зберігання операндів, схема десяткової корекції та схема формування ознак.

В АЛП реалізується механізм каскадного виконання найпростіших операцій для реалізації складних команд.

Важливою особливістю АЛП є його здатність оперувати не тільки байтами, але й бітами. Окремі програмно-доступні біти можуть бути встановлені, скинуті, інвертовані, передані, перевірені чи використані в логічних операціях. Ця здатність АЛП оперувати бітами настільки важлива, що в багатьох описах ВЕ51 говориться про наявність у ньому "бульового процесора".

Тактова частота процесора 12 МГц. При цьому забезпечується тривалість машинного циклу 1 мкс. Напруга живлення +5В.

Пам'ять програм (ПЗП ємністю 4Кб), пам'ять даних(ОЗП 128 байт) на кристалі ВЕ51 розділені фізично і логічно, мають окремі механізми адресації. Кожна з них може розширюватися до 64 Кб за рахунок зовнішніх мікросхем.

До складу мікро-ЕОМ входять також пристрій керування та синхронізації, регістри – показчики, два шістнадцятирозрядні таймери/лічильники, регістри паралельних та послідовного портів.

Для відпрацювання програм передбачений пошаговий режим функціонування.

Послідовний порт може функціонувати в чотирьох режимах 0,1,2,3, що відрізняються швидкістю передачі та розрядністю даних, що передаються.

Забезпечуються як внутрішні, так і зовнішні переривання процесора.

Рисунок 8 - Структурна схема ВЕ51.

1. Контрольні питання

1. Призначення однокристальної ЕОМ.

2. Структурна схема 1816 ВЕ51.

3. Призначення виводів мікросхеми 1816 ВЕ51.

4. Порти контролера і їхнє використання при побудові МП системи.

5. Резидентна пам'ять контролера ВЕ51.

6. Можливості розширення адресного простору використовуваного

мікро-ЕОМ ВЕ51.

7. Послідовний інтерфейс мікросхеми 1816 ВЕ51.

8. Система переривань контролера ВЕ51.

2 Рекомендації до виконання завдань практичних занять

Практичні заняття націлені на набуття студентами навичок проектування мікропроцесорних систем. Теми практичних занять охоплюють всю тематику програми дисципліни.

Перелік тем практичних занять

1. Розробка мікропроцесорної системи на базі МПК КР 580.

2. Розробка мікропроцесорної системи на базі МП ВМ 85А.

3. Розробка мікропроцесорної системи на базі МП ВМ 88.

4. Розробка мікропроцесорної системи на базі МП ВМ 86 в min режимі.

5. Розробка мікропроцесорної системи на базі МП ВМ 86 в max режимі.

6. Розробка модуля динамічної пам’яті для функціонування з контролером

ВТ03.

7. Розробка мікропроцесорної системи на базі ОМЕОМ ВЕ 48.

8. Розробка мікропроцесорної системи на базі ОМЕОМ ВЕ 51.

Вихідними даними до розробки можуть бути:

- об'єми і типи ОЗП і ПЗП;

- наявність переривань і прямого доступу до пам'яті;

- кількість керованих об'єктів;

- вид вхідних і вихідних сигналів в системі;

- наявність і тип засобів введення інформації і відображення.

Рекомендації до виконання завдання:

обґрунтувати типи і мікросхеми пам'яті;

обґрунтувати вибір контролерів переривань, прямого доступу до пам'яті та системного контролера;

вибрати адаптери для комунікацій з зовнішніми об’єктами;

запропонувати перетворювачі форми сигналів (ЦАП та АЦП) за наявності аналогових входів-виходів;

забезпечити рішення питань арбітражу в системі;

- визначити розрядність магістралей і ліній зв'язку з об'єктами;

- забезпечити з'єднання елементів системи по основним

функціональним входам-виходам мікросхем;

- забезпечити селекцію (ідентифікацію) пристроїв за допомогою

дешифратора, на входи якого підключені декілька адресних ліній.

Шини і магістралі системи на функціональній схемі можуть зображатися або двома паралельними лініями із стрілками на краю, що визначають напрям передачі інформації, і з цифровою вказівкою розрядності шини (цифра між лініями), або у вигляді однієї лінії із стрілкою (при цьому на лінії ставиться коса риска і кількісне позначення розрядності шини).

Елементи системи на схемі слід розташовувати так, щоб забезпечувалося менше взаємних перетинів шин і окремих ліній.

В підсумку заняття, відповідно до теми, що вивчається, студент повинен обґрунтувати підключення інтерфейсних ВІС, контролерів, зовнішніх пристроїв та модулів статичної або динамічної пам’яті.

Результати роботи треба представити у вигляді ескізу схеми електричної функціональної.

3 курсовЕ проектУвАННЯ

Теми курсових проектів націлені на практичне закріплення знань, одержаних при вивченні дисципліни.

Узагальнене формулювання завдань на курсовий проект має наступний вигляд: «Синтез мікропроцесорної системи управління за заданими вихідними даними». Перелік цих вихідних даних включає:

- тип мікропроцесора;

- об'єми і типи ОЗП і ПЗП;

- наявність переривань і прямого доступу до пам'яті;

- кількість керованих об'єктів;

- вид вхідних і вихідних сигналів в системі;

- наявність і тип засобів введення інформації і відображення.

3.1 Рекомендації до розробки проекту:

По заданим функціям і складу системи:

- вибрати і обґрунтувати типи мікросхеми пам'яті, контролери переривань, прямого доступу до пам'яті, клавіатури, дисплея та системний контролер, адаптери, перетворювачі форми сигналів (ЦАП та АЦП) за наявності аналогових входів-виходів, а також забезпечити рішення питань арбітражу в системі;

- визначити розрядність магістралей і ліній зв'язку з об'єктами;

- забезпечити з'єднання елементів системи по основним функціональним входам-виходам мікросхем. Більшість елементів системи з’єднані з мікропроцесором по шині даних (безпосередньо або через стандартні адаптери введення-виведення). Селекція (ідентифікація) більшості пристроїв забезпечується за допомогою дешифратора, на входи якого підключені декілька адресних ліній;

- на схему електричну функціональну повинні бути нанесені наступні основні вузли: генератор, процесор, співпроцесори (якщо є за завданням), мікросхеми пам'яті, периферійні мікросхеми, дешифратори адрес зовнішніх пристроїв та мікросхем пам'яті;

- шини і магістралі системи на функціональній схемі можуть зображатися або двома паралельними лініями із стрілками на краю, що визначають напрям передачі інформації, і з цифровою вказівкою розрядності шини (цифра між лініями), або у вигляді однієї лінії із стрілкою (при цьому на лінії ставиться похила риска і кількісне позначення розрядності шини);

- елементи системи на схемі слід розташовувати так, щоб забезпечувалися менше взаємних перетинів шин і окремих ліній;

- сформувати таблицю адрес пристроїв вводу-виводу (табл.2) і таблицю адрес мікросхем пам’яті (табл.3);

Таблиця адрес пристроїв вводу-виводу вказує адреси периферійних мікросхем. Знак "x" означає, що на цьому місці може стояти будь-яка цифра. Це пов'язане з тим, що на входи дешифратора подаються тільки певні 4 біти із шини адреси (А7-А4), що їх дешифрує і з виходів видає активний сигнал CS на відповідну мікросхему пристроїв вводу-виводу. Наприклад, активний сигнал CS з дешифратора прийде на мікросхему DD30 у тому випадку, якщо на шині адреси з'явиться значення від 00H до 0FH (значення адреси наведене у шістнадцятирічній системі ). Відповідно мікросхема DD30 сигналом CS буде активізована і готова до обміну даними між мікропроцесорною системою та зовнішнім пристроєм. Дешифратор будується на базі однієї мікросхеми, наприклад, КР555ИД7.

Таблиця 2. Таблиця адрес ПВВ.

Адреса		Сигнал CS	Поз. позн.	Тип м/сх
A7-A0	Hex
0000 хххх	0x	CS0	DD30	К580ВВ55
0001 хххх	1x	CS1	DD31	К580ВВ55
0010 хххх	2x	CS2	DD32	К580ВВ51
0011 хххх	3x	CS3	DD37	К580ВТ57
0100 хххх	4x	CS4	DD38	К580ВВ79
0101 xxxx	5x	CS5	DD39	К580ВГ75
0110 xxxx	6x	CS6	DD40	К580ВН59
1000 0000	8x	CS7	DА1	К1108ПА2

Таблиця адрес вибірки мікросхем пам‘яті аналогічна таблиці адрес ПВВ з тією лише відмінністю, що в стовбець адреси записуються не тільки молодші 8 біт адрес (А7-А0), а й старші. У таблиці 3 наведений приклад такого запису з умовою того, що обрано мікросхему обсягом 4 Кбайт, і загальний обсяг ОЗП становить 28 Кбайт. Тому потрібно використовувати 7 мікросхем пам’яті об’ємом по 4 Кбайт кожна, а щоб інформація під час звертання процесора до пам’яті не потрапляла завжди тільки до однієї мікросхеми, або до всіх одночасно, треба обирати мікросхеми послідовно за допомогою дешифратора.

Таблиця 3. Таблиця вибірки мікросхем пам’яті

Адреса		Сигнал CS (от дешифратора)	Поз. позн.
A15-A0	Hex
0000 хххх хххх хххх	0xxx	CS10	DD50
0001 хххх хххх хххх	1xxx	CS11	DD51
0010 хххх хххх хххх	2xxx	CS12	DD52
0011 хххх хххх хххх	3xxx	CS13	DD53
0100 хххх хххх хххх	4xxx	CS14	DD54
0101 xxxx хххх хххх	5xxx	CS15	DD55
0110 xxxx хххх хххх	6xxx	CS16	DD56

Результати проектування подаються у вигляді структурної схеми електричної та пояснювальної записки з коротким обґрунтуванням ухвалених рішень по використовуваним пристроям і системі в цілому, обсягом до 20 сторінок.

Перелік питань на захист курсового проекту:

- призначення вузлів розробленої мікропроцесорної системи;

- призначення керуючих сигналів: пристрій, що ці сигнали формує, адресат відповідного сигналу та призначення;

- пояснити формування сигналів вибірки CS для мікросхем пам'яті і пристроїв вводу-виводу;

- пояснити, як заповнюються таблиці 2-3 курсового проекту;

- описати процес реалізації основних циклів процесора з визначенням усіх сигналів, що при відповідному циклі формуються;

- описати процес обслуговування переривань з визначенням усіх сигналів, що при цьому формуються;

- описати процес захоплення з визначенням усіх сигналів, що при цьому формуються;

- пояснити функціонування процесора в режимі «останов».

3.2 Варіанти вихідних даних на розробку проекту

Таблиця 4

№ Вар.	Тип МП	Ємність ПЗП, Кб	Ємність ОЗП,Кб	Тип ОЗП	Кількість керуємих пристроїв	Кількість пристроїв з ПДП	Кіл. зовнішніх переривань	Вид вхідного сигналу	Вид вихідного сигналу	Відстань до пристроїв, м	Клавіатура	Індикація	Дисплей
1	86	8	512	ст.	4	4	4	4а	ц	5	+	-	+
2	80А	3	60	ст.	3	3	2	3ц	3а	2	+	+	-
3	51	26	48	ст.	7	-	1	1а+6ц	ц	5	+	+	-
4	86+87+89	54	256	дин.	2	2	2	2ц	2а	4	+	-	+
5	85А	7	62	ст.	5	3	3	5ц	4ц+1а	5	+	+	-
6	88	5	500	дин.	9	7	9	2а+7ц	ц	5+1*1200	+	-	+
7	86+89	3	500	дин.	8	2	7	8ц	7ц+1а	5+1*1200	+	+	-
8	80А	16	48	дин.	1	1	1	ц	ц	1500	+	+	-
9	86	56	200	ст.	5	5	4	5ц	1а+4ц	4	+	+	-
10	31	3,6	48	ст.	1	-	1	а	ц	2000	+	+	-
11	86+87	42	200	дин.	5	3	2	ц	ц	2	+	-	+
12	86	14	580	ст.	4	2	4	1а+3ц	ц	5+1*1200	+	-	+
13	88	140	540	дин.	6	2	4	6ц	3ц+3а	5	+	-	+
14	85А	10	50	дин.	2	2	2	1а+1ц	ц	5	+	+	-
15	86+89	12	200	дин.	7	2	6	4а+3ц	2а+5ц	5	+	-	+
16	86+87	14	220	ст.	2	1	2	2а	2ц	5	+	-	+
17	48	1,2	32	ст.	2	-	1	2ц	1а+1ц	5	+	+	-
18	31	18	40	ст.	3	-	2	2ц+а	2ц+а	5	+	+	-
19	80А	20	36	ст.	2	2	1	1ц+1а	1ц+1а	5+1500(ц)	+	+	-
20	88	10	500	дин.	4	4	4	ц	2ц+2а	5+1500(ц2)	+	-	+
21	85А	8	52	ст.	2	1	2	ц	1ц+1а	5	+	-	-
22	86	4	500	дин.	2	1	2	2а	2ц	5	+	-	+
23	86+87	12	500	дин.	4	1	4	1а+3ц	4ц	5	+	-	+
24	51	32	50	ст.	4	-	1	ц	ц	5+1500(1)	+	+	-
25	86	16	480	ст.	8	8	6	2а+6ц	ц	3+2000(1)	+	-	+
26	86+89	28	480	дин.	3	1	3	3ц	1а+2ц	2	+	-	+
27	51	48	64	ст.	5	-	1	ц	ц	2+2000(1)	+	-	-
28	31	20	28	ст.	2	-	1	ц	ц+а	5	+	-	-
29	86+89	18	256	ст.	6	2	5	ц	5ц+а	2	+	-	+
30	88	22	360	дин.	3	3	3	1а+2ц	1ц+2а	2	+	+	-

Продовженнятаблиці4

№ Вар.	Тип МП	Ємність ПЗП, Кб	Ємність ОЗП,Кб	Тип ОЗП	Кількість керуємих пристроїв	Кількість пристроїв з ПДП	Кіл. зовнішніх переривань	Вид вхідного сигналу	Вид вихідного сигналу	Відстань до пристроїв, м	Клавіатура	Індикація	Дисплей
31	48	2	256б	ст.	1	-	1	ц	а	5	+	-	-
32	86	16	312	ст.	6	6	3	1а+5ц	1а+5ц	5	+	-	+
33	85А	3	52	дин.	6	2	2	ц	1а+5ц	5	+	+	-
34	88	140	128	дин.	6	2	4	6ц	3ц+3а	5	+	-	+
35	80А	6	54	ст.	4	4	4	ц	1а+3ц	5+1500(1)	+	+	-
36	86	4	320	дин.	3	3	3	1а+2ц	1а+2ц	5	+	-	+
37	86	46	440	дин.	3	3	2	2а+1ц	2а+1ц	2	+	-	+
38	80А	6	48	ст.	7	3	3	1а+6ц	7ц	5+2000(1)	+	+	-
39	51	64	60	ст.	6	-	2	ц	ц	3+2000(2)	+	+	-
40	86	28	480	дин.	7	5	6	3а+4ц	ц	5	+	-	+
41	48	1	240б	ст.	1	-	1	1а	1а	1200	+	+	-
42	86-87	12	500	дин.	2	1	2	2а	2ц	5	+	-	+
43	31	12	56	ст.	4	-	2	а+3ц	а+3ц	2	+	+	-
44	85А	10	50	дин.	2	2	2	2а	2ц	5	+	+	-
45	86+89	12	500	дин.	7	2	6	4а+3ц	2а+5ц	5	+	-	+
46	88	12	460	дин.	7	6	6	ц	3а+4ц	5	+	-	+
47	86+87+89	4	500	дин.	5	2	5	1а+4ц	2а+3ц	5	+	-	+
48	86+87+89	20	128	дин.	6	1	6	4а+2ц	6ц	5+1500(1)	+	-	+
49	86	4	256	дин.	9	4	9	ц	ц	5+2000(1)	+	-	+
50	48	1,8	160б	ст.	3	-	1	ц	2ц+1а	4	+	+	-
51	86+87	6	280	дин.	6	1	6	3а+3ц	ц	5	+	-	+
52	31	60	56	ст.	6	-	2	1а+5ц	ц	5+1500(1)	+	+	-
53	86	8	580	ст.	4	4	4	4а	4ц	5	+	-	+
54	80А	3	60	ст.	3	3	2	3ц	3а	2	+	+	-
55	51	26	48	ст.	7	-	1	1а+6ц	7ц	5	+	+	-
56	86+87+89	12	375	дин.	2	2	2	2ц	2а	4	+	-	+
57	85А	7	62	ст.	5	3	3	5ц	4ц+1а	5	+	+	-
58	88	5	500	дин.	9	7	9	2а+7ц	9ц	5+2000(1)	+	-	+
59	86+89	3	128	дин.	8	2	7	ц	7ц+1а	5+2000(1)	+	+	-
60	85А	14	36	дин.	8	2	6	8ц	8ц	5+1500(1)	+	+	-

Пояснення до табл.4.

У графі "Тип МП" вказується тип мікропроцесора, на базі якого необхідно розробити мікропроцесорну систему.

У графах "Ємність ОЗП" та "Ємність ПЗП" вказується ємність пам'яті розроблювальної системи.

"Тип ОЗП" - вказується тип мікросхем пам'яті, на базі яких повинен бути побудований ОЗП: "Ст" - статичні, "Дин" - динамічні. Наявність динамічної пам'яті вимагає введення до складу системи контролера динамічної пам'яті.

"Клавіатура", "Індикація", "Дисплей" - для організації обміну із цими пристроями використовуються контролер клавіатури КР580ВВ79 або дисплея КР580ВГ75.

"Зовнішні пристрої" (ЗП).

"Відстань до об'єкта, м." - якщо ЗП розташовується на невеликій відстані (одиниці метрів), то для зв'язку з об'єктом керування варто вибирати мікросхему КР580ВВ55, якщо відстань більше 10 метрів - тоді КР580ВВ51.

Якщо для зв'язку з ЗП потрібен цифровий сигнал, то як вихідні буфери варто використати мікросхеми КР580ВВ55 або КР580ВВ51. Якщо аналоговий - необхідно сигнал із шини даних направляти через КР580ВВ55 на мікросхеми ЦАП, або АЦП (якщо аналоговий сигнал вхідний).

РЕКОМЕНДОВАНІ ПОСІБНИКИ

ОСНОВНІ

1. Артюхов В. Г. и др. Проектирование электронно-вычислительной

аппаратуры: Справочник. -К.: Техника, 1988. -263с.

2. Самофалов К. Т, Викторов О.В., Кузняк А. К.

Микропроцессоры. Техника, 1986.-278С.

3. Казаринов Ю.М. и др. Микропроцессорный комплект К 1810.

Структура, программирование, применение. Справочная книга. -М.:

Высшая школа, 1990. -269с.

4. Сташин В.В._, Урусов А.В, Мологонцева О.Ф. Проектирование

цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах.-М.:

ДОПОМІЖНІ

5. Балашов Е.П и др. Микро- и мини-ЭВМ: Учебное .пособие для

вузов. -Л.: Энергоатомиздат, 1984. -3 76с.

6. Башков Е.А. Аппаратное и программное обеспечение зарубежных

микро- ЭВМ: Учебное пособие. -К.: Вища школа, 1990. -207с.

7. Вершинин О.Е. Применение микропроцессоров для

Автоматизации технологических процессов. -Л.: Энергоатомиздат,

1986.-208с.

8. Евреинов Э.В. и др. Цифровая и вычислительная техника: Учебник для

вузов. -М.: Радио и связь, 1991. -464с.

9. Каган Б.М. Сташин В. В. Основы проектирования

микропроцессорных устройств автоматики. -М.: Энергоатомюдат,

1987. -304с.

10. Калабеков Б. А., Мамзелев И.А. Цифровые устройства

и микропроцессорные системы. "М.: Радио и связь, 1987. -400с.

11. Корячко В. П. Микропроцессоры и микро-ЭВМ

в радиоэлектронных средствах: Учебник для вузов. -М.: Высшая

школа, 1990. -407с.

12. Лихтциндер Б. Я., Кузнецов В. И. Микропроцессоры и

вычислительные устройства в радиоэлектронике: Учебное пособие.

-К.: Вища школа, 1988. -272с.

13. Молчанов А. А. и др. Справочник по микропроцессорным

устройствам -К.: Техника, 1987. -288с.

14.Мячев А. А., Иванов В. В. Интерфейсы вычислительных систем на

базе мини- и микро-ЭВМ. -М.: Радио и связь, І986.-248с.

15.Мячев А. А. Мини- и микро-ЭВМ систем обработки

информации. Справочник. -М.: Энергоатомиздат, 1991. -304 с.

16. Нестеров В.Ф. и др. Под ред. Преснухина Л. Н. Архитектура и проектирование микро-ЭВМ. Организация вычислительных процессов: Учебник для вузов. -М.: Высшая школа, 1986. -495с.

17. Угрюмов Е.П Проекгирование элементов и узлов ЭВМ: Учебное

пособие. –М.: Высшая школа, І987.-318с.

18. Хвощ С.Т._, Варлинский И.Н., Попов Е.А. Микропроцессоры и

микро-ЭВМ в системах автоматического управления: Справочник.

-Л:Машиностроение,1987.-640

19. Циделко В.Д. и др. Проектирование микропроцессорных

измерительных приборов и систем. - К.: техніка, 1984.-215с.

20.Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные

решения: Справочник. -М: Радио и связь, 1990.-512с.

21. Якубовский С.В. и др. Цифровые и аналоговые интегральные

микросхемы. - М.: Радио и связь, 1989.-496с.

22.Щелкунов Н.Н., Дианов А.П. Микропроцессорные средства и

системы. -М.:Радио и связь, 1989.-288с.

НАВЧАЛЬНО - МЕТОДИЧНІ

23. Романов Л.Г., Попов С., Жеравова А. Микропроцессорная техника.

Часть первая. Конспект лекций для студентов ЗГИА. РИО ЗГИА, 2005.

24. Романов Л.Г., Попов С., Жеравова А. Микропроцессорная техника.

Часть вторая. Конспект лекций для студентов ЗГИА. РИО ЗГИА, 2005.

ЗМІСТ

Вступ……………………………………………………………………….3

1. Лабораторні роботи……………………………………………………..5

   1. Лабораторна робота №1………………………………………………6

   2. Лабораторна робота №2………………………………………………9

   3. Лабораторна робота №3……………………………………………..13

   4. Лабораторна робота №4……………………………………………..16

   5. Лабораторна робота №5……………………………………………..20

   6. Лабораторна робота №6……………………………………………..24

   7. Лабораторна робота №7……………………………………………..26

   8. Лабораторна робота №8……………………………………………..30

2. Рекомендації до виконання завдань практичних занять…………….33

3. Курсове проектування…………………………………………………35

   1. Рекомендації до розробки проекту………………………………….35

   2. Варіанти вихідних даних на розробку проекту…………………….38

4. Рекомендовані посібники………………………………………………42

44