книги / Вычислительная техника и информационные технологии. Цифровые автоматы и микроконтролеры. Руководство к лабораторным работам в системе PROTEUS 7.2 SP6
.pdfФедеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский государственный технический университет»
С.Ф. ТЮРИН
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ.
ЦИФРОВЫЕ АВТОМАТЫ И МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ
Руководство к лабораторным работам в системе PROTEUS 7.2 SP6
Рекомендовано УМО по образованию в области телекоммуникаций в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов 210400 – Телекоммуникации
Издательство Пермского государственного технического университета
2010
УДК 621.399
Т98
Рецензенты:
д-р техн. наук, проф. Э.Г. Нелюбин
(ООО «Парма-Телеком»);
д-р физ.-мат. наук, проф. А.В. Частиков
(Вятский государственный университет)
Тюрин, С.Ф.
Т98 Вычислительная техника и информационные техноло-
гии. Цифровые автоматы и микроконтроллеры. Руководство к лабораторным работам в системе Proteus 7.2 SP6: учебно-метод. пособие / С.Ф. Тюрин. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2010. – 135 с.
ISBN 978-5-398-00371-0
Включает материал лабораторных занятий, а также задания для практических занятий и самостоятельной работы.
Предназначено для студентов, изучающих дисциплину «Вычислительная техника и информационные технологии». Также может быть использовано студентами, изучающими дисциплины «Аппаратные средства вычислительной техники», «Микропроцессорные средства систем управления», «Основы схемотехники (цифровая схемотехника)».
УДК 621.399
ISBN 978-5-398-00371-0 |
© ГОУ ВПО |
|
«Пермский государственный |
|
технический университет», 2010 |
СОДЕРЖАНИЕ |
|
ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................... |
4 |
Лабораторная работа № 1. Моделирование микроконтроллера 80C51 |
|
в системе Proteus 7.2 SP6 .................................................................................... |
5 |
1.1. Краткие сведения о программном продукте Proteus 7.2 SP6 ............... |
5 |
1.2. Моделирование микроконтроллера 80С51............................................ |
6 |
Лабораторная работа № 2. Разработка типовых программ для |
|
микроконтроллера 80С51 в системе Proteus 7.2 SP6 ........................................ |
18 |
2.1. Арифметические операции с двоично-десятичными цифрами................. |
18 |
2.2. Умножение............................................................................................... |
19 |
2.3. Деление .................................................................................................... |
19 |
2.4. Логические операции.............................................................................. |
19 |
2.5. Операции с битами.................................................................................. |
19 |
2.6. Реализация временной задержки программно...................................... |
20 |
2.7. Реализация временной задержки с помощью таймера......................... |
23 |
2.8. Реализация прерываний.......................................................................... |
29 |
2.9. Передача информации по последовательному порту........................... |
32 |
Лабораторная работа № 3. Разработка программы распознавания |
|
последовательности срабатывания двоичных датчиков для |
|
микроконтроллера 80С51 в системе Proteus 7.2 SP6 ........................................ |
39 |
3.1. Синтез последовательностного автомата-распознавателя |
|
последовательности....................................................................................... |
39 |
3.2. Написание программы и получение таблицы констант |
|
для программы ПЛА...................................................................................... |
40 |
3.3. Построение схемы и моделирование в Proteus ..................................... |
45 |
Лабораторная работа № 4. Синтез и исследование |
|
микропрограммного устройства управления на «гибкой» логике.................. |
49 |
4.1. Синтез микропрограммногоустройства управления на основе ПЗУ........... |
49 |
4.2. Синтез микропрограммного устройства управления |
|
на основе ПЗУ и мультиплексора................................................................. |
62 |
Лабораторная работа № 5. Разработка и исследование МПУУ с двумя |
|
типами микрокоманд........................................................................................... |
71 |
5.1. Краткие теоретические сведения........................................................... |
71 |
5.2. Синтез блока управления........................................................................ |
73 |
5.3. Построение схемы и моделирование в Proteus ..................................... |
74 |
Лабораторная работа № 6. Синтез автомата-распознавателя заданной |
|
последовательности на ПЗУ............................................................................... |
78 |
Лабораторная работа № 7. Реализация и моделирование заданной |
|
ГСА с помощью программы ПЛА ..................................................................... |
83 |
ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................................... |
93 |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ................................................................................... |
134 |
3
Введение
В дисциплине «Вычислительная техника и информационные технологии» большое внимание уделяется микропроцессорам и микроконтроллерам. Изучение таких средств вычислительной техники в настоящее время обеспечивается современными программными продуктами – системами схемотехнического моделирования. Одной из таких широко используемых систем является Proteus 7.2 SP6, позволяющий моделировать цифровые устройства, микропроцессорные системы и микроконтроллеры.
Разработанные автором лабораторные работы ориентированы на реализацию, в основном, цифровых автоматов и содержат подробные пошаговые описания рассмотренных простых примеров с соответствующими иллюстрациями.
Имеется достаточное количество вариантов заданий для лабораторных работ, практических занятий и самостоятельной работы студентов. В приложениях приведен обширный справочный материал по микроконтроллеру 80С51 – система команд, описание регистров, таймеров и т.д.
4
Лабораторная работа № 1*
Моделирование микроконтроллера 80C51
всистеме Proteus 7.2 SP6
1.1.Краткие сведения о программном продукте
Proteus 7.2 SP6
В настоящее время появилось большое количество про- грамм-симуляторов, заменяющих реальную радиоэлектронную аппаратуру и приборы виртуальными моделями. Симуляторы позволяют без сборки реального устройства отладить работу схемы, найти ошибки, полученные на стадии проектирования, снять необходимые характеристики и многое другое.
Одна из таких программ называется Proteus VSM. Симуляция радиоэлементов – не единственная способность программы.
Proteus VSM, созданная фирмой Labcenter Electronics на основе ядра SPICE3F5 университета Berkeley, является так называемой
средой сквозного проектирования. Это означает создание устрой-
ства, начиная с его графического изображения (принципиальной схемы) и заканчивая изготовлением печатной платы устройства, с возможностью контроля на каждом этапе производства.
Proteus VSM позволяет производить отладку как простейших аналоговых устройств, так и сложных систем, созданных на микроконтроллерах. Главное преимущество данного программного продукта перед другими симуляторами электронных устройств – это то, что ни один другой симулятор не позволяет производить отладку такого количества микроконтроллеров и микропроцессоров. В данном аспекте у Proteus VSM просто не существует конкурентов, т.к. он наиболее реалистично способен эмулировать работу столь сложных устройств. Пользователю доступна огромная библиотека моделей элементов, пополнять которую может сам пользователь, естественно, для этого нужно досконально знать работу элемента и уметь программировать. Имеется достаточный набор инструментов и функций, среди
* Материал подготовлен при участии студента О.А. Громова
5
которых вольтметр, амперметр, осциллограф, всевозможные генераторы, способность отлаживать программное обеспечение микроконтроллеров и многие другие средства.
Proteus VSM состоит из двух самостоятельных программ – ISIS и ARES. ARES – это трассировщик печатных плат с возможностью создания своих библиотек.
1.2. Моделирование микроконтроллера 80С51
1.2.1. Создание схемы
Запустите программу Proteus 7.2 SP6, кликнув на значок ISIS 7 Professional (рис. 1.1):
Появится наборное поле (рис. 1.2). Самое большое пространство отведено под окно редактирования Edit Window – наборное поле с многочисленными точками. Именно в нем происходят все основные процессы создания, редактирования и отладки схемы устройства.
Рис. 1.1. Ярлык программы
Proteus 7.2 SP6
Рис. 1.2. Наборное поле
6
Все элементы находятся в библиотеке компонентов. Чтобы попасть туда, перейдем в режим Component («Компоненты»), нажав соответствующую пиктограмму-треугольник 
(рис. 1.3).
Рис. 1.3. Выбор библиотеки компонентов
Теперь либо щелкнув по пиктограмме Р (Pick devices), либо дважды щелкнув левой кнопкой в поле выбора компонентов Object Selector, мы попадем в библиотеку компонентов. Выбираем сначала Microprocessor ICs, затем 80С51 (микроконтроллер 51 серии, по отечественной классификации 1816 ВЕ51)(рис. 1.4).
Рис. 1.4. Выбор микропроцессора
7
Нажимаем ОК и, щелкнув левой кнопкой мыши, устанавливаем микроконтроллер на наборное поле (рис. 1.5):
Рис. 1.5. Установка микроконтроллера на наборное поле
Слева вверху – маленькое окно предварительного просмотра Overview Window (рис. 1.6). С его помо-
щью можно перемещаться по окну редактирования (щелкая левой кнопкой мыши по окну предварительного просмотра, мы перемещаем окно редактирования по схеме, если, конечно, схема не вмещается в окно).
Подключаем к микроконтроллеру внешнее оборудование: кварцевый резонатор CRYSTAL, двухпозиционные переключатели SW-SPDT и све-
тодиоды LED-GREEN.
Для подсоединения элемента к схеме поместите курсор на вывод элемента, на конце курсора появится квадрат, показывающий, что соединение возможно. Щелкните левой кнопкой, пе-
8
редвиньте курсор к другому элементу – появится тонкая линия, показывающая возможные соединения. Когда курсор будет над проводом, вновь появится квадрат. Щелкните левой кнопкой еще раз.
Также необходимыми являются элементы земли и питания. Элементы такого типа (терминалы) выбираются в режиме Terminals Mode (рис. 1.7).
Получим рабочую схему
(рис. 1.8).
Рис. 1.7. Выбор элементов питания
Рис. 1.8. Рабочая схема
Здесь указаны четыре раза символы общей шины и одно подключение к шине питания.
Следует отметить, что модели микроконтроллеров являются несколько упрощенными, они не требуют наличия в виртуальной схеме кварцевого резонатора, системы сброса, наличия сигнала на использования внутренней памяти, но об этом не стоит забывать при переходе от виртуальной модели к реальной.
9
Далее будем работать с этой упрощенной схемой.
Наша задача – написать простые программы и проверить их выполнение.
Как написать и загрузить программу? Рассмотрим один из возможных вариантов.
1.2.2.Программирование проекта
Впапке практических занятий открываем папку «Ассемблер 51» (рис. 1.9).
Рис. 1.9. Открытие рабочего каталога
Создаем файл с расширением .ASM, например Prot1.ASM. В любом текстовом редакторе (WordPad, Notepad) пишем простейшую циклическую программу ввода информации с пор-
та Р1 и вывода ее на порты Р0, Р2, Р3 (рис. 1.10).
Рис. 1.10. Простейшая программа
10