МК

МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ ЛЬВІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

МІКРОКОНТРОЛЕРИ

І

МІКРОКОНТРОЛЕРНІ СИСТЕМИ

ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ

Допущено методичною радою для підготовки студентів освітньо-кваліфікаційного рівня “Бакалавр” спеціальності 6.091901 - енергетика сільськогосподарського виробництва у вищих навчальних закладах III-IV рівнів акредитації

ЛЬВІВ 2008

4

ББК 32.973-02я73 М42 УДК 681.3(075.8)

Автори:

В.Т. Дмитрів, В.М. Ванько, С.М. Кондур, В.І. Банга, М.І. Михайлецький, Ю.М. Лаврик, С.О. Думич

Рецензенти:

Я. Ю. Марущак, д. т. н., професор кафедри електроприводу та автоматизації промислових установок (Національний університет “Львівська політехніка”);

В.Т. Якимець, к. т. н., доцент кафедри електротехнічних систем (Львівський національний аграрний університет)

М42 В.Т. Дмитрів, В.М. Ванько, С.М. Кондур, В.І. Банга, М.І. Михайлецький, Ю.М. Лаврик, С.О. Думич Мікроконтролери і мікроконтролерні системи: Лабораторний практикум. – Львів: ЛНАУ,

2008. – 139с.

У практикумі викладено матеріал для виконання лабораторних робіт з мікро-ЕОМ і мікроконтролерних систем, подано характеристики, системи команд, порядок їх запису та виконання як для однокристальних мікро-ЕОМ, так і для мікроконтролерів групи AVR. Наведено лабораторні роботи, що стосуються введеннявиведення даних, виконання арифметичних операцій, приклади під’єднання пристроїв вводу-виводу, а також розглянуто особливості роботи мікро-ЕОМ із зовнішніми пристроями.

Для студентів енергетичних спеціальностей освітньокваліфікаційного рівня “бакалавр”.

ББК 32.973-02я73

Львівський національний аграрний університет, 2008

5

ЗМІСТ

Передмова…………………………………………………………..……4

Техніка безпеки під час виконання лабораторних робіт……….……..6

Лабораторна робота №1 Ознайомлення з роботою мікро-ЕОМ………………………….………8

Лабораторна робота №2 Вивчення системи команд 8-розрядного процесора…………………15

Лабораторна робота №3 Вивчення системи команд однокристальної мікро-ЕОМ……………31

Лабораторна робота №4

Вивчення системи команд мікроконтролерів групи AVR…………..42

Лабораторна робота №5 Запис і виконання простих програм………………………………..…61

Лабораторна робота №6 Введення і виведення, маскування даних та організація

умовних переходів………………………………………………..……68

Лабораторна робота №7 Підпрограма і стек……………………………………..………………80

Лабораторна робота №8 Виконання арифметичних операцій………………………………..…93

Лабораторна робота №9 Під’єднання дисплея і клавіатури до мікро-ЕОМ………………..…109

Лабораторна робота №10 Дослідження осцилограм сигналів мікро-ЕОМ…………………….126

Лабораторна робота №11 Робота мікро-ЕОМ із зовнішніми пристроями.………………..……132

6

ПЕРЕДМОВА

Створення мікропроцесорів (МП) є великим досягненням мікроелектроніки та обчислювальної техніки, оскільки МП одночасно є елементом електронної техніки та одним з основних блоків обчислювальної машини, а саме процесором, призначення якого – виконувати дві основні функції:

1)обробка цифрової інформації;

2)управління процесом обробки інформації та роботою решти вузлів обчислювальної машини.

На початку передбачалося використовувати мікропроцесори виключно для побудови засобів обчислювальної техніки. Для цього, власне, мікро-

процесор і розроблявся. Однак згодом стало зрозуміло, що мікропроцесори можуть використовуватись і в технічних пристроях автоматики, інформаційно-

вимірювальної техніки, радіоелектроніки тощо, алгоритм роботи яких характеризується так званою жорсткою логікою роботи, що задається апаратними (технічними) засобами. При цьому кількість корпусів мікросхем значно зменшується. Крім того, з'являється можливість надати цим пристроям нових функцій, реалізація яких за "жорсткої" логіки роботи була недоцільною,

бо суттєво ускладнювалися як самі пристрої, так і процес їх виготовлення й налагодження.

Як елемент з програмованою логікою роботи, тобто такий, що змінює свої робочі функції під дією зовнішніх сигналів (команд), МП вимагає для забезпечення своєї роботи інших елементів, зокрема, елементів пам'яті, в яких би зберігались команди, адреси й дані, а також технічних засобів, призначених для узгодження його роботи з іншими елементами пристрою чи системи. Усі необхідні засоби виконуються у вигляді мікросхем, які можуть входити до складу відповідних мікропроцесорних комплектів (МПК) тієї чи іншої серії.

Використання МП для побудови пристрою чи системи призводить до того,

що структура пристрою стає універсальною, тобто стандартною. Крім того, МП

4

надає пристроєві гнучкості, яка полягає в тому, що зміна функції пристрою досягається зміною програми, яка записана в його пам'яті, а простіше – заміною одного елемента пам'яті іншим, в якому записана відповідна програма.

Стандартизацією структури можна скоротити час і зменшити вартість проектування.

Проектування пристроїв на основі того чи іншого МП має свої особливості. Однак вважається, що для розуміння та успішного освоєння основних принципів використання МП для побудови технічних пристроїв достатньо навчитися використовувати якийсь один тип, а ще краще, якщо це буде кілька мікропроцесорів, але однієї фірми. В такому разі полегшується засвоєння системи команд мікропроцесорів вищої розрядності, оскільки вона значною мірою містить систему команд мікропроцесора нижчої розрядності.

Тому в цьому лабораторному практикумі "базовими" мікропроцесорами вибрано МП лідера у цій галузі – американської фірми Іntel, які набули широкої популярності. Оскільки сучасні МП є виробами зі складною структурою й розвинутою системою команд, на вивчення яких необхідно значно більше часу, ніж це передбачено програмою, в лабораторному практикумі поряд із загальними відомостями про сучасні МП розглядаються 8-

та 16-розрядні мікропроцесори, такі як Іntel 8080, Іntel 8085, Іntel 8086/88 та мікроконтролер МС8-51 (у вітчизняному виконанні це МП К580ВМ80 або КР580ИК80А, КМ1821ВМ85, КР1810ВМ86/88 та мікроконтролер К1816ВЕ51),

методичні відомості про технічні та програмні засоби яких подаються з достатньою повнотою. Методичні рекомендації щодо їх використання є загальними і базовими для МП різних типів. Автори сподіваються, що видання допоможе студентам освоїти загальні підходи і особливості, властиві будь-яким МП і мікропроцесорним комплектам під час створення нових програмно-технічних засобів.

5

ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ ПІД ЧАС ВИКОНАННЯ

ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

Охорона праці регламентується низкою положень, законодавчих актів,

стандартів, правил і санітарних норм. Відповідно до цих документів у кожному вузі розробляється "Положення з охорони праці та техніки безпеки", в якому визначаються відповідальні особи за виконання регламентованих вимог. Одним із найважливіших заходів профілактики виробничого травматизму є інструктаж щодо умов і навчання безпечним прийомам праці при виконанні лабораторних та практичних робіт.

Перед початком лабораторних робіт студенти одержують інструктаж з питань безпечних методів роботи в лабораторіях кафедри, вивчають правила користування пристроями та індивідуальними засобами захисту. Перед початком заняття на новому робочому місці проводиться додатковий інструктаж, в якому звертається увага на особливості охорони праці при виконанні конкретних лабораторних робіт. Проходження інструктажу студентами реєструється у спеціальному журналі, який зберігається на кафедрі.

Інструктаж на робочому місці є основним заходом для практичного засвоєння студентами правильних навичок роботи на лабораторних установках,

норм і правил з техніки безпеки.

Відповідно до інструктажу на робочому місці студент повинен виконувати такі вимоги з охорони праці:

1.Ознайомитись з призначенням і технологічним процесом конкретної установки, що вивчається, а також організацією робочого місця;

2.Виявити небезпечні зони та ситуації, що можуть виникнути під час роботи. Ознайомитись з приладами та інструментами, які використовуватимуться під час роботи, правилами їх застосування;

3.Засвоїти безпечні прийоми виконання програми роботи і вивчити інструкції з техніки безпеки;

6

4. Ознайомитись з наявними виходами та проходами, прийнятими звуковою та світловою сигналізаціями, правилами протипожежної безпеки і поведінки у лабораторіях та навчальних приміщеннях.

Загальні правила техніки безпеки

У процесі виконання лабораторних робіт комплекти, машини, прилади та інше обладнання дозволяється вмикати тільки з дозволу викладача після вивчення їх будови, принципу дії та правил експлуатації.

Студентам не дозволяється самостійно здійснювати будь-який ремонт,

монтаж або демонтаж обладнання, приладів та апаратури.

Перед початком лабораторної роботи серед студентів ланки необхідно призначити відповідального за пуск і зупинку машини.

Освітлення робочого місця повинно бути достатнім для безпечної роботи студентів. Проходи біля лабораторних стендів, установок повинні завжди бути вільними, а підлога – суха й чиста.

7

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

ОЗНАЙОМЛЕННЯ З РОБОТОЮ МІКРО-ЕОМ

Мета роботи: ознайомлення зі структурою навчальної мікро-ЕОМ, картою пам'яті, органами управління і режимами роботи.

Обладнання, прилади та інструменти: Навчальна мікро-ЕОМ (НМК),

осцилограф.

Загальні відомості

Після ввімкнення навчальної мікро-ЕОМ або натиснення клавіші початкової установки R програмний лічильник мікропроцесора (МП) обнулюється і виконання програми розпочинається з нульового елемента пам'яті, де записані програми тестування вузлів мікро-ЕОМ.

Після виконання тестування проводиться початкове установлення всіх внутрішніх програмно-доступних регістрів МП. Воно полягає в тому, що в програмний лічильник записується число 0800 (адреса першої комірки ОЗП), в покажчик стеку – число ОВВО, а інші регістри MП обнулюються.

Порядок виконання лабораторної роботи

1.Ознайомитись з описом навчальної мікро-ЕОМ.

2.Ознайомитись з типовою мінімальною структурою мікро-ЕОМ, методами організації магістралей, під’єднання пам'яті і зовнішніх пристроїв до магістралей.

3.Вивчити алгоритм роботи керуючої програми і можливі режими роботи (рис. 1).

4.Розглянути роботу МП в режимі очікування і стан магістралей мікро-

ЕОМ під час цього.

5. Вивчити внутрішні регістри МП КР580ВМ80 і тимчасові діаграми

виконання команд.

Завдання до лабораторної роботи

Завдання 1. Дослідити порядок увімкнення мікро-ЕОМ.

8