- •Введение
- •Устройство и принцип работы микропроцессорного контроллера
- •Основные понятия и определения
- •Форматы данных
- •Команда
- •Код операции
- •Способы указания адреса
- •Система команд
- •3.1. Обозначения в описаниях команд
- •3.2. Команды перемещения данных
- •Команды арифметических операций
- •Команды логических операций
- •Команды операций над битами
- •Команды передачи управления
- •Работа над заданием
- •Как работать с учебным микроконтроллером ук52–эм02
- •Общие требования и рекомендации к выполнению практики и оформлению отчета
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Южно-Российский государственный технический университет
(Новочеркасский политехнический институт)»
Д.В. Крайнов, Е.А. Попов
ОСНОВЫ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКИ
Методические указания
к вычислительной практике 2
на учебном контроллере УК52-ЭМ02
Новочеркасск
ЮРГТУ (НПИ)
2012
УДК 004.3(076.5)
Рецензент — канд.техн.наук В.П. Гринченков
Крайнов Д.В., Попов Е.А.
Основы микропроцессорной техники: Методические указания
к вычислительной практике 2 на учебном контроллере УК52-ЭМ02. Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ) — Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2012. – с.
Методические указания знакомят студентов с устройством и принципом работы однокристального микропроцессорного контроллера, его системой команд, с основами языка программирования АССЕМБЛЕР и его практического использования для программирования микропроцессорных контроллеров.
Методические указания предназначены для студентов специальности 14060165 «Электромеханика».
УДК 004.3(076.5)
© Южно-Российский государственный
технический университет, 2011
© Крайнов Д.В., Попов Е.А., 2011
Введение
Целью вычислительной практики 2 является формирование у студентов практических навыков по программированию микропроцессорных контроллеров на языке программирования АССЕМБЛЕР.
Практика знакомит студентов с основами языка программирования АССЕМБЛЕР и его практического использования для программирования микропроцессорных контроллеров. Эти знания необходимы для изучения специальных дисциплин базовой подготовки.
Практика подразумевает выполнение каждым студентом индивидуального задания по разработке и отладке рабочей программы согласно алгоритму, включающему в себя арифметические и логические операции, а также заданные способы адресации данных. Студент должен составить блок-схему алгоритма задачи, написать текст программы на языке АССЕМБЛЕР, отладить программу в пошаговом режиме с помощью микропроцессорного контроллера, запустить программу и получить решение задачи с разными вариантами исходных данных.
Практическая отладка и выполнение рабочей программы производится с помощью учебного микропроцессорного контроллера УК52-ЭМ02.
Устройство и принцип работы микропроцессорного контроллера
Микропроцессорный контроллер (МК) или однокристальная микро-ЭВМ -
это вычислительное устройство, предназначенное для обработки информации (данных) представленной в цифровом виде и конструктивно реализованное в виде большой интегральной схемы (БИС). МК имеет в своей структуре все основные элементы, которые входят в состав любого цифрового вычислительного устройства: центральный процессор (ЦП), оперативную (ОЗУ) и постоянную (ПЗУ) память, устройства ввода и вывода данных. На рис.1 показана упрощенная блок-схема вычислительного устройства, с помощью которой рассмотрим принцип его работы.
Основным элементом вычислительного устройства является центральный процессор (ЦП), который выполняет определенный набор арифметических и логических операций над данными, представленных в цифровом двоичном виде. ЦП состоит из арифметико-логического устройства (АЛУ), которое собственно и выполняет операции над данными, и устройства управления и синхронизации (УУС), обеспечивающее управление и синхронизацию ЦП с остальными элементами структуры.
Исходные данные и программа в виде набора команд для реализации алгоритма обработки данных хранятся в ПЗУ и представлены в двоичном виде.
ПЗУ представляет собой регулярную структуру, состоящую из определенного
Рис.1. Блок-схема вычислительного устройства
числа ячеек, в каждой из которых хранится двоичное число определенного формата (числа разрядов). Информация в ПЗУ записывается до начала работы устройства, и в дальнейшем изменяться не может. В процессе обработки данных информации из ПЗУ может только считываться.
ОЗУ предназначено для хранения промежуточных данных, возникающих в процессе работы, а также для хранения данных результата. Имеет структуру похожую на ПЗУ, но обычно меньше по количеству ячеек.
Исходные данные можно ввести с помощью устройства ввода данных, например, клавиатуры, сохранить их в ОЗУ и далее использовать их в процессе работы программы. Данные в ОЗУ могут записываться и считываться в процессе всего времени работы вычислительного устройства.
Результаты работы вычислительного устройства можно с помощью устройства вывода данных увидеть на дисплее, напечатать на бумаге, передать в любое другое цифровое устройство.
Работу вычислительного устройства можно представить в следующем виде. Каждая команда содержит в своем составе так называемый код операции (КОП), который определяет тип выполняемой операции над данными, и содержит указание над какими данными эта операция производится. По сигналам УУС из ПЗУ извлекается очередная команда, которая поступает в УУС и расшифровывается, в результате чего генерируется набор управляющих сигналов, с помощью которых АЛУ выполняет ту или иную операцию. Результат операции может либо остаться в АЛУ, если он необходим для следующей операции, либо записывается в ОЗУ. Далее цикл повторяется – извлекается следующая команда и т.д.
Для выполнения учебного задания практики используется учебный контроллер УК52–ЭМ02, предназначенный для изучения однокристальных микроконтроллеров семейства MSC-51 и для формирования навыков разработки и отладки программ. Контроллер представляет собой аппаратно-программный комплекс, предназначенный для проведения лабораторных и иных учебных работ, и состоит из аппаратной части и программной среды “монитор”. Устройство позволяет вводить и модифицировать учебную программу с клавиатуры, расположенной на лицевой панели. Выполнять программу можно как в непрерывном режиме, так и в пошаговом (отладочном), с возможностью отображения и изменения внутренних регистров контроллера после каждого шага, просматривать и модифицировать содержимое памяти данных (ОЗУ). Необходимая информация может быть отображена с помощью 9-разрядного цифрового индикатора (дисплея).
Программная среда “Монитор” осуществляет управление оборудованием контроллера, обеспечивает диалог с пользователем и управляет процессом выполнения учебной программы. Включает в себя 10 команд.
Учебный контроллер УК52–ЭМ02 разработан на основе микроконтролле-
ра i80c32 фирмы Intel и имеет следующие характеристики:
- 8 разрядов АЛУ;
- объем ОЗУ 128 байт;
- объем ПЗУ 2 Кбайт;
- быстродействие 1 млн. операций в секунду;
- число разрядов данных: 1, 4, 8, 16.
8-битное АЛУ может выполнять арифметические операции сложения, вычитания, умножения и деления; логические операции И, ИЛИ, исключающее ИЛИ, а также операции циклического сдвига, сброса, инвертирования и т.п. Важной особенностью АЛУ является его способность оперировать не только байтами, но и битами. Отдельные программно-доступные биты могут быть установлены, сброшены, инвертированы, переданы, проверены и использованы в логических операциях.