Министерство образования Российской Федерации
Магнитогорский государственный
технический университет им. Г. И. Носова
С.И. Лукьянов
А.Н. Панов
Е.И. Сидельникова
А.Е. Васильев
МИКРОПРОЦЕССОРЫ
Учебное пособие
Магнитогорск
2004
УДК 681.325.5(075)
Рецензенты:
Заведующая кафедрой ПиРЛ МаГУ
доцент, кандидат педагогических наук
О.Г. Петушкова
Начальник Центральной электротехнической
лаборатории ОАО «ММК»
В.В. Головин
С. И. Лукьянов, А. Н. Панов, Е. И. Сидельникова, А. Е. Васильев
Микропроцессоры: Учеб. пособие. - Магнитогорск: МГТУ, 2004. – 88 с.
В учебном пособии дается систематическое изложение вопросов, связанных с работой восьми- и шестнадцатиразрядных процессоров в различных режимах. Рассмотрены аспекты как программной, так и аппаратной организации микропроцессорных систем. Подробно рассмотрены основные принципы построения программ обработки данных, выполнения арифметических и логических операций.
Пособие предназначено для студентов электротехнических специальностей, может быть рекомендовано для инженерно-технических работников
© Лукьянов С.И., Панов А.Н.,
Сидельникова Е.И., Васильев А.Е. 2004
Описание лабораторного макета
Устройство умк
Изучение микропроцессорного комплекта серии К580 с основами программирования осуществляется на учебном микропроцессорном комплекте (УМК).
УМК является автономной микроЭВМ со следующими техническими характеристиками:
-- объём оперативного запоминающего устройства (ОЗУ)—1Кбайт;
-- объём постоянного запоминающего устройства (ПЗУ)—2Кбайт;
-- тип применяемого микропроцессора—КР 580 ВМ80А;
-- программное обеспечение—системная программа “Монитор”;
-- тактовая частота генератора—2 МГц;
-- напряжение питания—220 В _+ 10%;
--уровни входных и выходных сигналов совместимы с уровнями ТТЛ ИС;
УМК состоит из следующих основных частей:
-- плата микроЭВМ;
-- пульт оператора;
-- блок питания.
МикроЭВМ является основной частью и управляет работой всего УМК.
Все обращения к памяти, операции ввода-вывода, вычисления выполняются или инициируются микроЭВМ.
Пульт оператора предназначен для взаимодействия оператора с микроЭВМ.
Блок питания обеспечивает постоянными стабилизированными напряжениями микроЭВМ, пульт, а также макетный ТЭЗ М1.
МикроЭВМ состоит из клавиатуры, шестиразрядного алфавитно-цифрового индикатора, световой индикации и управляющих кнопок (СБРОС) "СБ", (ПРЕРЫВАНИЕ) "ПР", (ШАГ) "ШГ", а также переключателей работа/шаг "РБ/ШГ" и команда/цикл "КМ/ЦК" (рис.1).
Основой микроЭВМ является ОУ, которое производит все операции по обработке информации. Исходным состоянием ОУ является чтение информации по нулевому адресу ПЗУ. ОУ принимает это состояние после нажатия управляющей кнопки СБ.
Информация о состоянии ОУ фиксируется в регистре состояния в начале каждого машинного цикла. В табл.1 приведены возможные состояния ОУ. В зависимости от состояния этого регистра формируются сигналы, управляющие работой всей микроЭВМ. Состоянию 0 в табл.1соответствует низкий уровень потенциала, а состоянию 1-высокий. В табл.2 дано определение каждого бита регистра состояния.
В ПЗУ записана программа “Монитор”, обеспечивающая ввод информации с клавиатуры пульта оператора и вывод её на алфавитно-цифровой индикатор.
Программа “Монитор” занимает 1 Кбайт ПЗУ и использует последние 54 ячейки ОЗУ, ещё 1 Кбайт зарезервирован за пользователем. ОЗУ используется для хранения программ пользователя.
Таблица 1
Машинные циклы микропроцессора К580
Состояние ОУ |
Разряды регистра состояния ОУ |
|||||||
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
|
MEMR |
INR |
MI |
OUT |
HLTA |
STACK |
WO |
INTA |
|
Выбор команды |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Чтение памяти |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Запись в память |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Чтение стека |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
Запись в стек |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
Ввод |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Вывод |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Прерывание |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
Останов |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
Прерывание в остановке |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
Устройство пошагового выполнения программ переводит ОУ в состояние “Ожидание” после выполнения очередного шага. Возможны два пошаговых режима работы: покомандный и поцикловый шаги. Вызов пошагового режима работы осуществляется переключателем "РБ/ШГ", выбор величины шага—переключателем "КМ/ЦК". Для последующего шага необходимо нажать кнопку "ШГ", при этом после выполнения очередного шага на световой индикации отображается состояние адресной шины, шины данных и регистра состояния ОУ в двоичном коде.
Остановить выполнение программы можно, нажав управляющую кнопку ПР. При этом состояния всех регистров ОУ сохраняются в ОЗУ, поэтому их можно опять загрузить в ОУ, и выполнение программы продолжится, начиная с точки останова.
Рис.1. Структурная схема УМК
Таблица 2
Слово состояния микропроцессора К580
Наименование сигнала |
Разряд регистра состояния ОУ |
Пояснение |
INTA
WO/
STACK
HLTA
OUT
MI
INR
MEMR
|
0
1
2
3
4
5
6
7 |
Сигнал подтверждения запроса прерывания. Используется для ввода на шину данных команды RST
Указывает, что в текущем машинном цикле выполняется запись в память или операция вывода
Означает наличие на шине адреса содержимого указателя стека.
Сигналы подтверждения команды HLT
Указывает, что в текущем машинном цикле выполняется операция вывода
Указывает, что текущий машинный цикл служит для выборки первого байта команды
Указывает, что в текущем машинном цикле выполняется операция ввода
Указывает, что в текущем машинном цикле будет производится чтение памяти |
Примечание: Черта за управляющим сигналом (/) указывает, что активным состоянием сигнала является логический нуль; отсутствие её - активным состоянием сигнала является логическая единица.