Микропроцессор. 
Устройство электромеханических преобразователей энергии

Уфимский государственный авиационный технический университет

Кафедра Электромеханики

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

Микропроцессор устройство ЭМПЭ

Студент Шарафиев М.Ш.

Принял Султангалеев Р.Н.

Уфа 2013 г.

Задание на проектирование

1. Проанализировать фрагменты программы, определить содержимое аккумулятора или порта р1, рассчитать время выполнения программы при тактовой частоте f_т=12МГц:

Mov A,#eeh

clr с

loop: subb a,#11h

jnz loop

nop

nop

nop

mov p1, A.

2. Можно ли выполнить логические операции: а) над содержимым аккумулятора; б) над содержимым регистра, в котором находятся данные, являющиеся образцом для сравнения; в) поразрядно; г) побайтно?

3. Какие из указанных ниже устройств должны входить в состав микропроцессорной системы:

а) процессор, б) ПЗУ, в) оперативная память, г) порты ввода-вывода?

4. Какие методы адресации операндов могут быть использованы в области РПД и РСФ.

Применение микропроцессоров (МП) позволило создать новый класс вычислительной техники — микропроцессорные системы, обобщенная логическая структура которых приведена на рисунке 1.

Центральное место в этой структуре занимает микропроцессор, который выполняет арифметические и логические операции над данными, осуществляет программное управление процессом обработки информации, организует взаимодействие всех устройств, входящих в систему. Работа МП происходит под воздействием сигналов схемы синхронизации и начальной установки, часто выполняемой в виде отдельного кристалла.

Показанный на рисунке 1 МП может представлять собой или однокристальный МП с фиксированной системой команд или многокристальный МП с микропрограммным управлением.

Представленная на рисунке 1 структура отражает магистрально-модульный принцип организации микропроцессорных устройств и систем. Отдельные блоки являются функционально законченными модулями со своими встроенными схемами управления, выполненными в виде одного или нескольких кристаллов БИС или СБИС. Межмодульные связи и обмен информацией между модулями осуществляются посредством коллективных шин (магистралей), к которым имеют доступ все основные модули системы. В каждый данный момент времени возможен обмен информацией только между двумя модулями системы.

Магистральный принцип построения сопряжения модулей (интерфейс ЭВМ) предполагает наличие информационно-логической совместимости модулей, которая реализуется путем использования единых способов представления информации, алгоритма управления обменом, форматов команд и способа синхронизации.

Для большинства микропроцессоров характерна трехшинная структура, содержащая шину адреса (ША), двунаправленную шину данных (ШД) и шину управления (ШУ). Как видно из рисунка 1, типовая структура МП-системы предполагает наличие общего сопряжения для модулей памяти (постоянных и оперативных запоминающих устройств) и периферийных устройств (устройств ввода-вывода).

В качестве периферийных устройств в МП-системах используются устройства ввода с перфоленты, дисплеи, магнитофоны, гибкие и жесткие магнитные диски, телетайпы, печатающие устройства, клавиатура и т. п.

Периферийное устройство подсоединяется к шинам МП не непосредственно, а через программируемый периферийный адаптер (ППА) или программируемый связной адаптер (ПСА), обслуживающие периферийные устройства соответственно с передачей информации параллельным или последовательным кодом. Наличие програмно-настраиваемых адаптеров делает весьма гибкой и функционально богатой систему ввода-вывода информации в МП-системе.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) хранит системные программы, необходимые для управления процессом обработки. В оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) хранятся прикладные программы, данные и результаты вычислений.

Работа МП синхронизируется тактовыми сигналами CLK, поступающими на его входы от генератора синхронизации. Схема начальной установки вырабатывает сигнал RESET (сброса) микропроцессора на основе анализа напряжений на выходе блока питания или при принудительной остановке работы МПС с ее клавиатуры.

В состав этих МПС, как правило, входят:

— шинный контролер для сопряжения устройств с системной шиной по параллельному интерфейсу;

— адаптер последовательного интерфейса для построения многопроцессорных систем или сопряжения источников и приемников сигналов, не увеличивающих нагрузку на системный интерфейс;

— специализированный процессор арифметической обработки сигналов (сопроцессор);

— ПЗУ команд и констант;

— ОЗУ операндов.

Для обеспечения работы МПС к их системному интерфейсу можно подключать устройства специализированной обработки арифметических алгоритмов, таких как быстрое преобразование Фурье, и устройства обработки аналоговых сигналов.

В состав таких устройств обработки аналоговых сигналов входят:

— аналого-цифровые (АЦП) и цифроаналоговые (ЦАП) преобразователи, обеспечивающие непосредственное сопряжение цифрового устройства обработки с аналоговыми сигналами датчиков и приемников;

— система памяти ПЗУ и ОЗУ;

— буферы данных, используемые для временного хранения (буферизации) данных при передаче между устройствами;

— МП, предназначенный для цифровой обработки аналоговых сигналов.

В рассматриваемых структурах МПС реализуются три способа организации (обслуживания) передачи информации:

1) программно-управляемая передача, инициируемая процессором;

2) программно-управляющая передача, инициируемая запросом прерывания от периферийного устройства;

3) прямой доступ к памяти (ПДП).

При первом способе передача инициируется самим процессором, а при втором — запросом прерывания от периферийного устройства.

При программно-управляемой передаче данных МП на все время этой операции отвлекается от выполнения основной программы, что ведет к снижению производительности МП-системы. Кроме того, скорость передачи данных через МП может оказаться недостаточной для работы с высокоскоростными внешними устройствами.

Прямым доступом к памяти называется способ обмена данными, обеспечиваюший автономно от МП установление связи и передачу данных между ОЗУ и внешним устройством.

Прямой доступ к памяти, повышая предельную скорость ввода-вывода информации и общую производительность МП-системы, делает ее более приспособленной для работы в системах реального времени. Прямым доступом к памяти управляет контролер ПДП, выполяющий следующие функции:

— управление инициируемой процессором или ПУ передачей данных между ОЗУ и ПУ;

— задание размера блока данных, который подлежит передаче, и области памяти, используемой при передаче;

— формирование адресов ячеек ОЗУ, участвующих в передаче;

— подсчет числа байт, передаваемых через интерфейс, и определение момента завершения заданной операции ввода-вывода.

Задача № 1

микропроцессор программа аккумулятор логический

Mov A,#eeh

Тип команды — 2(первый байт — код операции, второй байт #d);

длина — 2 байта; время выполнения — 1 цикл.

Эта строка помещает константу ЕЕН в аккумулятор.

clr с

Тип команды — 1(первый байт — код операции);

длина — 1 байта; время выполнения — 1 цикл.

Сброс флага С в ноль.

loop: subb a,#11h

loop — метка Тип команды — 2(первый байт — код операции, второй байт #d);

длина — 2 байта; время выполнения — 1 цикл.

Вычитание из аккумулятора константы 11Н и заема (вычитается 3 раза до обнуления).

jnz loop

Тип команды — 5(первый байт — код операции, второй байт rel);

длина — 2 байта; время выполнения — 2 цикла.

Если значение аккумулятора не равно нулю, то переходим на метку loop.

Nop (3 раза)

Пустая операция;

Тип команды — 1; длина — 1 байт; время выполнения — 1 цикл.

Команда — пауза.

mov p1,A

Тип команды — 3(первый байт — код операции, второй байт аd);

длина — 2 байта; время выполнения — 1 цикл.

Пересылка значения содержащегося в аккумуляторе, в порт р1.

После выполнения фрагмента программы и в аккумуляторе и в порте Р1 содержится нулевое значение.

Расчет времени выполнения 1 цикла:

Т_Ц=12/f_T=12/12=1 мкс.

Программа выполняется за 15 циклов.

Общее время выполнения фрагмента:

Т=15Т_Ц=15· 1=15 мкс.

Задача № 2

Логические операции выполнять:

а) над содержимым аккумулятора можно;

Пример:

Логическое И аккумулятора и регистра — ANL A, Rn

Логическое ИЛИ аккумулятора и регистра — ORL A, Rn

Исключающее ИЛИ аккумулятора и регистра — XRL A, Rn

Инверсия аккумулятора — CPL A

Сброс аккумулятора — CLR A

Сдвиг аккумулятора влево циклический — RL A

Сдвиг аккумулятора влево через перенос — RLC A

Сдвиг аккумулятора вправо циклический — RR A

Сдвиг аккумулятора вправо через перенос — RRC A

Обмен местами тетрад в аккумуляторе — SWAP A

Все эти команды имеют 1 тип команды, длину — 1 байт и время выполнения — 1 цикл.

б) над содержимым регистра, в котором находятся данные, являющиеся образцом для сравнения можно;

Пример:

Логическое И аккумулятора и регистра — ANL A, Rn

Логическое ИЛИ аккумулятора и регистра — ORL A, Rn

Исключающее ИЛИ аккумулятора и регистра — XRL A, Rn

Тип команд — 1; Длина — 1 байт; Время выполнения — 1цикл.

в) поразрядно нельзя;

г) побайтно нельзя.

Задача № 3

В состав микропроцессорной системы должны входить следующие устройства:

а) процессор, б) ПЗУ, в) оперативная память, г) порты ввода-вывода.

Задача № 4

В областях РПД и РСФ могут быть использованы следующие методы адресации операндов:

Для РПД

1. Неявный метод адресации.

Используется в 1-байтовых командах для межрегистровых пересылок, операнды находятся в ронах.

Mov A, R5

2. Непосредственный метод адресации.

Используется в 2-х и 3-хбайтовых командах, во 2 и 3 байтах находится непосредственно сам операнд.

Mov A,#2EH

3. Прямой метод адресации.

Используется в 2-х и 3-хбайтовых командах, во 2 и 3 байтах находится адрес операнда.

Mov 30H, A

4. Косвенный метод адресации.

Используется в 1-байтовых командах, адрес операнда находится в регистрах памяти ЦП.

Mov A,@R1

Для РСФ

5. Прямой метод адресации.

Используется в 2-х и 3-хбайтовых командах, во 2 и 3 байтах находится адрес операнда.

Mov 30H, A

1. Справочник. Микроконтроллеры: архитектура, программирование, интерфейс. Бродин В. Б., Шагурин М.И.М.:ЭКОМ, 1999.

2. Документация на микроконтроллеры фирмы Intel MCS- 51/151/251. (каталог pdf файлов)

http://www.intel.com/design/mcs51/docs_mcs51.htm

3. Описания микроконтроллеров семейства MCS-51

http://www.phyton.ru/cgi-bin/control/noframe.cgi?PAR1=3&PAR2=4&PAR3

4. Микроконтроллеры:(подборка документации и софта) http://me.tusur.ru/~radio/micro/