Методические указания к курсовой работе по дисциплинам: «Техническое обеспечение и внешние устройства эвм»

Вид материала

Содержание

Проектирование микропроцессорных устройств
1. Содержание курсовой работы
2. Рекомендации по выполнению курсовой работы
2.1. Изучение архитектуры базового МП или МК
2.2. Разработка функциональной схемы МПУ
2.3. Разработка алгоритма функционирования проектируемой системы
2.4. Выбор элементной базы и разработка принципиальной схемы
2.5. Разработка программного обеспечения
3. Порядок оформления курсовой работы
4. Варианты заданий на курсовую работу
5. Список рекомендуемой литературы для курсовой работы
Цифровой измеритель температуры.
УГТУ-УПИ кафедра ТиСС группа Р-486
1. Общие сведения о пакете PROView
1.1. Оптимизирующий кросс-компилятор С51.
1.2. Макроассемблер А51
1.3. Компоновщик L51.
1.4. Отладчик/симулятор WinSim51.
2. Быстрый старт.
2.1. Запуск ProView и создание файла проекта
...
Полное содержание

Подобный материал:

Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет-УПИ»

Проектирование микропроцессорных устройств

Методические указания

к курсовой работе по дисциплинам:

«Техническое обеспечение и внешние устройства ЭВМ»,

«Микропроцессоры в радиоэлектронных средствах»

для студентов дневной формы обучения специальностей:

220500 – Проектирование и технология

электронно-вычислительных средств,

200800 – Проектирование и технология

радиоэлектронных средств

Екатеринбург 2004

УДК 681.3

Составители А.А. Шегал, О. А. Черных

Научный редактор ст. преп. О.В. Мироненко

Проектирование микропроцессорных устройств:

Методические указания к курсовой работе по дисциплинам

«Техническое обеспечение и внешние устройства ЭВМ»,

«Микропроцессоры в радиоэлектронных средствах»/А. А. Шегал, О. А. Черных

Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», 2004. 27 с.

В методические указания включены содержание курсовой работы и рекомендации по ее выполнению, перечень индивидуальных заданий, краткое описание отладчика ассемблерных программ микроконтроллера семейства МС-51. Указания предназначены для студентов дневной формы обучения специальностей: 220500 – Проектирование и технология ЭВС, 200800 – Проектирование и технология РЭС.

Библиогр.: 45 назв. Прил. 3

Подготовлено кафедрой «Технологии и средства связи»

© ГОУ ВПО «Уральский государственный

технический университет-УПИ», 2004

Введение

При изучении дисциплин «Техническое обеспечение и внешние устройства ЭВМ», «Микропроцессоры в РЭС» студенты выполняют курсовую работу, основной целью которой является практическое усвоение принципов проектирования простых микропроцессорных устройств управления и обработки данных.

Курсовая работа включает решение следующих вопросов: разработка в соответствии с индивидуальным заданием принципиальной схемы микропроцессорного устройства, построенного на базе изучавшихся в курсе микроконтроллеров (МК) или микропроцессоров (МП), разработка программного обеспечения микропроцессорного устройства, написанного на языке ассемблера, отладка программного обеспечения. При этом студенты также получают практические навыки работы со специальными программными отладчиками.

Методические указания включают в себя содержание курсовой работы, методические рекомендации по ее выполнению и оформлению, варианты заданий на курсовую работу и библиографический список. В приложениях приводятся пример оформления перечня элементов, принципиальной схемы устройства, а также справочная информация по использованию отладочной среды ProView для микроконтроллеров семейства MCS-51, 251, ХА

1. Содержание курсовой работы

В процессе выполнения курсовой работы студенты должны:

Детально изучить особенности архитектуры процессора или микроконтроллера, на основе которого разрабатывается микропроцессорное устройство (МПУ).
Разработать функциональную схему МПУ и алгоритм работы проектируемого устройства.
Выбрать необходимую элементную базу для проектирования требуемого микропроцессорного устройства: интерфейсные компоненты, устройства ввода-вывода, буферные схемы и т.д.
Разработать программу, написанную на языке ассемблера (или Си), отвечающую избранному алгоритму работы устройства и настраивающую МПУ на конкретное применение.
Отладить программу, используя специальные программные эмуляторы и отладчики.
Оформить пояснительную записку, в которую включить следующие разделы: задание на курсовую работу, справочные данные по используемым микросхемам и дискретным элементам, логика работы проектируемого устройства с указанием адресных пространств ОЗУ, ПЗУ и внешних устройств, алгоритм работы МПУ и разработанная программа, список используемой литературы. В приложениях приводится перечень элементов и принципиальная схема разработанного устройства.

2. Рекомендации по выполнению курсовой работы

При выполнении курсовой работы необходимо иметь в виду, что любое МПУ – это совокупность взаимосвязанных аппаратных и программных средств: избранное схемное решение и алгоритм работы определяют программное обеспечение устройства.

Ниже приводятся основные этапы выполнения курсовой работы.

2.1. Изучение архитектуры базового МП или МК

Первый этап работы – изучение по рекомендованной литературе аппаратно- программных особенностей базового процессора (процессорного ядра) или микроконтроллера, на котором проектируется МПУ.

К ним относятся следующие компоненты:

регистровая структура центрального процессора (ЦП), а для микроконтроллеров также пространство спецрегистров, с помощью которых производится программная настройка периферийных устройств, входящих в состав МК;
адресные пространства памяти (постоянной (ПЗУ) – для хранения программы работы МПУ и оперативной (ОЗУ), в которую помещаются обрабатываемые данные);
способы адресации внешних устройств, требующихся для подключения к процессорному ядру или МК и схемные особенности их подключения;
подсистема прерываний;
особенности синхронизации МП или МК и их основные машинные циклы;
система команд и возможные методы адресации операндов;

особенности организации системных шин МП или МК с учетом их внешних выводов.

Если по заданию требуется разработать внешнее устройство, подключаемое к системным шинам ПК (ISA, PСI) или к стандартным портам ПК, необходимо изучить логику работы системной шины, организацию портов и сигналы, необходимые для реализации стандартного протокола обмена [6].

2.2. Разработка функциональной схемы МПУ

Под функциональной схемой проектируемого устройства понимается изображение функциональных частей изделия и связей между ними [32]. По мере продвижения работы по проектированию МПУ функциональная схема становится все более детализированной и приближается к принципиальной схеме.

Разрабатываемое МПУ обычно включает в свой состав следующие функциональные узлы: центральный процессор – ЦП, память программ – ПЗУ, память данных – ОЗУ, разнообразные внешние устройства (УВВ), соответствующие конкретному назначению МПУ, блок синхронизации, интерфейсные компоненты для объединения всех узлов в единое устройство.

Под ЦП понимается совокупность микропроцессора, системных шин, сформированных на основе его внешних выводов и схемы тактирования.

Для устройств, проектируемых на базе МП, прежде всего разрабатываются системные шины: однонаправленная шина адреса (ША), двунаправленная шина данных (ШД) и двунаправленная шина управления (ШУ). Как правило, к системным шинам подключается несколько микросхем: памяти программ (ПЗУ), памяти данных (ОЗУ), внешних устройств (УВВ). Поэтому системные шины должны обеспечивать высокую нагрузочную способность [31]. Системные шины формируются с помощью соответствующих выводов МП или МК, соединенных для повышения их нагрузочной способности с буферизирующими схемами. Если МП имеет совмещенные выводы адреса/данных (например, I 8086), потребуются также микросхемы для их разделения (типа стробируемых регистров- защелок).

Состав ШУ зависит от способа адресации внешних устройств и избранного разработчиком МПУ режима обмена информацией между ЦП и УВВ.

Если используется раздельное пространство памяти и УВВ, то системная шина должна содержать сигналы типа MEMR (чтение памяти), MEMW (запись в память), IOR (чтение УВВ), IOW(запись УВВ).

При использовании совмещенного адресного пространства памяти и УВВ системная шина включает сигналы R (чтение) и W (запись), при этом адреса ячеек памяти и УВВ не должны совпадать. На этом этапе принимается также решение о распределении адресных пространств УВВ, ОЗУ и ПЗУ.

Выбор режима обмена информацией между ЦП и УВВ также влияет на состав шины управления.

Программно-управляемый обмен реализуется наиболее просто: обращение к внешним устройствам осуществляется либо по командам ввода-вывода, если используется изолированное пространство УВВ, либо по командам обращения к памяти (при использовании совмещенного адресного пространства). Поскольку тактовые частоты ЦП и внешних устройств различны, в ШУ дополнительно к вышеперечисленным сигналам могут вводиться сигналы типа:

WAIT (сигнал запроса МП к внешнему устройству),
READY (сигнал готовности от УВВ).

Если проектируется устройство управления (работа в реальном времени), то, как правило, используется обмен между ЦП и УВВ по прерываниям, когда инициатором обмена становится УВВ.

Современные МП и МК имеют развитую векторную подсистему прерываний, при которой каждое внешнее устройство (или отдельная ситуация, связанная с УВВ) обслуживается ЦП своей подпрограммой с индивидуальным начальным адресом. Для векторной подсистемы прерываний в ШУ требуется дополнительное введение следующих типовых сигналов:

запрос на прерывание от УВВ (например, INT для МП 8086)
ответный сигнал от ЦП – разрешение прерывания (например, INTA для МП 8086).

Для обмена информацией между ОЗУ и УВВ, без использования ЦП (на время обмена), применяется режим прямого доступа к памяти (ПДП). Этот режим осуществляется под управлением специального контроллера ПДП. В шину управления вводятся сигналы:

от УВВ – запрос шины (типа – НLD для МП 8086)
от ЦП ответный сигнал – разрешение шины (типа – НLDА для МП 8086) и управление обменом передается контроллеру ПДП.

При разработке функциональной схемы необходимо предусмотреть наличие блока синхронизации и управления МПУ, который обеспечивает устройство как сигналами тактирования – CLK, так и сигналом сброса и начальной установки (инициализации) МПУ – RESET.

Для микроконтроллеров семейства МС-51 такой блок встроен в структуру МК, поэтому к соответствующим выводам МК обычно подключается только кварцевый резонатор.

В случае, когда базовым является МП, помимо кварцевого резонатора необходима специализированная микросхема генератора тактовых импульсов – ГТИ.

Если избранные внешние устройства не содержат адресных выводов, то к системным шинам ЦП они должны подключаться через специальные адресуемые регистры или порты ввода-вывода.

Для МПУ, построенного на базе МК, все внешние устройства подключаются через порты (последовательные или параллельные), имеющиеся в структуре МК. Также в структуре МК обычно имеется резидентная память (ОЗУ и ПЗУ), поэтому большая часть работы по проектированию МПУ связана с разработкой программного обеспечения.

2.3. Разработка алгоритма функционирования проектируемой системы

Даже для простого МПУ обычно трудно разработать алгоритм, охватывающий сразу все детали его работы. Поэтому рекомендуется [4] два последовательных уровня детализации алгоритма: концептуальная блок-схема и функциональная схема. Оба эти этапа могут быть сделаны безотносительно к применяемому базовому процессору.

Концептуальная блок-схема алгоритма содержит общие выражения, показывающие, что должно быть сделано. Функциональная схема алгоритма указывает, как это может быть сделано.

Для алгоритма существенным является способ его задания. Самой простой является запись в виде последовательности действий, записанных на разговорном языке. Такую форму алгоритма можно избрать на начальном этапе проектирования. Наиболее часто используется графическое представление алгоритма в виде блок-схемы [4], представленной совокупностью функциональных и логических операторов.

2.4. Выбор элементной базы и разработка принципиальной схемы

Если функциональная схема МПУ избрана (в дальнейшем она может быть изменена), то далее осуществляется выбор элементной базы. Это касается как внешних устройств, так и устройств сопряжения МП (процессорного ядра) или МК с внешними устройствами. При выборе элементной базы в первую очередь необходимо учитывать электрические и временные характеристики сопрягаемых устройств и следить за их соответствием [24, 31].

Для организации двунаправленной ШД применяются микросхемы двунаправленных буферных приемопередатчиков типа КР1533АП6 или КР580ВА86 [10, 14].

Для формирования однонаправленной ША можно также использовать приемопередатчики; если же процессор имеет совмещенную шину адреса и данных, то потребуются микросхемы типа стробируемых многорежимных буферных регистров (например, КР580ИР82).

При проектировании ШУ обычно используют набор логических микросхем (типа И-НЕ, ИЛИ-НЕ) из серий 155, 555, 1533 и т. д. [2, 10, 19, 23, 37, 41].

При подключении микросхем памяти [8, 9, 17, 19] для обеспечения раздельной адресации ПЗУ и ОЗУ, а также для проектирования модуля памяти из нескольких микросхем часто используются дешифраторы [23, 30].

Для удаленных внешних устройств, работающих с последовательными кодами информации, используются специальные схемы сопряжения – универсальные приемопередатчики типа микросхем 8251, 8250, 16550, причем две последние микросхемы специально предназначены для использования в качестве последовательных портов персональных компьютеров [6, 34].

Если входные выводы логических микросхем ТТЛ(Ш) и КМОП не используются, то их не следует оставлять свободными [24, 31]. Неиспользуемые входы либо объединяют с другими рабочими (при этом не должна быть превышена нагрузка на источник сигнала), либо подсоединяют их к константам (логическим нулям или единицам), не изменяющим работу схемы для задействованных входов. У элементов ТТЛ (Ш) неиспользуемые входы подключают к источнику питания через резистор R ~ 1 кОм, причем к одному резистору можно подключить до 20 входов.

Для ЭСЛ-схем неиспользуемые входы остаются разомкнутыми. Это объясняется тем, что в схемах самих элементов уже предусмотрены специальные резисторы, связанные с источником питания.

Если не все элементы, имеющиеся в корпусе БИС, используются в схеме, то имеет смысл поставить такие элементы в состояние минимальной мощности, подав на какой-либо из его входов соответствующую константу.

Неиспользуемые входы БИС МП и МК рекомендуется переводить в нейтральное состояние.

Выходы микросхем с открытым коллектором (ОК) должны быть подключены к источнику питания через резистор R, величина которого определяется следующими неравенствами, зависимыми от допустимых значений токов [31]:

R>=(U_cc–U₀)/ (I_{вых.0.мах}–n I_{вх.0.мах}),

R<=(U_cc–U_вых.1._min)/ n I_вх.1._max_,

где U_cc – напряжение источника питания;

U₀, I_{вых.0.мах}, I_{вх.0.мах}, U_вых.1._min, I_вх.1._max– паспортные параметры элемента;

n – количество логических элементов, подключаемых к выходу с ОК.

2.5. Разработка программного обеспечения

Следующий этап курсового проектирования – практическая реализация избранного алгоритма работы МПУ в виде ассемблерной программы. Основы написания программы на ассемблере для МП семейства 80х86 изложены в [40, 41, 44].

Для отладки программ на кафедре имеются соответствующие программные средства – Turbo Assembler фирмы Borland Corp. (для программного обеспечения МП семейства 80х86) и кросс- симулятор, который используется при программировании МК семейства MCS-51.

Следует обратить внимание на особенности обращения к УВВ. Пользоваться командами обращения ЦП к внешним устройствам типа IN, OUT можно только при раздельной адресации памяти и внешних устройств (см. п.2.2), иначе применяются команды обращения к памяти (типа MOV).

3. Порядок оформления курсовой работы

При выполнении курсовой работы в соответствии с требованиями ГОСТ [32] оформляются следующие документы: пояснительная записка, перечень элементов, используемых в схеме, принципиальная схема МПУ.

В пояснительной записке указывается следующая информация:

задание на курсовую работу;
справочные данные по всем используемым в схеме элементам. В этом разделе приводится функциональное обозначение каждого элемента с указанием всех входных и выходных выводов и их номеров. Поясняются особенности работы сложных микросхем, указываются необходимые электрические и временные параметры, приводятся таблицы истинности и т.д.;
логика работы проектируемого МПУ. Необходимо пояснить структурные особенности разрабатываемого устройства, обязательно указать адресные пространства ОЗУ, ПЗУ и устройств ввода-вывода, протоколы обмена между ЦП и УВВ, необходимость включения согласующих устройств и т.д.;
программа функционирования МПУ. В начале раздела приводится алгоритм работы МПУ, затем листинг отлаженной и откомментированной ассемблерной программы, указываются использованные средства автоматизации разработки программ;
список использованной литературы;
приложение 1 – схема принципиальная электрическая;
приложение 2 - перечень элементов;
оглавление.

4. Варианты заданий на курсовую работу

Проектируемое МПУ в зависимости от варианта задания может быть выполнено на микроконтроллерах семейства MCS-51 либо на микропроцессорах 8086 (КР1810ВМ86) или МС 68000. Некоторые задания (см. № 17–20) связаны с разработкой схемы сопряжения устройства с процессорным ядром 80х86 через стандартные интерфейсы ISA, Centronics, RS-232.

По договоренности с преподавателем может выполняться индивидуальное задание на иных типах МК или МП.

N1

Изучить работу сопроцессорной структуры 1810ВМ86/87. Разработать системные шины и подключить модуль статической памяти на 16 Кб. Написать программу обработки массива из 100 данных, определив его медианное значение (использовать формат коротких вещественных чисел).

N2

Изучить принцип работы последовательных аналого-цифровых преобразователей (АЦП) «напряжение- код», основные характеристики преобразователей. Разработать МПУ, построенное на базе одного из изучаемых в курсе МП или МК с АЦП типа К1113. Написать программу управления обменом в режиме «запрос-ответ» между ЦП и АЦП.

N3

Требуется разработать интеллектуальную систему для управления переключением в определенной последовательности 8 вентилей с интервалом в 2 с. Вентили должны работать следующим образом: в начальный момент все вентили выключены, потом включается первый вентиль, а через 2 с выключается и включается второй, еще через 2 с он выключается и сразу же включается третий и т.д. После выполнения одного цикла переключений должна быть организована пауза в 12 с, а затем начинаются повторение следующего цикла переключений.

N4

Изучить архитектуру контроллера клавиатуры/ индикатора КР580ВВ79. К этой БИС подключить 4-разрядный семисегментный индикатор (т.е. 4 семисегментных индикатора) для высвечивания кодов нажатых клавиш и блок клавиатуры размером 8х8. Каждая клавиша кодируется кодом ASCII. В качестве ЦП использовать один из процессоров, изучавшихся в курсе. Запрограммировать контроллер КР580ВВ79 для определения кода нажатой клавиши, записи кодов в буферную память контроллера и выдачи результата на семисегментные индикаторы.

N5

Разработать МПУ для проверки в условиях серийного производства модулей ОЗУ емкостью 1 Кб, выполненных на базе БИС КР132РУ1Б (организация 1024*1). Предусмотреть индикацию дефектной БИС. Рекомендуется использовать следующие тестовые сигналы: 00Н, 55Н, ААН, FFH. Модуль считается неработоспособным, если хотя бы в одной ячейке памяти записанный и считанный тестовые сигналы не совпадут – при этом нужно заменить дефектную микросхему.

При проектировании предусмотреть специальную плату, на которой размещаются проверяемые БИС ОЗУ. К МПУ плата должна подключаться через разъем.

N6

Разработать МПУ, которое используется в качестве синтезатора звуков. В состав МПУ помимо ЦП включена клавиатура из 8 клавиш и динамик. При нажатии на одну из клавиш синтезатор должен выдавать цифровой сигнал с соответствующей частотой, указанной в таблице.

Клавиша	0	1	2	3	4	5	6	7
Нота	До	Ре	Ми	Фа	Соль	Ля	Си	До
Частота (Гц)	216,6	293,7	329,6	349,2	392,0	440,0	493,8	523,2

N7

Разработать МПУ для определения времени протекания какого- либо процесса в секундах. Начало процесса определяется приемом через параллельный порт кода FFН, конец - 00Н. Подсчитанное время выводится на 4-разрядный семисегментный светоиндикатор (минуты и секунды).

N8

Разработать схему подключения 16-разрядных МП к модулю динамической памяти в 256 Кб, используя контроллер динамической памяти К1816 ВТ3. Разработать программу проверки информации, записанной в ОЗУ по адресам 0300Н- 07FFH. Проверку осуществить по 16-разрядной контрольной сумме, занесенной по одному из адресов ПЗУ.

N9

Разработать МПУ для преобразования скорости информации, поступающей по последовательному каналу. Данные на вход поступают со скоростью 9600 бод, выдавать данные нужно со скоростью 600 бод в формате 7 информационных бит и бит контроля по нечетности. Предусмотреть организацию промежуточного буфера данных типа FIFO (программный буфер или аппаратный) емкостью 2 Кб. Данные необходимо передавать в режиме прерываний при поступлении запроса от приемника.

N10

Разработать МПУ для сбора аналоговой информации с 8 каналов. Поступающая информация должна отображаться на семисегментных светоиндикаторах. Обеспечить режим работы МПУ по протоколу типа «запрос-ответ» (с квитированием). Предусмотреть построение модуля статической памяти емкостью 16 Кб для хранения поступающей информации.

N11

Разработать МПУ, обеспечивающее вывод информации на 10-разрядный семисегментный светоиндикатор в режиме "бегущая строка". Предусмотреть построение статического модуля памяти емкостью 4 Кб для хранения выводимой информации.

N12

Разработать МПУ для организации ввода информации по последовательному каналу, которая поступает в виде пакета со скоростью 4800 бод. Пакет содержит 5 посылок в виде 7 информационных бит и бита контроля по четности, каждая посылка отображается на своем 2-разрядном семисегментном индикаторе. Предусмотреть построение модуля статической памяти емкостью 16 Кб для хранения поступающей информации.

N13

На базе БИС контроллера приоритетных прерываний К1810ВН59 разработать 15-уровневую приоритетную подсистему прерываний с использованием в качестве центрального процессора любой изучавшийся в курсе МП. Предусмотреть построение модуля статической памяти емкостью

16 Кб. Написать программу инициализации контроллера прерываний, настроив его на один из возможных режимов работы.

N14

Разработать МПУ, имеющее 7 каналов прямого доступа к памяти емкостью 32 Кб, для обслуживания периферийных устройств. Написать программу инициализации контроллера ПДП типа К1816 ВТ37; для каналов предусмотреть использование различных режимов работы контроллера (согласовать задание с преподавателем).

N15

Разработать схему цифрового термометра, измеряющего температуру на улице с индикацией показаний на светодиодных индикаторах.

N16

Разработать схему цифрового измерителя давления в диапазоне 0 – 50 кПа с индикацией показаний на 4-разрядном семисегментном светоиндикаторе.

N17

Разработать схему подключения к шине ISA буферного ОЗУ емкостью

4 Кб для периодического обмена информацией между ЦП и внешним устройством (например, синтезатором аналогового сигнала). ЦП в режиме программно-управляемого обмена записывает данные в буферное ОЗУ, УВВ в режиме прерываний читает из него данные.

N18

Разработать схему подключения к LPT-порту ПК (интерфейс Centronics) 8-разрядного ЦАП, работающего в режиме “запрос–ответ” и передающего данные на исполнительное устройство.

N19

Разработать схему эмулятора ПЗУ для отладки МК семейства MCS-51 c использованием ПК. Сопряжение эмулятора с компьютером проводится через один из стандартных интерфейсов: ISA, Centronics, RS-232 (согласовать с преподавателем).

N20

Разработать схему сопряжения ПК с МК семейства MCS-51 с использованием СОМ-порта. МК предназначен для управления удаленным от компьютера объектом.

5. Список рекомендуемой литературы для курсовой работы

Басманов А.С., Широков Ю.Ф. Микропроцессоры и однокристальные микроЭВМ: Номенклатура и функциональные возможности/ Под ред. В.Г. Домрачева. М.: Энергоатомиздат,1988.
Бирюков С.А. Применение цифровых микросхем серий ТТЛ и КМОП. М.: ДМК, 2000.
Бродин В.Б., Шагурин И.И. Микроконтроллеры: Справочник. М.: ЭКОМ, 1999.
Вершинин О.Е. Применение микропроцессоров для автоматизации технологических процессов. Л.: Энергоатомиздат, 1986.
Григорьев В.Л. Архитектура и программирование арифметического сопроцессора. М.: Энергоатомиздат, 1991.
Гук М. Энциклопедия. Аппаратные средства ПК. СПб. Питер, 1999.
Ладик А.И., Сташкевич А.И. Изделия электронной техники. Знакосинтезирующие индикаторы: Справочник. М.: Радио и связь, 1994.
Лебедев О.Н. Применение микросхем памяти в электронных устройствах: Справочное пособие. М.: Радио и связь, 1994.
Лебедев О.Н., Мирошниченко А.И., Телец В.А. Изделия электронной техники. Цифровые микросхемы. Микросхемы памяти. Микросхемы ЦАП и АЦП: Справочник. М.: Радио и связь, 1994.
Логические ИС КР1533, КР1554: Справочник: В 2 ч./ И.И. Петровский, А.В. Прибыльский, А.А. Троян и др. М.: Бином, 1993
Лю Ю-Ч, Гибсон Г. Микропроцессоры семейства 8086/8088. М.: Радио и связь, 1987.
Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем в 2 кн./ Под ред. В.А. Шахнова. М.: Радио и связь, 1988.
Микропроцессоры и микроЭВМ в системах автоматического управления/ Под ред. С.Т. Хвоща. Л.: Машиностроение, 1987.
Микропроцессорный комплект 1810: Справочник/ Под ред.Ю.М. Казаринова. М.: Высшая школа, 1990.
Микропроцессорные системы автоматического управления/ Под ред.В.А. Бессекерского. Л.: Машиностроение, 1988.
Микросхемы для аналого-цифрового преобразования и мультимедиа: Справочник. М.: Додека, 1996.
Микросхемы памяти, ЦАП и АЦП: Справочник. 2-e изд. /О.Н. Лебедев, А–Й.К. Марцинкявичюс, Э.-А.К. Багданскис и др. М.: КУБК-а, 1996.
Нерода В.Я., Торбинский В.Э., Шлыков Е.Л. Однокристальные микро-ЭВМ MCS-51. Архитектура. М., 1995.
Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. Т.2. М.: РадиоСофт, 1998.
Новиков Ю.В., Калашников О.А., Гуляев С.Э. Разработка устройств сопряжения для персонального компьютера типа IBM PC. М.: Эком, 1998.
Панфилов Д. И., Иванов В. С. Датчики фирмы Motorola. М.: Додека, 2000.
Партала О.Н. Радиокомпоненты и материалы: Справочник. М.: Кубк-а, 1998.
Периферия своими руками/ Под ред. В.Л. Шило. М.: Инфорком, 1994.
Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства: Учебное пособие для втузов. СПб.: Политехника, 1996.
Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: Справочник/ В.И. Иванов, А.И. Аксенов, А.М. Юшин. М.: Энергоатомиздат, 1988.
Рафикузаман М. Микропроцессоры и машинное проектирование микропроцессорных систем: Кн. 1, 2. М.: Мир, 1988.
Семенов Б.Ю. Шина I²C в радиотехнических конструкциях. М.: Солон Р, 2002.
Сташин В.В., Урусов А.В., Мологонцева О.Ф. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. М.: Энергоатомиздат, 1990.
Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC: Пер. с англ. /Под ред. У. Томпкинса и Дж. Уэбстера. М.: Мир, 1992.
Тули М. Справочное пособие по цифровой электронике: Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1990.
Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника: Учебное пособие. СПб.: БХВ, 2000.
Усатенко С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник. М.: Изд-во стандартов, 1989.
Федоренко, Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП, функционирование, применение, параметры. М.: Энергоатомиздат, 1990.
Хеммел Р.Л. Последовательная передача данных: Руководство для программиста: Пер. с англ. М.: Мир, 1996.
Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3 т.: Пер с англ. 4-е изд. - М.: Мир, 1993. Т. 2.
Холленд Д. Микропроцессоры и операционные системы: Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1991.
Цифровые интегральные микросхемы: Справочник / П.П. Мальцев, Н.С. Долидзе, М.И. Критенко. М.: Радио и связь, 1994.
Шагурин С. Н. Микропроцессоры и микроконтроллеры фирмы Motorolа: Справочник. М.: Бином, 1998.
Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения. М.: Радио и связь, 1994.
Шегал А.А. Изучение архитектуры микропроцессора 8086 с помощью программы turbo debugger. Ч1: Методические указания к лабораторной работе. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 1996.
Шегал А.А. Изучение архитектуры микропроцессора 8086 с помощью программы turbo debugger. Ч2: Методические указания к лабораторной работе. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 1996.
Шило В.Л. Популярные микросхемы ТТЛ. М.: Аргус, 1993.
Щелкунов Н.Н., Дианов А.П. Микропроцессорные средства и системы. М.: Радио и связь, 1989.
Юров В., Хорошенко С. Assembler. Учебный курс. СПб.: Питер, 1999.
Якубовский С.В., Ниссельсон Л.И. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник. М.: Радио и связь, 1990.

Приложение 1

Приложение 2

Зона		Поз. обоз		Наименование				Кол.		Прим.
				Конденсаторы
		С1		68 мкФ х 10В				1
		С2		50 мкФ х 10В				1
		С3		50 мкФ х 10В				1
		C4		96 мкФ х 10В				1

				Микросхемы
		DD1		Intel 8xC51GB				1
		DD2		КM155ИД1				1
		DD3		КM155ИД1				1

				Резисторы
		R1		TZ-5				1
		R2		ПП3-11 100 Ом				1
		R3..R17		МЛТ - 0,25 – 200 Ом				15


		VD1,VD2		АЛС320Г				2







							2205.000.017 ПЭ

изм	лист		№ докум.		Подп.	Дата
Разраб.			Сыч Е.Е.				Цифровой измеритель температуры. Перечень элементов.		Лит.		лист	Листов
Провер.			Шегал А.А.								1	1
									УГТУ-УПИ кафедра ТиСС группа Р-486
н. контр.
Утв.

Приложение 3

Введение в интегрированную отладочную среду ProView для микроконтроллеров семейства MCS-51, 251, ХА

1. Общие сведения о пакете PROView

ProView фирмы Franklin Software Inc. - интегрированная среда разработки программного обеспечения для однокристальных микроконтроллеров семейства Intel 8051 и его клонов. Она включает в себя всё, что нужно для создания, редактирования, компиляции, трансляции, компоновки, загрузки и отладки программ:

стандартный интерфейс Windows,
полнофункциональный редактор исходных текстов с выделением синтаксических элементов цветом,
организатор проекта,
ассемблер,
отладчик,
встроенную справочную систему.

Среда разработки подобна Visual C++ Microsoft и Borland C++ для Windows. Пользователи, знакомые с любым из этих изделий, будут чувствовать себя в ProView, как дома.

Первый этап разработки программы - запись её исходного текста на каком-либо языке программирования.

Затем производится компиляция или трансляция его в коды из системы команд микроконтроллера, используя транслятор или ассемблер. Трансляторы и ассемблеры - прикладные программы, которые интерпретируют текстовый файл, содержащий исходный текст программы, и создают объектные файлы, содержащие объектный код.

После компоновки объектных модулей наступает этап отладки программы, устранения ошибок, оптимизации и тестирования программы.

ProView объединяет все этапы разработки прикладной программы в единый рекурсивный процесс, когда в любой момент времени возможен быстрый возврат к любому предыдущему этапу.

ProView имеет следующие компоненты.

1.1. Оптимизирующий кросс-компилятор С51.

Язык С – универсальный язык программирования, который обеспечивает эффективность кода, элементы структурного программирования и имеет богатый набор операторов. Универсальность, отсутствие ограничений реализации делают язык С удобным и эффективным средством программирования для широкого разнообразия задач. Множество прикладных программ может быть написано легче и эффективнее на языке С, чем на других более специализированных языках.

С51 – полная реализация стандарта ANSI (Американского национального института стандартов), насколько это возможно для архитектуры Intel 8051. С51 генерирует код для всего семейства микроконтроллеров Intel 8051. Транслятор сочетает гибкость программирования на языке С с эффективностью кода и быстродействием ассемблера.

Использование языка высокого уровня С имеет следующие преимущества над программированием на ассемблере:

глубокого знания системы команд процессора не требуется, элементарное знание архитектуры Intel желательно, но не обязательно;
распределение регистров и способы адресации управляются полностью транслятором;
лучшая читаемость программы, используются ключевые слова и функции, которые более свойственны человеческой мысли;
время разработки программ и их отладки значительно короче в сравнении с программированием на ассемблере;
библиотечные файлы содержат много стандартных подпрограмм, которые могут быть включены в прикладную программу;
существующие программы могут многократно использоваться в новых программах, используя модульные методы программирования.

1.2. Макроассемблер А51.

Ассемблер А51 совместим с ASM51 Intel для всего семейства микроконтроллеров Intel 8051. Ассемблер транслирует символическую мнемонику в перемещаемый объектный код, имеющий высокое быстродействие и малый размер. Макросредства ускоряют разработку и экономят время, поскольку общие последовательности могут быть разработаны только один раз. Ассемблер поддерживает символический доступ ко всем элементам микроконтроллера и перестраивает конфигурацию для каждой разновидности Intel 8051.

А51 транслирует исходный файл ассемблера в перемещаемый объектный модуль. При отладке или при включенной опции "Include debugging information" этот объектный файл будет содержать полную символическую информацию для отладчика/имитатора или внутрисхемного эмулятора.

1.3. Компоновщик L51.

Компоновщик объединяет один или несколько объектных модулей в одну исполняемую программу. Компоновщик размещает внешние и общие ссылки, назначает абсолютные адреса перемещаемым сегментам программ. Он может обрабатывать объектные модули, созданные транслятором С51, ассемблером А51, транслятором PL/M-51 Intel и ассемблером ASM51 Intel.

Компоновщик автоматически выбирает соответствующие библиотеки поддержки и связывает только требуемые модули из библиотек. Установки по умолчанию для L51 выбраны так, чтобы они подходили для большинства прикладных программ, но можно определить и заказные установки.

1.4. Отладчик/симулятор WinSim51.

Отладчик исходных текстов используется с транслятором С51, ассемблером А51, транслятором PL/M-51 Intel и ассемблером ASM51 Intel. Отладчик/симулятор позволяет моделировать большинство особенностей Intel 8051 без наличия аппаратных средств. Можно использовать его для проверки и отладки прикладной программы прежде, чем будут изготовлены аппаратные средства. При этом моделируется широкое разнообразие периферийных устройств, включая последовательный порт, внешний ввод - вывод и таймеры.

2. Быстрый старт.

"Быстрый старт" – это обычный приём разработчиков современных программных средств. Цель состоит в том, чтобы, не углубляясь пока в подробности, дать новичку или достаточно опытному пользователю первое представление о программном средстве, и возможность быстро получить конкретный результат. Полное представление, знания и умения появятся позже в процессе работы и изучения справочных материалов.

В качестве примера возьмём простейшую программу, с которой начинают изучение языков программирования многие поколения студентов. "Hello World" - программа из папки \Fsi\Examples\Hello\, которая выдаёт в последовательный порт (UART) микроконтроллера строку символов "Hello World" ("Привет Мир"). Весь исходный текст программы содержится в файле hello.c:

/***************************/

/* YOUR FIRST 8051 PROGRAM */

/***************************/

#include /* special function register declarations */ /* for the intended 8051 derivative */

#include /* prototype declarations for I/O functions*/

/****************/

/* main program */

/****************/

void main (void) { /* execution starts here after stack init */

SCON = 0х50; /* SCON: mode 1, 8-bit UART, enable rcvr */

TMOD | =0x20; /* TMOD: timer 1, mode 2, 8-bit reload */

TH1=Oxf3; /* TH1: reload value for 2400 baud */

TR1 = 1; /* TR1: timer 1 run */

Tl=1; /* TI: set Tl to send first char of UART */

printf ("Hello World\n"); /* the printf function call */

while (1){ /* An embedded program does not stop and */

; /*... */ /* never returns. We've used an endless */

} /* loop. You may wish to put in your own */

} /* code were we've printed the dots (...) */

Прежде чем начать разработку проекта, скопируйте папку \Fsi\Examples\Hello\ в свою личную папку. В этой папке находится всего лишь один файл hello.c.

2.1. Запуск ProView и создание файла проекта

ProView запускается из стартового меню Windows подобно остальным приложениям. Если необходимо запустить программу из командной строки, её синтаксис имеет вид: PV32 [projectfile], где projectfile - имя файла проекта с расширением [.PRJ].

Любая новая работа в ProView, как и во всех современных компиляторах, начинается с создания нового файла проекта. Файл проекта содержит имена всех исходных файлов, связанных с проектом, а также установки компиляции, трансляции и связывания файлов, чтобы генерировать выполняемую программу.

Для того чтобы создать новый файл проекта, выберите New из меню Project. Откроется диалоговое окно New Project. Используйте кнопку Browse, чтобы войти в свою папку. Найдите папку \Hello и нажмите кнопку [ОК]. Затем выберите "8051" как тип проекта.

Когда менеджер проекта открывает файл проекта, окно проекта показывает включенные исходные файлы. В данном случае пока нет никаких исходных файлов. Имеется только один исходный файл, который необходимо подключить, - hello.c.

2.2. Добавка файла с исходным текстом и его редактирование

Теперь можно добавить hello.c к проекту. Выберите Add file из меню Project. Откроется диалоговое окно Add File. Выберите hello.c из списка.

Наш проект имеет только один исходный файл. В дальнейшем Ваши проекты, возможно, будут состоять из множества исходных файлов. Диалог Add File позволит Вам выбрать и добавить несколько файлов сразу. Для этого используют комбинацию клавиши [CTRL] и указателя мыши. Когда Вы нажмёте [Open], исходные файлы будут добавлены к проекту в выбранном порядке.

Теперь можно редактировать текст из файла hello.c. Выберите hello.c из окна Project (Рис.П.3.1.). Нажмите его правой кнопкой мыши и выберите View source file или просто дважды щёлкните мышью для того, чтобы просматривать файл в окне редактирования.

Рис. П.3.1. Диалоговое окно Project

ProView загружает и показывает содержание hello.с в окне, где можно редактировать файл. Окно редактирования (Рис.П.3.2.) - полнофункциональный редактор исходного текста, предлагающий такие возможности, как высвечивание синтаксических элементов и контекстный поиск. Если выбрать "printf" и нажать клавишу [F1], ProView откроет систему справки и перейдёт к разделу справки о "printf"

.

Рис.П.3.2. Окно редактирования

2.3. Компиляция и компоновка.

Этот процесс компилирует, связывает hello.c с библиотеками и создает абсолютный объектный модуль, который мы сможем проверить в отладчике WinSim.

Выберите Make из меню Project. ProView отображает окно, показывая текущее состояние процесса. Когда процесс компиляции закончится, в окне Message (Рис.П.3.3.) отображается сообщение завершения. Если были обнаружены какие-нибудь ошибки, о них сообщается здесь же.

Рис.П.3.3. Окно сообщений

2.4. Тестирование и отладка.

Выполним отладку программы. Если проект новый, откроется диалоговое окно Debug Options (Рис.П.3.4.), где Вы можете изменять установки отладчика. В дальнейшем можно установить опции отладчика, выбрав Debug из меню Options. Наш проект использует значения по умолчанию.

Рис.П.3.4. Окно диалога опций отладчика

Выберите Start из меню Debug.

Выберите Hardware (аппаратные средства) из меню View. Выберите UART, откроется окно последовательного порта (Рис.П.3.5.). В дальнейшем при работе программы здесь можно будет увидеть всё, что выводит микроконтроллер в последовательный порт.

Рис.П.3.5. Окно последовательного порта

Выберите Run из меню Debug или нажмите кнопку [GO] на панели инструментов.

Рис.П.3.6.показывает, как выглядит экран отладчика WinSim при выполнении программы. Обратите внимание, что в окно UART выведен текст "Hello World".

Рис.П.3.6. Экран отладчика при выполнении программы

При выводе символов в порт начинается выполнение бесконечного цикла. Вы можете остановить выполнение программы, выбрав Stop из меню Debug. С помощью регулятора при нажатой кнопке [Animate] на панели инструментов можно менять скорость работы отладчика. Строка состояния показывает текущее реальное время.

2.5. Пошаговый режим и выход из отладчика.

Вы можете использовать отладчик, чтобы перемещаться по программе. Выберите Reset из меню Debug (эта команда сбросит моделируемый процессор) и выберите Step Into и Step Over из меню Debug.

Команды Step позволяют "шагать" по каждой строке исходного текста. Текущая команда высвечивается на каждом шаге. Step Into позволяет войти в вызываемую функцию, Step Over- перешагнуть через неё, не входя во внутрь.

Для завершения работы с отладчиком в любой момент времени Вы можете выбрать Terminate из меню Debug и возвратиться в режим редактирования.

.

2.6. Следующий шаг.

Обратите внимание, что в режиме отладки на экране видны ещё два окна. Первое - окно кода (Рис.П.3.7.), где в пошаговом режиме параллельно с исходным текстом на языке С идёт трассировка текста на ассемблере.

.

Рис.П.3.7. Окно кода

Прокрутите окно кода и изучите ассемблерный аналог исходного текста. С символов "##" начинаются строки, с помощью которых легко сопоставить ассемблерный текст и текст на языке С. Обратите внимание на то, сколько кодов пришлось бы использовать, если проектировать программу на ассемблере.

Ассемблерный аналог текста сохраняется в файле hello.lst, если в опциях проекта (Project из меню Options) отмечено Generate Listing (Рис.П.3.8.). Здесь же можно указать, какую информацию включать в листинг.

Рис.П.3.8. Диалог опций проекта

Изучите смысл других опций проекта в разделах Environment, C51, А51, L51. Откройте файл листинга (Рис.П.3.9.) с помощью View listing из меню View

Рис.П.3.9. Окно файла листинга

Второе окно, которое присутствует на экране во время отладки, - Main Registers (Рис.П.3.10.).

Рис.П.3.10. Окно регистров

В этом окне постоянно отображается текущее состояние всех программно-доступных регистров микроконтроллера. Более того, содержимое регистров можно менять во время отладки.

С помощью пункта Data dump из меню View можно посмотреть содержимое памяти различного типа в режиме отладки. Попробуйте это сделать.

Проектирование микропроцессорных устройств

Составители: Шегал Анна Айзиковна

Черных Олег Аветисович

Редактор Н.П. Кубыщенко

ИД №06263 от 12.11.2001.

Подписано в печать 09.01.2004. Формат 60*84 1/16

Бумага типографская. Офсетная печать Усл. печ. л. 1,63.

Уч.-изд. л. 1.57 Тираж Заказ Цена «С»

Редакционно-издательский отдел ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ»

620002, Екатеринбург, Мира 19.

Blog

Методические указания к курсовой работе по дисциплинам: «Техническое обеспечение и внешние устройства эвм»

Содержание