Разработка микропроцессорной системы

Министерство образования  Российской Федерации

 

Тульский государственный университет

Кафедра «Системы автоматического управления»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

по дисциплине:

«Вычислительные машины, системы и  сети»

 

 

 

 

 «Разработка микропроцессорной системы»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнили: ст. гр. xxxxxx Xxxxxxx X.X.

ст. гр. xxxxxx Xxxxxxx X.X.

 

Проверил: доц., к.т.н. Морозов О.О.

 

 

 

 

 

Тула 2003.

 

 Содержание

 

 

 

 

 

 Введение

 

Микропроцессоры и микропроцессорные  системы являются в настоящее время наиболее массовыми средствами вычислительной техники. Разработка микропроцессорных систем является сложной проблемой, стоящей на стыке общесистемных вопросов с вопросами проектирования средств вычислительной техники и разработки программного обеспечения.

Широкая автоматизация  процессов в сферах производства, научных исследований, эксплуатации оборудования с использованием средств  вычислительной техники является основным направлением интенсификации физического  и интеллектуального труда человека, повышения производительности труда.

Основной технической базой  автоматизации управления технологическими процессами являются специализированные микропроцессорные устройства (МПУ). При изучении специализированных МПУ  рассматриваются приемы проектирования как аппаратных, так и программных средств МПУ. Проектирование аппаратных средств требует знания особенностей микропроцессорных комплектов микросхем различных серий. Проектирование программных средств требует знаний, необходимых для выбора метода и алгоритма решения задач, входящих в функцию МПУ, для составления программы (часто с использованием языков низкого уровня – языка кодовых комбинаций, языка Ассемблера), а также умение использовать средства отладки программ.

1 Анализ задания выбор  процессора

 

Анализируя задание, выбираем центральный процессор (ЦП) исходя из разрядности шины данных (ШД) – 8 бит, общего объема памяти 3 КБайт – шина адреса 16 разрядов. Наиболее подходящий и довольно простой процессор – Z80 фирмы Zilog.

 

 

Рисунок 1. Схема  включения центрального процессора.

 

2 Проектирование памяти

 

Требуется спроектировать блок запоминающего  устройства со следующими параметрами:

-объем ОЗУ – 1 Кб;

-объем ПЗУ – 2 Кб;

Для хранения в ОЗУ 1 Кб необходимо 1 микросхема (банк) с организацией 128 б х 8. Для хранения в ПЗУ 2 Кб необходимо 1 микросхема (банк) с организацией 256 б х 8.

Разряды шины адреса А0 –  А9 поступают одновременно на все  микросхемы ОЗУ, т. к. для адресации (выбора) 1028 восьмиразрядных ячеек  памяти необходимо 10 двоичных разрядов (2¹⁰= 1024). Аналогично для адресации памяти ячеек ПЗУ используется 11 разрядов.

Выбор банка ОЗУ либо ПЗУ производится в зависимости  от значения разряда А11. Составим таблицу  адресов памяти (смотри таблицу 1). Начальный  адрес страницы ПЗУ 00 00h, а конечный – 0B FFh. Начальный адрес страницы ОЗУ формируется как двоичная сумма конечного адреса страницы ОЗУ и логической единицы в младшем разряде., т.е. имеет место перенос единицы в разряд А11. Для определения конечного адреса этой страницы прибавляем к начальному адресу 2¹¹-1, т.е. код с логическими единицами в разрядах А0 – А9.

 

 

Таблица 1. Адресное пространство памяти.

А15	А14	А13	А12	А11	А10	А9	А8	А7	А6	А5	А4	А3	А2	А1	А0	Адрес	ЗУ
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	Нач. 00 00h	ПЗУ
0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	Кон. 07 FFh
0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	Нач. 08 00h	ОЗУ
0	0	0	0	1	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	Кон. 0B FFh

 

 

 

На основании произведенных  рассуждений строится адресный дешифратор. На вход разрешения дешифратора подается сигнал «Запрос памяти» и сигналы  «Чтение» и «Запись», объединенные по «И».

На микросхемы ОЗУ, кроме сигнала  «Выбор микросхемы», необходимо подать сигнал «Чтение/Запись». Если на этом входе  присутствует логическая единица, то осуществляется запись байта информации с шины данных в ячейку с адресом, установленным в разрядах А0 – А9, иначе осуществляется считывание данных из микросхемы в шину данных. Такой режим работы микросхем обеспечивается подачей сигнала «Запись памяти» на вход «Чтение/Запись».

 

Рисунок 2. Дешифратор памяти.

3 Проектирование ввода-вывода

 

От фотодатчика сигнал подается на аналого-цифрофой преобразователь, с которого через шинный драйвер  снимается значение и анализируется  программой. В схеме есть еще один шинный драйвер на который подается задаваемый уровень освещенности.

Управляющее напряжение на осветитель через усилитель мощности подается с 16-разрядного цифроаналогового преобразователя. Задающее значение которого снимается с 2-х 8-ми разрядных регистра.

По заданию необходимо отображать уровень освещенности в некоторых единицах на 3-х 7-ми сегментных индикаторах. Для их управления используем дешифратор (каждый на свой индикатор). А также регистр для задачи состояния последних.

Выбор той или иной микросхемы осуществляется при помощи дешифратора ввода-вывода, который управляется 3-мя младшими адресными битами.

Рисунок 3. Схема работы портов.

 

 4 Разработка программы

 

В соответствии с заданием программа разрабатывается на Ассемблере с использованием системы команд выбранного процессора. Логически программа состоит из:

- обработчика маскированного  прерывания, в котором происходит  чтение входных данных и их  обработка в соответствии с  алгоритмом, изложенным в задании.

- основной программы,  где устанавливается режим прерывания  и происходит останов до появления прерывания, а также происходит подстройка под возможности подсоединенного осветителя..

 

 

Таблица 2. Распределение  памяти.

Диапазон адресов	Содержание памяти	Область памяти
00 00h – 00 22h	Основная программа	ПЗУ
00 23h – 00 64h	Подпрограмма обслуживания INT
0B FFh	Стек	ОЗУ

 

Исходный код программы

Fd Equ 000b ; Чтение датчика

rg0 Equ 001b ; Запись в регистр 0

rg1 Equ 010b ; Запись в регистр 1

input Equ 011b ; Чтение задающей освещенности

write Equ 100b ; Отображение на индикаторы

org 0000h  ; Начальный адрес программы

jmp begin  ; Переход к метке begin (3 байта)

jmp int  ; Переход к метке int (обработка прерывания) (3)

@begin di  ; Запрещаем прерывание (1)

im1   ; Устанавливаем режим прерывания 1 (2)

mov sp, stack ; Задаем адрес стека (3)

xor b,b  ; Обнуляем значение регистра В (2)

xor a, a  ; Обнуляем значение регистра А (2)

out rg0, 255  ; Задаем значение регистра 0 равным 255 (3)

@beg  mov c, b ; Записываем значение регистра В в С (3)

inc a   ; Увеличиваем значение А (1)

out rg1, a  ; Задаем значение регистра 1 равным 1 (3)

in fd, b  ; Считываем значение счетчика в регистр В (3)

cmp b, c  ; Сравниваем текущее значение и предыдущее (2)

jne @beg  ; Если они не равны, то идем к метке @beg (2)

ei   ; Разрешаем прерывания (1)

halt   ; Ожидаем прерывания (1)

;ИТОГО 35 байт

int: org 0023h  ; Обработчик прерывания начинается с этого адреса

push a   ; Сохраняем в стек значение регистра А (1)

in input, b  ; Считываем знач. задав. скорости в регистр В (3)

xor d, d  ; Обнуляем значение регистра D (1)

xor e, e  ; Обнуляем значение регистра Е (1)

@mux: add d, b  ; Складываем регистры d и b (1)

adc e, 1  ; Прибавляем 1 к регистру е с четом переноса (2)

dec a   ; Уменьшаем на единицу регистр А (1)

jnz @mux  ; Если а<>0, то идем к метке @mux (2)

out rg0, d  ; Записываем в порт rg0 значение регистра d (3)

out rg1, e  ; Записываем в порт rg1 значение регистра e (3)

pop a   ; Восстанавливаем значение регистра а (1)

 

; A – множитель (в зависимости от осветителя)

; В – скорость 

; Отображаем значение на индикаторы

 

xor A, A  ; Обнуляем А (1)

xor D, D  ; Обнуляем D (1)

xor E, E  ; Обнуляем E (1)

mov C, B  ; (2)

Cmp B, 200  ; Сравниваем B с числом 200 (2)

Jl m200   ; Если А<200, то переходим к метке m200 (2)

Or A, 10000000b  ; Записываем в регистр A биты (2)

Sub C, 200  ; Вычитаем из регистра С число 200 (2)

Jmp Decidki  ; Переход к метке Desidki (3)

m200: Cmp B, 100  ; Сравниваем А с числом 100 (2)

Jl Desidki   ; Если B<100, то переходим к метке Desidki (2)

Or A, 01000000b  ; Записываем в регистр A биты (2)

Sub C, 100  ; Вычитаем из регистра С число 100 (2)

 

Desidki: Cmp C, 10 ; Сравниваем С с числом 10 (2)

Jl EndDes  ; Если С<10, то переходим к метке EndDes (2)

Sub C, 10  ; Вычитаем из регистра С число 10 (2)

Inc D   ; Увеличиваем регистр D на 1 (1)

Jmp Desidki ; Переход к метке Desidki (3)

EndDes: Mov E, D ; Записываем в регистр Е значение регистра D (2)

Shl E   ; Сдвигаем знач. регистра Е на один бит влево (1)

Shl E   ; Сдвигаем знач. регистра Е на один бит влево (1)

Shl E   ; Сдвигаем знач. регистра Е на один бит влево (1)

Or A, E  ; Записываем в регистр A биты (2)

Or A, C  ; Записываем в регистр A биты (2)

   Out Write, A ; Отображаем на индикаторы (2)

Reti   ; (1)

; Итого 65 байтов 
Список литературы

 

1 Пухгальский Г. И., Новосельцева Т. Я. Проектирование  дискретных устройств на интегральных  микросхемах: справочник. – М.: Радио  и  
связь, 1990.

2 Хоровиц П., Хилл У.  Искусство схемотехники том 2. – М.: МИР, 1986.

3 Микропроцессоры и  микропроцессорные комплекты интегральных  схем. Справочник в двух томах  / под ред. Шахнова В. А. –  М.: Радио и связь, 1988.

4 Калабеков Б.А. Микропроцессоры  и их применение в системах  передачи и обработки сигналов: учебное пособие для ВУЗов. – М.: Радио и связь, 1988.

5 Балашов Е.П., Пузанков  Д.В. Микропроцессоры и микропроцессорные  системы: учебное пособие для  ВУЗов / под ред. В.Б.Смолова.  – М.: 1981.

6 Микропроцессоры и  микроЭВМ в системах автоматического  управления: Справочник / С.Т. Хвоща, Н.Н. Варлинский, Е.А. Попов: Под общ. ред. С.Т. Хвоща. – Л.: Машиностроение, 1987.