Санкт-Петербурзький державний технічний університет

Кафедра системного аналізу та управління

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА

Дисципліна: організація ЕОМ

Тема: організація мікропроцесорів (МП К580)

"__"___________ 2001р.

Санкт-Петербург

2001

Мета роботи.

Практичне ознайомлення з окремими БІС мікропроцесорногокомплекту серії К580, методикою побудова МП-систем на його основі іструктурою програмного забезпечення.

Опис робочого стенду.

Лабораторний стенд ТУМ1 призначений для вивчення функціональнихможливостей і внутрішньої структури (організації) МП різних типів, а такж для вивчення системи команд (мікрокоманд) цих МП і принципівпроектування і налагодження мікроконтролерів на основі МП.

Функціонально структура лабораторного стенду (рис.1) являєсобою схему звичайної МП-системи або мікроЕОМ, що включає в себе центральнийпроцесор (ЦП), пам'ять, пристрій введення (клавіатура для введення вихіднихданих і програм) і пристрій виводу (блок світлодіодних індикаторів,що дозволяє візуально контролювати вводиться інформацію і результативиконання програм).

У стенді використані два клавішних регістра вхідної інформації.
Перший клавішний регістр призначений для введення даних, а другий клавішнийреєстр виконує функції регістра мікрокоманд для мікропроцесорів змікропрограмного управлінням або функції регістра адреси длямікропроцесорів з фіксованою розрядністю. Крім того, на панеліуправління так же розміщений ряд перемикачів окремими режимами роботи.
Світлодіодні індикатори виведені на вертикальну лицьову панель стенда.
Незалежно від типу досліджуваного МП стенд може працювати або в покроковомурежимі, або в автоматичному.

На платі пам'яті розміщені БИС ОЗУ. Застосування оперативних запам'ятовуючихпристроїв як програмної (мікропрограмного) пам'яті визначеноспецифікою використання стенду, призначеного для вирішення різноманітнихзавдань різних користувачів. Як пам'яті МП-системи на основімікропроцесора К580 використана БІС статичного ОЗП К565РУ2А ємністю
1024х1 біт. Паралельне включення восьми БІС цього типу дозволилоорганізувати програмну пам'ять і пам'ять даних об'ємом 1024 восьмирозрядних слів.

При дослідженні модульних (секційних) МП використовується плата пам'яті,основу якої складає дві секції по 5 паралельно включених БИС ОЗУтипу К155РУ2 ємністю 16х4 біт. Використання десяти БИС ОЗУ забезпечилореалізацію пам'яті мікропрограм обсягом у 32 двацатіразрдних слова.

Керування режимами роботи ОЗП (Читання, Запис чи зберіганняінформації) в стенді здійснюється за допомогою керуючих клавіш ЗУ/Клави і
ЗАП, які з'єднані з керуючими входами БИС ОЗУ «Вибір кристала» і
«Запис». У загальному випадку під час роботи з ЗУ необхідно переключити тумблер
ЗУ/Клав в положення ЗУ. При цьому інформація (дані, команда,мікрокоманд), записана по індіціруемому адресою, автоматичнозчитується і з'являється на відповідних однойменних індикаторах. Длязапису необхідної інформації, попередньо набраної на клавішному регістріданих (мікрокоманд), необхідно натиснути на клавішу ЗАП. Алгоритм та органиуправління пам'яттю конкретних МП-пристроїв можуть дещо відрізнятися відрозглянутих і будуть представлені додатково при описівідповідних режимів роботи лабораторного стенду.

Рис.1

До складу мікроЕОМ (рис.2) на базі МПК входить:

-плата центрального процесора, що включає крім БІС К580ІК80А
(К580ВМ80А) ряд БІС та СІС, за допомогою яких реалізовані тактовий генератордвофазних послідовностей імпульсів Ф1і Ф2, системний контролер,формує зовнішні сигнали управління обмінної інформації в МП-системі, ішинні формувачі адреси і даних, призначені для підвищеннянавантажувальної здатності шин адреси і даних;

-плата пам'яті, що включає оперативне ЗУ ємністю 1024 восьмирозряднихслова на основі ВІС К565РУ2А, призначений для запису зберігання навчальнихпрограм і даних, а так же результатів виконання програм;

-пульт управління і індикації, за допомогою якого здійснюєтьсяуправління роботою мiкроЕОМ та індикації різних режимів роботи,вмісту шин адреси і даних.

За допомогою двох зовнішніх роз'ємів, розташованих на торцевих стінкахстенду, передбачена можливість підключення двох модулів програмованогопаралельного інтерфейсу введення-виведення К580ВВ55, що забезпечуєдвонаправлений обмін із зовнішніми пристроями.

Основним режимом роботи мікроЕОМ є режим ВИКОНАННЯ ПРОГРАМИ.
Однак, перш ніж приступити до роботи, мiкроЕОМ необхіднозапрограмувати. Тому поряд з основним режимом мікроЕОМ такожпередбачений режим запису і корекції програм (команд), який увідповідно до однойменного режимом роботи МП КР580ВМ80 названий режимом
Прямого доступу до пам'яті (ПДП).

Режим ПДП призначений для запису інформації в ОЗУ, а такожвикористання системної шини іншими зовнішніми пристроями.

Режим ВИКОНАННЯ ПРОГРАМИ забезпечує роботу мікроЕОМ за програмою,заздалегідь записаної в пам'ять, у кроків або автоматичному режимі.

Для організації зазначених режимів роботи на передній панелі стендупристрої введення розміщений ряд елементів управління, призначення якихнаступне:

ЗУ/Клава - перемикач (тумблер), що визначає джерело даних ікоманд. У положенні ЗУ здійснюється читання команд і даних з пам'яті абов пам'ять, в положенні Клава - з клавіатури (без звернення до вмісту ЗУ);

ЗПД - тумблер, за допомогою якого забезпечується формування сигналу
«Запит прямого доступу до пам'яті». Реагуючи на цей сигнал, МП переходить врежим ПДП, при якому ША і ШД МП відключається від системних шин. Завдякицьому, з'являється можливість безпосереднього звернення до елементів ОЗУмікроЕОМ за допомогою клавішних регістрів адреси і даних. Встановлення режиму
ПДП необхідно контролювати за світлодіодного індикатора ППД
(підтвердження прямого доступу). Якщо при включеній клавіші ЗПД індикатор
ППД не горить, необхідно натиснути кнопки НУ і ПУСК;

КЦ/МЦ - тумблер, що задає роботу МП по командним або машинним циклів впокроковому режимі.

Тумблер Непр/КРОК і кнопка ПУСК забезпечують роботу МП в безперервномуабо покроковому режимі при виконанні програми. При цьому залежно відположення перемикача КЦ/МЦ в покроковому режимі реалізується виконанняодного командного або машинного циклу.

Рис. 2

Вивчення найпростіших технічних засобів організації інтерфейсумікропроцесорних систем виконується на стенді ТУМ1 за допомогою чотирьох-абошестіразрядного дисплеїв на семи сегментних індикаторах (ДСІ).

У більшості МП-систем обмін інформацією між МП і периферійнимипристроями здійснюється через спеціальні схеми сполучення
(інтерфейсні схеми), виконані на основі інтегральних схем малому ступеніінтеграції або у вигляді спеціальних БІС. У простому випадку рольпроміжного пристрою сполучення між МП і пристроєм вводу-виводувиконує регістр який часто називають портом. Роботу подібного порту можнавивчити за допомогою чотирирозрядний дисплея, до складу ДСІ входять чотиривосьмирозрядних регістра з відповідними схемами управління та чотирисеми сегментних індикатора. До системних шин адреси, даних і управління
МП-системами ДСІ підключається через зовнішній роз'єм. Семи сегментнііндикатори дозволяють відображати всі десяткові цифри і ряд літер російського ілатинського алфавітів. Кодування відображаються символів здійснюєтьсявосьмирозрядних двійковим кодом: сегменту b0 відповідає установка в «1»розряду d0 акумулятора, сегменту b1 - установка в «1» d1 і т.д. принципкодування показано на рис. 3.Вивод інформації здійснюється по команді
Out Port, тобто виведення вмісту акумулятора.

Рис. 3

У загальному випадку в якості буферного пристрою сполучення між МП іпристроями вводу-виводу використовують БІС програмованого паралельногоінтерфейсу КР580ВВ55 (ППІ). Програмувальне пристрій вводу-виводупаралельної інформації КР580ВВ55 являє собою набір з трьох 8 --розрядних двонаправлених портів (каналів) А, В і С, призначених дляпідключення периферійних пристроїв до системних шин (Рис. 4)

Структурна схема ППІ включає в себе двонаправлений буфер ШД, триінформаційних регістра каналів А, В, С і схему вибору каналу і управління,містить регістр керуючого слова. Зв'язок БІС з ШД МП-системиздійснюється через трістабільний 8-розрядний буфер ШД. Входи А0 та А1підключаються до однойменних ліній шини адреси і використовуються для виборувнутрішнього регістра ППІ

Рис. 4

1.Виполненіе типових завдань 1-12 з методичних вказівок

1.

Програма № 1

Завантаження в регістри B і C даних 010 і 001

Адреса Команди Мнемоніка команд Коментарі
L = 000 041 LXIH Завантаження початкового

Адреси пам'яті.
001 200 B2 мл. байт пам'яті.
002 000 В3 ст. байт пам'яті.
003 001 LXIB Запис вихідних даних в регістри В і С
004 001 В2 В2 ((С)
005 010 В3 В3 ((В)
006 160 MOV M, B Запам'ятовування (В)
007 043 INX H Формування наступного адреси пам'яті.
010 161 MOV M, C Запам'ятовування (С)
011 166 HLT Зупинка.

Після виконання програми сегментданих буде мати такийвигляд:

Адреса Вміст

200. 001

201. 010

Програма № 2

Дозволяє занести вміст регістрів В і С в стек (вибраний ділянкапам'яті).

Адреса Команди Мнемоніка команд Коментарі
000 061 LXI SP Установка покажчика стека.
001 202 В2 мл.байт адреси.
002 000 В3 ст.байт адреси.
003 001 LXI B Запис вихідних даних в регістри В і С.
004 001 В2
005 010 В3
006 305 PUSH B Запам'ятовування вмісту регістрів В і С у стеку.
007 166 HLT Зупинка.

Вміст осередків після виконання програми:

Адреса Вміст

200. 001

201. 010

Програма № 3

Витяг даних з стека, їх зміна та занесення назад в стек.
Запишемо в стек (H = 000, L = 200 і H = 000, L = 201) числа 001 і 200.

Адреса Команди Мнемоніка команд Коментарі
000 061 LXI SP
001 200 В2
002 000 В3
003 301 POP B Витяг даних з стека і завантаження їх у реєстрову пару В і С
004 004 INR B Збільшення на одиницю регістра В
005 015 DCR C Зменшення на одиницю вмісту регістра З
006 305 PUSH B Запам'ятовування в стеку
007 166 HLT

Вміст осередків до виконання програми:
| Адре | Вміст |
| з | |
| 200 | 001 |
| 201 | 200 |

Вміст осередків після виконання програми:

| Адре | Вміст |
| з | |
| 200 | 000 |
| 201 | 201 |

Програма № 4

Додавання вмісту регістра з вмістом комірки пам'яті

| Адреси | Команди | Мнемоніка команд | Коментарі |
| 000 | 041 | LXI H | |
| 001 | 200 | B2 | |
| 002 | 000 | B3 | |
| 003 | 076 | MVI A | Безпосередня завантаження А |
| | | | Одним |
| | | | Одним з доданків |
| 004 | 010 | B2 | |
| 005 | 206 | ADD M | Додавання вмісту А з |
| | | | Вмістом комірки пам'яті |
| 006 | 167 | MOV M, A | |
| 007 | 166 | HLT | |

Вміст осередків до виконання програми:
| Адре | Вміст |
| з | |
| 200 | 100 |

Вміст осередків після виконання програми:
| Адре | Вміст |
| з | |
| 200 | 110 |

Програма № 4.1

Додавання двійковій-десяткових чисел.

| Адреси | Команди | Мнемоніка команд | Коментарі |
| 000 | 041 | LXI H | |
| 001 | 200 | B2 | |
| 002 | 000 | B3 | |
| 003 | 076 | MVI A | |
| 004 | 010 | B2 | |
| 005 | 206 | ADD M | (A) + (M) ((A) |
| 006 | 047 | DAA | Десяткова |
| | | | Корекція |
| 007 | 167 | MOV M, A | |
| 010 | 166 | HLT | |

Вміст осередків до виконання програми:
| Адре | Вміст |
| з | |
| 200 | 051 (29) |

Вміст осередків після виконання програми:
| Адре | Вміст |
| з | |
| 200 | 067 (37) |

Програма № 4.2

Віднімання двійковій-десяткових чисел

| Адреса | Команд | Мнемоніка |
| а | и | команд |
| 000 | 041 | LXI H |
| 001 | 200 | B2 |
| 002 | 000 | B3 |
| 003 | 006 | MVI B |
| 004 | | B2 |
| 005 | 076 | MVI A |
| 006 | 231 | 99 |
| 007 | 220 | SUB B |
| 010 | 074 | INR A |
| 011 | 206 | ADD |
| 012 | 047 | DAA |
| 013 | 167 | MOV M, A |
| 014 | 166 | HLT |

Вміст осередків до виконання програми:
| Адре | Вміст |
| з | |
| 200 | 045 (25) |

Вміст осередків після виконання програми:
| Адре | Вміст |
| з | |
| 200 | 007 (07) |

Програма № 5

Логічна операція, зсув числа і запам'ятовування слова стану
| Адреса | Команди | Мнемоніка команд | Коментарі |
| а | | | |
| 000 | 006 | MVI B | |
| 001 | 200 | B2 | |
| 002 | 076 | MVI A | |
| 003 | 001 | B2 | |
| 004 | 250 | XRA | Складання по mod2 вмісту А і |
| | | | В. |
| 005 | 027 | RAL | Циклічний зсув вліво через |
| | | | Перенесення. |
| 006 | 061 | LXI SP | |
| 007 | 202 | B2 | |
| 010 | 000 | B3 | |
| 011 | 365 | PUSH PSW | Запам'ятовування в стеку Слова |
| | | | Стани Програми. |
| 012 | 166 | HLT | |

Аналіз значень Слова Стани Програми

| Мнемоніка | Значення PSW |
| команди | |
| | (A) | РгF |
| MVI B 200 | xxxxxxx | xx0x0x1 |
| | X | x |
| MVI A 001 | 0000000 | xx0x0x1 |
| | 1 | x |
| XRA B | 1000000 | 1000011 |
| | 1 | 0 |
| RAL | 0000001 | 1000011 |
| | 0 | 1 |
| LXI SP 202 000 | 0000001 | 1000011 |
| | 0 | 1 |
| PUSH PSW | 0000001 | 1000011 |
| | 0 | 1 |
| HLT | 0000001 | 1000011 |
| | 0 | 1 |

Вміст осередків після виконання програми:
| Адре | Вміст |
| з | |
| 200 | 207 |
| 201 | 002 |

Програма № 6

Обнулення області пам'яті. Програма пересилає нульове вміст якогоабо регістра в комірку пам'яті.

| Адреса | Команди | Мнемоніка команд | Коментар |
| а | | | |
| 000 | 227 | SUB A | Обнулення А |
| 001 | 041 | LXI H | |
| 002 | 011 | B2 | |
| 003 | 000 | B3 | |
| 004 | 167 | MOV M, A | Обнулення комірки пам'яті за |
| | | | Адресою HL |
| 005 | 043 | INX H | Адреса наступної комірки |
| 006 | 303 | JMP | Безумовний перехід за адресою |
| 007 | 004 | B2 | мл.байт |
| 010 | 000 | B3 | ст.байт |

Вміст осередків до виконання програми:
| Адре | Вміст |
| з | |
| 011 | Xxx |
| ... | Xxx |
| 040 | Xxx |

Вміст осередків після виконання програми:
| Адре | Вміст |
| з | |
| 011 | 000 |
| ... | 000 |
| 040 | 000 |

Програма № 7

Режим завдання команд з клавіатури
| Адреси | Команди | Мнемоніка команд |
| 100 200 | 166 | HLT |

Завдання з клавіатури

| Команд | Мнемоніка |
| и | команд |
| 303 | JMP |
| 200 | B2 |
| 100 | B3 |

Передача № 8

Умовні переходи. Програма дозволяє вивчити дію умовних переходів.
За адресою H = 000, L = 200 запишемо число 002 (відповідає нульовому значеннювсіх прапорів в регістрі ознак), а за адресою H = 000, L = 004 - число 302 (кодкоманди умовного переходу за ненульовий результату JNZ).

| Адреса | Команди | Мнемоніка команд | Коментарі |
| а | | | |
| 000 | 061 | LXI SP | |
| 001 | 200 | B2 | |
| 002 | 000 | B3 | |
| 003 | 361 | POP PSW | Витяг з стека ССП |
| 004 | * | * | (JNZ, JZ, JNC, JC, JPO, JPE, JP, JM) |
| 005 | 000 | B2 | |
| 006 | 000 | B3 | |
| 007 | 166 | HLT | |
| 200 | ** | - | |
| 201 | 000 | - | |

Варіанти виконання програми

| призн | Дані за адресою | Дані за адресою | Перехід до адреси |
| к | 004 | 200 | 000 |
| | 302 (JNZ) | 002 (z = 0) | Є |
| нуль | 302 (JNZ) | 102 (z = 1) | Ні |
| | 312 (JZ) | 102 (z = 1) | Є |
| | 322 (JNC) | 002 (c = 0) | Є |
| перено | 322 (JNC) | 003 (c = 1) | Ні |
| з | | | |
| | 332 (JC) | 003 (c = 1) | Є |
| | 342 (JPO) | 002 (p = 0) | Є |
| Четнос | 342 (JPO) | 006 (p = 1) | Ні |
| ть | | | |
| | 352 (JPE) | 006 (p = 1) | Є |
| | 362 (JP) | 002 (s = 0) | Є |
| Знак | 362 (JP) | 202 (s = 1) | Ні |
| | 372 (JM) | 202 (s = 1) | Є |

Програма № 12

Вибір максимального елемента масиву.

| Адреса | Команда | Мнемоніка команди | Коментар |
| 000 | 041 | LXI H | |
| 001 | 100 | B1 | |
| 002 | 000 | B2 | |
| 003 | 016 | MVI C | Завантаження змінної циклу |
| 004 | 005 | B2 | |
| 005 | 176 | MOV A, M | Завантаження в А першого елемента |
| 006 | 043 | INX H | Перехід до наступного елемента |
| 007 | 276 | CMP M | Якщо А> М С = 0 |
| | | | А |
| | | | Прапор C = 0 і навпаки |
| 013 | 322 | JNC | Якщо C = 1, то елементи розташовані по |
| | | | Зростанню і виконувати зміну їх місцями |
| | | | Не потрібно (ком 016-021) |
| 014 | 022 | B2 | Наст. Осередок |
| 015 | 000 | B3 | Дільник з пам'яті в В |
| 016 | 160 | MOV M, B | Перезапис першого елемента за адресою |
| | | | Другий |
| 017 | 053 | DCX H | Сформували адреса першого елемента |
| 020 | 167 | MOV M, A | Зберегли під адресою першого елемента |
| | | | Другий |
| 021 | 043 | INX H | Адреса перший з порівнюваних в наступному |
| | | | Циклі |
| 022 | 025 | DCR D | Зменшення змінної внутрішнього циклу |
| 023 | 302 | JNZ | Якщо змінна не дорівнює нулю перехід до |
| | | | Наступної ітерації |
| 024 | 007 | B2 | |
| 025 | 000 | B3 | |
| 026 | 015 | DCR C | Зменшення змінної зовнішнього циклу |
| 027 | 302 | JNZ | Якщо змінна зовнішнього циклу не дорівнює |
| | | | Нулю то переходимо до наступної ітерації |
| 030 | 002 | B2 | |
| 031 | 000 | B3 | |
| 032 | 166 | HLT | Кінець програми. |

Програма № 2.

Висновок з затримкою слів ріпа й ГЕРБ на панель індикатора.

| Адреса | Команда | Мнемоніка команд | Коментарі |
| 000 | 076 | MVI A | Попередня ініціалізація ППІ |
| | | | Блоку статичної індикації |
| 001 | 200 | B2 | |
| 002 | 323 | OUT port | |
| 003 | 003 | B2 | |
| 004 | 323 | OUT port | |
| 005 | 007 | B2 | |
| 006 | 004 | INR B | Ініціалізація стека |
| 007 | 002 | STAX B | |
| 010 | 001 | LXI B | |
| 011 | 220 | B2 | |
| 012 | 230 | B3 | |
| 013 | 007 | RLC | |
| 014 | 006 | MVI B | |
| 015 | 003 | INX B | |
| 016 | 041 | LXI H | Завантаження початкового адреси в покажчик |
| | | | Пам'яті |
| 017 | 200 | B2 | |
| 020 | 000 | B3 | |
| 021 | 176 | MOV A, M | Висновок на блок статичної індикації |
| | | | Слова Ріпа |
| 022 | 323 | OUT port | |
| 023 | 000 | B2 | |
| 024 | 043 | INX H | |
| 022 | 176 | MOV A, M | |
| 023 | 323 | OUT port | |
| 024 | 001 | B2 | |
| 025 | 043 | INX H | |
| 026 | 176 | MOV A, M | |
| 027 | 323 | OUT port | |
| 030 | 002 | B2 | |
| 031 | 043 | INX H | |
| 032 | 176 | MOV A, M | |
| 033 | 323 | OUT port | |
| 034 | 004 | B2 | |
| 035 | 315 | CALL addr | Виклик підпрограми |
| 036 | 153 | B2 | |
| 037 | 000 | B3 | |
| 040 | 043 | INX H | Висновок на блок статичної індикації |
| | | | Слова ГЕРБ |
| 041 | 176 | MOV A, M | |
| 042 | 323 | OUT port | |
| 043 | 000 | B2 | |
| 044 | 043 | INX H | |
| 045 | 176 | MOV A, M | |
| 046 | 323 | OUT port | |
| 047 | 001 | B2 | |
| 050 | 043 | INX H | |
| 051 | 176 | MOV A, M | |
| 052 | 323 | OUT port | |
| 053 | 002 | B2 | |
| 054 | 043 | INX H | |
| 055 | 176 | MOV A, M | |
| 056 | 323 | OUT port | |
| 057 | 004 | B2 | |
| 060 | 315 | CALL addr | Виклик підпрограми |
| 061 | 153 | B2 | |
| 062 | 000 | B3 | |
| 063 | 303 | JMP addr | Безумовний перехід до команди по |
| | | | Адресою, вказаною в B2, B3 |
| 064 | 006 | B2 | |
| 065 | 000 | B3 | |

Підпрограма, що організує затримку.

| Адреса | Команди | Мнемоніка | Коментарі |
| | | Команди | |
| 153 | 001 | LXI B | Запис вихідних даних в регістри B і C |
| 154 | 377 | B2 | B2 ((C) |
| 155 | 377 | B3 | B3 ((B) |
| 156 | 005 | DCR B | Зменшення змінної внутрішнього циклу |
| 157 | 302 | JNZ addr | Якщо змінна циклу не дорівнює нулю перехід |
| | | | До наступної ітерації |
| 160 | 156 | B2 | |
| 161 | 000 | B3 | |
| 162 | 015 | DCR C | Зменшення змінної зовнішнього циклу |
| 163 | 302 | JNZ addr | Якщо змінна циклу не дорівнює нулю перехід |
| | | | До наступної ітерації |
| 164 | 156 | B2 | |
| 165 | 000 | B3 | |
| 166 | 311 | RET | Безумовний повернення з підпрограми |

Коди літер для виводу на семи сегментний індикатор

| А | 167 |
| Б | 175 |
| Г | 061 |
| Е | 171 |
| Р | 163 |
| П | 067 |

Висновки.

У ході виконання роботи були отримані навички програмування МП -систем, система команд процесора комплекту серії К580 і принципипроектування і налагодження мікроконтролерів на основі МП. Програмування вмашинних кодах дозволяє прозоро представити структуру МП і програмногозабезпечення.

-----------------------

Блок індикації

ЗУ

Команд

(мікрокоманд)

Блок

Центрального

Процессора

(ЦП )

Блок синхронізації

ТГ

Схема одноразового пуску

Пульт управління

Клавішні регістри вхідної інформації

Автомат
Однократ

пуск

ЗУ
Клав

ю