Методические указания для практических занятий по дисциплине мдк. 02. 01
 Скачать 7.37 Mb.
|
|
Практическая часть. Тест-программа проверки функционирования ОЗУ. Программа проверки функционирования ОЗУ, записанная на машинном языке, представлена в табл. 1. Тест состоит из трёх подпрограмм: тест «число», тест» адрес, тест «бегущие значения». Данный тест проверяет объём встроенного ОЗУ, его работоспособность, а также возможность выполнения программы пользователя в автоматическом режиме. Таблица 1 Тест проверки функционирования ОЗУ Адре с 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 800 801 802 803 804 805 806 807 808 809 80A 80B 80C 80D 31 EO 83 21 EO 80 AF 37 17 77 BE CA 12 80 CD CE 02 76 2F 77 BE C2 OE 80 2F 07 D2 09 80 23 7C FE 88 C2 06 80 CD 9D 80 21 00 88 2B 74 2B 75 7C FE 80 C2 2A 80 7D FE EO C2 2A 80 7D BE C2 OB 80 23 7C BE OB 80 23 7C FE 88 C2 3A 80 CD A8 80 00 00 00 00 06 FF OE 00 21 EO 80 71 23 7C FE 88 C2 59 80 21 EO 80 54 5D 78 12 79 BE CA 99 80 7C FE 88 C2 8B 80 21 EO 80 79 12 13 7A FE 88 C2 66 80 AF 00 CA B3 80 06 00 OE FF C3 56 80 BA C2 OB 80 7D BB C2 OB 80 7E B8 C2 OB 80 23 C3 68 80 21 FE 83 36 39 2B 36 66 C3 BF 80 21 FF 83 36 5E 2B 36 77 C3 BF 80 21 FF 83 36 76 2B 36 00 CD BF 80 76 2B 36 6E 2B 36 4F 2B 36 07 2B 36 39 2B 36 79 2B 36 07 06 FF OE FB E3 E3 OD C2 B5 80 05 C2 D3 80 C9 76 Примечания: 1.Загрузка программы производится последовательным нажатием клавиш RST ADDR 8000 MEM 31 NEXT 83…80 NEXT C9. 2. Выполнение программы в непрерывном режиме инициируется последовательным нажатием клавиш RST ADDR 8000 RUN. 3.В ходе работы программы на индикаторы выводятся фразы: -по окончании теста «число»: ТЕСТ ЗУЧС -по окончании теста «адрес»: ТЕСТ ЗУАД -по окончании теста «бегущие огни» : ТЕСТ ЗУН. Индикация первых двух фраз осуществляется в течение 1-2 с. В ходе работы тестов на индикаторах может находиться произвольная информация. Если какой-либо тест выполняется неправильно, то в первых четырёх разрядах высвечивается адрес неисправной ячейки памяти, а в двух последних разрядах – содержимое этой ячейки. Контрольные вопросы 1.С какой целью осуществляется мультиплексирование ЩД? 2.Перечислите все программно-недоступные регистры МП с указанием их назначения. 3.Какую информацию содержит первый байт команды? Второй? Третий? 4.Объясните работу стека в МП-системе. 5.Какую функцию выполняет схема десятичной коррекции в АЛУ? 6.Объясните назначение всех управляющих выводов в МП. 7.С какой целью используется ПДП? 8.Каким образом осуществляется адресация РОН? 9.Объясните работу всех командных клавиш УОУ. 10.Какую информацию и с какой целью фиксирует регистр признаков АЛУ? 11.Объясните характер выполнения всех возможных операций в АЛУ. 12.В каком случае изменяется содержимое программного счётчика. 13.Какая наибольшая ёмкость памяти может быть адресована 16 адресными линиями? 14.Как изменится содержимое FF регистровой пары HL после инкрементирования? 15.Определите слово состояния программы и слово состояния процессора. Практическая работа № 13. Принцип организации ввода-вывода в микропроцессорной системе. Цель: изучение режимов работы и принципов программирования БИС периферийного адаптера К580ВВ55А. Основные сведения Программируемые периферийные адаптеры (ППА) предназначены для организации связи между внешними устройствами и микропроцессором (МП). Наиболее часто такие адаптеры используются для реализации сложных интерфейсов, когда логика обмена заранее не известна, или когда характеристики процедур обмена должны меняться во время работы микропроцессорной системы. Номенклатура БИС ППА довольно обширна, но наиболее часто используются следующие БИС: i8255А – ППА фирмы Intel (отечественный аналог КР580ВВ55А) и МС6820 – ППА фирмы Motorola. Рассмотрим основные принципы организации и функционирования ППА на примере БИС КР580ВВ55А (ВВ55А). Это однокристальное программируемое устройство параллельного ввода/вывода информации произвольного формата. Адаптер позволяет осуществлять параллельный обмен данными в режиме программного управления или по прерываниям. При этом обеспечивается организация как однонаправленного, так и двунаправленного ввода/вывода. Определение и переопределение типа интерфейса выполняется программными методами с помощью специальных процедур инициализации. 77 Структурная схема программируемого периферийного адаптера ВВ55А приведена на рис. 1. В состав ППА входят три двунаправленных 8-разрядных порта (A, B и C), разбитых на две группы, два устройства управления группами портов и интерфейсная логика для согласования с системной магистралью. Порты содержат буферные регистры и шинные формирователи с тремя состояниями. Схема управления содержит регистр управляющего слова CW, который доступен только для записи и определяет режимы работы ППА. Программный доступ к такому регистру дает возможность оперативно управлять работой адаптера и изменять характеристики интерфейса в соответствии с текущей необходимостью. Обмен информацией между МП и внутренними регистрами ППА осуществляется через двунаправленный шинный формирователь и управляется сигналами CS, A0, A1, RD и WR в соответствии с требованиями к шине Microbus. Адресные сигналы (А0 и А1) выбирают один из внутренних регистров, а стробы RD и WR управляют направлением передачи согласно табл. 1. Вход RESET служит для аппаратного сброса БИС в исходное состояние, при этом все внутренние регистры ППА, включая регистр управляющего слова CW, обнуляются. RESET Группа А, порт А WR A0 A1 CS D0-D7 Группа А, порт С Группа В, порт В Группа В, порт С Управление группой В Управление группой А Буфер шины Логика чтения записи PA0- PA7 PC4- PC7 PC0- PC3 PB0- PB7 RD Рис. 1. Структурная схема БИС ППА К580ВВ55А Настройка ППА выполняется программно с помощью специального управляющего слова MS (Mode Selection), которое назначает режим работы каждому каналу. Эти режимы могут быть изменены в любое время. Для хранения MS используется 7-разрядный регистр управляющего слова CW, запись в который осуществляется при передаче в ППА управляющего слова с установленным в «1» битом D7. Управляющее слово определяет режим работы каждого канала ВВ в соответствии с форматом, приведённым на рис. 2. 78 Таблица 1 A 1 A 0 R D WR C S ОПЕРАЦИЯ 0 0 0 1 0 D Порт A 0 1 0 1 0 D Порт B 1 0 0 1 0 D Порт C 1 1 0 1 0 Не допустимо 0 0 1 0 0 Порт A D 0 1 1 0 0 Порт B D 1 0 1 0 0 Порт C D 1 1 1 0 0 Управление D X X 1 1 0 Нет операции X X X X 1 Нет операции Устройства управления групп А или В воспринимают только свою часть управляющего слова. При записи нового управляющего слова все буферные регистры портов обнуляются. Адаптер поддерживает три режима работы портов: режим 0 - однонаправленный ВВ без квитирования (применим к любому из трех портов). Код режима - “00”; режим 1 - однонаправленный ВВ с квитированием (применим к портам A и B). Код режима – “01”; режим 2 - двунаправленный ВВ (допускается только для порта A). D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 Управление группой А Управление группой В При зн ак сл ов а MS Р еж им раб от ы п орт а А По рт А : 1 – вв од , 0 - в ы во д По рт C 7- C 4: 1 – вв од , 0 - в ы во д Р еж им раб от ы п орт а В По рт В : 1 – вв од , 0 - в ы во д По рт C 3- C 0: 1 – вв од , 0 - в ы во д Рис. 2. Формат регистра CW 79 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 X X X Управление группой С 1 /0 Пр из нак сл ов а B S R Не исп ол ьз ую тся Но м ер б ит а по рт а С 1 – уст ан ов ка би та, 0 – сб ро с би та Рис. 3. Формат регистра BSR При работе портов A и B в режимах 1 и 2 часть линий порта C из соответствующей группы используется для управления обменом с периферийным устройством (ПУ). Код режима “10” или “11”. При сбросе бита D7 управляющее слово носит название BSR (Bit Set/Reset) и применяется для независимой установки (сброса) разрядов выходного порта C при его использовании для управления ПУ. Формат слова BSR представлен на рис. 3. Порты A, B и C для работы в том или ином режиме программируются независимо друг от друга. Так, если порт B запрограммирован для ввода данных в режиме 1, то порт A может выполнять любую другую операцию обмена из числа возможных. Свободная от управления часть порта C может программироваться для ввода или вывода в режиме 0, причем младшая половина порта независимо от старшей. Применение ППА ВВ55А позволяет организовать связь микроЭВМ с приемниками и передатчиками цифровой информации в параллельном коде, а также строить схемы адаптеров радиального параллельного интерфейса (ИРПР). При работе портов в режимах 1 и 2 управление обменом информацией с ПУ осуществляется дополнительными сигналами управления. Для генерации сигналов управления используются отдельные линии порта C. При разработке следует учитывать, что усложнённый алгоритм управления вводом-выводом, свойственный этим режимам, затрудняет построение аппаратной части периферийного устройства и программную реализацию. В режиме 0 осуществляется прямой однонаправленный ввод/вывод через любой из трёх портов без каких-либо сигналов сопровождения. В этом режиме интерфейс можно представить как набор параллельных линий ВВ, организованных в две байтовые и две 4-разрядные шины, причём каждая может быть применена либо для ввода, либо для вывода независимо от других. Входная информация адаптером не запоминается и читается при низком уровне напряжения сигнала на входе RD. Выходная информация защелкивается в выходной буферный регистр выбранного порта по срезу сигнала WR и остаётся на выходе порта до нового цикла вывода или изменения режима. Описание лабораторного стенда Основой стенда является БИС КР580ВВ55А. Вывод информации осуществляется через порт А. Для индикации информации, выводимой в порт A, используются светодиоды HL1-HL8. Для имитации сигналов от периферийных устройств служат кнопки К1 и К2 (биты С7 и С6 соответственно). 80 После включения питания или после нажатия на кнопку «СБРОС» УМК все порты ППА переходят в высокоомное состояние и светодиоды HL1-HL8 загораются. Адресация микросхемы производится при выполнении команд IN port и OUT port. При этом по шине управления на соответствующие выводы микросхемы подаются сигналы RD и WR. В качестве дешифратора адреса используется дешифратор двоичного кода в позиционный (К555ИД7). Подключая его входы к различным разрядам шины адреса, можно варьировать распределение регистров ППИ в пространстве ввода-вывода МП К580ВМ80. Для задания базового адреса микросхемы необходимо установить перемычку между соответствующим выводом дешифратора и выводом 6 БИС К580ВВ55. Соответствие между выходами дешифратора и базовым адресом ППА приведено в табл. 2. Таблица 2 Соединение Базовый адрес КР580ВВ55А Номер вывода К555ИД7 Номер вывода КР580ВВ55А 15 6 80H 14 6 84H 13 6 88H 12 6 8CH 11 6 90H 10 6 94H 9 6 98H 7 6 9CH Для адресации внутренних регистров К580ВВ55 используются два младших разряда шины адреса. Например, если выбрать в качестве базового адрес 80, то при выполнении команд IN 80 , IN 81 , IN 82 или IN 83, на выводе 15 дешифратора вырабатывается логический «0», разрешающий работу ППА. Практическая часть 1. Вывести в порт двоичное число, используя базовый адрес микросхемы 90. Произвести проверку правильности выдачи по светодиодному индикатору. 2. Используя порты А и С, написать программу вывода данных в циклическом режиме. Тип выдаваемых данных, скорость выдачи и базовый адрес микросхемы по вариантам указаны в табл. 3. Таблица 3 Вариант Задержка Эффект Базовый адрес Запуск Останов 1 0.1 с Бегущий огонь 80Н К1 К2 2 0.5 с Бегущая тень 84Н К2 К1 3 1 с Бегущая цепь 88Н К1 К2 4 0,2 Бегущая тень 8CH K2 K1 5 1,5 Бегущий огонь 90H К1 К2 6 0,5 с Бегущая цепь 94Н К2 К1 Практическая работа № 14. Организация прямого доступа к памяти. Цель работы: изучение режимов работы и получение навыков программирования контроллера прямого доступа к памяти, закрепление полученных теоретических знаний по теме «Программируемый контроллер прямого доступа к памяти». 81 Краткие теоретические сведения Обслуживание внешних устройств по прерываниям может замедлить работу микро-ЭВМ, если главное назначение прерываний заключается в передаче большого количества данных. Для решения этой проблемы используется прямой доступ к памяти, суть которого в том, что в обмене данным и не принимает участия микропроцессор. В практической работе исследуется работа микросхемы контроллера прямого доступа к памяти (КПДП) КР580ВТ57, управляющего работой четырех независимых каналов прямого доступа к памяти с учетом приоритетов внешних устройств. Подобно контроллеру прерываний эти приоритеты могут быть циклически и заменяемы. Перед работой КПДП его необходимо запрограммировать (инициализировать). Инициализация контроллера прямого доступа к памяти осуществляется загрузкой исходных данных (начальные адреса областей ОЗУ, размер блоков данных и коды режимов) в адресуемые регистры и слова управления в регистр режима КПДП. Содержимое любого регистра и счетчика, кроме регистра режима, управляющего передачей данных из МП в ВУ и обратно, можно считать. После чего, можно осуществить передачу данных по выбранному каналу в нужном направлении. Практическая часть Порядок выполнения работы Стартовое окно режима «Полигон» содержит условное изображение микросхемы и окно «Установки». Перед работой контроллер необходимо запрограммировать, выбрав опцию «Инициализация/просмотр». Инициализация осуществляется загрузкой исходных данных (начальные адреса областей ОЗУ, размер блоков данных и код ы режимов) в адресуемые регистры и регистр режима контроллера. Содержимое любого регистра и счетчика, кроме регистра режима, можно считать. После программирования контроллера, выбрав опцию «Работа КПДП», можно осуществить передачу данных по выбранному каналу в нужном направлении. После изучения работы микросхемы контроллера прямого доступа к памяти в «Полигоне» следует приступить к выполнению работы, предварительно зарегистрировавшись. Для выполнения практической работы по исследованию контроллера прямого доступа к памяти необходимо выполнить ряд заданий. Примерный вариант задания представлен на следующем рисунке: 82 Задания в практической работе можно разделить на два типа: 1) задания, в которых необходимо настроить контроллер на указанный режим работы; 2) задания, в которых необходимо произвести передачу данных с указанными параметрами. Для выполнения задания первого типа необходимо запрограммировать контроллер. В заданиях второго типа после программирования необходимо передать данные. Все задания выполняются в несколько этапов. Если на некотором этапе совершаются ошибочные действия, текущее задание считается невыполненным и выводится следующее задание. Контрольные вопросы 1. В чем заключается функциональное назначение КПДП? 2. Каким образом осуществляется программирование контроллера КР580ВТ57? 3. Какую роль выполняют выводы микросхемы контроллера КР580ВТ57? 4. Какие преимущества дает прямой доступ к памяти перед работой по прерываниям? 5. Для чего нужен режим расширенной записи? Практическая работа №15. Интерфейсы микропроцессорных систем. Цель работы: изучить режимы работы программируемых интерфейсных компонентов, изучить построение параллельных и последовательных портов ввода-вывода МПС на примере микросхем программируемого параллельного интерфейса КР580ВВ55 (Intel 8255) и универсального синхронно-асинхронного приемо-передатчика КР580ВВ51 (Intel 8251). Теоретические сведения. Взаимодействие МП с памятью и УВВ требует выбора способа обращения к устройствам памяти и ввода – вывода, разработки системы адресации и внутреннего интерфейса микропроцессорной системы. В архитектуре магистрального типа важное значение приобретает интерфейс. На рис. 1 показаны интерфейсы МП, системы памяти и системы ввода – вывода (ВВ). В узком смысле интерфейсом (от англ. interfase – сопрягать, согласовать) называют устройство сопряжения; в широком смысле под интерфейсом понимают совокупность аппаратных, программных и конструктивных средств, обеспечивающих взаимодействие функциональных модулей системы. 83 Таким образом, для представленной на рис. 1 микропроцессорной системы необходимым условием высокой эффективности использования является совместимость интерфейсов МП, системы памяти и системы ВВ. Работа рассматриваемой системы синхронизируется генератором тактовых импульсов (ГТИ). Наиболее важными факторами, характеризующими интерфейс, являются: • простота связи, • скорость, • адаптивность обмена. Опыт свидетельствует, что, создавая интерфейс, трудно одновременно удовлетворить всем этим требованиям. Так, программно управляемый интерфейс наиболее прост в аппаратном смысле и обеспечивает высокую адаптивность обмена, однако при этом неизбежны небольшая скорость и потери машинного времени. Интерфейсы по каналам прямого доступа и с прерываниями значительно повышают скорость обмена, однако возрастает сложность интерфейса как в аппаратном, так и в программном отношении, и, как следствие, снижается возможность оперативной модификации обмена. В настоящее время наибольшее распространение получили микро-ЭВМ с магистральным интерфейсом (рис. 1). Линии связи между процессором, памятью и внешними устройствами разделяют на группы (шины): адреса, данных и управления. Электронная схема, входящая в состав ВУ и обеспечивающая подключение к интерфейсу, называется контроллером. Нередко конструктивно интерфейс оформлен в виде отдельной платы, которая вставляется в электронный блок микро-ЭВМ и кабелем соединяется с внешним устройством. Через контроллер процессор обменивается информацией с ВУ, а также управляет его работой (перемоткой ленты, пуском, остановкой) и опрашивает его состояние (готовность, наличие ошибок). Обычно в контроллере для этих целей имеются два отдельных регистра: регистр данных (РД) и регистр состояния (РС). Каждый разряд регистра состояния имеет свое назначение, определяемое форматом регистра состояния. Например, отдельный бит может использоваться для проверки готовности ВУ: если в нем при чтении РС процессор обнаружил “1”, значит, ВУ готово к вводу-выводу , если же в этом разряде “0” – значит, ВУ не готово (например, выполняет предыдущую операцию ввода-вывода). Так как в системе может быть несколько различных контроллеров, то каждому из них присваивается свой адрес. Если в контроллере имеются РД и РС, то каждому из этих регистров присваиваются отдельные адреса. В начале каждой операции ввод –вывода процессор формирует адрес требуемого ВУ, контроллеры анализируют этот адрес, 84 сравнивая его с собственным адресом. Контроллер, принявший свой адрес, участвует в операции ввода-вывода, остальные контроллеры не мешают ее выполнению. С использованием разнообразных БИС (кристаллов ввода-вывода) упрощается сопряжение, уменьшается количество компонентов, уменьшается стоимость и увеличивается эффективность системы. Самым простым из таких кристаллов является программируемый параллельный интерфейс (ППИ БИС КР580 ВВ55,Intel8255). Он представляет собой выводную ИС, содержащую 3 шины ввода-вывода: Каждая из шин используется как входная или выходная шина. Направление каждой шины управляется регистром на кристалле. Программа инициализации, находящаяся в ПЗУ системы, устанавливает управляющий регистр в нужную комбинацию входных и выходных шин. Такие БИС являются очень гибкими, так как каждая шина может изменяться программой. Кроме того, они обычно включают управляющую логику для синхронизации работы. Другой общий тип интерфейсных кристаллов, обеспечивающих последовательные входы и выходы (рис. 2), – универсальные асинхронные передатчики и приемники. Они принимают байт данных с МП, а затем выдают его по одному биту, т. е. действуют подобно регистру параллельно- последовательного ввода-вывода. Кроме того, могут автоматически вводиться биты старта, остановка и другие синхронизирующие и управляющие сигналы. Рис. 2. Интерфейс, обеспечивающий последовательную связь между двумя системами. Формат управляется управляющим регистром, подобным рассмотренному для ППИ. Рассматриваемые интерфейсы также могут обрабатывать данные в другом направлении, преобразовывая поток последовательных битов в параллельную форму, подходящую для непосредственного использования МП. Обычно для связи между микропроцессорной системой и периферийным устройством, таким как ЭЛТ или телетайп, используется последовательный ввод- вывод. Благодаря тому, что информация имеет последовательный формат, для соединения устройств необходимо только 2 провода. |