Методические указания для практических занятий по дисциплине мдк. 02. 01

• Название: Методические указания для практических занятий по дисциплине мдк. 02. 01
• Дата: 09.09.2022
• Размер: 7.37 Mb.
• Имя файла: Metod_Mikroprocessornye-sistemy_PZ_09.02.01_2020.pdf
• Тип: Методические указания; #669073
• страница: 30 из 43

Цель работы: изучить и приобрести практические навыки с командами организации циклов и инструкциями сравнения.
Теоретическая часть
Организация цикла
К основным командам организации циклов относятся DO и REPEAT. Рассмотрим основные отличия данных инструкций.
В данном примере используется инструкция DO. Первыми двумя командами инициализируются рабочие регистры: W0 обнуляется, а в регистр W1 заносится начальный адрес
№
Варианта
Арифметическая функция
1 e = ( a + 1 ) * ( b - 100 ) / (c + 1000) * (d - 1000)
2 e = ( a + b ) * ( c - b ) / (c + d)
3 e = ( a - b ) * ( c / d) + 12345 4 e = ( 100 - a ) / ( 100 - b ) * (c + d) - 4321 5 e = ( a + b - c ) * d / ( b - a ) + 9876 6 e = ( a * b + c ) * ( b - 100 ) / d
7 e = a * ( b - c ) / ( c - d ) + 12346 8 e = a* b + b / c - c * d - 13579 9 e = ( a * b + 100 ) / ( c + d - 100 )
10 e = ( a + 1000 ) * c + ( b - 1000 ) / d
11 e = ( a - d ) * ( b - c ) / d + 2468 12 e = a *d * ( b + 1000 ) / c - 1357
mov
#0, W0
mov
#mas, W1
do #15,
end
inc
W0, W0
mov
W0, [W1++]
end:
nop

249
массива mas. Следующая команда определяет начало цикла DO, количество итераций равное 16
(нумерация идет с нуля, поэтому в программе указывается #15). Цикл заканчивается меткой end.
Между началом и концом цикла может находиться необходимое количество команд.
Следующая команда инкрементирует регистр W0, а далее значение W0 записывается в массив
mas. Указатель массива W1 инкрементируется в процессе выполнения операции mov. mov #mas1, W1 mov #mas2,
W2 repeat #15 mov [W1++],
[W2++] nop
В примере используется инструкция REPEAT. Основное отличие данной инструкции от
DO что она выполняет в цикле только следующую за ней инструкцию необходимое количество раз.
Также компилятор поддерживает другое написание данных инструкций. В них вместо заданного числа (#15) можно использовать рабочий регистр. Но перед использованием данной конструкции команды необходимо предварительно задать значение этого рабочего регистра.
Инструкции сравнения
Полный список инструкций сравнения представлен в таблице 7 приложения 1. Рассмотрим некоторые из них. mov #100, W0 mov #-100, W1 cpsgt W0, W1 goto _if_ nop nop _if_: nop nop
Инструкции переходов
В примере используется инструкция CPSGT. Если W0 больше W1, то следующая инструкция за командой CPSGT пропускается. Таким образом, в данном примере после выполнения инструкции сравнения, пропускается инструкция безусловного перехода и выполняется операция nop. mov #100, W0 mov #10, W1 cpslt W0, W1 goto _if_ nop nop _if_: nop nop
В примере используется инструкция CPSLT. Если W0 меньше W1, то следующая инструкция за командой CPSLT пропускается.
Таким образом, в данном примере после выполнения инструкции сравнения, выполняется инструкция безусловного перехода на метку _if__,далее выполняется операция nop. mov #100, W0 mov #100,
W1 cpsne W0, W1 goto _if_ nop nop _if_: nop nop
В примере используется инструкция CPSNE. Если W0 не равно W1, то следующая инструкция за командой CPSNE пропускается. Таким образом, в данном примере после выполнения инструкции сравнения, выполняется инструкция безусловного перехода на метку
_if_, далее выполняется операция nop.
Задание для самостоятельного выполнения
1.
Создайте новый проект. Процессор - dsPIC33FJ256GP710.
2.
Подключите необходимые библиотеки.
3.
Подключите отладчик (симулятор), встроенный в среду MPLAB
IDE.

250 5.
Откройте окно Watch и внесите в него все регистры, которые используются в коде. В пошаговом режиме отладьте код, контролируя изменение регистров в окне Watch. После отладки программы, покажите код и результаты работы программы преподавателю.
4. Выполните задание. Создайте схему алгоритма программы
№ Варианта
Задание
1
Разработать программу, которая находит сумму всех нечётных элементов массива. В массиве 7 элементов.
2
Разработать программу, которая находит сумму элементов массива с чётными индексами. В массиве 9 элементов.
3
Разработать программу, которая складывает чётные и вычитает все нечётные элементы массива. В массиве 8 элементов.
4
Разработать программу, которая находит сумму всех элементов, которые делятся на три без остатка. В массиве 12 элементов.
5
Разработать программу, которая находит сумму элементов массива с нечётными индексами. В массиве 11 элементов.
6
Разработать программу, для вычисления суммы тех элементов массива, значения которых не меньше двенадцати. В массиве 7 элементов.
7
Разработать программу, которая находит сумму всех чётных элементов массива. В массиве 10 элементов.
8
Разработать программу для вычисления суммы тех элементов массива, значения которых не больше 47. В массиве 10 элементов.
9
Разработать программу, которая складывает элементы массива с чётными индексами и вычитает все элементы с нечётными индексами. В массиве
12 элементов.
10
Разработать программу, которая складывает нечётные и вычитает все чётные элементы массива. В массиве 7 элементов.
11
Разработать программу для вычисления суммы элементов массива, значения которых больше 10 и меньше 78. В массиве 9 элементов.
12
Разработать программу, которая суммирует каждый третий элемент массива. В массиве 16 элементов.

251 6.
Подготовьте отчет в соответствие с требованиями на стр. 21.
Контрольные вопросы
1.
Назовите основные инструкции сравнения.
2.
Назовите способы адресации, используемые в командах вашей программы.
3.
Назовите количество тактов, за которые выполняются инструкции сравнения.
4.
Можно ли использовать цикл REPEAT, если в теле цикла несколько команд?
5.
Можно ли использовать цикл DO, если в теле цикла одна команда?
6.
Можно ли использовать циклы DO и REPEAT, если заранее неизвестно количество итераций цикла?
Практическая работа №48. Программирование микроконтроллеров (использование ВУ).
Цель работы: приобрести практические навыки работы со стеком.
Теоретическая часть.
Стеком называют область программы для временного хранения произвольных данных.
Данные можно сохранять и в сегменте данных, однако в этом случае для каждой сохраняемой на время единицы данных необходимо заводить отдельную именованную ячейку памяти, что увеличивает размер программы и количество используемых имен. Удобство стека заключается в том, что его область используется многократно. Стек традиционно используется, например, для сохранения содержимого регистров, используемых программой, перед вызовом подпрограммы, которая, в свою очередь, будет использовать эти же регистры процессора. Исходное содержимое регистров извлекается из стека после возврата из подпрограммы. Отличительной особенностью стека является своеобразный порядок выборки содержащихся в нем данных: в любой момент времени в стеке доступен только верхний элемент, т.е. элемент, загруженный в стек последним.
Выгрузка из стека верхнего элемента делает доступным следующий элемент.
Элементы стека располагаются в области памяти, отведенной под стек, начиная со дна стека
(т.е. с его максимального адреса) по последовательно уменьшающимся адресам. Адрес верхнего, доступного элемента (вершины стека) хранится в регистре-указателе стека W15. При запуске программы по умолчанию регистр-указатель стека инициализируется адресом начинала сектора
ОЗУ общего назначения 0x800. Указатель на стек может быть изменен программно, что позволяет реализовывать гибкие системы реального времени.
К основным операциям работы со стеком относятся.
-
PUSH - помещает на вершину стека (TOS) значение операнда. Предыдущее значение, находящееся на вершине стека перемещается на один уровень вниз.
-
POP - извлекает значение из вершины стека в операнд, перемещает все содержимое стека на один уровень вверх.
Синтаксис написания арифметических инструкций приведен в таблице 9 приложении 1.
Помещение в стек
Примеры помещения в стек:
PUSH W1;
Помещает в вершину стека значение регистра W1 (16-ти битный режим).
PUSH.D W1;
Помещает в вершину стека значения регистров W1:W2 (32-х битный режим).
Извлечение из стека
Примеры извлечения из стека:
POP W1;
Извлекает значение из вершины стека в регистр W1 POP.D W1;
Извлекает значения из вершины стека в регистры W1:W2 (двойное извлечение).
Пример программы, реализующий арифметическую функцию:

252
e = (a + b) * (c-1) / (d+2) с ограничением числа используемых регистров.
.include "p33FJ256GP710.inc"
.equ a, 0x810
.equ b, 0x812
.equ c, 0x814
.equ d, 0x816
.equ e, 0x818
.text
.global ____ reset
_ reset:
; - Инициализация переменных
mov #1, W2
mov W2, a
; a:=1
mov #2, W2
mov W2, b
; b:=2
mov #3, W2
mov W2, c
; c:=3
mov #4, W2
mov W2, d
V
*
•
d
=
■t
*
; - Реализация
арифметической функции
mov a, W2
; W2:=a
mov b, W4
; W4:=b
add W2, W4, W2
; W2:=W2+W4
push W2
; поместить в вершину стека значение
W2
mov c, W2
; W2:=c
mov #1, W4
; W4:=1
sub W2, W4, W2
; W2:=W2-W4
pop W4
;извлечь из вершины стека значение в
W4
mul.ss W2, W4,
W2 ; W2:W3=W2*W4
push.d W2
;поместить в вершину стека значение W2
:W3
mov d, W2
; W2:=d
mov #2, W4
; W4:=2
add W2, W4, W4
; W4:=W2+W4
pop.d W2
; извлечь из стека значение в W2:W3
repeat #17

253
MUL.SS и DIV.S.
Задание для самостоятельного выполнения
1.
Создайте новый проект. Процессор - dsPIC33FJ256GP710.
2.
Подключите необходимые библиотеки и перепишите программу, приведенную выше.
Разберитесь в ее работе.
3.
Необходимо подключить отладчик (симулятор), встроенный в среду MPLAB IDE.
Выберете в меню .
4.
Создайте схему алгоритма и напишите программу, выполняющую заданную арифметическую функцию, с использованием минимального количества регистров.
5.
Откройте окно Watch и внесите в него все регистры, которые используются в коде. В пошаговом режиме отладьте код, контролируя изменение регистров в окне Watch. После отладки программы, покажите код и результаты работы программы преподавателю.
div.s W2, W4
; W0:W1=W2/W4
mov W0, e
; e:=W0
nop
.end
В рассмотренной программе операции производятся с использованием двух регистров W2 и
W4. Использование дополнительных регистров W0 и W3 обусловлено спецификой команд
№ Варианта
Арифметическая функция
1 e = ( a + 1 ) * ( b - 100 ) / (c + 1000) * (d - 1000)
2 e = ( a + b ) * ( c - b ) / (c + d)
3 e = ( a - b ) * ( c / d) + 1234 4 e = ( 100 - a ) / ( 100 - b ) * (c + d) - 4321 5 e = ( a + b - c ) * d / ( b - a ) + 9876 6 e = ( a * b + c ) * ( b - 100 ) / d
7 e = a * ( b - c ) / ( c - d ) + 12345

-
0x800
-
0x802
-
0x804
-
0x806 a_begin, 0x800 a_end, 0x806
Контрольные вопросы
1.
Для чего нужен стек?
2.
Что такое вершина стека?
3.
Где хранится информация о вершине стека?
4.
Назовите основные инструкции работы со стеком?
5.
Назовите количество тактов, за которые выполняются операции работы со стеком.
6.
В чем отличие операций PUSH и PUSH.D?
7.
Приведите пример неявной (подразумеваемой) адресации в вашей программе.
Практическая работа №49. Программирование микроконтроллеров.
Цель работы: приобрести практические навыки работы с арифметическими командами, командами передачи управления.
Теоретическая часть
Понятие рекуррентной зависимости.
Основным назначением цифровых процессоров является выполнение задач по обработке информации, в частности реализация цифровой фильтрации сигнала. Цифровые фильтры реализуются и выполняются в микропроцессоре по разностному уравнению. В данной работе предложены различные рекуррентные зависимости, которые являются разновидностью разностных уравнений. В программировании рекурсия - вызов функции (процедуры) из неё же самой, непосредственно (простая рекурсия) или через другие функции (сложная или косвенная рекурсия). Основными инструкциями, которыми нужно будет пользоваться в данной лабораторной работе, являются: циклы, операции перемещения, арифметические инструкции.
Они были рассмотрены в предыдущих работах.
Расчет зависимости.
Рассмотрим пример программы вычисляющий следующую рекуррентную зависимость: a(k) = a(k-1) + 2*a(k-2) + a(k-3), k = 1, 2, 3, ... здесь a(k) значение
последовательности на k шаге, a(k-1)
-
на предыдущем шаге выполнения программы и т.д.
Код программы: include "p33FJ256GP710.inc"
Определим адреса последовательности a[k] a[k] a[k-1] a[k-2] a[k-3]
.equ .equ .text
.global __reset reset:
Определим назначение рабочих регистры W2
= a(k)
W3 = a(k-1)
W4 = a(k-2)
W5 = a(k-3)
W6 - указатель на массив a[k]
8 e = a* b + b / c - c * d - 13579 9 e = ( a * b + 100 ) / ( c + d - 100 )
10 e = ( a + 1000 ) * c + ( b - 1000 ) / d
11 e = ( a - d ) * ( b - c ) / d + 2468 12 e = a *d * ( b + 1000 ) / c - 1357

255
mov
#a_begin, W6
Инициализация последовательности mov
#0, W0
;
Определяем количество итераций работы алгоритма do
#15, l ab_B
;
Чтения из памяти mov
#a_begin, W6 mov
[++W6],
W3 mov
[++W6],
W4 mov
[++W6],
W5
; Вычисление рекуррентной зависимости mul.su
W4,#2, W0 add
W3, W0,
W1 add
W1, W5,
W2
;
Запись нового значения в память mov
W2, a_begi n
; Сдвиг информации в памяти mov
#a_end, W 6 do
#2, lab_A mov
[—W6], [++W 6] dec2
W6,
W6 lab_A: nop lab_B: nop
.end
Данную программу можно записать более компактно:
Код программы:
mov
W0,
[W6++]
•
>
a[k ] =
0
mov
#7,
W0
mov
W0,
[W6++]
•
>
a[k -1 ]
= 7
mov
#3,
W0
mov
W0,
[W6++]
•
>
a[k -2 ]
= 3
mov
#1,
W0
mov
W0,
[W6++]
•
У
a[k -3 ]
= 1

Задание для самостоятельного выполнения
1.
Создайте новый проект. Процессор - dsPIC33FJ256GP710.
2.
Подключите необходимые библиотеки.
3.
Подключите отладчик (симулятор), встроенный в среду MPLAB IDE.
4.
Создайте схему алгоритма и разработайте программу, вычисляющую n первых элементов ряда заданного рекуррентной зависимостью.
.include "p33FJ 256GP710.i nc"
.equ a_begin, 0x800
.text
.global ____ reset
_ reset :
;инициализация, в W4 - адрес будущей прогрессии mov #a_begin, W4
;Задаем первые члены прогрессии, W1<-0
mov #0, W 1 mov W1, [W4++] ;[0x800]< -0,
W4< -0x802 mov #1, W 1 mov W1, [W4++] ;[0x802]< -1,
W4< -0x804
;основной цикл вычисления прогрессии do #15, c yc_end
; W5 ук азывает на т ек ущий эл емент прогрессии
в памяти mov W4, W5
;Помещаем в W2 -1й элемент mov [ --W5], W2
;Помещаем в W1 -2й элемент mov [ --W5], W1
;W3<-W1+W2 вычи сляем новый эл емен т прогрессии add W1, W 2, W3
;и записываем его в память mov W3, [W4++]
;конец цикла c yc_end: nop

257 5.
Откройте окно Watch и внесите в него все регистры, которые используются в коде. В пошаговом режиме отладьте код, контролируя изменение регистров в окне Watch. После отладки программы, покажите код и результаты работы программы преподавателю.
6.
Подготовьте отчет в соответствие с требованиями на стр. 21.
7.
Программа должна определять возникновение ошибки переполнения при расчёте произведения элементов.
8.
Составьте таблицу результатов работы рекуррентного алгоритма до n = 10. В шапке таблицы должны быть отражены значения: к, a(k), а(к-1), а(к-2).
Контрольные вопросы
1.
Что такое рекурсия?
2.
Назовите способы адресации, используемые в командах вашей программы.
3.
Можно ли использовать цикл REPEAT, если в теле цикла несколько команд?
4.
Можно ли использовать цикл DO, если в теле цикла одна команда?
5.
Можно ли использовать циклы DO и REPEAT, если заранее неизвестно количество итераций цикла?
6.
Назовите основные арифметические инструкции.
Практическая работа №50. Программирование микроконтроллеров (современные
микроконтроллеры).
Цель работы: приобрести практические навыки по преобразованию строк, познакомиться с ASCII-кодировкой, используемой для представления текстовой информации.
Теоретическая часть.
Таблица ASCII
Хранение текстовой информации и отображение её на мониторе компьютера осуществляется следующим образом. Каждый символ кодируется числом от 0 до 255.
Таким образом, строка символов в памяти компьютера храниться в виде одномерного массива байт, каждый элемент массива хранит код одного символа. При отображении строки на экране используется знакогенератор, входящий в состав графического адаптера, который по
№ Варианта
Задание
1
а(к) = а(к-1) mod3 + а(к-2) mod 5, к = 1, 2, 3, ...
2
а(к) = [а(к-2) + а(к-1)] div 3, к = 1, 2, 3, ...
3
а(к) = а(к-1) div 7 + а(к-2) mod 5, к = 1, 2, 3, ...
4
а(к) = 12 а(к-2) + а(к-1) mod7, к = 1, 2, 3, ...
5
а(к) = а(к-1) mod 7- а(к-2) div 7, к = 1, 2, 3, ...
6
а(к) = [7 а(к-2) - а(к-1)] div 2, к = 1, 2, 3, ...
7
а(к) = 3 а(к-1) - а(к-2) mod 13, к = 1, 2, 3, ...
8
а(к) = [а(к-2) + а(к-1)] mod 17, к = 1, 2, 3, ...
9
а(к) = а(к-1) mod5 + а(к-2) div 4, к = 1, 2, 3, ...
10
а(к) = а(к-1) div 3 - а(к-2) mod 12, к = 1, 2, 3, ...
11
а(к) = [а(к-2) div 7- а(к-1)] mod 11, к = 1, 2, 3, ...
12
а(к) = 7 а(к-1) - а(к-2) div 3, к = 1, 2, 3, ...

258
коду символа определяет, что должно отображаться на мониторе.
С целью стандартизации для кодирования символов в ЭВМ используется Американский
Национальный Стандартный Код для Обмена Информацией - ASCII (American National Standard
Code for Information Interchange, читается “аски”). Наличие стандартного кода облегчает обмен данными между различными устройствами компьютера (рисунок 9). Восьмибитовый расширенный ASCII-код, используемый в ЭВМ, обеспечивает представление 256 символов, включая символы для национальных алфавитов.
В семействе dsPIC/PIC24 для работы с памятью программ используется два регистра - 8- битный регистр указания на страницу TBLPAG (который адресует блоки по 64 кБ) и любой из
16-битных регистров общего назначения W0-W15, адресующий слово в выбранном 64-кБ блоке.
Величины двух этих регистров формируют так называемый «эффективный адрес» (Effective
Address - EA). Регистр PSVPAG (Program Memory Visibility Page Address Pointer) позволяет пользователю отобразить страницу памяти программ размером 2 Кбайт на верхние 32 Кбайт адресного пространства памяти данных.
Инструкции сдвига
Различают арифметический, логический и циклический сдвиги.
При логическом сдвиге уходящий бит исчезает, не влияя на оставшиеся биты, а на месте появившегося бита записывается бит 0.
Арифметический сдвиг при сдвиге влево ведёт себя как логический сдвиг, при сдвиге вправо уходящий бит исчезает, не
55 влияя на оставшиеся биты, а на месте появившегося бита устанавливается бит, соответствующий знаку.
При циклическом сдвиге уходящий бит появляется на месте появившегося свободного на другом конце числа.
Синтаксис инструкций сдвига приведен в таблице 5 приложения
1.
Задание: Разработать программу, формирующую новую строку их заданной строки.
Каждый символ из заданной строки в новой строке удваивается.