200101_jeimpt_lr_2012

конструкция и наиболее большого количества средств индикации позволяют наглядно исследовать процесс преобразования и передачи информации в микро-ЭВМ. Питание осуществляется от сети 220В, 50Гц.

Структура микро-ЭВМ показана на рисунке 15.1. Схема состоит из блока центрального процессора со схемой тактового питания СхТП; формирователей магистралей данных ФМД, управления ФМУ, адреса ФМА микро-ЭВМ с магистралями: 8-разрядной МД для двунаправленного обмена данными между отдельными узлами микро-ЭВМ; 16-раз- рядной однонаправленной МА, управляемой МП БИС и используемой для адресации к памяти и отдельным узлам микро-ЭВМ; 5-разрядной однонаправленной магистрали управления МУ, управляемой МП БИС и служащей для определения режима работы микро-ЭВМ при выполнении каждого машинного цикла; блока памяти БП, включающего в себя ОЗУ емкостью 1K байт и ПЗУ емкостью 2Кбайт; регистров ввода РгВв с переключателями П и вывода РгВыв с индикацией состояния светодиодами; схемы выдачи кода прерывания СхВКПР; клавиатуры управления и ввода данных К, состоящей из 9

181

МП БИС		СхТП			Сигналы выборки устройств
ФМД	ФМД	ИС	ИС	ИС	Сх ДША
	ФМУ

МА

МУ

МД

СхВЗС

СхВКПР

ПЗУ

ОЗУ РгВВ РгВыв

РгСг РгСк РгЧК

П	ИС	ИС	Д	К
	от ВУ		к ВУ

Рисунок 3.1.1 – Структура микро-ЭВМ

182

клавиш управления, переключателя начальной установки микро-ЭВМ и 16 клавиш для введения шестнадцатеричных кодов чисел. Для ввода информации в микро-ЭВМ клавиатура имеет регистр чтения клавиатуры РгЧК; 6-разрядный восьмисегментный дисплей Д, четыре разряда которого служат для отображения кода адреса в шестнадцатеричной системе исчисления, а два – для отображения данных. Для вывода информации дисплей Д имеет два регистра: регистр сегментов дисплея РгСг и регистр сканирования РгСк и схемы выдачи звукового сигнала СхВЗС.

Магистрали микро-ЭВМ, а также входной и выходной регистры имеют светодиоды ИС, указывающее их состояние.

15.3 Адресация, применяемая в микро-ЭВМ

В микро-ЭВМ реализована адресация с помощью карты памяти: каждому физическому устройству макета ставится в соответствие адрес, и обращение к нему при таком типе адресации аналогично обращению к ячейке памяти с использованием всего набора команд МП БИС.

На рисунке 15.2 приведена карта памяти микро-ЭВМ, из которой видно, что первые 2 Кбайт адресов составляет ПЗУ, в которой записаны управляющие и демонстрационные программы; адреса с 080016 по 0BFF16 – ОЗУ; адрес 0ВВ0 – начальный адрес стека, а адреса с 0ВВ1 по 0BBF задействованы для временной записи данных во внутренних регистрах МП БИС при работе управляющей программы. Адрес 0800 является также начальным адресом ОЗУ, куда могут записываться исследуемые программы пользователя. Область ОЗУ с адреса 0800 по адрес 0AFF схемотехнически защищена от случайной записи во время выполнения программ пользователя. Для записи данных при выполнении программ необходимо использовать область ОЗУ с адреса 0В00 по адрес 0ВВ0.

Такая адресация позволяет легко осуществить дешифрацию устройств на основе 3-разрядного дешифратора. Идея дешифрации ясна из рисунка 3.1.2. Для дешифрации устройств можно использовать 11, 12, 13-й разряды адресной магистрали. Любая из восьми комбинаций состояний этих разрядов однозначно определяет вид устройства, с которым будет работать МП БИС на каждом машинном цикле.

183

Биты в старшем байте адреса								Адреса
15	14	13	12	11	10	9	8
0	0	0	0	0	0	0	0	0000	Управляющая программа
									Демонстрационные про-
0	0	0	0	0	1	1	1	07FF	граммы	ПЗУ–2К
0	0	0	0	1	0	0	0	0800	Область адресов для записи
								0AFF	исследуемых программ
								0B00	Для записи данных исследуе-
								0BB0	мых программ в стек
								0BB1	Для записи данных управля-
								0BFF	ющей программы ОЗУ–1К
0	0	0	0	1	1	1	1	0FFF
0	0	0	1	0	0	0	0	1000	Управление защитой первых
									Зп/Чт адресов ОЗУ от записи
									УПР
0	0	0	1	0	1	1	1	17FF
0	0	0	1	1	0	0	0	1800	Входной регистр чтения кла-
									виатуры	РгЧк
0	0	0	1	1	1	1	1	1FFF
0	0	1	0	0	0	0	0	2000	Входной регистр
										РгВВ
0	0	1	0	0	1	1	1	27FF
0	0	1	0	1	0	0	0	2800	Регистр сканирования дис-
									плея и клавиатуры
										РгСк
0	0	1	0	1	1	1	1	2FFF
0	0	1	1	0	0	0	0	3000	Выходной регистр
										РгВыв
0	0	1	1	0	1	1	1	37FF
0	0	1	1	1	0	0	0	3800	Регистр сегм. диспл.
										РгСг
0	0	1	1	1	1	1	1	3FFF
1	0	0	0	0	0	0	0	8000	Рг звукового выхода
										СхВЗС
1	0	0	0	0	0	0	1	8001	Неиспользуемые адреса
1	1	1	1	1	1	1	1	FFFF

Рисунок 3.1.2 – Карта памяти микро-ЭВМ

184

15.4Режимы работы микро-ЭВМ и алгоритм управляющей программы

Управляющая программа микро-ЭВМ состоит из программы тестирования отдельных узлов микро-ЭВМ, начальной установки содержания внутренних регистров МП БИС и ячеек ОЗУ, сохранения содержания внутренних регистров микропроцессора, выдачи сообщений на дисплей, чтения и декодирования клавиатуры, обслуживания звукового выхода программ, обеспечивающих режимы:

1)ожидания ввода программ управления с клавиатуры;

2)отображение на дисплее любого адреса и его содержания;

3)ввода с клавиатуры кода любого адреса с одновременным отображением его на дисплее и после ввода последней цифры адреса микро-ЭВМ автоматически переходит к выполнению режима 2 (начало ввода кода адреса с клавиатуры инициируется нажатием клавиши ОТА – отыскание адреса);

4)обращения к программному счетчику. Выполнение этого режима вызывается нажатием клавиши ПРСч (программный счетчик) и приводит к автоматическому вводу содержания программного счетчика на дисплей адреса с последующим переходом к режиму 2;

5)вывода на дисплей содержимого внутренних программно-до- ступных регистров МП БИС с указанием на дисплее названия выводимого регистра. Этот режим устанавливается нажатием клавиши ОтРг (отыскание регистра), при этом на дисплей будет выведено содержание аккумулятора МП БИС. Последующие нажатия на клавишу ЗпУв (запись увеличить) приведут к циклическому выводу содержания внутренних регистров МП БИС. Содержание регистров будет выводиться в такой последовательности: A, FL, B, C, D, E, H, L, SPH, SPL,

PCH, PCL;

6)записи с клавиатуры в ячейки ОЗУ и внутренние программнодоступные регистры МП БИС нового кода. При работе микро-ЭВМ в режимах 2 и 5 после изменения кода чисел, представленных на дисплее данных, запись чисел инициируется нажатием на клавишу ЗпУв;

7)увеличения или уменьшения на единицу адреса, представленного на дисплее при работе микро-ЭВМ в режиме 2. Эти режимы инициируются соответственно нажатием клавиш ЗпУв и Ум (уменьшить);

8)запуска программы с адреса, указанного на дисплее, с помощью клавиши П (пуск);

185

9)выполнения команд по машинным циклам с отображением информации на магистралях микро-ЭВМ с помощью светодиодов. Режим устанавливается нажатием клавиши ШЦ (шаг машинного цикла);

10)выполнение программы по командам. Режим устанавливается нажатием клавиши ШК (шаг команды), при этом после каждой команды управляющая программа автоматически переходит в режим

4;

11)остановка программы пользователя. Режим устанавливается при нажатии клавиши СТ (стоп) с автоматическим сохранением в ОЗУ содержимого всех внутренних регистров МП БИС и переходом к выполнению режима 4. Сохранение регистров позволяет анализировать их содержание на момент останова с помощью перехода к режиму 5. После останова программы микро-ЭВМ может быть переведена на ре-

жимы 9, 10;

12)возврата микро-ЭВМ из режима выполнения команд по машинным циклам на управляющую программу с автоматическим восстановлением содержания внутренних регистров МП БИС и переходом к режиму 4.

Работа микро-ЭВМ рассчитана так, что после подачи на нее пита-

ния запускается программа тестирования всех основных узлов. Эта программа начинается с ячейки ПЗУ с адресом 000016. В результате выполнения теста проверяются правильность записанной в ПЗУ информации и возможность ее верного считывания; содержимое ОЗУ на отсутствие ошибок при записи/считывании чисел; МП БИС на правильность выполнения им простейших арифметических и логарифмических операций; запись чисел в регистр вывода и работоспособность всех его светодиодов состояния, а также работа всех сегментов дисплея. В случае обнаружения ошибок в ОЗУ или ПЗУ подается прерывистый звуковой сигнал и на дисплей выводится соответствующее сообщение: ОЗУ или ПЗУ. При успешном завершении теста микро-ЭВМ проводит начальную установку всех регистров МП БИС и на дисплей выводится сообщение НАЧАЛО, свидетельствующее о готовности ее к работе.

На рисунке 15.3 приведена схема возможных переходов от одного режима работы микро-ЭВМ к другому. В режиме ожидания ввода ко-

186

Ожидание ввода команд управления На дисплее сообщение: НАЧАЛО

Вывод со-		Ввод дан-		Обращение к		Ввод кода
держимого		ных с кла-		программному		адреса с
регистров		виатуры		счетчику		клавиатуры

Запись данных с дисплея и		Вывод инфор-		Сохранение содер-
увеличение или уменьшение		мации на дис-		жимого регистров
на 1 кода адреса		плей		МП БИС

Выполнение программы		Выполнение		Выполнение программы
по машинным циклам		программы		по командам

Рисунок 15.3 – Схема перехода к различным режимам работы в микро-ЭВМ

манд управления микро-ЭВМ может реагировать на нажатие трех клавиш ОТА, ОТРг, ПРСч. Все последующие переходы от режима к режиму можно проследить на рисунке 3.1.3, где сплошными линиями показаны возможные пути изменения режимов работы по командам пользователя, вводимым с клавиатуры управления, а штриховыми – изменения в состояниях микро-ЭВМ, вызванные выполнением соответствующих подпрограмм команд управления.

Для останова работы исследуемой программы или при возврате на управляющую программу при работе микро-ЭВМ в режиме выполнения программы по машинным циклам используется клавиша СТ (стоп). Нажатие этой клавиши в указанных режимах приводит к останову режима, при этом на дисплей выводится содержание программного счетчика МП БИС. Нажатие клавиши СТ (стоп) при другом режиме приведет к переходу микро-ЭВМ в режим ожидания ввода команд управления, при этом на дисплей будет выводиться сообщение

187

НАЧАЛО.

Для удобства отладки программ в микро-ЭВМ предусмотрена возможность останова выполнения программ по любым заранее заданным адресам с помощью одного из векторов системы прерывания.

Программы, записанные в оставшейся части ПЗУ, можно условно разбить на два типа: вспомогательные подпрограммы выполнения арифметических и алгебраических операций (например, умножение, деление двух восьми битовых чисел и т.д.), которые могут применяться пользователем при создании более сложных программ; демонстрационные программы (например, подпрограмма, используемая для записи и воспроизведения с помощью звукового выхода музыкальных произведений по нотам, коды которых можно хранить в виде чисел в ПЗУ или ОЗУ, подпрограмма – «секундомер» и т.д.).

Имеется открытый доступ к магистралям микро-ЭВМ, что позволяет исследовать совместную работу с БИС, входящими в микропроцессорный набор серии КР580.

Для успешного выполнения лабораторной работы необходимо предварительно ознакомиться с языком программирования и командами МП БИС КР580ВМ80 (Приложение Б, В).

15.5 Задания для домашней подготовки

1.Ознакомьтесь с описанием микро-ЭВМ.

2.Ознакомьтесь с минимальной структурой микро-ЭВМ, методом организации магистралей, подключения памяти и внешних устройств

кмагистралям.

3.Изучите алгоритм работы управляющей программы и возможные режимы работы по рисунку 15.3.

4.Рассмотрите работу МП БИС в режиме ОЖИДАНИЕ и состояние магистралей микро-ЭВМ при его выполнении.

5.Изучите внутренние регистры МП БИС КР580ВМ80 и временные диаграммы выполнения команд.

188

15.6 Задания к лабораторной работе

Задание 1. Исследовать порядок включения микро-ЭВМ Порядок выполнения задания:

1.Подключить заземление и шнур питания к сети.

2.Включить тумблер в сеть. В результате выполнения тестовых программ светодиоды выходного регистра и сегменты дисплея будут включены на время, равное 2 с, после чего микро-ЭВМ подает звуковой сигнал и выводит на дисплей сообщение НАЧАЛО. Находясь в этом режиме, микро-ЭВМ реагирует на нажатие клавиши управления. Вызов возможных режимов работы из этого состояния микро-ЭВМ определяется алгоритмом, приведенным на рисунке 15.3. Из любого места управляющей программы можно вернуть микро-ЭВМ к начальному состоянию нажатием на клавишу R. В этом случае микро-ЭВМ начинает выполнять управляющую программу с нулевой ячейки памяти. В результате ее выполнения все ячейки ОЗУ будут обнулены и, следовательно, будет стерта вся программа пользователя, записанная ранее в ОЗУ.

3.Нажать на клавишу R и убедиться, что тестовые программы проходят заново.

Задание 2. Исследовать содержимое памяти

Порядок выполнения задания:

1.Нажать на клавишу ОТА при этом на дисплее появится сообщение начала выполнения режима отыскания адреса (включены нижние сегменты дисплея).

2.Последовательно нажать на клавиши 0, 8, 0, 0. Убедиться при этом, что каждая цифра будет записана в младший разряд адресного дисплея и произойдет одновременный сдвиг всех знаков на адресном дисплее на один разряд влево. При введении четвертой цифры с клавиатуры микро-ЭВМ выведет на дисплей число, записанное по этому адресу (рисунок 15.3). На дисплее данного появиться число 00. В случае ошибки при введении кода адреса следует нажать на клавишу ОТА

иповторить ввод.

3.Нажать на клавишу ЗпУв. В этом режиме микро-ЭВМ увеличит на единицу адрес на адресном дисплее и выведет его содержимое на дисплей. Последовательно нажимая на клавишу ЗпУв, проверить содержимое адресов ОЗУ.

189

4.Нажать на клавишу ОТА и ввести код 0000 (первый адрес ПЗУ). На дисплее данного появится код 26. Последовательно нажимая на клавишу ЗпУв, просмотреть содержимое нескольких ячеек ПЗУ.

5.Убедиться, что содержимое памяти можно просмотреть с помощью последовательного нажатия на клавишу УМ. Таким образом, использование этого режима позволяет проверить содержимое всех ячеек памяти микро-ЭВМ.

Задание 3. Записать числа в память микро-ЭВМ

Порядок выполнения задания:

1.Нажать на клавишу R.

2.Нажать на клавишу ОТА и после этого набрать адрес 0800. На дисплее данного после введения адреса появиться его содержимое 00.

3.Нажать на клавишу 1. Микро-ЭВМ вводит значение цифры нажатой клавиши в младший разряд дисплея данного, при этом в этом разряде дисплея появляется десятичная точка. Она свидетельствует о том, что микро-ЭВМ находится в режиме ввода данных и число, представленное на дисплее данного, не является истинным содержанием адреса памяти, представленного на адресном дисплее.

4.Нажать на клавишу 2. Убедиться в том, что цифра 1 младшего разряда дисплея переместилась на старший разряд дисплея данного, а цифра 2 – на ее место (десятичная точка осталась в младшем разряде). Проверить, что последующие нажатия на цифровые клавиши приводят

квводу цифры нажатой клавиши в младшем разряде дисплея данного и смещению в старший разряд предыдущего значения.

5.Записать нажатием на клавишу ЗпУв число, представленное на дисплее по адресу 0800. При этом на дисплее появится адрес 0801 и его содержимое (00), а десятичная точка погаснет, показывая, что данные введены и микро-ЭВМ вышла из режима ввода данных.

6.Записать любое число на дисплей ввода данных при наличии на дисплее адреса 0801.

7.Нажать на клавишу УМ. На адресном дисплее появится адрес 0800 с его содержимым. Убедиться при этом, что число было записано по этому адресу. Отсутствие десятичной точки в младшем разряде дисплея свидетельствует о том, что число микро-ЭВМ извлекла из памяти.

8.Нажать на клавишу ЗпУв и проверить содержание адреса 0801. Убедиться при этом, что число, записанное на дисплее данного, не было записано в память при нажатии на клавишу УМ.

190