МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

РЫБИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АВИАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

В.М. Комаров

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ

Проектирование аппаратного и

программного обеспечения

Рыбинск

2004

УДК 681.322 (07)

Комаров В.М. Микропроцессорные системы: Учебное пособие. – 2 изд., перераб. и доп. – Рыбинск: РГАТА, 2004. – 175 с.

В учебном пособии рассматриваются вопросы организации микропроцессорных систем, их элементная база, методы проектирования и отладки аппаратных и программных средств этих систем.

Пособие подготовлено на кафедре "Вычислительные системы" Рыбинской государственной авиационной технологической академии и рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов направления 551100 "Проектирование и технология электронных средств" и специальности 220500 "Конструирование и технология электронно-вычислительных средств".

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Кафедра вычислительных систем Санкт-Петербургской государственной академии аэрокосмического приборостроения;

Зав.кафедрой микроэлектроники и технологии радиоаппаратуры Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета д.т.н., профессор И.Г.Мироненко.

Содержание

УКАЗАТЕЛЬ СОКРАЩЕНИЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	5
ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	6
1. ОРГАНИЗАЦИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ . . . . . . . . . . . .	9
1.1. Типовая структура микропроцессорных систем . . . . . . . . . . . . . . . . .	9
1.2. Структура и принцип действия микроЭВМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	9
1.3. Организация устройств микроЭВМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	11
1.3.1. Организация процессора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	11
Операционный блок (11). Управляющий блок (13).
1.3.2. Организация памяти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	15
1.3.3. Организация интерфейса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	18
Методы обмена данными (21). Синхронный обмен (21). Асинхронный обмен (22). Обмен по прерыванию (24). Обмен в режиме прямого доступа в память (28).
2. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА МИКРОЭВМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	31
2.1. Состав элементов для построения микроЭВМ . . . . . . . . . . . . . . . . . .	31
2.2. Однокристальные микропроцессоры K1810BM86/K1810BM88	32
2.2.1. Аппаратный интерфейс. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	32
2.2.2. Функциональный смысл внешних сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . .	34
2.2.3. Структура и принцип действия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	37
2.2.4. Временные диаграммы функционирования . . . . . . . . . . . . . . . . .	41
2.3. Генератор тактовых импульсов К1810ГФ84 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	43
2.4. Шинные буфера K1810BA86 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	46
2.5. Элементы памяти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	47
2.5.1. Элементы постоянной памяти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	47
2.5.2. Микросхемы энергонезависимой памяти фирмы Atmel . . . . . . .	50
Общие сведения (50). Микросхемы памяти группы EEPROM (50). Микросхемы памяти группы Parallel EEPROM (51). Микросхемы памяти группы Flash Memory (53).
2.5.3. Элементы оперативной памяти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	54
2.6. Порты ввода/вывода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	56
2.6.1. Порт ввода/вывода К1810ИР82 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	56
2.6.2. Порт ввода/вывода К589ИР12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	57
2.6.3. Программируемый параллельный интерфейс KP580BB55A . . . .	59
Режим 0 (62). Режим 1 (62). Режим 2 (65).
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ . . . . . . . .	66
3.1. Представление системы как объекта проектирования . . . . . . . . . . . .	66
3.2. Основные этапы проектирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	67
3.3. Разработка архитектуры системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	69
3.4. Проектирование программных средств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	70
3.4.1. Этапы жизненного цикла программы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	71
3.4.2. Точная постановка задачи и формулировка требований к программе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	72
Постановка задачи ввода данных в ОЗУ (73).
3.4.3. Проектирование программы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	76
Декомпозиция общей задачи (76). Декомпозиция задачи ввода данных в ОЗУ (82). Структуры данных (87). Разработка структуры данных программы для ввода данных в ОЗУ (92). Алгоритмизация программы (95). Подходы к алгоритмизации (96). Иерархическая организация алгоритма (101). Алгоритмизация программы для ввода данных в ОЗУ (103).
3.4.4. Кодирование программы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	123
Реализация логических конструкций структурного программирования (124). Кодирование программы для ввода данных в ОЗУ (132).
3.4.5. Тестирование и отладка программы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	146
3.4.6. Занесение программы на рабочий носитель . . . . . . . . . . . . . . . . .	148
3.4.7. Оформление документации на программу . . . . . . . . . . . . . . . . . .	149
3.5. Проектирование аппаратных средств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	149
3.5.1. Схемотехническое проектирование процессора . . . . . . . . . . . . . .	150
3.5.2. Схемотехническое проектирование памяти . . . . . . . . . . . . . . . . .	153
Банкирование памяти (153). Организация банков памяти (154). Проектирование запоминающих устройств (158).
3.5.3. Схемотехническое проектирование интерфейса . . . . . . . . . . . . . .	160
Организация ввода/вывода данных (165).
3.5.4. Тестирование и настройка аппаратных средств . . . . . . . . . . . . . .	169
Тестирование статическими сигналами (170). Свободный прогон микропроцессора (170).
3.6. Комплексная отладка микропроцессорной системы . . . . . . . . . . . . .	171
ЗАКЛЮЧЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	172
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	173
ПРИЛОЖЕНИЕ. Система команд микропроцессоров К1810ВМ86/К1810ВМ88 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	174