ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Брянский государственный технический университет

Утверждаю

Ректор университета

_________________А.В. Лагерев

«___»____________2006 г.

Новые информационные технологии: Программирование мобильных и встраиваемых систем ИсСледование системы команд и адресного пространства микроконтроллера с помощью эмулятора

Методические указания к выполнению лабораторной работы №1 для студентов 5 курса специальности 220400 «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем»

Брянск 2006

УДК 004.031.6:004.23.001.85(076)

Новые информационные технологии: Программирование мобильных и встраиваемых систем. Исследование системы команд и адресного пространства микроконтроллера с помощью эмулятора. Методические указания к выполнению лабораторной работы №1 для студентов 5 курса специальности 220400 «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем». – Брянск БГТУ, 2006. – 13 с.

Разработал:

М.Л. Потапов,

канд.техн.наук, доц.

Рекомендовано кафедрой «Информатика и программное обеспечение» БГТУ (протокол № 8 от 15 мая 2006 г.)

1.Цель и задачи работы

Целью данной работы является исследование системы команд и адресного пространства микроконтроллеров серий Intel 8051, Atmel MSC-51, МК-51, а также освоение инструментального средства быстрой разработки и отладки программного обеспечения для микроконтроллеров этого семейства кроссассемблера-эмулятора Single-Chip Machine 2.

Задачи работы:

1. Изучение структуры памяти и адресного пространства микроконтроллера КР1816ВЕ31 как представителя семейства МК-51;

2. Ознакомление с основными регистрами и системой команд;

3. Получение начальных навыков по работе с эмулятором микроконтроллеров семейства МК-51 программным комплексом Single-Chip Machine 2.

Продолжительность работы 2 часа.

2.Краткие теоретические сведения

2.1 Архитектура и структурная организация омк

Однокристальные микроконтроллеры (ОМК) имеют на одном кристалле полный набор средств ЭВМ: центральный процессор (ЦП), память, подсистему ввода-вывода(ВВ), средства поддержки режима реального времени (РВ). Интеграция всех составных частей микроЭВМ на одном кристалле внесло ряд ограничений на принципы ее организации, потребовала новых решений в развитии ее архитектуры, не свойственных многокристальным компоновкам. В результате был получен новый класс микроконтроллеров (МК) с присущими только ему принципами.

Период становления архитектуры 8-разрядных ОМК относят к 1976-1979 г., когда развернулась острая конкурентная борьба между тремя фирмами, выпустившими первые приборы этого класса: 8048 (Intel), 3870 (Mostek), 9940 (Texas Instrumens). Одни из них (3870, 9940) программно совместимы с многокристальными системами и во многом дублируют их архитектурные решения, другие (8048) имели оригинальную организацию. В процессе этой борьбы и дальнейших усовершенствований были сформулированы основные принципы организации МК на одном кристалле, ставшие стандартными.

Логическим завершением развития 8-разрядных МК стало семейство iMCS-51, уже более 20 лет остающееся одним из самых актуальных на рынке встраиваемых систем. Различными зарубежными фирмами выпускается множество ОМК, архитектурно совместимых с семейством iMCS-51, например, ОЭВМ 5000 фирмы Dallas Semiconductor, а также получившее наибольшее распространение за счет беспрецедентно низких цен и высокой надежности семейство MCS-51 фирмы Atmel.

Отечественная промышленность также выпускает микроконтроллеры семейства МК51, полностью совместимые с iMCS-51. Семейство МК51 включает несколько модификаций, основное различие между которыми состоит в реализации памяти программ и мощности потребления. Приборы серии КР1816 построены по n-МОП, а серии КР1830 – по более современной КМОП-технологии.

Все микроконтроллеры семейства МК51 содержат встроенное ОЗУ памяти данных емкостью 128 байт с возможностью расширения общего объема памяти данных до 64Кбайт за счет использования внешних микросхем.

КР1816ВЕ51 и КР1830ВЕ51 содержат масочно-программи­руемое в процессе изготовления кристалла ПЗУ памяти программ емкостью 4096 байт и рассчитаны на применение в массовой продукции. За счет использования внешних микросхем памяти общий объем памяти программ может быть расширен до 64Кбайт.

КМ1816ВЕ751 содержит РПЗУ емкостью 4096 байт со стиранием ультрафиолетовым излучением и удобна на этапе разработки системы при отладке программ, а также при производстве небольшими партиями или при создании систем, требующих в процессе эксплуатации периодической подстройки.

КР1816ВЕ31 и КР1830ВЕ31 не содержат встроенной памяти программ, однако могут использовать до 64 Кбайт внешней постоянной или перепрограммируемой памяти программ и эффективно использоваться в системах, требующих существенно большего по объему ( чем 4 Кбайта на кристалле) ПЗУ памяти программ.

Каждая из перечисленных выше микросхем является соответственно аналогом БИС 8051, 80С51, 8751, 8031, 80С31 семейства iMCS-51 фирмы Intel.

Структурная схема контроллера МК-51 представлена на рис.1 и включает в себя следующие основные функциональные узлы:

Рис. 1.

1. ЦП, включающий в себя блок управления (БУ) и АЛУ;

2. память данных и память программ;

3. систему прерываний с пятью векторами и двумя уровнями;

4. четыре восьмиразрядных программируемых канала ввода-вывода (Р0-Р3);

5. два 16-разрядных многорежимных таймера/счетчика;

6. последовательный интерфейс (ПИП).

Двусторонний обмен информацией между функциональными блоками осуществляется с помощью внутренней 8-разрядной магистрали данных (Bus D), доступ к внешней памяти – с помощью 16-разрядной шины адреса/данных (Bus A).