Програмне забезпечення та його розробка для управління мікро ЕОМ на базі сучасного МК RISE-архітекткри

ЗМІСТ

Вступ…………………………………………………………………………….4

1.Характеристика задачі на курсову роботу……………………………….…6

1.1 Постановка задачі на курсову роботу……………………………………..6

1.2 Розробка схеми пристрою…………………………………………………8

1.3 Вимоги до алгоритму розв’язку задачі……………………………………9

1.4 Архітектура мікропроцесора...…………………………………………...13

1.5. Розробка функціональної схеми  пристрою……………………………..18

1.5.1. Розробка модуля центрального  процесора …………………………..18

1.5.2. Опис функціональної схеми мікропроцесорного модуля….………..20

1.5.3. Розробка функціональної схеми блоку введення/виведення..………20

2. Реалізація алгоритму...……………………………………………………..22

2.1. Побудова блок-схеми алгоритму……………………………………...22

2.2 Аналіз ефективності алгоритму…………………………………………23

3. Опис програмного забезпечення…………………………………………25

3.1.Вибір мови програмування……………………………………………...25

3.2. Опис процессу...…………………………………………………………..26

Висновки………………………………………………………………………28

Список використаної літератури……………………………………………29

Додатки………………………………………………………………………...30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

Виробництво інтегральних мікросхем на сьогоднішній день - фундамент не лише індустрії інформаційних та комп'ютерних технологій, але й багатьох суміжних галузей  побутової електроніки, медицини, військової промисловості.

Слід розрізняти два основних напрямки розвитку виробництва мікросхем. Перше - розробка архітектури, яка включає в себе вибір тих чи інших функцій і особливостей майбутніх схем, мікросхемо техніку та компоновку на кристалі функціональних блоків і їх елементів. А також - оптимізація готових блоків з метою спрощення та здешевлення їх масового виробництва.

Другий напрямок - це напівпровідникові технології виробництва мікросхем. Сюди входять наукова розробка і втілення в «кремній» все більш швидких і маленьких транзисторів, ланцюгів зв'язку між ними, створення нових матеріалів та обладнання для цього, а також «manufacturability» - область знань про те, як виробляти мікросхеми більш високої якості, більш швидкі, з меншим числом дефектів.

На сьогоднішній день простіше назвати ті області, які поки не залежать від досягнень мікроелектроніки. Сучасна людина просто зобов'язаний мати уявлення про те, що таке мікроелектроніка і технологія виробництва мікросхем. Вершиною ж цієї технології є мікропроцесори - найскладніші і важливі інтегральні схеми.

В даній курсовій роботі буде розроблений тип мікропроцесорної системи– мікроконтролер. Буде розглянуто склад мікроконтролера, та актуальність цього пристрою.

Метою курсової роботи є розробка мікроЕОМ на основі мікропроцесора І8086 для керування пристроєм хімічної обробки друкованих плат.

 

 

 

 

1. Характеристика задачі на курсову роботу

1.1. Постановка  задачі на курсову роботу

Мікропроцесор i8086 належить до 16-розрядних процесорів першого покоління. Велика інтегральна схема i8086 з геометричними розмірами 5,5 x5,5 мм має 40 контактів, містить близько 29 000 транзисторів і споживає 1,7 Вт від джерела живлення +5 В, тактова частота становить 5,8 або 10 МГц.

Мікропроцесор виконує операції над 8 - і 16-розрядними даними, представленими в двійковому або двійково-десятковому вигляді, може обробляти окремі біти, а також рядки або масиви даних. Він має вбудовані апаратні засоби множення і ділення.Мікропроцесор має внутрішній швидкий запам'ятовуючий пристрій ємністю 14x16 байт. Шина адреси є 20-розрядна, що дозволяє безпосередньо адресувати 220 = 1048576 комірок пам'яті (1 Мбайт).

Простір адрес вводу/виводу становить 64 Кбайт. У ВІС i8086 реалізована багаторівнева векторна система переривань з кількістю векторів до 256. Передбачена також організація прямого доступу до пам'яті, по якому мікропроцесор припиняє роботу і переводить шини адреси, даних і управління в високоімпедансний стан.

Середній час виконання команди займає 12 тактів. Особливістю i8086 є можливість часткової реконфігурації апаратної частини для забезпечення роботи в двох режимах - мінімальному і максимальному. Режими роботи задаються апаратно. У мінімальному режимі, використовуваному для побудови однопроцесорних систем, мікропроцесор самостійно формує всі сигнали управління внутрішнім системним інтерфейсом. У максимальному режимі, використовуваному для побудови мультипроцесорних систем процесор формує на лініях стану двійковий код, який залежить від типу циклу шини. У відповідності з цим кодом системний контролер К1810ВГ88 формує сигнали управління шиною. Контакти, які звільнилися в результаті кодування інформації, використовуються для управління мультипроцесорним режимом. При використанні арифметичного співпроцесора необхідно вибирати максимальний режим.

У МП i8086 застосована конвеєрна архітектура, яка дозволяє поєднувати у часі цикли виконання і вибірки з пам'яті кодів наступних команд. Це досягається паралельною роботою двох порівняно незалежних пристроїв - операційного пристрою та шинного інтерфейсу. Структурна схема МП i8086 показана на рис.1.1.

Рис.1.1 Структурна схема мікропроцесора i8086

Операційний пристрій виконує команду, а шинний інтерфейс здійснює взаємодію із зовнішньою шиною - виставляє адреси, зчитує коди команд і операнди, записує результати обчислень в пам'ять або на пристрої вводу/виводу.

Операційний пристрій складається з РЗП, призначених для зберігання проміжних результатів обчислень - даних і адрес; АЛП з буферними регістрами; регістра прапорів; схеми керування і синхронізації, яка дешифрує коди команд і генерує керуючі сигнали для всіх блоків схеми МП. Шинний інтерфейс складається з шести байтові регістрові  пам'яті, яка називається чергою команд, чотирьох сегментних регістрів: CS, DS, ES, SS, покажчика команд IP, суматора, а також допоміжних регістрів зв'язку і буферних схем шин адреси / даних.

Черга команд працює за принципом FIFO (First Input - First Output, тобто «перший прийшов - перший вийшов») і зберігає на виході порядок надходження команд. Довжина черги - 6 байт. Якщо операційний пристрій зайнятий виконанням команди, шинний інтерфейс самостійно ініціює випереджаючу вибірку кодів команд з пам'яті в чергу команд.

Вибірка з пам'яті чергового командного слова здійснюється тоді, коли в черзі виявляються два вільних байта. Чергу збільшує швидкодію процесора в разі послідовного виконання команд. При вибірці команд переходів, запитів і повернень з підпрограм, обробки запитів переривань чергу команд скидається, і вибірка починається з нового місця програмної пам'яті.

Ще одним завданням шинного інтерфейсу є формування фізичного 20-розрядної адреси з двох 16-розрядних слів. Першим словом є вміст одного із сегментних регістрів CS, SS, DS, ES, а друге слово залежить від типу адресації, операнда або коду команди. Підсумовування 16-розрядних слів відбувається зі зміщенням на 4 розряди і здійснюється за допомогою суматора, який входить до складу шинного інтерфейсу.

 

 

 

 

 

1.2. Розробка схеми пристрою

Мікропроцесор - центральна частина будь-якої мікропроцесорної системи - включає в себе арифметико-логічний пристрій і центральний управляючий пристрій , що реалізує командний цикл. МП може функціонувати тільки в складі МПС, що включає в себе, крім МП, пам'ять, пристрої введення / виводу,

 

 допоміжні схеми (тактовий генератор, контролери переривань і прямого  доступу до пам'яті, шинні формувачі, регістри та інше.

У будь  якій МПС можна виділити наступні основні частини:

• процесорний модуль;
• пам'ять;
• зовнішні пристрої (зовнішні ЗП + пристрої вводу / виводу);
• підсистему переривань;
• підсистему прямого доступу в пам'ять.

 

 

 

 

Рис. 1.2. Структура  мікропроцесорної системи

 

Зв'язок між процесором та іншими пристроями МПС може здійснюватися за принципами радіальних зв'язків, загальної шини або комбінованим способом. У однопроцесорних МПС, особливо 8 - і 16-розрядних, найбільше поширення одержав принцип зв'язку "Загальна шина", при якому всі пристрої підключаються до інтерфейсу однаковим чином (Рис. 1.2). Всі сигнали інтерфейсу діляться на три основні групи - даних, адреси і управління. Численні різновиди інтерфейсів "Загальна шина" забезпечують передачу по роздільним або мультиплексованих  лініях (шин). Наприклад, інтерфейс Microbus, з яким працюють більшість 8-розрядних МПС на базі i8086, передає адресу і дані по роздільним шинам, але деякі керуючі сигнали передаються по шині даних. Інтерфейс Q-bus, використовуваний в мікроЕОМ фірми DEC (вітчизняний аналог - мікропроцесори серії К1801) має мультиплексорну шину адреси / даних, по якій ця інформація передається з поділом у часі. Природно, що при наявності мультиплексорної шини до складу ліній управління необхідно включати спеціальний сигнал, що ідентифікує тип інформації на шині. Обмін інформацією по інтерфейсу проводиться між двома пристроями, один з яких є активним, а інше - пасивним. Активний пристрій формує адреси пасивних пристроїв і керуючі сигнали. Активним пристроєм виступає, як правило, процесор, а пасивним - завжди пам'ять і деякі ВП. Однак іноді швидкодіючі ВП можуть виступати в якості задаючого пристрою (активного пристрою) на інтерфейсі, керуючи обміном з пам'яттю. Концепція "Загальної шини" припускає, що звернення до всіх пристроїв МПС проводиться в єдиному адресному просторі, проте, в цілях розширення числа адресуються об'єкти, в деяких системах штучно розділяють адресні простори пам'яті і ВП, а іноді навіть і пам'яті програм і пам'яті даних.

1.3. Вимоги до алгоритму розв’язку задачі 

Мікроконтролер Intel 8051, створений в 1980 році, став воістину класичним зразком пристроїв даного класу. Цей 8-бітний чіп поклав початок цілому сімейству мікроконтролерів, які панували на ринку аж до недавнього часу. Аналоги І8051 випускали радянські підприємства в Мінську, Києві, Воронежі, Новосибірську, на них виросло ціле покоління вітчизняних розробників.     Більшість фірм виробників мікроконтролерів і сьогодні випускають пристрої, засновані на цій архітектурі. Серед них Philips, Atmel, Dallas, OKI, Siemens - можна перерахувати понад півтора десятків імен. Але 51-е сімейство поступово здає свої позиції більш молодим і досконалим мікроконтролерам.

Якщо представити всі типи сучасних мікроконтролерів, то можна здивуватися величезною кількістю різноманітних приладів цього класу, доступних споживачеві. Однак всі ці пріори можна розділити на наступні основні типи:

- вбудовувані (embedded) 8-розрядні мікроконтролери;

- 16 - і 32-розрядні мікроконтролери;

- цифрові сигнальні процесори.

Промисловістю випускаються дуже широка номенклатура вбудованих МК. У них всі необхідні ресурси (пам'ять, пристрої введення/виведення і т.д.) розташовуються на одному кристалі з процесорним ядром. Якщо подати живлення і тактові імпульси на відповідні входи МК, то він почне працювати. Зазвичай МК містять значну кількість допоміжних пристроїв, завдяки чому забезпечується їх включення в реальну систему з використанням мінімальної кількості додаткових компонентів. До складу цих МК входять:

- схема початкового запуску процесора (Reset);

- генератор тактових імпульсів;

- центральний процесор;

- пам'ять програм (E (E) PROM) і програмний  інтерфейс;

- засоби введення / виведення даних; Таймери, що фіксують число командних циклів.

 

Загальна структура МК показана на рисунку 2.2. Ця структура  дає уявлення про те, як МК зв'язується із зовнішніми пристроями.

- вбудований монітор / відладчик  програм;

- внутрішні засоби програмування  пам'яті програм (ROM);

- обробка переривань від різних  джерел;

- аналогове введення / виведення;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.2 Структура мікроконтролера MCS-51

 

- послідовне введення / виведення (синхронний і асинхронний);

- паралельне введення / виведення (включаючи інтерфейс з комп'ютером);

- підключення зовнішньої пам'яті (мікропроцесорний режим). 

Система команд. Залежно від кількості використовуваних кодів операцій системи команд МК можна розділити на дві групи: CISC і RISC.

Термін CISC означає складну систему команд і є абревіатурою англійського визначення Complex Instruction Set Computer. Аналогічно термін RISC означає скорочену систему команд і походить від англійського Reduce Instruction Set Computer. Систему команд МК 8051 можна віднести до типу CISC. Однак, не дивлячись на широку поширеність цих понять, необхідно визнати, що самі назви не відображають головної відмінності між системами команд CISC і RISC.

Типи пам'яті мікроконтролера. Можна виділити три основні види пам'яті, які використовуються в МК:

- пам'ять програм;

- пам'ять даних;

- регістри МК.

Пам'ять програм являє собою постійну пам'ять, призначену для зберігання програмного коду і констант. Ця пам'ять не змінює вмісту в процесі виконання програми. Пам'ять даних призначена для зберігання змінних в ході виконання програми.