МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Санкт-Петербургский государственный университет
аэрокосмического приборостроения»
Кафедра №14
аэрокосмических компьютерных и программных систем
Методические указания к выполнению лабораторных работ
По курсу
«ЭВМ и периферийные устройства»
Составитель
доц., к.т.н., доц. С.В. Горбачев
по следующей основной образовательной программе (ООП)
высшего профессионального образования (ВПО)
| срок обучения | направление (специальность) | код дисциплины в учебном плане |
| 4 года |
Санкт-Петербург 2017 г.
Перечень лабораторных работ, общей трудоемкостью - 4 часов
Список лабораторных работ и их трудоемкость приведены в табл. 1.
Таблица 1 – Лабораторные занятия и их трудоемкость
| № п/п | Наименование лабораторных работ, трудоемкость 17 (час) | Номер раздела дисциплины |
| Ознакомление со средой проектирования Orcad/ Capture. Проектирование внешней памяти программ на базе БИС ПЗУ и ППЗУ – 5 часа | 1-5 | |
| Проектирование внешней памяти данных на базе БИС ОЗУ– 5 часа | 5, 6, 7 | |
| Проектирование МКС с совмещенным адресным пространством ВПД и УВВ – 5 часа | 5, 6, 7 |
Содержание разделов и тем лекционного курса
Выполнение лабораторных работ основывается на теоретическом материале из следующих разделов лекционного курса.
Раздел 1. Особенности архитектуры микропроцессоров и микроконтроллеров. Функциональная и структурная организация микропроцессорных и микроконтроллерных систем (МПС/МКС). Состав и функции технических средств. Понятие аппаратного и программного обеспечения микропроцессорных систем. Тенденции развития микроконтроллеров. Типы архитектур: трехшинная структура, магистральная структура с применением шинных формирователей и буферных регистров. Организация памяти; основные стадии выполнения команды. Организация прерываний. Организация ввода-вывода и функции периферийных БИС. Назначение микроконтроллеров. Структурная организация микропроцессорных САУ на базе микроконтроллера.
Раздел 2. Семейства отечественных микропроцессоров и микроконтроллеров и области их применения.
Состояние микроэлектроники и отечественные наборы однокристальных микроконтроллеров. Состав и функциональные возможности микроконтроллеров серии К1816. Особенности разработки аппаратных средств микропроцессорной САУ на основе микроконтроллеров. Особенности разработки прикладного программного обеспечения микроконтроллерных систем.
Раздел 3. Структурная организация однокристальных микроконтроллеров. Структура микроконтроллера (МК) и ее основные элементы. Арифметико-логическое устройство (АЛУ) и основные операции обработки данных. Формирование признаков результата операций и флаги. Формат слова состояния процессора.
Организация резидентной памяти программ (РПП). Специфика функционирования счетчика команд. Особенности страничной организации и размещения программ в банках РПП. Обработка запросов на прерывания и вектора прерываний в РПП.
Организация резидентной памяти данных (РПД) в микроконтроллере К1816ВЕ48. Особенности использования банков рабочих регистров. Поддержка программной организации стека в РПД. Особенности выполнения команд с обращением к РПД при работе с двухбайтными словами.
Организация ввода-вывода информации в микроконтроллере. Квазидвунаправленные 8-разрядные порты. Программная настройка портов и особенности приема и выдачи данных. Функциональные возможности двунаправленного порта BUS. Особенности работы порта при наличии внешней памяти в микроконтроллерной системе.
Синхронизация и управление микроконтроллера. Варианты схем синхронизации. Реализация системного сброса. Логика условных переходов и набор внешних и внутренних проверяемых условий для переходов по программе. Функциональные возможности встроенного таймера/счетчика событий. Организация двухуровневой системы прерываний от внешнего и внутреннего источников прерываний.
Раздел 4. Система команд и способы адресации микроконтроллера.
Типы команд и способы адресации в МК. Функциональные группы команд. Группа команд пересылки данных. Структура информационных обменов в МК. Форматы и режимы передачи данных. Особенности передачи данных через порты ввода-вывода.
Группы команд арифметических и логических операций. Операция двоичного сложения 8-битных целых двоичных чисел без знака. Особенности реализации операции вычитания. Использование переноса для выполнения арифметических операций с многобайтными числами. Поддержка сложения операндов в десятичном формате. Использование неявной адресации при работе с аккумулятором. Особенности применения логических операций при работе с битами.
Группы команд передачи управления. Организация в программе ветвления с прямой адресацией. Особенности использования перехода по косвенному адресу доступа к табличным данным и реализации механизма множественных ветвлений. Организация программных циклов и особенности работы с подпрограммами.
Группы команд управления режимами работы МК. Операции с таймером для использования его в качестве счетчика тактов или событий от разных источников переключение банков регистров в РПД и банков программной памяти МК.
Раздел 5. Структурная организация БИС ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ. Особенности построения блоков памяти данных и программ. Организация БИС ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ Функциональные схемы шинных формирователей и буферных регистров, применяемых для подключения к портам МК. Структурная организация блоков памяти на БИС ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ различных конфигураций. Способы подключения БИС памяти к внешним шинам. Проектирование блоков памяти со страничной организацией.
Раздел 6. Проектирование микроконтроллерной системы с внешней памятью. Страничная организация памяти.
Особенности работы микроконтроллера при выборке команды из внешней памяти программ (ВПП). Структура МК-системы с внешней памятью программ. Организация внешней памяти программ из БИС ПЗУ и ППЗУ различных типов. Страничная организация ВПП большого объема
Работа МК-системы с внешней памятью данных (ВПД). Структура МК-системы с внешней памятью данных. Организация внешней оперативной памяти данных из БИС ОЗУ различных типов. Страничная организация ВПД большого объема.
Раздел 7. Проектирование микроконтроллерной системы с расширенными функциональными возможностями ввода-вывода.
Расширение резидентной системы ввода-вывода с использованием стандартного расширителя ввода-вывода. Работа МК с дополнительными портами расширителя ввода-вывода.
Варианты расширения ввода-вывода с использованием параллельного периферийного адаптера. Совмещение адресного пространства ВПД и устройств ввода-вывода. Использование раздельного адресного пространства при работе с портами параллельного периферийного адаптера.
Варианты заданий по лабораторной работе №1
| № вар | Тип МК | Буферный регистр адреса (РгА) | ПЗУ (Объем/тип БИС) | ППЗУ (Объем/тип БИС) | ФИО студента |
| МК i8048 | i8282 | 2 Кбайт/ 1024х8 | 2 Кбайт/ 2048х4 | ||
| МК i8051 | i8212 | 512 байт/ 512х1 | 2 Кбайт/ 1024х4 | ||
| МК i8048 | i8282 | 512 байт/ 256х1 | 1,5Кбайт/ 512х8 | ||
| МК i8051 | i8212 | 1 Кбайт/ 1024х4 | 512 байт/ 512х8 | ||
| МК i8048 | i8282 | 1 Кбайт/ 512х1 | 768 байт/ 256х4 | ||
| МК i8051 | i8212 | 512 байт/ 512х8 | 2 Кбайт/ 2048х1 | ||
| МК i8048 | i8282 | 1,5 Кбайт/ 512х8 | 1 Кбайт/ 1024х4 | ||
| МК i8051 | i8212 | 512 байт/ 256х1 | 2 Кбайт/ 1024х4 | ||
| МК i8048 | i8282 | 3 Кбайт/ 1024х4 | 1,5Кбайт/ 512х8 | ||
| МК i8051 | i8212 | 512 байт/ 512х4 | 1 Кбайт/ 512х8 | ||
| МК i8048 | i8282 | 512 байт/ 512х8 | 2 Кбайт/ 1024х4 | ||
| МК i8051 | i8212 | 2 Кбайт/ 1024х1 | 1,5Кбайт/ 512х8 | ||
| МК i8048 | i8282 | 2 Кбайт/ 1024х1 | 2 Кбайт/ 2048х8 | ||
| МК i8051 | i8212 | 1 Кбайт/ 1024х4 | 1 Кбайт/ 1024х8 | ||
| МК i8048 | i8282 | 1 Кбайт/ 512х1 | 2 Кбайт/ 2048х8 | ||
| МК i8051 | i8212 | 512 байт/ 256х1 | 1 Кбайт/ 512х8 | ||
| МК i8048 | i8282 | 2 Кбайт/ 1024х4 | 2 Кбайт/ 2048х1 | ||
| МК i8051 | i8212 | 512 байт/ 512х1 | 2 Кбайт/ 1024х4 | ||
| МК i8048 | i8282 | 1 Кбайт/ 1024х1 | 1,5Кбайт/ 512х8 | ||
| МК i8051 | i8212 | 768 байт/ 256х4 | 2 Кбайт/ 1024х8 | ||
| МК i8048 | i8282 | 2 Кбайт/ 1024х4 | 1,5Кбайт/ 512х8 | ||
| МК i8051 | i8212 | 512 байт/ 512х1 | 1 Кбайт/ 512х4 | ||
| МК 8048 | i8282 | 512 байт/ 512х4 | 1 Кбайт/ 512х8 | ||
| МК 8051 | i8212 | 2 Кбайт/ 1024х1 | 2 Кбайт/ 2048х8 | ||
| МК i8048 | i8282 | 2 Кбайт/ 1024х4 | 4 Кбайт/ 2048х8 | ||
| МК i8051 | i8212 | 512 байт/ 512х1 | 2 Кбайт/ 1024х4 | ||
| МК 8048 | i8282 | 512 байт/ 512х1 | 1,5Кбайт/ 512х4 | ||
| МК 8051 | i8212 | 2 Кбайт/ 1024х1 | 512 байт/ 512х8 | ||
| МК i8048 | i8282 | 2 Кбайт/ 1024х4 | 768 байт/ 256х8 | ||
| МК i8051 | i8212 | 512 байт/ 512х4 | 2 Кбайт/ 2048х1 | ||
| МК i8048 | i8282 | 1 Кбайт/ 1024х1 | 1 Кбайт/ 512х4 | ||
| МК i8051 | i8212 | 768 байт/ 256х4 | 2 Кбайт/ 1024х1 | ||
| МК i8048 | i8282 | 2 Кбайт/ 1024х1 | 1,5Кбайт/ 512х8 | ||
| МК i8051 | i8212 | 2 Кбайт/ 1024х4 | 1 Кбайт/ 512х8 | ||
| МК i8048 | i8282 | 1 Кбайт/ 512х1 | 2 Кбайт/ 1024х4 | ||
| МК i8051 | i8212 | 512 байт/ 256х1 | 1,5Кбайт/ 512х8 | ||
| МК i8048 | i8282 | 3 Кбайт/ 1024х8 | 2 Кбайт/ 2048х1 | ||
| МК i8051 | i8212 | 512 байт/ 512х4 | 1 Кбайт/ 1024х8 | ||
| МК i8048 | i8282 | 512 байт/ 512х1 | 2 Кбайт/ 2048х8 | ||
| МК i8051 | i8212 | 2 Кбайт/ 1024х1 | 1 Кбайт/ 512х8 | ||
| МК i8048 | i8282 | 1 Кбайт/ 512х1 | 2 Кбайт/ 2048х4 | ||
| МК i8051 | i8212 | 512 байт/ 512х8 | 2 Кбайт/ 1024х1 | ||
| МК i8048 | i8282 | 2,5 Кбайт/ 512х8 | 0,5Кбайт/ 256х4 | ||
| МК i8051 | i8212 | 512 байт/ 256х1 | 2 Кбайт/ 1024х8 | ||
| МК i8048 | i8282 | 2 Кбайт/ 1024х8 | 1,5Кбайт/ 512х4 | ||
| МК i8051 | i8212 | 512 байт/ 512х1 | 1 Кбайт/ 512х4 | ||
| МК i8048 | i8282 | 512 байт/ 256х4 | 3 Кбайт/ 1Кх8 | ||
| МК i8051 | i8212 | 1 Кбайт/ 1024х4 | 2 Кбайт/ 2048х8 | ||
| МК i8048 | i8282 | 3 Кбайт/ 1024х4 | 4 Кбайт/ 2048х8 | ||
| МК i8051 | i8212 | 512 байт/ 512х1 | 1 Кбайт/ 1024х4 | ||
| МК i8048 | i8282 | 256 байт/ 256х1 | 2 Кбайт/ 1024х8 | ||
| МК i8051 | i8212 | 1 Кбайт/ 256х4 | 1,5Кбайт/ 512х8 | ||
| МК i8048 | i8282 | 2 Кбайт/ 1024х1 | 1 Кбайт/ 256х8 | ||
| МК i8051 | i8212 | 2 Кбайт/ 1024х4 | 1,5Кбайт/ 512х8 | ||
| МК i8048 | i8282 | 1 Кбайт/ 512х1 | 2 Кбайт/ 1024х4 | ||
| МК i8051 | i8212 | 512 байт/ 256х8 | 2 Кбайт/ 2048х1 | ||
| МК i8048 | i8282 | 3 Кбайт/ 1024х8 | 1 Кбайт/ 512х1 | ||
| МК i8051 | i8212 | 512 байт/ 512х4 | 6 Кбайт/ 2048х8 |
Варианты заданий по лабораторной работе №2и 3
| № вар | Тип МК | Шинный формирователь (ШФ) | ОЗУ (RAM) Объем/тип | Периферийные устройства (ПУ) | ФИО студента | ||||||
| МК i8048 | i8286 | 1 Кбайт/ 1024х1 | i8251 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 3 Кбайт/ 1Кх8 | i8253 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 4 Кбайт/ 1024х4 | i8255 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 2 Кбайт/ 1024х1 | i8257 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 3 Кбайт/ 1024х8 | i8259 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 1 Кбайт/ 1024х4 | i8279 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 1 Кбайт/ 1024х1 | i8251 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 1 Кбайт/ 512х8 | i8253 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 2 Кбайт/ 2048х1 | i8255 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 512 байт/ 256х1 | i8257 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 2 Кбайт/ 1024х1 | i8259 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 3 Кбайт/ 1024х4 | i8279 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 1 Кбайт/ 512х4 | i8251 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 512 байт/ 256х1 | i8253 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 1 Кбайт/ 1Кх4 | i8255 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 2 Кбайт/ 2Кх4 | i8257 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 4 Кбайт/ 1024х8 | i8259 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 2 Кбайт/ 1024х8 | i8279 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 3 Кбайт/ 1024х4 | i8251 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 1 Кбайт/ 1024х1 | i8253 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 512 байт/ 512х1 | i8255 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 768 байт/ 256х8 | i8257 | ||||||||
| МК 8048 | i8286 | 512 байт/ 256х1 | i8259 | ||||||||
| МК 8051 | i8216 | 1,5 Кбайт/ 512х4 | i8279 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 1 Кбайт/ 1024х1 | i8251 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 4 Кбайт/ 1Кх8 | i8253 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 3 Кбайт/ 1024х8 | i8255 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 2 Кбайт/ 1024х4 | i8257 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 2 Кбайт/ 2Кх1 | i8259 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 2 Кбайт/ 1024х8 | i8279 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 3 Кбайт/ 1024х8 | i8251 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 1,5 Кбайт/ 512х8 | i8253 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 2 Кбайт/ 2048х4 | i8255 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 512 байт/ 256х1 | i8257 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 2 Кбайт/ 1024х8 | i8259 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 3 Кбайт/ 1024х4 | i8279 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 2 Кбайт/ 512х4 | i8251 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 512 байт/ 256х1 | i8253 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 1 Кбайт/ 1Кх4 | i8255 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 2 Кбайт/ 2Кх4 | i8257 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 4 Кбайт/ 1024х8 | i8259 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 2 Кбайт/ 1024х4 | i8279 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 2 Кбайт/ 1024х1 | i8251 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 1 Кбайт/ 1024х4 | i8253 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 512 байт/ 512х1 | i8255 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 768 байт/ 256х8 | i8257 | ||||||||
| МК 8048 | i8286 | 512 байт/ 256х1 | i8259 | ||||||||
| МК 8051 | i8216 | 1 Кбайт/ 512х1 | i8279 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 512байт/ 256х1 | i8251 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 512 байт/ 256х8 | i8253 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 2 Кбайт/ 512х4 | i8255 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 2 Кбайт/ 1024х1 | i8257 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 1,5 Кбайт/ 512х4 | i8259 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 512 байт/ 256х1 | i8279 | ||||||||
| МК i8048 | i8286 | 2 Кбайт/ 1Кх8 | i8251 | ||||||||
| МК i8051 | i8216 | 2 Кбайт/ 512х4 | i8253 | ||||||||
| МК 8048 | i8286 | 3 Кбайт/ 1024х4 | i8255 | ||||||||
| МК 8051 | i8216 | 2 Кбайт/ 1024х1 | i8279 | ||||||||
Особенности проектирования принципиальной схемы МК-системы с использованием шинных формирователей и буферных регистров