МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЕ РФ
РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра биомедицинской и полупроводниковой электроники
Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине
«Микропроцессоры и ЭВМ»
на тему:
Разработка МПС на основе МПК БИС К1810
Выполнил:
ст. гр. 735
Сафонов А.С.
Проверил:
Локтюхин В.Н.
Рязань 2011
Содержание
Задание......................................................................................................................... …………………………………………………………………………………...4
Введение… ……………………………...………………………………………………....5
1. Структурная схема МПС………………………………………..……………..…..…..6
2. Структурная схема ЦП ………………………………………………………….……..8
3. Структура памяти, описание данных…………………………………………..…….10
4. Разработка схемы алгоритма функционирования МПС, реализующей операцию цифровой фильтрации …………………………………………………….…….........12
4.1. Укрупнённая схема алгоритма функционирования МПС ……………….......12
4.2. Схема алгоритма вычисления выражения для ЦФ ……………..……….……13
4.3. Схема алгоритма вычисления W1 = 10Xn и регистровая модель…...…….…..14
4.4. Схема алгоритма вычисления W2 = W1 +7Xn-1 и регистровая модель ……….15
4.5. Схема алгоритма вычисления W3 = W2 +4Xn-2 и регистровая модель...……...16
4.6. Схема алгоритма вычисления W4 = W3 +1Xn-3 и регистровая модель …….....17
4.7. Схема алгоритма вычисления W5 = W4 -2Xn-4 и регистровая модель.....……..18
4.8 Схема алгоритма вычисления W6 = W5 -5Xn-5 и регистровая модель ……...…19
4.9. Схема алгоритма выявления переполнения Yn ………......…………….….…20
4.10 Схема алгоритма деления на 15 и регистровая модель …………..…...….…20
4.11 Схема алгоритма очереди и регистровая модель …………..….………….…21
5. Разработка программы вычисления …...………………………………………...…..23
6. Описание принципиальной схемы ……………………………………...…….……..26
7. Основные результаты разработки …………………………………………….……..26
8. Листинг программы……………... …………………………………………….……..28
9.Заключение…………………………………………………………………………..…33
10.Список используемых источников………………...………………………………..34
11.Приложение………………………………………………………………………..…35
Задание.
Разработать на базе микропроцессорного комплекта (МПК) больших интегральных схем (БИС) К1810 микропроцессорную систему (МПС), реализующую заданную операцию цифровой фильтрации (ЦФ).
Технические характеристики системы.
1. Реализуемая операция ЦФ.
2. Структура модуля ЦП:
МП К1810ВМ88 – максимальный режим.
3. Структура модуля памяти:
ОЗУ – 2 Кбайт.
ПЗУ – 4 Кбайт.
Общие требования.
4. Исследовать реакцию ЦФ на входной скачок хn.
5. Найти время вычисления заданной операции в числе тактов МП.
6. При вычислении текущего значения yn, лежащего за пределами текущего диапазона (215-1.. - 215) выдавать yn в виде максимального значения 215-1 или -215 в дополнительном коде (ДК).
Примечание: исходные значения хn заданы в памяти, равные нулю.
Введение
Микропроцессор (МП) - это центральный процессор ЭВМ, реализованный в виде одной или нескольких больших интегральных схем (БИС). Это функционально завершённое универсальное программно-управляемое устройство цифровой обработки данных из одной или нескольких БИС.
Микропроцессорный комплект МПК БИС - набор БИС, в котором имеется возможность управления работой БИС с помощью определённого набора команд.
На основе МП строятся универсальные микроЭВМ, персональные компьютеры (ПК) и МПС.
Микропроцессорная система (МПС) - это специализированная вычислительная, информационная управляющая система, построенная на основе МПК БИС. МПС может быть также реализована на основе предлагаемых семейств промышленных одноплатных компьютеров и микроконтроллеров.
Микроконтроллеры — это микросистемы, выполненные на основе МПК БИС в виде отдельных модулей, реализующих функции основных устройств микроЭВМ и МПС - процессора, памяти, адаптеров ввода-вывода (в/в).
По своей структуре МПС схожа с ПК, но имеет усечённый объём памяти ограниченный набор средств сопряжения с внешним миром. В основе построения МПС лежит программно-аппаратный принцип, т.е. реализация целевого назначения достигается не только аппаратными, но и программными средствами. При изменении задачи в основном меняется только программное обеспечение (ПО), а не структура МПС.
Структурная схема МПС
Типичная структура МПС
Рис. 1.
В состав МПС (см. рис. 1) входят следующие устройства:
1. Центральный процессор (ЦП) - основной комплект МПС. Он управляет выполнением команд и обменом информации между ЦП и ВУ. ЦП строится на основе микросхемы МП К1810ВМ88 и поддерживающих БИС: К1810ГФ84, К580ИР82, К580ВА86, К1810ВГ88.
2. Память. Она состоит из двух частей: ПЗУ ёмкостью 4 кБ, в котором хранятся программы, и ОЗУ ёмкостью 2 кБ для хранения данных. Память; представляет собой линейную последовательность n - разрядных ячеек. Для каждого МП существует своё максимально адресуемое адресное пространство памяти. Оно определяется разрядностью шины адреса m микропроцессора. Адресное пространство = 2m. При m=20 адресное пространство = 220 = 1МБ. Если разрядность ячеек памяти = 8, то имеет место побайтовая организация памяти. Если n = 16 - пословная организация памяти.
Чтобы не спутать адресное пространство для программ и данных, используют карту памяти (см. рис. 2).
Рис. 2.
Область ПЗУ размещается в той части пространства памяти, где находится начальный адрес программного счётчика МП после включения питания. Области ПЗУ и ОЗУ желательно помещать в пространство адресов, которое не задействовано в комплексах отладки.
3. Подсистема ввода-вывода (в/в). Эта подсистема обеспечивает связь ядра МПС (ЦП и память) с внешним миром. Это взаимодействие с внешними устройствами (ВУ) производится через контроллеры или адаптеры в/в. Для построения адаптеров используют интерфейсные БИС, например программируемый периферийный адаптер (ППА) и программируемый связной адаптер (ПСА). Через них производится обмен данными между ВУ и ядром МПС. С точки зрения программистов адаптеры представляют собой набор регистров в/в; называемых часто портами в/в. Каждый порт имеет свой номер или адрес. Обращение к УВВ — это обращение к порту.
4. Системная шина. Обычно содержит три раздельные шины: шину данных (ШД), шину адреса (ША), и шину управления (ШУ).
1. ША — однонаправленная, тристабильная, 20-разрядная, адресое пространство 1МБ.
2. ШД — двунаправленная, тристабильная, 8-разрядная.
3. ШУ — это десятки линий, по которым передаются в (из) ЦП управляющие сигналы (запросы на прерывания, сигналы управления памятью и т.д.).
Структурная схема ЦП
Структурная схема ЦП на основе МП К1810ВМ88
Рис. 3.
Схема (см. рис. 3) состоит из:
1. G — БИС генератора тактовых сигналов К1810ГФ84 — обеспечивает формирование сигналов синхронизации CLK и PCLK для МП и ВУ, формирует сигналы сброса CLK и готовности RDY для МП. Ко входам XI и Х2 внутреннего генератора подключается кварцевый резонатор с частотой Р=15 МГц. CLK формируется путём деления частоты задающего генератора F на 3, а сигнал PCLK — путём деления CLK на 2. БИС формирует сигнал сброса CLK для МП при подаче на вход #RES сигнала начальной установки.
2. CPU — БИС МП К1810ВМ88.
3. RG — БИС регистра адреса (РгА), состоящего из трёх 8-битных регистров К580ИР82.
4. F — БИС шинного формирователя (ШФ) К580ВА86 - для буферирования данных МП.
5. SC — БИС контроллера шины К580ВГ88 — позволяет на основе сигналов состояния #ST2 - #ST0 МП К1810ВМ88 сформировать набор управляющих сигналов для СШ.
6. Схема сброса. При подаче сигнала на вход схемы формируется импульс, который подаётся на вход #RES генератора.
Структура памяти, распределение данных
Определим биты адреса для частичной селекции ПЗУ и ОЗУ:
ПЗУ: 4К = 
— А11-АО — адрес байта ПЗУ,
ОЗУ: 2К = 
—»А10-А0 - адрес байта ОЗУ.
Бит адреса А12=1 служит для выбора модуля ПЗУ программ,
а А12=0 — модуля ОЗУ. Карта памяти модуля ЗУ 6 кБ см. на рис. 4.yi
Карта памяти модуля ЗУ 6 кБ.
Рис. 4.
Расположение адресов модуля ЗУ 6 кБ см. на рис. 5
Расположение адресов модуля ЗУ 6 кБ.
Таблица 1
| Адрес 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 | Диапазон адресов | Тип ЗУ | Сигнал yi | |||
| 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 | X | X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X | [00000 – 007FF] [FF000 – FFFFF] | ОЗУ 2К ПЗУ 4К | #y0 #y1 | |
Частичная адресация битом А12
Полная адресация битами А19 – А11
Рис. 5.
Функциональная схема подсистемы памяти ёмкостью 6 кБ (ПЗУ 4кБ, ОЗУ 2кБ) изображена на рис. 6. В соответствии с таблицей 1 выражения для сигналов
#y0 и #y1 будут иметь вид:
;
Структурная организация подсистемы памяти МПС.
Рис. 6.
Память МП К1810ВМ88 содержит только один банк, вследствие чего в МП отсутствует сигнал #ВНЕ. В данной организации подсистемы памяти МПС применяется вертикальное наращивание модулей ПЗУ. Это вызвано тем, что при проектировании системы не было найдено требуемого объёма ПЗУ(4 кБ) в виде одного модуля. Для получения заданного объема были выбраны два модуля ёмкостью по 2 кБ каждый. Селекция модулей осуществляется с помощью сигналов #y10 и #y11, которые формируются при подаче на дешифраторы сигнала общего сигнала для ПЗУ #y1 и бита адреса A11.
Расположение адресов у модулей ПЗУ:
Таблица 2
| Адрес 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 | Диапазон адресов | Тип ЗУ | Сигнал yi | |||
1 1 1 1 1 1 1
 1 1 1 1 1 1 1
|
 1
|
 1
| X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X | [FF000 – FF700] [FF800 – FFFFF] | ПЗУ D11 ПЗУ D12 | #y10 #y11 |
#y1
Селекция модулей ПЗУ
В соответствии с таблицей 2 выражения для сигналов
#y10 и #y11 будут иметь вид:
;
