12 Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. — М.: Энергоатомиздат, 1987. —304с.: ил.
Рассмотрены особенности организации 8- и 16-разрядных микропроцессоров (МП), однокристальных микроконтроллеров, структуры и функционирование основных БИС МП-наборов. Описаны методы комплекеирования, синхронизации и программной настройки, БИС МП-наборов при проектировании, способы программной реализации типовых процедур управления и обработки данных.
Для инженеров, работающих в области автоматики, АСУ ТП, вычислительной и информационно-измерительной техники,
2405000000—483
ПРЕДИСЛОВИЕ
Одним из крупнейших достижений микроэлектроники я вычислительной техники является создание микропроцессоров (микропроцессорных наборов БИС).
Уникально малые размеры микропроцессоров и выполненных на их основе микро-ЭВМ при больших вычислительных и логических возможностях, их дешевизна и высокая надежность представляют собой огромный качественный скачок в развитии микроэлектроники и вычислительной техники, расширивший почти беспредельно сферу1 использования цифровых вычислительных устройств, сделавший возможным создание на основе микропроцессоров и микро-ЭВМ контролирующих, управляющих и обрабатывающих цифровых устройств и систем, непосредственно встраиваемых в приборы, машины, технологические установки и процессы, позволяющих достигнуть значительного повышения уровня автоматизации технологических процессов, экономии энергии, сырья и материалов, повышения производительности и качества труда.
Поэтому с полным основанием развитие и применение микропроцессоров и микро-ЭВМ оценивается как одно из важнейших направлений научно-технического прогресса. Массовый выпуск микропроцессорных наборов БИС с широкими функциональными возможностями, их низкая стоимость, гибкость и точность цифровых методов обработки информации превратили МП в системные элементы, на основе которых создаются системы промышленной автоматики, связи, измерительной техники, управления транспортом и т. п. С появлением микропроцессоров стало возмож-1*
ным создание высокоэффективных специализированных микро-ЭВМ и систем, ориентированных на выполнение определенных задач. При этом специализация в основном обеспечивается программной настройкой устройства или системы.
Вопросами проектирования на основе средств микропроцессорной техники разнообразных устройств управления и обработки данных занято большое число специалистов в различных отраслях народного хозяйства. Между тем использование микропроцессоров коренным образом меняет традиционные методы проектирования систем контроля и автоматики, заменяя во многих случаях проектирование схем разработкой программ настройки микропроцессорной аппаратуры на выполнение определенных функций.
Предлагаемая вниманию читателя книга дает возможность инженерам и студентам различных специальностей приобрести знания, необходимые для личного участия в ускорении научно-технического прогресса в сфере своей профессиональной деятельности путем создания, использования или технического обслуживания микропроцессорных и микромашинных устройств и систем^ предназначенных Для автоматизации и оптимизации технологических процессов, автоматизации обработки данных, операций измерений и контроля качества продукции.
Особенностью данной книги является ориентация на вопросы проектирования аппаратурной и программной частей микропроцессорных устройств автоматики. Впервые рассмотрены способы построения и применения однокристальных микроконтроллеров (микро-ЭВМ), специально предназначенных для использования в устройствах автоматики.
В книге рассмотрены архитектура, процессы функционирования, особенности программирования и использования 8- и 16-разрядных микропроцессоров, интерфейсных и некоторых "других БИС микропроцессорных наборов.
КНИМЯНИР» vnPJTPHn МРТПППЛпгми пплоъгттлпгчэ а-
ния устройств управления и обработки данных на микропроцессорных средствах, в том числе разработке структур и межмодульных (межкорпусных) связей микропроцессорных устройств, вопросам синхронизации, программной настройки адаптерных модулей, программной реализаций микропроцессорами элементарных процедур управления (таймирование, временные задержки и др.).
Предполагается, что читатель знаком с основами вычислительной техники, например, по книге Б. М. Кагана «Электронные вычислительные машины и системы», издание второе, Энергоатомиздат, 1985 г.
В книге нашел отражение опыт чтения в МИИТ в течение ряда лет курса лекций «Основы проектирований микропроцессорных устройств» для студентов специальности «Электронные вычислительные машины», а также курсов лекций на факультете повышения квалификации для преподавателей различных кафедр.
Авторы выражают благодарность рецензенту книги доц. Л. В. Суркову, редактору доц. В. Г. Першееву за замечания и советы, которые способствовали улучшению содержания книги, а также инж. О. Ф. Мологонцевой, с участием которой написан § 5.6.
Авторы
ОГЛАВЛЕНИЕ
Q
Предисловие ,............
Глава первая. Основные понятия....., б
&
1.1. Общие сведения........., .
1.2. Основные характеристики и типы МП •..... 8
1.3. Типичная структура микропроцессорного устройства (системы)..............11
Глава вторая. Организация однокристальных 8-разрядных
микропроцессоров ............ 15
2.1. Общие сведения о микропроцессоре К580 , , 15
2.2. Представление чисел в микропроцессорах .... 16
2.3. Структура микропроцессора К580...... 19
2.3.1. Блок регистров........... 20
2.3.2. Арифметическо-логическое устройство..... 22
2.3.3. Стековая память........... 23
2.3.4. Буферные схемы........... 24
2.4. Система команд микропроцессора К580..... 24
2.5. Управление МП-системой......... 32
2.5.1. Алгоритм управляющего автомата МП .... 32
2.5.2. Тактирование МП и синхронизация МП-системы . 33
2.5.3. Слово состояния МП — средство управления системой , 36
2.5.4. Управляющее устройство МП....... 37
2.5.5. Работа МП-системы под управлением первичного автомата...............40
2.5.6. Работа первичного управляющего автомата в режиме прерывания..............43
2.5.7. Работа первичного управляющего автомата в режиме прямого доступа к памяти.........."к
Глава третья. Организация однокристальных 16-разрядных микропроцессоров............
3.1. Общие сведения о микропроцессоре К1810
3.2. Логическая организация и интерфейс микропроцессора К1810...............48
3.2.1. Устройство сопряжения с шиной...... 48
3.2.2. Операционное устройство........ 52
3.2.3. Интерфейс МП и реакция устройства управления на внешние сигналы............ 54
3.3. Работа устройства управления МП...... 58
3.4. Система команд МП К1810........ 59
3.4.1. Общие сведения о системе команд...... 59
45
47 47
301
3.4.2. Форматы команд.......... 50
3.4.3. Способы адресации....... ' gg
3.4.4. Группы команд ....,...'!.'.' 67
Глава четвертая. Организация и особенности использования
однокристальных микроконтроллеров....... 85
4.1. Общие сведения о микроконтроллере 1816 85
4.2. Организация микроконтроллера 1816 •..'.'.'. 86
4.2.1. Функциональное назначение выводов корпуса МК .* '. 87
4.2.2. Арифметическо-логическое устройство ....', 89
4.2.3. Память микроконтроллера.......) 91
4.2.4. Организация ввода — вывода информации в МК .' .' 94
4.2.5. Управление работой микроконтроллера..... 98
4.3. Система команд однокристального микроконтроллера isie' 107
4.3.1. Группа команд пересылки данных...... 109
4.3.2. Группа команд арифметических и логических операций 115
4.3.3. Группа команд ввода — вывода информации ... 120
4.3.4. Группа команд передачи управления..... 124
4.3.5. Группа команд операций с таймером..... 130
4.3.6. Группа команд управления режимом работы МК . . 131
4.4. Варианты структур МК-системы....... 133
Глава пятая. Организация интерфейса микропроцессорных
систем. Интерфейсные БИС......... 138
5.1. Общие сведения........... 138
5.2. Способы организации передачи информации между устройствами МП-системы ..........141
5.3. Структура интерфейса И41 .......', 143
5.4. Организация прерываний. Арбитраж...... 146
5.5. Функционирование интерфейса И41 . . . : . . 152
5.6. Особенности организации интерфейса МАЛТИБАС-2 153
5.7. Унифицированные интерфейсные БИС..... 159
5.8. Порт ввода — вывода.......... 160
, 5.9. Шинный драйвер ........... 1э4
5.10. Программируемый периферийный адаптер . . . . 165
5.11. Программируемый связной адаптер...... 170
5.11.1. Внутренняя организация адаптера..... 170
5.11.2. Программируемый связной адаптер в асинхронном режиме системного обмена......... 175
5.11.3. Программируемый связной адаптер в синхронном режиме системного обмена.......... 177
5.12. Блок приоритетного прерывания...... 177
5.13. Программируемый контроллер прерываний . . , 181
5.14. Программируемый интервальный таймер . . . . 192
5.15. Контроллер прямого доступа к памяти..... 199
Глава шестая. Программная реализация типовых вычислительных процедур............ 209
6.J, Типовые структуры схем алгоритмов обработки данных 212
6.2. Примеры программ для МП К580...... 213
6.2.1. Операции с массивами данных....... 213
6.2.2. Операции над многобайтными числами .... 216
6.2.3. Программная реализация операции умножения . . 218
6.2.4. Программная реализация операции деления . . . 219
6.3. Примеры программ обр'аббЪси Дйнных в микропроцессоре К1810..............
6.3.1. Умножение 32-разрядных целых чисел без знака . .
6.3.2. Деление 32-разрядного числа на 16-разрядное . .
6.3.3. Добавление элемента данных к неупорядоченному списку...............
6.3.4. Нахождение максимального н минимального чисел в неупорядоченном списке данных........ 225
6.3.5. Сортировка............ 227
6.4 Примеры программ для однокристального микроконтроллера 1816.............. 228
Глава седьмая. Программная реализация типовых функций
управления ........ ...... 231
7.1. Опрос двоичного датчика........ . 232
7.2. Ожидание события.......... 233
7.3. Формирование управляющего сигнала ..... 234
7.4. Формирование временной задержки...... 235
7.5. Формирование последовательности импульсных сигналов
с изменяемыми длительностью и скважностью .... 237
7.6. Программная реализация временной задержки большой длительности............. 240
7.7. Часы астрономического времени....... 241
7.8. Измерение временного интервала....... 244
7.9. Организация связи МП-системы с оператором . . . 249
7.9.1. Сопряжение с клавиатурой........ 249
7.9.2. Подключение линейного дисплея на светодиодных индикаторах.............. 256
7.9.3. Контроллер видеотерминала........ 258
7.10. Программная реализация управляющих функций в однокристальном микроконтроллере 1816...... 260
Глава восьмая. Программное обеспечение МП и методы
проектирования МП-систем......... 262
8.1. Основные понятия.......... 262
8.2. Области применения МП......... 264
8.3. Формализованный подход к разработке прикладных программ МП-систем............ 266
8.4. Пример проектирования МП-системы..... 269
8.5. Средства и методы разработки МП-систем .... 277
8.5.1. Ручное программирование в машинных кодах . . . 277
8.5.2. Программирование на языке ассемблера .... 279
8.5.3. Разработка МП-систем с использованием языков высокого уровня............ 281
8.5.4. Программное обеспечение для разработки МП-систем 283
8.5.5. Средства проектирования МП-систем..... 284
8.6. Пример проектирования микроконтроллерного устройства
на МК 1816.............. 285
8.7. Особенности проектирования МП-контроллеров . . 291
8.7.1. Основные положения......... 291
8.7.2. Особенности разработки аппаратных средств ... 293
8.7.3. Методика разработки прикладных программ . . 295 Список литературы............. 298
Цена: 150руб.
