Введение в микропроцессорные системы

1.  Введение в микропроцессорные системы

·  Введение в структурно-функциональную организацию МПС

·  Основные компоненты микропроцессорной системы и их характеристики

·  Введение в управление процессами

·  Введение в проектирование МПС

1.1.  Введение в структурно-функциональную организацию МПС

Микропроцессорная система – система, основным обрабатывающим узлом которой является микропроцессор (МП) или микроконтроллер (МК). Основными структурообразующими элементами МПС являются сами МП/МК и системные интерфейсы. Используются следующие основные типы архитектуры МПС:

·  однопроцессорные безмагистральные (кассовый аппарат на основе МК, электроизмерительный прибор на основе МК, …)

·  однопроцессорные на основе общей магистрали (унифицированные МПС системы управления с наращиваемой памятью и развитой периферией, ...

·  однопроцессорные на основе системы магистралей (магистраль основной памяти, магистраль быстродействующего видеоконтроллера, …)

·  многопроцессорные однородные (управление системой объектов в условиях, когда функциональная сложность алгоритмов управления и требования к быстродействию для различных объектов отличаются не очень сильно)

·  многопроцессорные неоднородные (для различных задач контроля и управления, решаемых в МПС характерны существенно различающиеся требования по быстродействию и функциональным возможностям архитектуры МП/МК)

Р1.1. Cистема регистрации аналоговых данных: АЦП/ЦАП – аналогово-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, КАК - коммутатор аналоговых каналов, БЗУ – буферное ЗУ, АЦПУ-алфавитно-цифровое печатающее устройство, ВД – выносной дисплей, ТТ-телетайп.

Р1.2. Измерительный прибор: а) на дискретных компонентах; б) на основе МП. УС-усилитель, БАОС - блок аналоговой обработки сигналов, БФД - блок формирования данных, БИ - блок индикации, БУВВ - блок управления вводом-выводом, ИУВВ - интерфейсное УВВ, БЛУ - блок логического управления; ПУ – пульт управления, БУ – блок управления, АЗУ – аналоговое ЗУ.

Р1.3. Измерительное устройство на базе микроконтроллера(МК): Di – датчик; Пi – преобразователь сигнала;

Р1.4. Система регулирования скорости электродвигателя (ЭД): ТГ – тахогенератор; ФНЧ - фильтр низкой частоты; УС – усилитель; АМ – аналоговый мультиплексор; БДУЗ – блок дискретно-управляемых временных задержек. Скорость регулируется изменением напряжения на выходе тиристорного выпрямителя. Управление выходным напряжением выпрямителя производится изменением фазы напряжения на управляющих входах тиристоров. С частотой 50 гц инициируются запросы прерываний, обработка которых сводится к вычислению запаздывания, необходимого для получения соответствующего фазового сдвига. Вычисленное 8-разрядное значение сдвига пересылается в БДУЗ, который вырабатывает управляющие сигналы для тиристоров. Информация о реальной скорости от ТГ через АЦП поступает в МП, где вычисляется рассогласование реальной скорости с заданной. Именно это рассогласование и определяет значение фазового сдвига для тиристоров. Резистор и усилитель обеспечивают измерение тока якоря ЭД для обработки с целью контроля перегрузки.

Р1.5. Обобщенная архитектура системы контроля параметров технологического процесса. ПУ - пульт управления; БИ - блок индикации; ВД - выносной дисплей; АПД - аппаратура передачи данных; КАК/КЦК - коммутаторы аналоговых/цифровых каналов; БЗУ - буферная память; Дш - дешифратор управляющих воздействий; БР - блок регистрации; БФУВ - блок формирования управляющих воздействий.

Р1.6. Система управления прокатным станом: ДП – датчик положения горячего металла, ДУ – датчик положения нажимных винтов и усилий на них, ДС – датчик скорости прокатки, ДТ – датчик температуры металла, ПУ – пульт управления, КД – коммутатор сигналов датчиков.

Р1.7. Система медицинской диагностики: ЭКГ – электрокардиограмма, ИУВВ – интерфейсные УВВ, Д – дисплей, ПУ – пульт управления, БИ – блок индикации.

Р.1.8 Распределенная информационно-управляющая система: ИФС – интерфейсные схемы, АП/ЦП – аналоговые и цифровые приборы, ИМ – исполнительные механизмы, КУВВ – коммутатор УВВ.

1.2.  Основные компоненты МПС и их характеристики

Однокристальный микропроцессор – содержит АЛУ, регистры, средства сопряжения с шинами адреса, данных, управления, средства организации прерываний, режима ПДП.

Многокристальный микропроцессор с фиксированной разрядностью – разбиение на кристаллы в связи с невозможностью разместить всю функциональность в одной микросхеме.

Многокристальный разрядно-модульный МП – основу составляет процессорная секция.

Микроконтроллер – отличается от МП наличием внутренней памяти, нескольких параллельных портов и возможно последовательных,

Примеры:

Однокристальный МП Intel 8085

Программно-доступные компоненты

8-разрядные регистры A,B,C,D,E,H,L

16-разрядные регистровые пары B_C, D_E, H_L и SP

Регистр флагов

Регистр маски прерываний

Память 64 Кбайт:

Адресуется PC, HL, B_C, D_E, SP и через абсолютную адресацию.

Способы адресации и форматы команд

Регистровая:

a) 3-битный номер 8-разрядного регистра:

B:000, C:001, D:010, E:011, H:100, L:101, A:111 – подавляющее большинство операций пересылки и обработки;

б) 2-битный номер регистровой пары или указателя стека:

B_C:00, D_E:01, H_L:10, SP:11 - пересылка, сложение, инкремент, декремент.

Косвенно-регистровая:

а) через H_L - M:110 – подавляющее большинство операций пересылки и обработки;

б) через B_C, D_E, SP – пересылка.

Непосредственная: КОП константа

a) byte - подавляющее большинство операций пересылки и обработки;

б) word – загрузка пары регистров (LXI word)

Абсолютная: КОП адрес

Стековая: PUSH rp, POP rp, XTHL, организация подпрограмм и прерываний.

Основные форматы команд:

01DDDSSS MOV d, s – пересылка из s8 в d8 (reg-reg, reg-mem, mem-reg)

01DDD110 byte MVI d, byte – пересылка байта в d (reg=const, mem=const)

10CCCSSS логические и арифметические операции на s и аккумулятором

00DDD10C инкремент/декремент байта d

CCRRCCCC адресация регистровой пары или памяти через пару

CCCCCCCC одноместные операции с аккумулятором,

управляющие команды, …

CCCCCCCC byte двухместные операции аккумулятор-константа

CCCCCCCC word вызовы ПП, условные и безусловные переходы, команды с абсолютной адресацией и загрузка пары регистров LXI

Система команд микропроцессора 8080/8085

Команда Название Действие//Влияние на флаги

Команды пересылки

MOV M, REG Пересылка reg=>mem m(HL) = reg

MOV REG, M Пересылка mem=>reg reg = m(HL)

MOV REG1,REG2 Пересылка reg=>reg reg1 = reg2

MVI M, D8 Пересылка const=>mem m(HL) = d8

MVI REG, D8 Пересылка const=>reg reg = d8

LDA ADDR Загрузка А (абсолютн.) A = m(addr)

STA ADDR Сохранение А (абсолютн.) m(addr) = A

LDAX RP Загрузка А (косв.:B/D) A = m(rp)

STAX RP Сохранение А (косв.:B/D) m(rp) = A

LHLD ADDR Загрузка HL (абсолютн.) HL = m(addr)

SHLD ADDR Сохранение HL (абсолютн.) m(addr) = HL

LXI RP, D16 Загрузка HL константой rp = d16

PUSH RP Сохранение RP в стеке SP = SP-2, m(SP) = rp

POP RP Восстановление RP из стека rp = m(SP), SP = SP+2

SPHL Загрузка SP из HL SP = HL

XCHG Перестановка HL и DE HL ó DE

XTHL Перестан. HL и верш. стека m(SP) ó HL

IN PORT Ввод из порта PORT A = port(d8)

OUT PORT Вывод в порт PORT port(d8) = A

Арифметическая обработка

ADD M Сложение А с mem A = A + m(HL) //Все флаги

ADD REG Сложение A с reg A = A + reg //Все флаги

ADC M Сложение A с mem и CY A = A + m(HL) + CY //Все флаги

ADC REG Сложение A с reg и CY A = A + reg + CY //Все флаги

ADI D8 Сложение A с const A = A + D8 //Все флаги

ACI D8 Сложение A с const и CY A = A + D8 + CY //Все флаги

SUB M Вычитание mem из A A = A - m(HL) //Все флаги

SUB REG Вычитание reg из A A = A - reg //Все флаги

SBB M Вычитание mem и CY из A A = A - m(HL) - CY //Все флаги

SBB REG Вычитание reg и CY из A A = A - reg - CY //Все флаги

SUI D8 Вычитание const из A A = A - d8 //Все флаги

SBI D8 Вычитание const и CY из A A = A - d8 + CY //Все

CMP M Сравнение A – mem A – m(HL) //Все флаги

CMP REG Сравнение A – reg A – reg //Все флаги

CPI D8 Сравнение A – const A – d8 //Все флаги

DAD RP Двухбайтовое сложение HL = HL + rp //CY

INR M Инкремент mem m(HL) = m(HL)+1 //S, Z,P, AC

INR REG Инкремент reg reg = reg + 1 //S, Z,P, AC

INX RP Инкремент RP rp = rp + 1

DCR M Декремент mem m(HL) = m(HL)-1 //S, Z,P, AC

DCR REG Декремент reg reg = reg–1 //S, Z,P, AC

DCX RP Декремент RP rp = rp–1

DAA Десятичная коррекция Десят. Коррекция //Все

Логическая обработка

ANA M Логическое И A и mem A = A & m(HL) //S, Z,P, AC, CY=0

ANA REG Логическое И A и reg A = A & reg //S, Z,P, AC, CY=0

ANI D8 Логическое И A и const A = A & d8 //S, Z,P, AC, CY=0

ORA M Логическое ИЛИ A и mem A = m(HL) //S, Z,P, AC=CY=0

ORA REG Логическое ИЛИ A и reg A = A! reg //S, Z,P, AC=CY=0

ORI D8 Логическое ИЛИ A и const A = A! d8 //S, Z,P, AC=CY=0

XRA M Исключающее ИЛИ A и mem A = A ^ m(HL)//S, Z,P, AC=CY=0

XRA REG Исключающее ИЛИ A и reg A = A ^reg //S, Z,P, AC=CY=0

XRI D8 Исключающее ИЛИ A и const A = A ^d8 //S, Z,P, AC=CY=0

CMA Инвертирование А A = ~A

Сдвиги

RAL Цикл. сдвиг влево А. CY CY. A = A. CY, CY=A[7],AC=0

RAR Цикл. сдвиг вправо А. CY A. CY = CY. A, CY=A[0],AC=0

RLC Цикл. сдвиг влево А A=A[6..0].A[7],CY=A[7],AC=0

RRC Цикл. сдвиг вправо А A=A[0].A[7..1],CY=A[0],AC=0

Переходы и вызовы подпрограмм

PCHL Переход по HL PC = HL

JMP LABEL Безусловный переход goto addr

JC LABEL Переход по переносу if CY goto addr

JNC LABEL Переход по CY=0 if ~CY goto addr

JZ LABEL Переход по нулю if Z goto addr

JNZ LABEL Переход по не нулю if ~Z goto addr

JM LABEL Переход по минусу if S goto addr

JP LABEL Переход по плюсу if ~S goto addr

JPE LABEL Переход по четности if P goto addr

JPO LABEL Переход по нечетности if ~P goto addr

CALL LABEL Вызов подпрограммы PUSH(PC), PC=addr

CC LABEL Условный вызов ПП при CY=1 if CY вызов ПП

CNC LABEL Условный вызов ПП при CY=0 if ~CY вызов ПП

CZ LABEL Условный вызов ПП при Z=1 if Z вызов ПП

CNZ LABEL Условный вызов ПП при Z=0 if ~Z вызов ПП

CM LABEL Условный вызов ПП при S=1 if S вызов ПП

CP LABEL Условный вызов ПП при S=0 if ~S вызов ПП

CPE LABEL Условный вызов ПП при P=1 if P вызов ПП

CPO LABEL Условный вызов ПП при P=0 if ~P вызов ПП

RET Возврат из подпрограммы PC = POP()

RC Возврат из ПП при CY=1 if CY возвр из ПП

RNC Возврат из ПП при CY=0 if ~CY возвр из ПП

RZ Возврат из ПП при Z=1 if Z возвр из ПП

RNZ Возврат из ПП при Z=0 if ~Z возвр из ПП

RM Возврат из ПП при S=1 if S возвр из ПП

RP Возврат из ПП при S=0 if ~S возвр из ПП

RPE Возврат из ПП при P=1 if P возвр из ПП

RPO Возврат из ПП при P=0 if ~P возвр из ПП

Управляющие и прочие команды

RST N Вход в прерывание N PUSH(PC), PC=8*N

EI Разрешение прерываний РгМП[3]=1

DI Запрет прерываний РгМП[3]=0

RIM(8085A) Взять маску прерываний A = маска прерыв.

SIM(8085A) Установка маски прерыв. Маска прерыв. = A

STC Установка переноса CY = 1 CY = 1

CMC Инвертирование переноса CY = ~CY CY

HLT Останов Останов

NOP Нет операции Нет операции

Условные обозначения:

REG – регистр(A, B,C, D,E, H,L); reg – содержимое регистра; RP- пара регистров (B: BC , H: HL , D: DE , SP);

D8, D16 – соответственно байт или слово данных; m(HL) – содержимое ячейки памяти, адресуемой парой регистров H и L; LABEL - метка; PORT - номер порта ввода-вывода; addr, ADDR – абсолютный шестнадцатиразрядный адрес памяти;

Операции: ó - перестановка,& - поразрядное И, ! - поразрядное

ИЛИ, ^ - иключающее ИЛИ, ~ - поразрядная инверсия

8085A – только в МП I8085A

1.3.  Введение в управление процессами

1.4.  Введение в процесс проектирования МПС