Алтайский государственный университет
Физико-технический факультет
«Утверждаю»
Декан факультета
______________________
«___»___________ г.
Программа курса
МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ
Объем: лекции – 48 часов, лабораторных занятий –37 часов.
Кафедра Вычислительной техники и электроники
Специальность Вычислительные машины, комплексы, системы и сети 220100
Статус дисциплины Обязательная
Форма обучения Дневная
Рабочая программа составлена на основании Государственного стандарта по специальности 220100 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», утверждённого УМО Госкомвуза РФ в 2000 г.
Программу разработал:
преподаватель каф. ВТиЭ
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры ВТиЭ
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
«_____» ____________________ _______г.
Заведующий кафедрой ВТиЭ
Согласована с кафедрами ______________________________________________________
«_____» ____________________ _______г.
Заведующий кафедрой ______________________
Одобрена методической комиссией физико-технического факультета
«_____» ____________________ _______г.
Председатель __________________________________
1. Организационно-методический раздел
1.1.Цели преподавания дисциплины.
Дать общие сведения о микропроцессорных системах (МП) и методах их разработки, организации и построения. Ознакомить с основными этапами решения задач проектирования одно - и многопроцессорных МП систем на примере отдельных узлов и схем. Научить создавать микропроцессорные устройства для использования в различных отраслях науки и техники.
1.2.Задачи изучения дисциплины.
В результате изучения данного курса студенты должны овладеть основными приемами работы:
- с различными измерительными и контрольными приборами;
- по обоснованному выбору микропроцессоров, микроконтроллеров и микропроцессорных комплектов;
- по проектированию микропроцессорных устройств различной степени сложности;
- с различными видами микропроцессоров, микроконтроллеров и микропроцессорных комплектов;
- по постановке научно-технической задачи с использованием полученных знаний в области микропроцессорных систем;
- по разработке программных и аппаратных алгоритмов работы микропроцессорных систем и устройств;
- создания и отладки программы в автокоде и на Ассемблере применительно к соответствующему микропроцессору или микроконтроллеру с использованием различных систем отладки и эмуляции.
1.3. Перечень дисциплин, усвоение которых необходимо для изучения данной дисциплины.
Для изучения данного курса необходимы знания в объеме полного курса средней школы, курса «Цифровой и микропроцессорной техники», курса «Электроника», курса «Схемотехника ЭВМ», курса «Алгоритмические языки и программирование», курсов высшей математики в рамках вузовской программы для технических специальностей и иностранного языка.
2. Содержание курса
Понятие микропроцессорной системы. Типовые структуры МП систем. Основные понятия микропроцессорной системы. Области применения МП систем Структура сосредоточенных и распределенных МП систем. Магистральные, конвейерные и матричные МП системы. Звездообразные, кольцевые и смешанные распределенные МП системы. Понятие интерфейса. Магистрали адреса, данных и управления. Интерфейс и интерфейсные схемы. Программно-контролируемый обмен и обмен в режиме прерывания. Обмен в режиме прямого доступа к памяти. Метод останова и метод захвата.
Аппаратные средства МП систем и способы ввода-вывода. Концепция шины. Шины с тремя состояниями. Системная шина МП системы. Шина данных, шина адреса и шина управления. Порты ввода-вывода. Декодирование адресов при наличии многих устройств. Полная и частичная дешифрация адресной шины.
Декодирование адресов. Дешифраторы адреса. Декодирование методом линейной выборки. Декодирование с помощью логических компараторов и логических схем. Декодирование устройств с выделением памяти для устройств ввода-вывода.
Интерфейсы МПС. Виды интерфейсов. Параллельный и последовательный интерфейс. Мультиплексные способы организации обмена в параллельных интерфейсах. Локальные внутрисистемные последовательные интерфейсы ( I2C, TWI, SPI, CAN). Межсистемные последовательные интерфейсы ( I2S, RS232, RS422, RS485 и т. д.). Аппаратные, программно-аппаратные и программные интерфейсы. Интерфейсы с автоматическим конфигурированием (USB, PCI).
Элементы МП систем. ПЗУ. Способы адресации, разрядность. Виды ПЗУ ( однократно программируемые, с УФ стиранием, Flash, электростираемые ). Последовательные ПЗУ (двух и трех проводные). Наращивание разрядности. Статическое и динамическое ОЗУ. Регенерация динамического ОЗУ. Стековые ОЗУ. Синхронные и асинхронные ОЗУ. Устройства аналогового ввода (АЦП, УВХ) и вывода (ЦАП, ФНЧ). Виды ЦАП и АЦП - (способы преобразования, способы внутри системного обмена, наличие УВХ и т. д.). Однокристальные порты параллельного и последовательного ввода-вывода.
Процесс разработки МП систем. Постановка задачи и ТУ( надежность, отказоустойчивость и т. д.). Области применения микроконтроллеров. Использование МК в различных климатических, промышленных и специальных применениях. Блок-схема проектирования. Создание программных средств. Конструирование аппаратных средств. Разработка средств диагностики.
Построение МПС на базе микроконтроллера семейства МК51. Проектирование аппаратной части. Изучение внутренней структуры контроллера и системы команд. Знакомство с различными средствами компиляции и отладки устройств на базе МК51.
Построение МПС на базе микроконтроллеров семейства PIC. Обзор контроллеров семейства PIC. Проектирование аппаратной части. Изучение внутренней структуры контроллера PIC16F84 и его системы команд. Знакомство с различными средствами компиляции и отладки устройств на базе PIC.
Построение МПС на базе микроконтроллера семейства AVR. Обзор контроллеров семейства AVR. Проектирование аппаратной части. Изучение внутренней структуры контроллера AVR90S2313 и его системы команд. Знакомство с различными средствами компиляции и отладки устройств на базе AVR.
Построение МПС на базе 16-разрядных микроконтроллеров семейства F2MC-16F(Fujitsu). Обзор контроллеров семейства F2MC-16F. Проектирование аппаратной части. Изучение внутренней структуры контроллера MB90F497 и его системы команд. Знакомство с различными средствами компиляции и отладки устройств на базе MB90F497.
Построение МПС на базе микропроцессора Z80 и микроконтроллеров Z86. Обзор контроллеров семейства Z86. Проектирование аппаратной части. Изучение внутренней структуры микропроцессора Z8400 и микроконтроллера Z86C12 и их системы команд. Знакомство с различными средствами компиляции и отладки устройств на базе Z80 и Z86.
Перспективы развития современных МПС.
3. Лабораторные работы
1. Разработка МП систем на базе микроконтроллеров семейства МК51. Программные и аппаратные средства проектирования и эмуляции.
2. Разработка МП систем на базе микроконтроллеров семейства PIC. Программные и аппаратные средства проектирования и эмуляции.
3. Разработка МП систем на базе микроконтроллеров семейства AVR. Программные и аппаратные средства проектирования и эмуляции.
4. Разработка МП систем на базе универсального микропроцессора семейства Z80. Программные и аппаратные средства проектирования и эмуляции.
4. Распределение нагрузки по семестрам и видам работ
№ семестра | Учебные занятия | Число | Форма | |||||
Общий объём | в том числе | Курсовых проектов (работ), расчётных заданий | Итоговой аттестации (зачёт, экзамен) | |||||
Аудиторные | Самостоятельная работа | |||||||
Всего | из них | |||||||
лекции | лабораторные | практические | ||||||
8 | 170 | 85 | 48 | 37 | - | 85 | - | Зач Экз. |
За год | 170 | 85 | 48 | 37 | - | 85 | - |
5. Форма итогового контроля
Зачет, экзамен – 8 семестр.
6. Учебно-методическое обеспечение курса
6.1. Рекомендуемая литература (основная)
1. Корячко и микроЭВМ в радиоэлектронных средствах. –М.: Высшая школа, 1990.–407 с.
2. Микропроцессоры и машинное проектирование микропроцессорных систем: В 2-х кн. Кн. 1. Пер. с англ. –М.: Мир, 1988.-312 с.
3. Каган машины и системы. –М.: Энергоатомиздат,1985.-458 с.
4. Микропроцессоры и машинное проектирование микропроцессорных систем: В 2-х кн. Кн. 2. Пер. с англ. –М.: Мир, 1988.-288 с.
6.2. Рекомендуемая литература (дополнительная)
1. Микропроцессоры. Курс и упражнения. –М.: Мир,19с.
2. Справочник по цифровой вычислительной технике: ( процессоры и память). Под ред. –К.: Техника,19с.
3. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем: Справочник: В 2 т.; Под ред. . – М.: Радио и связь, 1988. –Т.1.-374 с.
4. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем: Справочник: В 2 т.; Под ред. . – М.: Радио и связь, 1988. –Т.2.-368 с.
