Тема: структура учбової мікропроцесорної лабораторії, клавіатура керування, індикація.

Лабораторна робота № 1

Мета: вивчити загальну структуру МП-системи на прикладі учбової мікропроцесорної лабораторії, ознайомитись з призначенням керуючих клавіш, з засобами індикації даних і результатів виконання команд.

Коротка інформація:

Учбова мікропроцесорна лабораторія «МІКРОЛАБ КР580ИК80» – мінімальна конфігурація мікропроцесорної системи (МП-системи), що призначена для вивчення принципів роботи мікропроцесора в системах обробки інформації і керування.

Мікролабораторія виконана на мікропроцесорі КР580ИК80 і має всі основні складові МП-системи, що дозволяє вивчати взаємодію складових та відпрацьовувати основні етапи розробки програм. Структурна схема мікролабораторії показана на рис. 1.1.

Рисунок 1.1 Структурна схема мікролабораторії

Основні складові МП-системи:

Мікропроцесор (МП) — безпосередньо виконує програмну обробку інформації, виконуючи команду за командою програми обробки. МП задає адресу і ініціює обмін даними з постійним та оперативним запам’ятовуючими пристроями і периферійними (зовнішніми) пристроями. Представлений в одній великій інтегральній схемі (ВІС).

Основні параметри МП КР580ИК80:

- кількість розрядів адреси – 16 двійкових розрядів;

- кількість розрядів даних – 8 двійкових розрядів;

- кількість виводів для керуючих сигналів – 10;

- кількість команд, що виконуються – 78;

- тактова частота – 2 мГц;

- формат команд – 1, 2, 3 байти;

- час виконання команд – 2... 9, 5 мкс.

Постійний запам’ятовуючий пристрій системи (ПЗП) призначений для постійного зберігання сервісних підпрограм та спеціальних програм, які забезпечують опит клавіатури і вивід інформації на індикацію, об’єднаних під назвою «Монітор» – своєрідної операційної системи мікролабораторії.

ПЗП мікролабораторії реалізований на двох мікросхемах ППЗП[1] КР556РТ5 загальною ємністю 768 байт. Передбачена можливість включати додаткову мікросхему ПЗП ємністю 256 байт з програмами користувача, що встановлюється в розміщений на монтажній платі адаптер.

Оперативний запам’ятовуючий пристрій (ОЗП) призначений для зберігання програм і даних тільки під час роботи. ОЗП мікролабораторіі побудоване на ЗП статичного типу[2] ємністю 1 Кбіт, в якому використовують тригер для кожного елемента пам’яті. Тому ОЗП з ємністю в 1 Кбіт мають 1024 тригери. Стан тригера (0 або 1) не зміниться, доки не будуть внесені нові дані, або не перерветься живлення ОЗП.

ОЗП мікролабораторії побудовано на ВІС ЗП К565РУ2 з організацією 1 К × 1 бітів. Щоб отримати 8-розрядне слово (1 байт) використано 8 таких ЗП.

Доступ до ПЗП можливий тільки в режимі читання, що показано на рис. 1.1 односпрямованою стрілкою до шини даних. Обмін інформацією з ОЗП здійснюється як в режимі читання, так і запису.

МП може використовувати загальний адресний простір (ОЗП + ПЗП) до 64 Кбайт пам’яті, що визначається 16-бітною адресою (2¹⁶ = 64 Кбайт).

Мікролабораторія може бути обладнана численним набором периферійних пристроїв, ряд яких під'єднаний до МП-системи через пристрій керування вводом/виводом – схему паралельного периферійного інтерфейсу (ППІ).

Мікролабораторія забезпечує такі режими і функції:

-автоматичне виконання програм;

-покрокове виконання програм;

-«скидання» та ініціалізацію системи монітором при включенні живлення і при надходженні сигналу «Сарос» від такої ж клавіші;

-ручне введення інформації в ОЗП з клавіатури;

-автоматичне виведення даних з ОЗП на дисплей (індикаторне табло);

-контроль і корекцію записаної інформації;

-виконання програми, починаючи з будь-якої точки;

-переривання програми в будь-якій точці;

-індикацію на індикаторному табло вмісту акумулятора МП і прапорців стану при зупинці програми під час її виконання в покроковому режимі або в режимі переривання;

-корекцію вмісту акумулятора, прапорців, регістрів загального призначення МП на будь-якому кроці виконання програми;

-повторний запуск згідно таблиці переходів за перериваннями, що подаються на прилад із зовнішніх пристроїв.

Описані режими роботи досліджуються при виконанні цієї та наступних лабораторних робіт.

Принцип роботи мікролабораторії полягає в тому, що програми користувача, які записані в кодах машинних команд МП, записуються в ОЗП, зберігаються там і виконуються під керуванням монітора системи в автоматичному або покроковому режимах. Останній режим дозволяє виконувати корекцію програми під час її виконання на будь-якому кроці. Інформація про адресу і про дані вводиться і відображується на індикаторі в 16-ковому коді.

Клавіатура підключена через схему ППІ. Через ППІ також здійснюється зв’язок з гучномовцем. Рівень звуку регулюється резистором, що встановлений на монтажній платі.

Розміщення клавіатури мікролабораторії показане на рис. 1.2.

Рисунок 1.2 Клавіатура мікролабораторії

До органів керування і контролю мікролабораторії відносяться такі клавіші:

-«Сброс» – здійснює «скидання» системи і повернення до монітору в будь-який момент часу;

-«Ад +» – збільшує значення адреси на індикаторі на одиницю і забезпечує читання пам’яті за цією адресою;

-«Ад –» – зменшує значення адреси на індикаторі на одиницю і забезпечує читання пам’яті за цією адресою;

-«Уст. ад» – заносить до лічильника команд МП адресу, що набрана користувачем, і забезпечує читання пам’яті за цією адресою.

-«Запись» – запис даних в пам’ять і збільшення адреси на одиницю;

-«Пуск» – виконання програми з адреси, що висвітлюється на індикаторі адреси;

-«Возвр.» – повернення до виконання програми, розпочатій за командою «Пуск»;

-«Взвод» – виведення даних з пам’яті на зовнішній магнітофон;

-«Ввод» – введення даних із зовнішнього магнітофона в пам’ять.

Введення даних, адрес і кодів команд здійснюється за допомогою шістнадцяти клавіш в 16-ковому коді (цифри від 0 до F). Зображення 16-кових символів, що відповідають натисканню на кожну з клавіш і з’являються на індикаторах, показані на рис. 1.3.

Рисунок 1.3 Відображення 16-кових цифр на індикаторах

Дані, що вводяться з клавіатури, відображуються на чотирьох правих індикаторах, які мають назву «індикатор регістру даних»(ІРД). Остання введена цифра висвітлюється на крайньому правому індикаторі. При наступному натисканні на клавішу цифри дані зсуваються на одну позицію вліво. Якщо вводиться більше чотирьох цифр, попередні цифри знищуються і залишаються останні чотири цифри (рис. 1.4).

Рисунок 1.4 Введення даних

При натисканні на клавішу «Уст. ад»чотири цифри, що висвітлювались на ІРД, переносяться на чотири лівих індикатори, що мають назву «індикатор адресного регістру» (ІАР). Дані із вічка пам’яті з адресою, що висвітлена на ІАР, висвітлюються в двох крайніх правих позиціях ІРД. Попередні дві цифри зсуваються на дві позиції вліво (рис. 1.5.).

Рисунок 1.5 Встановлення адреси

При натисканні на клавішу «АД +» адреса, що висвітлюється на ІРД, збільшується на одиницю. Дані, що відповідають новій адресі, висвітлюються на двох крайніх правих розрядах ІРД. Дві попередні цифри зсуваються на дві позиції вліво (рис. 1.6).

Рисунок 1.6 Збільшення адресного регістру

Аналогічні дії виконуються при натисканні клавіші «Ад –» (рис. 1.7).

Рисунок 1.7 Зменшення адресного регістру

При натисканні на клавішу «Запись»дві цифри даних, що висвітлюються на крайніх правих розрядах ІРД (інформація одного байту), записуються у вічко пам’яті, адреса якого в цей момент висвітлюється на ІАР. Після цього адреса автоматично збільшується на одиницю і дані, що знаходяться вже за новою утвореною адресою, висвітлюються в двох правих (молодших) розрядах ІРД. Дані, що висвітлювались в цих розрядах в попередній момент, переносяться в два лівих розряди ІРД (рис. 1.8).

Рисунок 1.8 Запис і збільшення адресного регістру

Перемикач «ШАГ–АВТ» встановлює один з цих режимів. Встановлення його в положення «ШАГ»необхідне тільки для операцій системи в покроковому режимі виконання програми за командою «Пуск»і «Возвр.».Покроковий режим можливий завдяки використанню режимів переривання МП. Система переривань буде розглянута в наступних роботах.