ФЭА / АИТ / Курсовая работа по дисциплине «Вычислительные машины, системы и сети» на тему: «Управление светодиодными индикаторами»
(автор - student, добавлено - 8-01-2014, 21:40)
СКАЧАТЬ:
Курсовая работа по дисциплине «Вычислительные машины, системы и сети» на тему: «Управление светодиодными индикаторами»
Содержание
Задание………………………………………………………………………3 Введение……………………………………………………………………..4
2. Программа на языке Ассемблера ASM 8085…………………………...14 3. Описание программы……………………………………………………..20 4. Вывод………………………………………………………………………23 5.Список использованной литературы……………………………………..24 6. Электрическая принципиальная схема…………………………………..25
Задание: Вариант № 3.7: Требуется разработать электрическую принципиальную схему и программу функционирования на языке Ассемблера ASM 8085 управляющей микропроцессорной системой, состоящей из:
Задача: Исполнительными элементами в данном задании являются четыре светодиодных индикатора, на которых непрерывно должны высвечиваться символы Р, А, Б, А. Кнопка нормально разомкнутая предназначена для подключения и отключения светодиодных индикаторов.
ВВЕДЕНИЕ Проблема широкого использования вычислительных средств в различных сферах человеческой деятельности долгое время оставалась нерешенной. Даже разработка и освоение производства больших интегральных схем (БИС) не оказали вначале сколько-нибудь значительного влияния на изменение ситуации. Это объясняется тем, что для практических применений требуется большое разнообразие устройств управления обработки данных, т.е. необходим выпуск широкого ассортимента отдельных типов БИС. Поиски новых путей решения данной проблемы привели к созданию программируемой БИС, которая сочетает в себе дешевизну стандартного изделия серийного производства и гибкость универсального использования. Первую подобную БИС (модель 4004 фирмы Intel), получившую название микропроцессора, выпустили в 1971 году. Микропроцессором называется программно-управляемое устройство для обработки цифровой информации и управлением процессом обработки, реализованное в виде большой (БИС) или сверхбольшой (СБИС) интегральной микросхемы. Таким образом, микропроцессор играет роль процессора в цифровых системах различного назначения. Это могут быть системы обработки информации (компьютер), системы управления объектами и процессами, информационно-измерительные системы и другие виды систем, используемых в промышленности, бытовой технике, аппаратуре связи и многих других областях применения. Микропроцессор является универсальным устройством для выполнения программной обработки информации, которое может использоваться в самых разнообразных сферах человеческой деятельности. Десятки компаний-производителей выпускают несколько тысяч типов микропроцессоров, имеющих разные характеристики и предназначенных для различных областей применения. Выпускаемые микропроцессоры делятся на отдельные классы в соответствии с их архитектурой, структурой и функциональным назначением. Основными направлениями развития микропроцессоров является увеличение их производительности и расширение функциональных возможностей, что достигается как повышением уровня микроэлектронной технологии, используемой для производства микропроцессоров, так и применением новых архитектурных и структурных вариантов их реализации. Развитие микроэлектронной технологии обеспечивает непрерывное уменьшение размеров компонентов микропроцессоров. В настоящее время разрешающая способность промышленной технологии изготовления микросхем обеспечивает создание компонентов с минимальными размерами 0,13-0,18 мкм. При этом обеспечиваются создание микропроцессоров, работающих с тактовой частотой до 1-2 ГГц. Хотя микропроцессор является универсальным средством для цифровой обработки информации, однако отдельные области применения требуют определенных специфических вариантов их структуры. Поэтому по функциональному признаку выделяют два класса: микропроцессоры общего назначения и специализированные микропроцессоры. Среди специализированных микропроцессоров наиболее широкое распространение получили микроконтроллеры, предназначенные для выполнения функций управления различными объектами, и цифровые процессоры сигналов, которые ориентированы на реализацию процедур, обеспечивающих необходимое преобразование аналоговых сигналов, представленных в цифровой форме. Микропроцессоры общего назначения предназначены для решения широкого круга задач обработки разнообразной информации. Их основной областью использования являются персональные компьютеры, рабочие станции, серверы и другие цифровые системы массового применения. Микропроцессоры этого класса выполняют большой набор разноформатных команд с использованием многочисленных способов адресации. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Прежде чем изучать структуру микропроцессорных систем необходимо ознакомится с понятием программа. Программа - это определенным образом организованная совокупность элементарных машинных операций, называемых командами или инструкциями, с помощью которых осуществляется обработка информации или данных. Программы, написанные для компьютера, образуют его программное обеспечение (software). Большинство микропроцессорных систем имеет магистрально-модульную структуру, в которой отдельные устройства (модули), входящие в состав системы, обмениваются информацией по общей системной шине – магистрали. Основным модулем системы является микропроцессор, который содержит устройство управления, операционное устройство и регистровое запоминающее устройство – внутреннюю память, реализованную в виде наборов регистров. Структура микропроцессора определяет состав и взаимодействие основных устройств и блоков. Оперативное запоминающее устройство служит для хранения выполняемой программы (или её фрагментов) и данных подлежащих обработке. В простейших микропроцессорных системах объем оперативного запоминающего устройства составляет десятки и сотни байт, а в современных персональных компьютерах, серверах и рабочих станциях он достигает сотен Мбайт и более. Так как обращение к оперативному запоминающему устройству по системной шине требует значительных затрат времени, в большинстве современных высокопроизводительных микропроцессорах дополнительно вводится быстродействующая промежуточная память (кэш-память) ограниченного объема. В данной курсовой работе используется ПЗУ 573 РФ5. Постоянное запоминающее устройство служит для хранения констант и стандартных (неизменяемых) программ. В постоянное запоминающее устройство обычно записывают программы начальной инициализации (загрузки) систем, текстовые и диагностические программы и другое служебное программное обеспечение, которое не меняется в процессе эксплуатации систем. В микропроцессорных системах, управляющими определенными объектами с использованием фиксированных или редко изменяемых программ, для их хранения также используют постоянное запоминающее устройство (память ROM - Read - Only memory) или репрограммируемое запоминающее устройство (память EEPROM- Electrically Erased Programmable Read - Only memory или флэш-память). Регистрами называют устройства, предназначенные для записи и выдачи информации, представленной в форме цифрового кода. Схемы их выполняют так, чтобы имелась возможность записать и обеспечить выдач информации в виде параллельного или последовательных кодов. Для этого предусматривают соответствующее количество входных и выходных выводов. Имеются регистры, у которых входные и выходные выводы объединены между собой. При подобно решении в два раза уменьшатся количество проводов, соединяющий регистр с процессором. Такие многорежимовые регистры обычно называют портами данных, а организацию обмена информацией – портовой. В зависимости от назначения регистры подразделяются на:
Регистры хранения обеспечивают запись, хранение и выдачу информации в параллельном коде. Промышленность выпускает большое количество микросхем регистров хранения (К1500ИР150, К1500ИР151, К531И19П, …,К1804ИР1, К580ИР82, К588ИР1 (именно данный буферный регистр используется в данной курсовой работе), К589ИР12 и другие). Они различаются количеством разрядов, функциональными возможностями и режимами управления. В сдвиговых регистрах записанная информация сдвигается вправо или влево при подаче каждого импульса, управляющего сдвигом. Регистры последовательных приближений предназначены для построения аналого-цифровых преобразователей. Дешифраторы – устройства, которых при каждой комбинации входных переменных формируется единичный сигнал только на одном выходе. Если входные переменные представить как двоичную запись чисел, то логическая единица формируется на том выходе, номер которого соответствует десятичной записи того ж числа. Входы дешифраторов часто называют адресными, так как их сигналы характеризуют номер провода (адреса), на котором появится сигнал. Дешифраторы, кроме адресных, часто имеют разрешающий (управляющий, стробирующий) вход. Синхронизация работы отдельных блоков компьютера осуществляется с помощью генератора тактовых импульсов, или тактового генератора. Обработка команды занимает несколько периодов тактового генератора. Выборка команды, её декодирование и выполнение распадаются на несколько временных интервалов. Каждый из этих интервалов, включающих один или более периодов тактового генератора, представляют собой машинный цикл, а совокупное время выборки, декодирования и выполнения образует командный цикл, или цикл выполнения команды. К промышленным системам отображения информации относятся установки промышленного телевидения, встроенные индикаторы и экраны коллективного пользования. Встроенные индикаторы широко применяются в устройствах микроэлектроники, имеют малые габариты, и потребляют мало энергии. Периферийная БИС 1821 РУ55 в моей принципиальной схеме – является контактируемым элементом с устройствами ввода и вывода. В периферийной большой интегральной схеме находятся точки контакта между устройствами ввода/вывода и МП, они называются портами. Через него осуществляется контакт микропроцессорной системы с внешним миром. В периферийной большой интегральной схеме происходит преобразование информации с тех языков и тех скоростей, на которых работает микропроцессор, к тем, которые воспринимает человек или другая, связанная система. Устройство ввода получает из внешнего мира данные и команды, которые поступают в ПЗУ. Устройство вывода получает вычисленные результаты и передает их человеку-оператору или другой системе, в моей курсовой работе вычисленные результаты передаются светодиодному индикатору, на котором высвечиваются символы. Периферийная БИС имеет 3 порта (А,В,С). Они имеют свои адреса, так что к одному МП может быть подключено несколько устройств ввода/вывода. В моей работе к порту А параллельно присоединяется 4 светодиодных индикатора, к выводам порта В присоединяются базы транзисторов, эмиттер которых заземлен. К порту С подключается нормально разомкнутая кнопка. Для высвечивания определенных символов в схеме применяется светодиодный индикатор АЛС 333Б. Он состоит из 7 основных светодиодов, и одного светодиода (запятая), который заземлен. Каждый светодиод работает на прямом напряжении 2,5 В и токе 10 мА. Поэтому чтобы светодиод горел необходимо последовательно с ним подключить резистивный элемент сопротивлением 250 Ом (на схеме R 10). На светодиод подается напряжение +5В, следовательно, по нему проходил ток на вывод порта А нужно подать напряжение 0 В (что соответствует 0). Если на вывод подать 1 (+5В), то из-за отсутствия разности потенциалов, будет отсутствовать ток и светодиод погаснет. Чтобы включить тот или иной светодиод необходимо на выводы порта В послать 1, а на остальные 0. К выводу Рс1 порта С подключена кнопка (нормально разомкнута). Информацию с порта С нам необходимо прочитать и проанализировать. Для этого к кнопке подается напряжение +5В. Если кнопка нормально разомкнута, то на входе мы получим 0, и программа не будет выполняться дальше. Продолжение программы функционирования последует за замыканием кнопки. Резисторы R20 и R30 необходимы, чтобы схема не сгорела. (R20 = 1 кОм, R30 = 10 кОм). Принципы соединения аппаратных средств МП систем Отдельные блоки микропроцессорной системы связаны друг с другом с помощью шин. Шина представляет собой совокупность линий, по которым передается информация от любого из нескольких источников к любому из нескольких приёмников. Существует три типа шин. Адресная шина однонаправленная, служит для передачи адреса от МП к памяти, вводному или выводному устройству. Шина данных является двунаправленной, т.е. информация по ней ожжет передаваться в обоих направлениях. Шина управления состоит из линий, по которым передаются тактовые, синхронизирующие сигналы, а также информация о состоянии устройств. Часть линий в управляющей шине однонаправленные, часть двунаправленные. Весь процесс информационного обмена координируется управляющей шиной, которая несет управляющие сигналы генерируемые микропроцессором. Главное отличие управляющей шины от адресной шины и тины данных заключается в том, что каждая ее линия выполняет свою собственную единственную функцию. Что же касается адресной шины и шины данных, то в них по любой из линий передается один и тот же тип информации (1 бит адреса или данных). Типичные 8-разрядные МП МП Intel 8080, изобрели в 1974 году, он обрабатывал 8-разрядные слова и имел 16-разрядные адресную шину и указатель стека. Его улучшенным вариантом является МП Intel 8085, в котором содержатся генератор тактовых импульсов, система управления и устройство определения приоритета прерываний, интеграция которых снижает число составляющих микропроцессорную систему ИС. Микропроцессор Intel 8085 работает с единственным уровнем питающего напряжения +5 В. Он использует те же команды, что и МП Intel 8080, что делает оба устройства совместимыми. Наконец, Intel 8085 имеет две дополнительные команды, располагая, таким образом, большими возможностями благодаря содержащимся в нем дополнительным аппаратным средствам. Сведения о внутреннем устройстве МП необходимы для получения ясного представления о функционировании микропроцессорных систем. Приведем достаточно подробные данные об устройстве 8-разрядного процессора фирмы Intel 8085, как типичном представителе широко распространенного семейства микропроцессоров указанной фирмы. Микропроцессор 8085, имеет следующие функциональные узлы:
Аккумулятор соединен с шиной данных и с арифметико-логическим устройством (АЛУ). АЛУ выполняет все преобразования данных. Аккумулятор - 8-разрядный программно-доступный регистр данных, предназначенный для хранения результатов операций АЛУ или данных при вводе/выводе. Временный регистр обеспечивает другой вход АЛУ. Этот регистр недоступен программисту и управляется автоматически схемой управления микропроцессора. Регистр признаков представляет собой набор триггеров, которые показывают определенные характеристики результата самой последней операции, выполненной АЛУ. 8-разрядный регистр команд используется для хранения выбранной команды для дешифратора команд и шифратора машинных циклов. Дешифратор команд и шифратор машинных циклов осуществляют дешифрацию кодов команд, поступающих из регистра команд, и установку счетчиков шифратора машинных циклов в соответствии с этими кодами. Блок регистров предназначен для хранения и выдачи различной информации, участвующей в процессе выполнения команд. Буфер старших разрядов адреса представляет собой 8-разрядный выходной формирователь с тремя состояниями. Буфер адреса/данных представляет собой 8-разрядный формирователь с тремя состояниями, предназначенный для выдачи младших разрядов адреса, либо приема/выдачи данных. Блок синхронизации и управления обеспечивает внутреннюю синхронизацию микропроцессора от встроенного тактового генератора. Возбуждаемая частота внутренними схемами делится на 2 и используется для синхронизации узлов, как самого микропроцессора, так и внешних устройств системы с использованием вывода С. Блок управления прерываниями переключает микропроцессор с выполнения одной программы на другую с помощью сигналов прерывания. Блок последовательного ввода/вывода управляется командой RIM при вводе последовательных данных и командой SIM при выводе.
ПРОГРАММА НА ЯЗЫКЕ АССЕМБЛЕРА ASM 8085:
JMP BEGIN ; безусловный переход на begin NOP ; заполнение строк пустым . оператором . . 002C ; 003E ; 003C JMP 0100H ; по адресу 3С прописываем ссылку на 0100, делается это из-за того, что после использования прерывания, программа отправляет на системный адрес 3С NOP ; . . . BEGIN MVI A,03H ; программируем порт С на ввод OUT 10 ; M1:IN 13Н ; читаем третий сверху адрес порта С ANI 02Н ; JZ M1 ; если на входе '+', то идём дальше, если нет, то идём по метке М1
M5:MVI B,04H ; задаём в В 4 MVI A,CDH ; программируем порт А на вывод OUT 11H ; MVI A,01 ; OUT 12H ; CALL TIME ; вызываем подпрограмму EI ; разрешение прерывания HLT ; прерывание TIME:MVI A,13 ; программируем таймер OUT 15H ; задаём 5000 циклов MVI A,88 ; OUT 14H ; MVI A,C3H ; OUT 10H ; RET ; возврат из подпрограммы 0100:DCR B ; понижение В JZ M5 ; если В не равно '0', то пересылаем на М5 MOV A,B ; загружаем содержимое В в А CPI 03 ; если '3, то пересылаем на М2 JZ M2 ; CPI 02 ; если '2', то пересылаем на М3 JZ M3 ; CPI 01 ; если '1', то пересылаем на М4 JZ M4 ; M2:MVI A,EFH ;включение второго индикатора OUT 11H ; MVI A,02H ; OUT 12H ; CALL TIME ; EI ; HLT ; M3:MVI A,5FH ; включение третьего индикатора OUT 11H ; MVI A,04H ; OUT 12H ; CALL TIME ; EI ; HLT ; M4:MVI A,EFH ;включение четвертого индикатора OUT 11H ; MVI A,08H ; OUT 12 ; CALL TIME ; EI ;разрешение прерывания HLT ;
ПРОГРАММА НА ЯЗЫКЕ АССЕМБЛЕРА ASM 8085:
JMP BEGIN NOP . . . 002C 003E 003C JMP 0100H NOP . . . BEGIN MVI A,03H OUT 10 M1:IN 13Н ANI 02Н JNZ M1 M5:MVI B,04H MVI A,CЕH OUT 11H MVI A,01 OUT 12H CALL TIME EI HLT TIME:MVI A,13 OUT 15H MVI A,88 OUT 14H MVI A,C3H OUT 10H RET 0100:DCR B JZ M5 MOV A,B CPI 03 JZ M2 CPI 02 JZ M3 CPI 01 JZ M4 M2:MVI A,EFH OUT 11H MVI A,02H OUT 12H CALL TIME EI HLT M3:MVI A,ВЕH OUT 11H MVI A,04H OUT 12H CALL TIME EI HLT M4:MVI A,ЕFH OUT 11H MVI A,08H OUT 12 CALL TIME EI HLT
ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ:
Присоединим светодиодные индикаторы параллельно к порту А большой интегральной схемы, а их заземления к коллекторам транзисторов, база которых соединена с портом В, а эмиттер заземлен. Следовательно, для того чтобы создавалось впечатление того, что светодиодные индикаторы горят непрерывно нужно поочерёдно включать индикаторы с соответствующими им символами с частотой более 50 Гц, для надёжности будем использовать тактовую частоту процессора. Для высвечивания определённых символов следует в порт А отправить код в шестнадцатеричной системе исчисления соответствующий нужному символу и включать соответствующие светодиодные индикаторы. Так как символу P соответствует код 1100110, если перевести его в шестнадцатеричную систему то получим CD Н.
Кнопку же присоединим к порту С и по выполнению условия (нормально замкнутая) будем пускать основную программу. 1) MVI A, 03 H OUT 10 H В данной схеме необходимо запрограммировать порт А и В на вывод, следовательно в регистре команд на портах А и В должна быть 1. Загружаем в аккумулятор код 03 и отправляем его в регистр команд (10Н) 2) М1: IN 13 H ANI 02 Н JZ M1 Проверяем состояние кнопки, считывая информацию с порта С (13 Н). Кнопка нормально разомкнута, т.е. на входе мы будем иметь 1. И до тех пор, пока мы не получим 0 (т.е. не замкнем кнопку), наша программа не будет работать. Для этого информацию с порта С (в нашем случае ХХ000000) мы будем сравнивать с числом 02 Н (в двоичной системе – 00000010), с учетом схемы подсоединения кнопки. Оператор ANI исключает наличие нуля в разряде D1. Чтобы продолжить программу, необходимо замкнуть кнопку. 3) MVI A, __ H OUT 11 H Загружаем в аккумулятор код соответствующий символам Р,А,Б,А и отправляем в порт А (11 Н). В результате эти символы будут высвечиваться на светодиодных индикаторах. 4) MVI A, __ H OUT 12 H Чтобы включить тот или иной индикатор необходимо послать единицу в тот порт, куда подсоединен соответствующий транзистор. 5) CALL TIME Вызов подпрограммы TIME 6) Описание подпрограммы TIME TIME:MVI A,13 OUT 15H MVI A,88 OUT 14H MVI A,C3H OUT 10H RET Для того чтобы создавалось впечатление того, что светодиодные индикаторы горят непрерывно нужно поочерёдно включать индикаторы с соответствующими им символами с частотой более 50 Гц=5000мсек=1388. Загружаем в аккумулятор код 13 и отправляем его в регистр команд (15Н), аналогично для 88- регистр 14Н. RET- выход из подпрограммы. 7) 003C JMP 0100H По адресу 3С прописываем ссылку на 0100, делается это из-за того, что после использования прерывания, программа отправляет на системный адрес 3С 8) DCR B JZ M__ MOV A,B CPI __ Понижаем B, сравниваем его с 0.Если В не равно ‘0’ переходим к метке__. Загружаем содержимое из В в А и сравниваем значение байта__ с аккумулятором. например: Если декремент регистра В =0, программа перейдет к метке5 и включится первый индикатор. 9) EI HLT после использования прерывания, программа отправляет на системный адрес 3С, и после отправки его на 0100 , загружается вновь.
ВЫВОД В расчетной части курсовой работы представлена программа функционирования для микропроцессора написанная на языке Ассемблера. Этот язык относится к языкам низкого уровня. Язык ассемблера объединяет в себе достоинства машинного языка и некоторые полезные черты языков высокого уровня. Он позволяет использовать символические имена в исходной программе, избавляет программиста от утомительного труда по распределению памяти микрокомпьютера для команд, переменных и констант. Программу, написанную на языке ассемблера, гораздо проще читать и понимать, чем программу на машинном языке. Язык ассемблера является машинно-зависимым языком. Это значит, что он отражает особенности архитектуры конкретного типа микрокомпьютеров. Программа, написанная на языке ассемблера для одного типа микрокомпьютеров, не пригодна для другого, если оба типа не совместимы по своей архитектуре. По этой причине глубокое понимание языка ассемблера требует предварительного детального знакомства с архитектурой соответствующего микрокомпьютера. Данная схема является простейшим примером работы МП системы и она – монофункциональная, т.е. способна решать непосредственно только одну задачу. При усложнении схемы можно добиться выполнения более сложных операций. Каждый день открываются новые области приложений для микропроцессоров. Они используются в контрольно-измерительных приборах, в кассовых аппаратах магазинов, в телефонах, телефаксах, телевизорах, аудио- и видеотехнике, в интеллектуальных терминалах и карманных калькуляторах. Они оказываются жизненно важным элементом в управлении станками, различными технологическими процессами, сложными бытовыми приборами, периферийными устройствами больших компьютеров, в управлении уличным движением и автомобилями.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:
Похожие статьи:
|
|