Каталог :: Программирование и комп-ры

Курсовая: Программирование в двоичных кодах

           Санкт-Петербургский государственный технический университет           
                     Кафедра системного анализа и управления                     
                           ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА                           
                           Дисциплина: организация ЭВМ                           
                  Тема: организация микропроцессоров (МП К580)                  
“__”___________2001г.
                                 Санкт-Петербург                                 
                                      2001                                      
                                  Цель работы.                                  
Практическое ознакомление с отдельными БИС микропроцессорного комплекта серии
К580, методикой построение МП-систем на его основе и структурой программного
обеспечения.
                            Описание рабочего стенда.                            
Лабораторный стенд ТУМ1 предназначен для изучения функциональных возможностей
и внутренней структуры (организации) МП различных типов, а так же для
изучения системы команд (микрокоманд) этих МП и принципов проектирования и
отладки микроконтроллеров на основе МП.
Функционально структура лабораторного стенда (рис.1) представляет собой схему
обычной МП-системы или микроЭВМ, включающей в себя центральный процессор
(ЦП), память, устройство ввода (клавиатура для ввода исходных данных и
программ) и устройство вывода (блок светодиодных индикаторов, позволяющий
визуально контролировать вводимую информацию и результаты выполнения
программ).
В стенде использованы два клавишных регистра входной информации. Первый
клавишный регистр предназначен для ввода данных, а второй клавишный регистр
выполняет функции регистра микрокоманд для микропроцессоров с
микропрограммным управлением или функции регистра адреса для микропроцессоров
с фиксированной разрядностью. Кроме того, на панели управления так же
размещен ряд переключателей отдельными режимами работы. Светодиодные
индикаторы выведены на вертикальную лицевую панель стенда. Независимо от типа
исследуемого МП стенд может работать либо в пошаговом режиме, либо в
автоматическом.
На плате памяти размещены БИС ОЗУ. Применение оперативных запоминающих
устройств в качестве программной (микропрограммной) памяти определено
спецификой использования стенда, предназначенного для решения разнообразных
задач различных пользователей. В качестве памяти МП-системы на основе
микропроцессора К580 использована БИС статического ОЗУ К565РУ2А емкостью
1024х1 бит. Параллельное включение восьми БИС этого типа позволило
организовать программную память и память данных объемом 1024 восьми разрядных
слов.
При исследовании модульных (секционных) МП используется плата памяти, основу
которой составляет две секции по 5 параллельно включенных БИС ОЗУ типа
К155РУ2 емкостью 16х4 бит. Использование десяти БИС ОЗУ обеспечило реализацию
памяти микропрограмм объемом в 32 двацатиразрдных слова.
Управление режимами работы ОЗУ (Чтение, Запись или хранение информации) в
стенде осуществляется с помощью управляющих клавиш ЗУ/КЛАВ и ЗАП, которые
соединены с управляющими входами БИС ОЗУ «Выбор кристалла» и «Запись». В
общем случае при работе с ЗУ необходимо переключить тумблер ЗУ/КЛАВ в
положение ЗУ. При этом информация (данные, команда, микрокоманда), записанная
по индицируемому адресу, автоматически считывается и высвечивается на
соответствующих одноименных индикаторах. Для записи требуемой информации,
предварительно набранной на клавишном регистре данных (микрокоманд),
необходимо нажать на клавишу ЗАП. Алгоритм и органы управления памятью
конкретных МП-устройств могут несколько отличатся от рассмотренных и будут
представлены дополнительно при описании соответствующих режимов работы
лабораторного стенда.
Рис.1
     
В состав микроЭВМ (рис.2) на базе МПК входит:
-плата центрального процессора, включающая кроме БИС К580ИК80А (К580ВМ80А)
ряд БИС и СИС, с помощью которых реализованы тактовый генератор двухфазных
последовательностей импульсов Ф1и Ф2, системный контроллер, формирующий
внешние сигналы управления обменной информации в МП-системе, и шинные
формирователи адреса и данных, предназначенные для повышения нагрузочной
способности шин адреса и данных;
-плата памяти, включающая оперативное ЗУ емкостью 1024 восьмиразрядных слова
на основе БИС К565РУ2А, предназначенное для записи хранения учебных программ
и данных, а так же результатов выполнения программ;
-пульт управления и индикации, с помощью которого осуществляется управление
работой микроЭВМ и индикации различных режимов работы, содержимого шин адреса
и данных.
С помощью двух внешних разъемов, расположенных на торцевых стенках стенда,
предусмотрена возможность подключения двух модулей программируемого
параллельного интерфейса ввода-вывода К580ВВ55, обеспечивающий
двунаправленный обмен с внешними устройствами.
Основным режимом работы микроЭВМ является режим ВЫПОЛНЕНИЕ ПРОГРАММЫ. Однако,
прежде чем приступить к работе, микроЭВМ необходимо запрограммировать.
Поэтому наряду с основным режимом микроЭВМ также предусмотрен режим записи и
коррекции  программ (команд), который в соответствии с одноименным режимом
работы МП КР580ВМ80 назван режимом ПРЯМОГО ДОСТУПА К ПАМЯТИ (ПДП).
Режим ПДП предназначен для записи информации в ОЗУ, а также использования
системной шины другими внешними устройствами.
Режим ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОГРАММЫ обеспечивает работу микроЭВМ по программе,
предварительно записанной в память, в шаговом или автоматическом режиме.
Для организации указанных режимов работы на передней панели стенда устройства
ввода размещен ряд элементов управления, назначение которых следующее:
ЗУ/КЛАВ – переключатель (тумблер), определяющий источник данных и команд. В
положении ЗУ осуществляется чтение команд и данных из памяти или в память, в
положении КЛАВ – с клавиатуры (без обращения к содержимому ЗУ);
ЗПД – тумблер, с помощью которого обеспечивается формирование сигнала «Запрос
прямого доступа к памяти». Реагируя на этот сигнал, МП переходит в режим ПДП,
при котором ША и ШД МП отключается от системных шин. Благодаря этому,
появляется возможность непосредственного обращения к элементам ОЗУ микроЭВМ с
помощью клавишных регистров адреса и данных. Установление режима ПДП
необходимо контролировать по светодиодному индикатору ППД (подтверждение
прямого доступа). Если при включенной клавише ЗПД индикатор ППД не горит,
необходимо нажать кнопки НУ и ПУСК;
КЦ/МЦ – тумблер, задающий работу МП по командным или машинным циклам в
пошаговом режиме.
Тумблер НЕПР/ШАГ и кнопка ПУСК обеспечивают работу МП в непрерывном или
пошаговом режиме при выполнении программы. При этом зависимости от положения
переключателя КЦ/МЦ в пошаговом режиме реализуется выполнение одного
командного или машинного цикла.
     
Рис. 2
Изучение простейших технических средств организации  интерфейса
микропроцессорных систем выполняется на стенде ТУМ1 с помощью четырех- или
шестиразрядного дисплеев на семи сегментных индикаторах (ДСИ).
В большинстве МП-систем обмен информации между МП и периферийными
устройствами осуществляется через специальные схемы сопряжения (интерфейсные
схемы), выполненные на основе интегральных схем малой степени интеграции или
в виде специальных БИС. В простейшем случае роль промежуточного устройства
сопряжения между МП и устройством ввода-вывода выполняет регистр часто
называемый портом. Работу подобного порта можно изучить с помощью
четырехразрядного дисплея, в состав ДСИ входят четыре восьмиразрядных
регистра с соответствующими схемами управления и четыре семи сегментных
индикатора. К системным шинам адреса, данных и управления МП-системами ДСИ
подключается через внешний разъем. Семи сегментные индикаторы позволяют
отображать все десятичные цифры и ряд букв русского и латинского алфавитов.
Кодирование отображаемых символов осуществляется восьмиразрядным двоичным
кодом: сегменту b0 соответствует установка в «1» разряда d0 аккумулятора,
сегменту b1 – установка в «1» d1 и т.д. принцип кодирования показан на рис.
3.Вывод информации осуществляется по команде Out Port, т.е. вывода
содержимого аккумулятора.
     
Рис. 3 В общем случае в качестве буферного устройства сопряжения между МП и устройствами ввода-вывода используют БИС программируемого параллельного интерфейса КР580ВВ55 (ППИ). Программируемое устройство ввода-вывода параллельной информации КР580ВВ55 представляет собой набор из трех 8- разрядных двунаправленных портов (каналов) А, В и С, предназначенных для подключения периферийных устройств к системным шинам (Рис. 4) Структурная схема ППИ включает в себя двунаправленный буфер ШД, три информационных регистра каналов А, В, С и схему выбора канала и управления, содержащую регистр управляющего слова. Связь БИС с ШД МП-системы осуществляется через тристабильный 8-разрядный буфер ШД. Входы А0 и А1 подключаются к одноименным линиям шины адреса и используются для выбора внутреннего регистра ППИ

Рис. 4 1.Выполнение типовых заданий 1-12 из методических указаний Программа №1 Загрузка в регистры B и C данных 010 и 001 Адреса Команды Мнемоника команд Комментарии L=000 041 LXIH Загрузка начального Адреса памяти. 001 200 B2 мл. байт памяти. 002 000 В3 ст. байт памяти. 003 001 LXIB Запись исходных данных в регистры В и С 004 001 В2 В2à(С) 005 010 В3 В3à(В) 006 160 MOV M,B Запоминание (В) 007 043 INX H Формирование следующего адреса памяти. 010 161 MOV M,C Запоминание (С) 011 166 HLT Останов. После выполнения программы сегмент данных будет иметь следующий вид: Адрес Содержимое 200 001 201 010

Программа №2

Позволяет занести содержимое регистров В и С в стек(выбранный участок памяти). Адреса Команды Мнемоника команд Комментарии 000 061 LXI SP Установка указателя стека. 001 202 В2 мл.байт адреса. 002 000 В3 ст.байт адреса. 003 001 LXI B Запись исходных данных в регистры В и С. 004 001 В2 005 010 В3 006 305 PUSH B Запоминание содержимого регистров В и С в стеке. 007 166 HLT Останов. Содержимое ячеек после выполнения программы: Адрес Содержимое 200 001 201 010 Программа №3 Извлечение данных из стека, их изменение и занесение обратно в стек. Запишем в стек (H=000, L=200 и H=000, L=201 ) числа 001 и 200 . Адрес Команды Мнемоника команд Комментарии 000 061 LXI SP 001 200 В2 002 000 В3 003 301 POP B Извлечение данных из стека и загрузка их в регистровую пару В и С 004 004 INR B Увеличение на единицу регистра В 005 015 DCR C Уменьшение на единицу содержимого регистра С 006 305 PUSH B Запоминание в стеке 007 166 HLT Содержимое ячеек до выполнения программы:
АдресСодержимое
200001
201200
Содержимое ячеек после выполнения программы:
АдресСодержимое
200000
201201
Программа №4 Сложение содержимого регистра с содержимым ячейки памяти
АдресаКомандыМнемоника командКомментарии
000041LXI H
001200B2
002000B3
003076MVI A

Непосредственная загрузка А одним

одним из слагаемых

004010B2
005206ADD MСложение содержимого А с содержимым ячейки памяти
006167MOV M,A
007166HLT
Содержимое ячеек до выполнения программы:
АдресСодержимое
200100
Содержимое ячеек после выполнения программы:
АдресСодержимое
200110

Программа №4.1

Сложение двоично-десятичных чисел.
АдресаКомандыМнемоника командКомментарии
000041LXI H
001200B2
002000B3
003076MVI A
004010B2
005206ADD M(A)+(M)à(A)
006047DAAДесятичная коррекция
007167MOV M,A
010166HLT
Содержимое ячеек до выполнения программы:
АдресСодержимое
200051 (29)
Содержимое ячеек после выполнения программы:
АдресСодержимое
200067 (37)
Программа №4.2 Вычитание двоично-десятичных чисел
АдресаКомандыМнемоника команд
000041LXI H
001200B2
002000B3
003006MVI B
004B2
005076MVI A
00623199
007220SUB B
010074INR A
011206ADD
012047DAA
013167MOV M,A
014166HLT
Содержимое ячеек до выполнения программы:
АдресСодержимое
200045 (25)
Содержимое ячеек после выполнения программы:
АдресСодержимое
200007 (07)
Программа №5 Логическая операция, сдвиг числа и запоминание слова состояния
АдресаКомандыМнемоника командКомментарии
000006MVI B
001200B2
002076MVI A
003001B2
004250XRAСложение по mod2 содержимого А и В.
005027RALЦиклический сдвиг влево через перенос.
006061LXI SP
007202B2
010000B3
011365PUSH PSWЗапоминание в стеке Слова Состояния Программы.
012166HLT

Анализ значений Слова Состояния Программы

Мнемоника командыЗначение PSW
(A)РгF
MVI B 200xxxxxxxxxx0x0x1x
MVI A 00100000001xx0x0x1x
XRA B1000000110000110
RAL0000001010000111
LXI SP 202 0000000001010000111
PUSH PSW0000001010000111
HLT0000001010000111
Содержимое ячеек после выполнения программы:
АдресСодержимое
200207
201002
Программа №6 Обнуление области памяти. Программа пересылает нулевое содержимое какого либо регистра в ячейку памяти.
АдресаКомандыМнемоника командКомментарий
000227SUB AОбнуление А
001041LXI H
002011B2
003000B3
004167MOV M,AОбнуление ячейки памяти по адресу HL
005043INX HАдрес следующей ячейки
006303JMPБезусловный переход по адресу
007004B2мл.байт
010000B3ст.байт
Содержимое ячеек до выполнения программы:
АдресСодержимое
011Xxx
...Xxx
040Xxx
Содержимое ячеек после выполнения программы:
АдресСодержимое
011000
...000
040000
Программа №7 Режим задания команд с клавиатуры
АдресаКомандыМнемоника команд
100 200166HLT

Задание с клавиатуры

КомандыМнемоника команд
303JMP
200B2
100B3
Программа №8 Условные переходы. Программа позволяет изучить действие условных переходов. По адресу H=000,L=200 запишем число 002(соответствует нулевому значению всех флагов в регистре признаков), а по адресу H=000,L=004 – число 302(код команды условного перехода по ненулевому результату JNZ).
АдресаКомандыМнемоника командКомментарии
000061LXI SP
001200B2
002000B3
003361POP PSWИзвлечение из стека ССП
004**(JNZ,JZ,JNC,JC,JPO,JPE,JP,JM)
005000B2
006000B3
007166HLT
200**-
201000-

Варианты выполнения программы

ПризнакДанные по адресу 004Данные по адресу 200Переход к адресу 000
302 (JNZ)002 (z=0)Есть
ноль302 (JNZ)102 (z=1)Нет
312 (JZ)102 (z=1)Есть
322 (JNC)002 (c=0)Есть
перенос322 (JNC)003 (c=1)Нет
332 (JC)003 (c=1)Есть
342 (JPO)002 (p=0)Есть
Четность342 (JPO)006 (p=1)Нет
352 (JPE)006 (p=1)Есть
362 (JP)002 (s=0)Есть
Знак362 (JP)202 (s=1)Нет
372 (JM)202 (s=1)Есть

Программа №12

Выбор максимального элемента массива.
АдресКомандаМнемоника командыКомментарий
000041LXI H
001100B1
002000B2
003016MVI CЗагрузка переменной цикла
004005B2
005176MOV A,MЗагрузка в А первого элемента
006043INX HПереход к следующему элементу
007276CMP M

Если А>М С=0

А<М С=1

010332JCЕсли А<М меняем местами
011014B2
012000B3
013176MOV A,MПеренос в А нового максимума
014015DCR CУменьшение переменной цикла
015302JNZЕсли переменная цикла не равна 0 то все сначала
016006B2
017000B3
020062STAСохранение результата в памяти
021150B2
022000B3
023166HLTКонец
2.Выполнение индивидуальных заданий

Программа №1

Упорядочить пятнадцать элементов массива по возрастанию.
АдресКомандыМнемоника командыКомментарии
000016MVI CЧисло прохождений внешнего цикла 15-1=14=16(8)
001016B2
002041LXI HЗагрузка адреса первого элемента массива
003 100B2
004000B3
005026MVI DЧисло сравнений внутри главного цикла
006016B2
007106MOV B,MСохр. Первый из сравниваемых элементов в B
010043INX HФормирование адреса второго ср-ого элемента
011176MOV A,MСохранение второго элемента в аккумуляторе
012270CMP BСравнение аккумулятора с регистром B.A>B => флаг C=0 и наоборот
013322JNCЕсли C=1, то элементы расположены по возрастанию и выполнять перемену их местами не нужно(ком 016-021)
014022B2След. Ячейка
015000B3Делитель из памяти в В
016160MOV M,BПерезапись первого элемента по адресу второго
017053DCX HСформировали адрес первого элемента
020167MOV M,AСохранили под адресом первого элемента второй
021043INX HАдрес первого из сравниваемых в следующем цикле
022025DCR DУменьшение переменной внутреннего цикла
023302JNZЕсли переменная не равна нулю переход к следующей итерации
024007B2
025000B3
026015DCR CУменьшение переменной внешнего цикла
027302JNZЕсли переменная внешнего цикла не равна нулю то переходим к следующей итерации
030002B2
031000B3
032166HLTКонец программы.
Программа №2. Вывод с задержкой слов РЕПА И ГЕРБ на панель индикатора.
АдресКомандаМнемоника командКомментарии
000076MVI AПредварительная инициализация ППИ блока статической индикации
001200B2
002323OUT port
003003B2
004323OUT port
005007B2
006004INR BИнициализация стека
007002STAX B
010001LXI B
011220B2
012230B3
013007RLC
014006MVI B
015003INX B
016041LXI HЗагрузка начального адреса в указатель памяти
017200B2
020000B3
021176MOV A,MВывод на блок статической индикации слова РЕПА
022323OUT port
023000B2
024043INX H
022176MOV A,M
023323OUT port
024001B2
025043INX H
026176MOV A,M
027323OUT port
030002B2
031043INX H
032176MOV A,M
033323OUT port
034004B2
035315CALL addrВызов подпрограммы
036153B2
037000B3
040043INX HВывод на блок статической индикации слова ГЕРБ
041176MOV A,M
042323OUT port
043000B2
044043INX H
045176MOV A,M
046323OUT port
047001B2
050043INX H
051176MOV A,M
052323OUT port
053002B2
054043INX H
055176MOV A,M
056323OUT port
057004B2
060315CALL addrВызов подпрограммы
061153B2
062000B3
063303JMP addrБезусловный переход к команде по адресу, указанному в B2,B3
064006B2
065000B3
Подпрограмма, организующая задержку.
АдресКомандыМнемоника командыКомментарии
153001LXI BЗапись исходных данных в регистры B и C
154377B2B2à(C)
155377B3B3à(B)
156 005DCR BУменьшение переменной внутреннего цикла
157302JNZ addrЕсли переменная цикла не равна нулю переход к следующей итерации
160156B2
161000B3
162015DCR CУменьшение переменной внешнего цикла
163302JNZ addrЕсли переменная цикла не равна нулю переход к следующей итерации
164156B2
165000B3
166311RETБезусловный возврат из подпрограммы
Коды букв для вывода на семи сегментный индикатор
А167
Б175
Г061
Е171
Р163
П067
Выводы. В ходе выполнения работы были получены навыки программирования МП-систем, система команд процессора комплекта серии К580 и принципы проектирования и отладки микроконтроллеров на основе МП. Программирование в машинных кодах позволяет прозрачно представить структуру МП и программного обеспечения.