Арифметико-логическое устройство.
Федеральное агенство Российской Федерации по высшему образованию
Камский государственный политехнический институт
Кафедра "Автоматизация и информационные технологии"
Исследование работы и устройства
микроконтроллеров МК1816ВЕ48 / 51
Лабораторный практикум
По дисциплине
"Технические системы средств автоматизации"
Для студентов специальности 2102
"Автоматизация технологических процессов и производств"
Г. Набережные Челны
УДК
Исследование работы и устройства микроконтроллеров МК1816ВЕ48 / 51. Лабораторный практикум по дисциплине "Проектирование систем управления " для студентов специальности 2102 "Автоматизация технологических процессов и производств". / Заморский В.В., Валиахметов Р.Р. Набережные челны: КамПИ, 2005, – 53 с., ил.
Печатается по решению _______________________________________________________________
Рецензент: к.т.н., профессор кафедры автоматизация и информационные технологии Ахмадеев И.А.
В лабораторном практикуме изложены общие и справочные сведения о работе микроконтроллеров МК1816ВЕ48 и МК1816ВЕ51, руководство пользования эмуляторами микроконтроллеров для персональной компьютера в среде Windows, содержание лабораторных работ, задания и требования к выполнению лабораторных работ.
Ил.: 9. Библиогр.:.
© Камский государственный политехнический институт, 2005.
Оглавление
Лабораторная работа №1. Общие сведения о работе МК1816ВЕ48. 4
1.1. Структурная схема МК48. 4
1.2. Арифметико-логическое устройство. 5
1.3. Функциональное назначение выводов корпуса МК48. 5
1.4. Память микроконтроллера. 7
Задание к лабораторной работе: 10
Содержание отчета. 10
Контрольные вопросы.. 10
Лабораторная работа №2. Ввод/вывод, общие сведения о системе команд МК48, команды пересылки данных. 11
2.1. Организация ввода/вывода информации. 11
2.2. Общие сведения о системе команд. 12
2.3. Группа команд пересылки данных. 13
2.4. Структура информационных связей. 14
Задание к лабораторной работе. 16
Содержание отчета. 16
Контрольные вопросы.. 17
Лабораторная работа №3. Организация условных и безусловных переходов, управления режимом работы МК48. 18
3.1. Устройство управления микроконтроллера. 18
3.2. Группа команд передачи управления. 19
3.3. Группа команд управления режимом работы МК.. 23
Задание к лабораторной работе. 24
Содержание отчета. 25
Контрольные вопросы. 25
Лабораторная работа N 4. Режимы прерывания, Арифметические и логические операции. 26
4.1. Организация системы прерываний. 26
4.2. Группа команд арифметических операций. 27
4.3. Группа команд логических операций. 28
Задание к лабораторной работе. 30
Содержание отчета. 30
Контрольные вопросы. 31
Лабораторная работа N 5. Структурная организация и система команд микроконтроллера КМ1816ВЕ51. 32
5.1. Функциональное назначение выводов корпуса МК51. 32
5.2. Арифметическо-логическое устройство. 32
5.3. Резидентная память. 33
5.4. Таймер/счетчик. 35
5.5. Последовательный порт. 39
5.6. Система прерываний. 43
5.7. Системы команд МК51. 44
Группа команд передачи данных.. 47
Группа команд арифметических операций.. 48
Группа команд логических операций.. 50
Группа команд операций с битами.. 50
Группа команд передачи управления. 50
Эмулятор микроконтроллера МК51. 51
Задание к лабораторной работе. 53
Содержание отчета. 53
Контрольные вопросы.. 53
Лабораторная работа №1. Общие сведения о работе МК1816ВЕ48.
Цель работы: Ознакомление с эмулятором микроконтроллера МК1816ВЕ48, со структурой МК, с назначением выводов МК, со структурой памяти МК-системы, с форматами команд МП.
Структурная схема МК48
МК-48 предназначен для использования в контрольно-измерительной аппаратуре, промышленных роботах и других системах управления и бытовой технике. Имеет программируемую память с ультрафиолетовым стиранием. Данный микроконтроллер содержит все функциональные узлы , необходимые для самостоятельной работы, имеет в своем составе:
· центральный процессор
· ПЗУ управляющих команд
· память данных
· интерфейс ввода-вывода
· таймер
· систему прерываний
· тактовый генератор
МК имеет внутреннюю 8 – разрядную ШД, 12 – разрядную ША.
Объем внутреннего ПЗУ 1КБайт, возможно подключение к внешней памяти 4КБайт.
Объем внутренней памяти данных 64 байта с возможностью подключения внешней памяти 120 байт.
Микроконтроллер имеет 16 8–ми разрядных регистров общего назначения и 8–уровневый стек.
Число линий ввода-вывода – 27, имеется 2 уровня прерывания с приоритетом.
Система команд позволяет производить 96 операций.
Скорость операций типа пересылка регистр-регистр 4*105 оп/сек.
Частота встроенного генератора 6 МГц.
Напряжение питания 5 В.
Уровень входных и выходных сигналов по стандартам ТТЛ.
Синхронизация осуществляется за счет встроенного генератора, для возбуждения которого к входам Т1 и Т2 подключается кварцевый резонатор или RC-цепь. Сигнал тактовой частоты получается делением на 3 частоты тактового генератора и появляется на выходе Т0 после команды ENTO CLK. При подаче сигнала “Сброс” вывод тактовых сигналов на Т0 блокируется.
Машинный цикл состоит из 5 тактов, получаемых с помощью счетчика циклов, делящего тактовую частоту на 5. Этот сигнал ALE называется строб фиксации адреса, частотой 400 кГц, используется для синхронизации регистра адреса внешней памяти. Длительность этого сигнала частоте машинных циклов 400 кГц. При обращении к внешней памяти на порт BUS и часть порта 2 выдается адрес, который синхронизируется сигналом ALE. Для передачи 
данных используется порт BUS. После фиксации адреса, адрес снимается с этого порта BUS, он используется для передачи данных.
В МК встроен 8-разрядный таймер - счетчик.
На рис. 1 показана структурная схема МК48. Основу структуры МК образует внутренняя двунаправленная 8-битная шина, которая связывает между собой все устройства БИС: арифметико-логическое устройство (АЛУ), устройство управления, память и порты ввода/вывода информации. Рассмотрим последовательно основные элементы структуры и особенности организации МК.
Арифметико-логическое устройство.
В состав АЛУ входят следующие блоки: комбинационная схема обработки байтов, регистры Т, регистр-аккумулятор А, схема десятичного корректора и схема формирования признаков. Аккумулятор используется в качестве регистра операнда и регистра результата. Регистр временного хранения операнда Т1 программно недоступен и используется для временного хранения второго операнда при выполнении двухоперандных команд. Комбинационная схема АЛУ может выполнять следующие операции:
· сложение с переносом ADDC
· сложение без переноса ADD
· операция “И” ANL
· операция “ИЛИ” ORL
· операция “Исключающее ИЛИ” XRL
· увеличение содержимого аккумулятора на 1 INC A
· уменьшение содержимого аккумулятора на 1 DEC A
· обмен местами 4-х старших и младших разрядов аккумулятора SWAP A
· очистка аккумулятора CLR A
· десятичная коррекция аккумулятора DAA
При выполнении операций при обработке данных в АЛУ вырабатываются флаги (признаки), которые (за исключением флага переноса С) формируются на комбинационной схеме и не фиксируются на триггерах. К таким флагам относится флаг нулевого содержимого аккумулятора и флаг наличия 1 в селектируемом бите аккумулятора. Логика условных переходам по указанным флагам позволяет выполнять команды передачи управления (JZ, JNZ, JB0-JB7) без их фиксации на триггерах.
Флаги переноса и вспомогательного переноса (перенос из младшей тетрады в старшую) фиксируются на триггерах, входящих в состав регистра слова состояния программы (ССП). Формат ССП показан на рис. 2. Кроме перечисленных признаков логика условных переходов МК оперирует флагами F0 и F1, функциональное назначение которых определяется разработчиком, флагом переполнения таймера TF, сигналами на входах Т0 и Т1. Программистом могут быть также использованы флаги рабочего банка регистров ВS и выбранного банка внешней памяти программ МВ. Кроме того, логикой переходов после окончания каждого машинного цикла опрашивается еще один флаг, а именно флаг разрешения/запрета прерываний.
Команды модифицирующие флаги, приведены в таблице 1.
Таблица 1. Команды, модифицирующие флаги