Материал: 1667

2

УДК 004.384

Микропроцессорная техника: методические указания для самостоятельной работы по направлению подготовки бакалавра 09.03.02 – «Информационные системы и технологии» (профиль – Информационные системы и технологии в микроэлектронике, форма обучения – очная) / А.В. Стариков; М-во науки и высшего образования РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ».

– Воронеж, 2019. – 13 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТУ

Рецензент: заведующий кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», доктор технических наук, профессор Афоничев Д.Н.

3

Введение

Учебный план по направлению подготовки бакалавра 09.03.02 – «Информационные системы и технологии» включает изучение факультативной дисциплины «Микропроцессорная техника» в течение 6-го семестра в объёме 72 часа, из которых 18 часов отводится для лекционных занятий, 18 часов для лабораторных работ, 36 часов для самостоятельной работы студентов. Итоговый контроль осуществляется в виде сдачи зачёта.

Рабочая программа дисциплины определяет в качестве основной цели усвоение студентами принципов организации, методов функционирования и использования микропроцессоров и систем, построенных на их основе

Для достижения данной цели в ходе изучения дисциплины решаются следующие задачи:

ознакомление с базовой структурой микропроцессорной системы управления, особенностями организации подсистем памяти и вводавывода, составом периферийных устройств;

изучение функциональных возможностей и классификации микропроцессоров и однокристальных микроконтроллеров, используемых для построения микропроцессорных систем управления технологическим оборудованием в автоматизированном производстве;

уяснение структуры многоуровневых микропроцессорных систем, особенностей программно-технических средств, используемых для их реализации, путей повышения производительности микропроцессорных систем управления;

приобретение навыков работы с 1) учебно-лабораторным стендом ОАВТ, предназначенным для изучения основ автоматики и вычислительной техники; 2) учебным стендом «Классик-1» (модульным учебным комплексом «Цифровая и микропроцессорная техника» МУК-МП1), предназначенным для изучения основ

микропроцессоров и микропроцессорных систем.

В результате освоения дисциплины «Микропроцессорная техника» студент должен:

знать: структуру, функциональные возможности и классификацию микропроцессоров и однокристальных микроконтроллеров, принципы построения многоуровневых микропроцессорных систем управления с их использованием, элементы программирования на языке ассемблера для разработки программного обеспечения встроенных микропроцессорных систем управления;

уметь: использовать возможности программно-технических средств микропроцессорных систем управления для повышения производительности технологического оборудования;

владеть: методикой и практическими приемами выполнения лабораторных работ с использованием учебно-лабораторного оборудования стендов ОАВТ и «Классик-1» (модульный учебный комплекс «Цифровая и микропроцессорная техника» МУК-МП1),

4

способами разработки программного обеспечения для микропроцессорных систем управления в автоматизированном производстве.

1 Содержание учебной дисциплины

В соответствии с рабочей программой освоение дисциплины «Микропроцессорная техника» предусматривает изучение следующих разделов (тем) и вопросов, входящих в их состав:

Раздел 1. Введение. Структура базовой микропроцессорной системы управления

Цели и задачи дисциплины. Основные понятия и классификация микропроцессорных систем. Современные тенденции развития микропроцессорных систем управления технологическими комплексами. Типовая архитектура однокристальных микропроцессоров и микроконтроллеров. Основные принципы организации систем управления на базе микропроцессоров и микроконтроллеров. Преимущества микропроцессорных систем управления. Примеры различных структур микропроцессорных систем управления.

Раздел 2. Архитектура и классификация микропроцессоров Аппаратные и программные принципы реализации систем управления и

контроля. Процессорное ядро микропроцессорных систем управления. Принстонская (фон-неймановская) и гарвардская архитектуры микропроцессорных систем. Микропроцессоры с CISC и RISC-архитектурой. Системы команд микропроцессоров. Логическая и арифметическая обработка данных. Формат команд и режимы адресации микропроцессоров фирмы Intel. Особенности микропроцессора Intel 80386EX. Архитектурные особенности и функциональные возможности типовых семейств микроконтроллеров MCS-51, AVR, ARM и других.

Раздел 3. Организация подсистемы памяти Типы памяти микропроцессорных систем. Подсистема оперативной

памяти. Подсистема энергонезависимой памяти. Особенности использования раздельной памяти программ и памяти данных. Внутренний интерфейс микропроцессорной системы управления: шины, протокол обмена, технические средства. Организация обмена информацией между элементами микропроцессорной системы управления.

Раздел 4. Организация подсистемы ввода-вывода Внешний интерфейс микропроцессорной системы. Организация связей

микропроцессоров и микроконтроллеров с периферийными устройствами. Подсистемы параллельного ввода-вывода. Синхронный и асинхронный обмен по параллельному интерфейсу с квитированием. Интерфейсы последовательной связи. Интерфейсы RS-232, RS-485, SPI, I2C (TWI), USB и протоколы обмена. Программирование функций приема-передачи данных в микроконтроллерах. Системы прерываний. Особенности реализации систем прерываний в микроконтроллерах. Сопряжение цифровых и аналоговых устройств. Использование аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей.

5

Раздел 5. Программное обеспечение встроенных микропроцессорных систем управления

Состав и структура программного обеспечения встроенных микропроцессорных систем управления. Требования к программному обеспечению встроенных микропроцессорных систем. Программная реализация алгоритмов управления. Особенности программирования микропроцессорных систем в режиме реального времени. Обзор возможностей операционных систем реального времени (ОСРВ). Этапы разработки программного обеспечения. Языки программирования. Язык ассемблера. Языки высокого уровня. Быстродействие. Разрядность. Организация опроса датчиков. Формирование управляющих сигналов. Ожидаемые события, использование таймеров.

Раздел 6. Программно-технические средства разработки программного обеспечения встроенных микропроцессорных систем

Основные понятия и возможности кросс-систем разработки программного обеспечения встроенных микропроцессорных систем. Структура и функциональные возможности интегрированных систем разработки приложений. Эмуляторы и симуляторы программ встроенных микропроцессорных систем.

Назначение лекционных занятий по дисциплине «Микропроцессорная техника» получение теоретических знаний студентами по важнейшим разделам дисциплины, а также формирование общего представления по обзорным темам (вопросам) дисциплины.

Помимо лекционных занятий, обязательным элементом изучения дисциплины «Микропроцессорная техника» является выполнение студентом лабораторных работ. В соответствии с рабочей программой дисциплины «Микропроцессорная техника» предусматривается следующая тематика лабораторных занятий (в скобках указано нормативное количество времени, отводимое на выполнение и защиту лабораторной работы):

1.Общее знакомство с универсальным стендом для изучения основ автоматики и вычислительной техники (ОАВТ) (2 часа).

2.Изучение структуры и принципов функционирования арифметикологического устройства на примере ИМС К155ИП3 (4 часа).

3.Изучение работы оперативного запоминающего устройства и мультиплексного способа организации общей шины (2 часа).

4.Знакомство с учебно-лабораторным стендом «Классик-1» (модульным учебным комплексом «Цифровая и микропроцессорная техника» МУК-МП1) (2 часа).

подпрограммы и стека (4 часа).

Выполнение лабораторных работ предусматривает использование учебно-лабораторного оборудования, подготовку письменного отчёта о выполненной работе и его защиту. При защите отчёта студент должен