Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
Астраханской области
«Астраханский колледж вычислительной техники»
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины
Микропроцессоры и микропроцессорные системы
для специальности (специальностей)
(код и наименование специальности)
Астрахань, 2017
Содержание
Пояснительная записка.2
Тематический план............................4
Содержание учебной дисциплины...7
Перечень лабораторных работ и практических занятий..........................16
Перечень тем курсовых работ.17
Перечень литературы и средств обучения.18
1 Пояснительная записка
Дисциплина «Микропроцессоры и микропроцессорные системы» является одной из специальных дисциплин при подготовке специалистов по специальности направления 230000 Инфоратика ивычислительная техника.
Появление и бурное развитие микропроцессоров (МП), микроЭВМ и систем на их основе стало возможным благодаря значительным достижениям микроэлектронной технологии изготовления средств вычислительной техники.
Перспективность применения микропроцессорных систем (МПС) в различных системах управления обусловлена, в первую очередь, такими достоинствами МП, как малые размеры, низкая потребляемая мощность, возможность подключения большого количества процессоров к каналам управления, простота программной настройки и перестройки.
Этим определяется место данной дисциплины среди других специальных дисциплин.
Основой для изучения дисциплины являются «Электронная техника», «Математические и логические основы электронно-вычислительной техники» и «Цифровая схемотехника».
В процессе обучения студенты должны научиться разбираться в физических процессах происходящих в цифровых устройствах, знать принцип действия и особенности функционирования МП и МПС.
Важную роль в закреплении и углублении изучаемого материала и формировании у студентов умений и навыков играют лабораторные и практические занятия.
Лабораторные работы и практические занятия прививают студентам навыки экспериментального исследования особенностей функционирования цифровых устройств и формируют у студентов умения самостоятельно планировать и ставить эксперименты.
В результате изучения дисциплины студент должен:
иметь представление:
- об основных проблемах и перспективах развития микропроцессорной техники;
- о процессе проектирования микропроцессорных систем;
- об основах модульного конструирования микропроцессорной техники;
- о минимизации потребления энергии в микропроцессорах;
знать:
- архитектуру и технические характеристики МП и микропроцессорных систем;
- программно-логическую модель и состав микропроцессорных систем;
- системы команд, особенности организации системы прерываний, организацию памяти и доступа к ней микропроцессорных систем;
- основные понятия и приемы алгоритмизации;
- основные приемы программирования;
уметь:
- оформлять проектно-конструкторскую, технологическую и другую техническую документацию в соответствии с действующими нормативными документами;
- пользоваться нормативной и справочной литературой для выбора комплектующих ИС и других компонентов;
- осуществлять настройку аппаратно-программных систем на базе микроконтроллеров;
- программировать несложные микропроцессорные системы;
- обеспечивать функционирование аппаратно-программных систем на базе микроконтроллеров;
- анализировать и оценивать состояние техники безопасности.
Программа дисциплины предполагает практическое осмысление ее разделов и тем на практических занятиях и в процессе выполнения курсовой работы.
Курс рассчитан на 144 часа, в том числе на практические занятия – 24 часа, на курсовую работу – 30 часов. Всего на изучение дисциплины отводится – 187 часов с учетом самостоятельной внеаудиторной работы. Распределение разделов и тем по часам приведено в тематическом плане.
Курсовая работа выполняется по темам, каждая тема имеет варианты, которые утверждены цикловой комиссией. Курсовая работа является самостоятельной творческой работой студента и выполняется на основе знаний и навыков, полученных при освоении данной дисциплины.
Формами контроля по дисциплине являются зачет, экзамен и курсовая работа.
Итоговая оценка по дисциплине выставляется студенту с учетом оценок, полученных за все семестры обучения.
2 Тематический план учебной дисциплины
Наименование разделов и тем
Макс.
учеб.
нагрузка студента, час.
Количество аудиторных часов при очной форме обучения
Самостоятельная работа студента
Всего
Лабораторные работы
Практические занятия
1
2
3
4
5
6
Введение
2
2
Раздел 1 Процессоры, микропроцессоры: элементы структуры
46
34
6
12
Тема 1.1 История создания и основные направления развития микропроцессорной техники.
и технологии.
2
Тема 1.2 Организация микропроцессора (МП).
2
Тема 1.3 Архитектура процессора и микропроцессора (МП).
4
Тема 1.4 Процессор. АЛУ для сложения и вычитания двоичных чисел.
6
4
Тема 1.5 Микропроцессор. Регистры временного хранения.
2
Тема 1.6 Микропроцессор. Устройство управления.
2
Тема 1.7 Функционирование микропроцессора.
6
Тема 1.8 Микропроцессор. Стековая память.
2
Тема 1.9 Интерфейс.
4
2
Тема 1.10 Классификация микропроцессоров, возможности и области применения.
4
Раздел 2 Многокристальные секционные МП
21
16
4
5
Тема 2.1 Микропроцессорный комплект БИС серии К1804 (МПК БИС). Общие сведения.
2
Тема 2.2 Структурная схема секционного микропроцессора К1804ВС1.
2
Тема 2.3 Система команд микропроцессора К1804ВС1. Средства выбора источников данных.
2
Тема 2.4 Формат микрокоманды ”Микротренажера МТ1804”.
2
Тема 2.5 Анализ типовых команд микропроцессора КТ1804ВС1.
8
4
Раздел 3 Однокристальные микро-ЭВМ (ОМЭВМ). Семейство MК-51 и МС683хх
72
52
14
20
Тема 3.1 Однокристальные микро-ЭВМ (ОМЭВМ).
2
Тема 3.2 Семейство микроконтроллеров МК-51.
2
Тема 3.3 Требования к системам команд, методам адресации данных и управлению адресами и операциями.
2
Тема 3.4 Память, доступ к ней. Общие сведения о памяти микропроцессорных систем.
2
Тема 3.5 Организация памяти в однокристальных микро-ЭВМ.
2
Тема 3.6 Структурная организация ОМЭВМ семейства MК-51: организация внутренней памяти данных ОМЭВМ, битовая адресация ОЗУ.
2
Тема 3.7 Структурная организация ОМЭВМ семейства MК-51: арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистр PSW.
2
Тема 3.8 Структурная организация ОМЭВМ семейства MК-51: счетчик команд, регистр DPTR (DPL,DPH), порты P0, P1, P2, P3.
2
Тема 3.9 Способы адресации.
2
Тема 3.10 Программирование: введение в язык ассемблера, основные конструкции языка ассемблера.
2
Тема 3.11 Система команд ОМЭВМ семейства MК-51: команды передачи данных.
6
4
Тема 3.12 Система команд ОМЭВМ семейства MК-51: арифметические команды.
4
2
Тема 3.13 Система команд ОМЭВМ семейства MК-51: логические команды с байтовыми переменными.
4
2
Тема 3.14 Система команд ОМЭВМ семейства МК-51: команды ветвления программ и передачи управления ОМЭВМ.
4
2
Тема 3.15 Система команд ОМЭВМ семейства МК-51: команды битового процессора.
4
2
Тема 3.16 Организация системы прерываний.
4
2
Тема 3.17 Программируемые интерфейсы. Универсальный асинхронный приемопередатчик.
2
Тема 3.18 Структурная организация ОМЭВМ семейства МК-51: блок управления, синхронизация микро-ЭВМ, регистр PCDN, минимизация потребления энергии.
2
Тема 3.19 Структурная организация 32-разрядного микроконтроллера МС68332.
2
Раздел 4 Микропроцессорные системы (МПС)
16
10
6
Тема 4.1 Основные характеристики, область применения и особенности работы МПС.
2
Тема 4.2 Архитектура микропроцессорных систем. Интерфейсные связи.
2
Тема 4.3 Особенности проектирования микропроцессорных систем.
2
Тема 4.4 Средства разработки и отладки микропроцессорных систем.
4
Курсовая работа
30
30
Всего по дисциплине:
187
144
24
43
3 Содержание учебной дисциплины
ВВЕДЕНИЕ
Студент должен:
иметь представление:
- о роли и месте знаний по дисциплине в процессе освоения основной профессиональной образовательной программы по специальности.
Раздел 1 ПРОЦЕССОРЫ, МИКРОПРОЦЕССОРЫ: ЭЛЕМЕНТЫ АРХИТЕКТУРЫ
Студент должен:
знать:
- структурную схему элементарного центрального процессора;
- назначение функциональных устройств элементарного центрального процессора;
- классификацию микропроцессоров, возможности и области применения;
- архитектуру микропроцессора (МП), элементы структуры МП и их назначение;
уметь:
-выполнять и исследовать электрические схемы логических устройств, пользуясь программой компьютерного моделирования;
-производить настройку 16- разрядного АЛУ на ИМС 74181 на выполнение любой из 32-ух команд;
-объяснить на конкретном примере характер действия команды;
-исследовать логическое устройство с помощью «Логического анализатора» и «Генератора слов», с целью получения принципиальной электрической схемы.
Тема 1.1 История создания и основные направления развития микропроцессорной техники и технологии
Первый микропроцессор. Первый персональный компьютер. Вехи быстродействия МП. Метод фотолитографии, используемый при производстве МП. BBUL- новая технология изготовления корпусов ИС. Возможности МП и области применения.
Тема 1.2 Организация микропроцессора (МП)
Назначение. Состав. Машинный язык. Команда. Форматы команд.
Тема 1.3 Архитектура процессора и микропроцессора
Схема процессора. Схема и назначение выводов типового МП. Функциональная схема (архитектура) типового МП. Функциональное назначение входящих в МП устройств.
Тема 1.4 Процессор. АЛУ для сложения и вычитания двоичных чисел
Схема АЛУ для сложения и вычитания двоичных чисел, представленных в форме с фиксированной точкой. Примеры выполнения сложения и вычитания двоичных чисел. Характеристики АЛУ серии К555ИП3.
Лабораторная работа №1
Исследование полусумматоров и сумматоров
Лабораторная работа №2
Исследование функционирования АЛУ
Тема 1.5 Микропроцессор. Регистры временного хранения
Структура и принцип построения МП. Блок внутренних регистров (БВР).
Тема 1.6 Микропроцессор. Устройство управления
Принципы построения устройства управления (УУ). Два метода выработки управляющих сигналов: жесткий’ и микропрограммный. Схема УУ одноадресной ЭВМ.
Тема 1.7 Функционирование микропроцессора (МП)
Машинный цикл. Цикл команды.
Поток командных слов. Поток информационных слов.
Функционирование микропроцессора при выполнении типовой программы.
Тема 1.8 Микропроцессор. Стековая память
Регистры стека. Указатель стека. Использование указателя стека.
Тема 1.9 Интерфейс
Унифицированный интерфейс. Интерфейсные связи МП. Информационные магистрали.
Лабораторная работа №3
Изучение принципа работы устройства сопряжения микроЭВМ и интерфейса RS-232C
Тема 1.10 Классификация микропроцессоров, возможности и области применения
По числу БИС в микропроцессорном комплекте, по назначению, по виду обрабатываемых входных сигналов, по характеру временной организации работы, по организации структуры микропроцессорных систем, по количеству выполняемых программ.
Самостоятельная работа студента:
- подготовка к выполнению лабораторных работ.
Раздел 2 МНОГОКРИСТАЛЬНЫЕ СЕКЦИОННЫЕ МП
Студент должен:
знать:
- структурную схему секционного микропроцессора К1804ВС1;
- элементы структуры секционного микропроцессора К1804ВС1 и их назначение;
- систему команд микропроцессора К1804ВС1;
- средства выбора источников данных микропроцессора К1804ВС14;
уметь:
- анализировать типовые микрокоманды "Микротренажера МТ 1804";
- составлять микропрограммы, включающие команды загрузки, сдвиговые и арифметические операции;
- реализовывать микропрограммы на "Микротренажере МТ 1804", с последующим анализом результата.
Тема 2.1 Микропроцессорный комплект БИС серии К1804 (МПК БИС).
Общие сведения. Состав серии. Основные характеристики микросхем серии К1804.
Тема 2.2 Структурная схема секционного микропроцессора К1804ВС1
Состав структурной схемы К1804ВС1. Арифметико-логический блок. Блок внутренней памяти. Блок регистра Q. Блок управления.
Тема 2.3 Система команд микропроцессора К1804ВС1. Средства выбора источников данных
Арифметические и логические команды. Управление источниками операндов АЛУ.
Тема 2.4 Формат микрокоманды "Микротренажера МТ 1804"
Формат микрокоманды, назначение битов микрокоманды "Микротренажера МТ 1804". Потетрадный анализ микрокоманд.
Тема 2.5 Анализ типовых команд микропроцессора К1804ВС1
Анализ команд загрузки и чтения РОН, одинарного и двойного сдвига влево и вправо содержимого РОН, очистки регистра Q.
Лабораторная работа №4
Изучение команд загрузки и чтения РОН БИС К1804ВС1
Лабораторная работа №5
Изучение команд одинарного и двойного сдвига содержимого РОН БИС К1804ВС1
Самостоятельная работа студента:
- подготовка к выполнению лабораторных работ.
Раздел 3 ОДНОКРИСТАЛЬНЫЕ МИКРО-ЭВМ (ОМЭВМ). СЕМЕЙСТВО MК-51 и МС683ХХ
Студент должен:
знать:
- структурную схему однокристальной микро-ЭВМ;
- требования к системам команд, методам адресации данных и управлению адресами и операциями;
- способы адресации операндов;
- организацию памяти в однокристальных микро-ЭВМ
- логическое разделение памяти, содержащей программы и данные, ОМЭВМ семейства МК-51.
уметь:
- составлять программы на языке ассемблера с использованием команд перемещения данных, арифметических команд, команд передачи управления и ветвления, команд с битовыми переменными;
- реализовывать программы на учебной микроЭВМ УМПК-51 в пошаговом режиме, с последующим анализом результата.
Тема 3.1 Однокристальные микро-ЭВМ (ОМЭВМ)
Направления развития элементной базы, модульный принцип построения.
Тема 3.2 Семейство микроконтроллеров МК-51
Общая характеристика, номенклатура и состав. Программно-логическая модель, процессорное ядро, аппаратно-программные средства повышения надежности работы. Назначение выводов. Состав и назначение функциональных блоков.
Тема 3.3 Требования к системам команд, методам адресации данных и управлению адресами и операциями
Требования к системам команд и методам адресации данных. Управление адресами. Особенности программного и микропрограммного управления операндами.
Тема 3.4 Память, доступ к ней. Общие сведения о памяти микропроцессорных систем
Запоминающие устройства с произвольным обращением. Постоянные запоминающие устройства. Общие сведения о памяти микропроцессорных систем. Распределение адресного пространства: архитектура Фон-Неймана и гарвардская архитектура.
Тема 3.5 Организация памяти в однокристальных микро-ЭВМ
Обобщенное представление организации памяти ОМЭВМ. Память программ. Память данных. Логическое разделение памяти, содержащей программы и данные.
Тема 3.6 Структурная организация ОМЭВМ семейства MК-51: организация внутренней памяти данных ОМЭВМ, битовая адресация ОЗУ
Регистры специальных функций. Битовая память. Прямая адресация битов.
Тема 3.7 Структурная организация ОМЭВМ семейства MК-51: арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистр PSW
АЛУ: регистр аккумулятора, регистр временного хранения, ПЗУ констант, сумматор, регистр В, регистр состояния программы (PSW}.
Тема 3.8 Структурная организация ОМЭВМ семейства MК-51: счетчик команд, регистр DPTR (DPL,DPH),порты P0, P1, P2, P3
Параллельные порты ОМЭВМ. Назначение портов. Процедура записи в порт. Дополнительные функции портов.
Тема 3.9 Способы адресации
Общая характеристика способов адресации операндов. Регистровая адресация. Прямая адресация. Косвенно-регистровая адресация. Непосредственная адресация. Косвенно-регистровая адресация по сумме базового и индексного регистров.
Тема 3.10 Программирование: введение в язык ассемблера, основные конструкции языка ассемблера
Классификация команд. Основные конструкции языка ассемблера. Формат операторов. Элементы операторов.
Тема 3.11 Система команд ОМЭВМ семейства MК-51: команды передачи данных
Команды передачи данных: пересылка переменных-байтов (MOV), пересылка переменных-битов (MOV), загрузка указателя данных 16-битовой константой, пересылка байта из памяти программ (MOVC), пересылка во внешнюю память данных. Обмен содержимого аккумулятора с переменной-байтом (XCH), запись в стек (PUSH) и чтение из стека (POP).
Лабораторная работа №6
Ввод и выполнение программ на УМПК-51.
Лабораторная работа №7
Изучение команд перемещения данных
Тема 3.12 Система команд ОМЭВМ семейства MК-51: арифметические команды
Команды сложения, вычитания, умножения, деления и десятичной коррекции.
Лабораторная работа №8
Изучение арифметических команд
Тема 3.13 Система команд ОМЭВМ семейства MК-51: логические команды с байтовыми переменными
«И» (ANL), «ИЛИ» (ORL ), «исключающее ИЛИ» (XRL).
Сброс (CLR) и инвертирование (CPL) всех восьми разрядов А, циклический сдвиг влево (RL) и вправо (RR).
Лабораторная работа №9
Изучение логических команд
Тема 3.14 Система команд ОМЭВМ семейства МК-51: команды ветвления программ и передачи управления ОМЭВМ
Способы адресации переходов. Команды безусловных переходов. Команды условных переходов.
Лабораторная работа №10
Изучение команд передачи управления
Тема 3.15 Система команд ОМЭВМ семейства МК-51: команды битового процессора
Битовый процессор. Команды для выполнения операций с битовыми переменными. Прямая адресация битов. Система команд. Управление состоянием. Команды проверки битов.
Лабораторная работа №11
Изучение команд работы с битами
Тема 3.16 Организация системы прерываний
Сигналы запроса внешних устройств. Готовность внешних устройств к обмену. Контекстное переключение. Прерывания внутри прерываний.
Лабораторная работа №12
Система прерываний однокристальной микро-ЭВМ КР1816ВЕ51.
Тема 3.17 Программируемые интерфейсы. Универсальный асинхронный приемопередатчик ОМЭВМ
Назначение универсального асинхронного приемопередатчика ОМЭВМ (УАПП). Программирование режимов работы УАПП. Методы задания скорости последовательного обмена.
Тема 3.18 Структурная организация ОМЭВМ семейства МК-51: блок управления, синхронизация микро-ЭВМ, регистр PCDN, минимизация потребления энергии
Устройство выработки временных интервалов. Логика ввода-вывода. Регистр команд. Регистр управления потреблением. Режим микропотребления.
Тема 3.19 Структурная организация 32-разрядного микроконтроллера МС68332
Процессор CPU32. Таймерный процессор TPU. Модуль ОЗУ. Модуль последовательного интерфейса QSM. Модуль системной интеграции SIM.
Самостоятельная работа студента:
- подготовка к выполнению лабораторных работ.
Раздел 4 МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ (МПС)
Студент должен:
знать:
- логическую структуру МПС;
- способы подключения устройств к шине при магистральной организации МПС;
- основные типы архитектур МПС и особенности их функционирования;
- принцип «3М», применяемый при проектировании вычислительных систем на основе МПС;
- способы организации связи между МП и УВВ в МПС;
- средства разработки и отладки микропроцессорных систем;
уметь:
- выбирать наиболее эффективный способ межпроцессорного обмена;
- выбирать наиболее эффективный способ подключения устройств к шине при магистральной организации МПС.
Тема 4.1 Основные характеристики, область применения и особенности работы МПС
Определение МПС. Логическая структура МПС. Одношинная, двухшинная и трехшинная организация МП. Способы подключения устройств к шине при магистральной организации МПС: логическое объединение, объединение с помощью схем с открытым коллектором, объединение с использованием схем с тремя состояниями; способы организации связи между МП и УВВ в МПС.
Тема 4.2 Архитектура микропроцессорных систем. Интерфейсные связи
Унифицированный интерфейс. Интерфейсные связи МП. Основные типы архитектур МПС и особенности их функционирования: ОКОД, МКОД, ОКМД, МКМД. Способы межпроцессорного обмена: метод общей шины, метод коммутирующей матрицы, метод иерархии.
Тема 4.3 Особенности проектирования микропроцессорных систем
Принцип «3М», применяемый при проектировании вычислительных систем на основе МПС. Особенности проектирования МПС на основе однокристальной микроЭВМ.
Тема 4.4 Средства разработки и отладки микропроцессорных систем
Автономная и комплексная отладка МПС. Средства отладки. Комплексы диагностирования. Оценочные комплексы. Отладочные комплексы. Комплексы развития.
Курсовое проектирование
Введение. Цели, задачи, содержание курсовой работы, характеристики и преимущества микропроцессорных средств. Описание архитектуры разрабатываемых микропроцессорных средств. Разработка структурной схемы. Выбор микропроцессора.
Знакомство с системой моделирования однокристальных микропроцессоров Single-Chip Machine (SCM), являющейся средством отладки и редактирования программ на ассемблере.
Экспериментальные исследования особенностей функционирования ОМЭВМ в соответствии с вариантом задания на курсовую работу
4 Перечень лабораторных работ и практических занятий
Номер лабораторной работы (практического занятия)
Наименование темы лабораторной работы (практического занятия)
Лабораторная работа №1
Исследование полусумматоров и сумматоров
Лабораторная работа №2
Исследование функционирования АЛУ
Лабораторная работа №3
Изучение принципа работы устройства сопряжения микроЭВМ и интерфейса RS-232C
Лабораторная работа №4
Изучение команд загрузки и чтения РОН БИС К1804ВС1
Лабораторная работа №5
Изучение команд одинарного и двойного сдвига содержимого РОН БИС К1804ВС1
Лабораторная работа №6
Ввод и выполнение программ на УМПК-51
Лабораторная работа №7
Изучение команд перемещения данных
Лабораторная работа №8
Изучение арифметических команд
Лабораторная работа №9
Изучение логических команд
Лабораторная работа №10
Изучение команд передачи управления
Лабораторная работа №11
Изучение команд работы с битами
Лабораторная работа №12
Система прерываний однокристальной микро-ЭВМ КР1816ВЕ51
5 Перечень тем курсовых проектов (работ)
1 Микро-ЭВМ на основе микроконтроллера с фиксированным набором команд.
2 Микропроцессорная система основе микроконтроллера с фиксированным набором команд.
6 Перечень литературы и средств обучения
Основная литература
1 Боборыкин.А.В. и др.Однокристальные микроЭВМ.М.:МИКАП,2014
2 Гузик В.Ф.,Гермаш А.Н.,Евтеев Г.Н. Микропроцессорные системы. Учебное пособие.Таганрог.:ТГРУ,2013
3 Дементьев Ю.Е. Микропроцессоры и микропроцессорные системы. Астрахань.: АКВТ, 2016
4 Каган.Б.М.Электронные вычислительные машины и системы.М.:Энергоатомиздат,2010
5 Микропроцессоры. В 3-х кн.:Учеб. Для втузов/ П.В.Нестеров, В.Ф.Шаньгин и др.; под ред.Л.Н.Преснухина. М.: Высш. Шк.,2016
6 Микропроцессоры. Справочное пособие для разработчиков судовой РЭА, под редакцией Ю.А.Овечкина,Л.:Судостроение,2017
7 Саркисов.А.Ш., Воеводин.И.Г. Микропроцессорные средств Астрахань.:АГТУ,2012
8 Стрыгин В.В.,Щарев Л.С.Основы вычислительнй, микропроцессорной техники и программирования. М.:Высш.шк.,2017
Дополнительная литература
1 Архитектура, программирование и применение 32-разрядных микроконтроллеров МС68322. Лабораторный практикум. М.: ЗАО НПК «КОМПЬЮТЕРЛИНК», 2017
2 Григорьев В.Л. Программирование одномикропроцессоров. М.: Энергоатомиздат, 2017
3 Применение интегральных микросхем памяти. Справочник. Под ред. А.Ю. Гордонова, А.А. Дерюгина - М.: Радио и связь, 2014
4 Токхайм.Р.Микропроцессоры.Курс и упражнения.М.:Энергоатомиздат,2017
5 Устройство обучающее «МИКРОТРЕНАЖЕР МТ1804». Паспорт 3.858.059ПС.
6 Хилбурн Дж.,Джулич.П.Микро-ЭВМ и микропроцессоры. М.: Издательство "Мир", 2017
Заголовок 1 Заголовок 2 Заголовок 3 Заголовок 4 Заголовок 515
Астраханской области
«Астраханский колледж вычислительной техники»
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины
Микропроцессоры и микропроцессорные системы
для специальности (специальностей)
(код и наименование специальности)
Астрахань, 2017
Содержание
Пояснительная записка.2
Тематический план............................4
Содержание учебной дисциплины...7
Перечень лабораторных работ и практических занятий..........................16
Перечень тем курсовых работ.17
Перечень литературы и средств обучения.18
1 Пояснительная записка
Дисциплина «Микропроцессоры и микропроцессорные системы» является одной из специальных дисциплин при подготовке специалистов по специальности направления 230000 Инфоратика ивычислительная техника.
Появление и бурное развитие микропроцессоров (МП), микроЭВМ и систем на их основе стало возможным благодаря значительным достижениям микроэлектронной технологии изготовления средств вычислительной техники.
Перспективность применения микропроцессорных систем (МПС) в различных системах управления обусловлена, в первую очередь, такими достоинствами МП, как малые размеры, низкая потребляемая мощность, возможность подключения большого количества процессоров к каналам управления, простота программной настройки и перестройки.
Этим определяется место данной дисциплины среди других специальных дисциплин.
Основой для изучения дисциплины являются «Электронная техника», «Математические и логические основы электронно-вычислительной техники» и «Цифровая схемотехника».
В процессе обучения студенты должны научиться разбираться в физических процессах происходящих в цифровых устройствах, знать принцип действия и особенности функционирования МП и МПС.
Важную роль в закреплении и углублении изучаемого материала и формировании у студентов умений и навыков играют лабораторные и практические занятия.
Лабораторные работы и практические занятия прививают студентам навыки экспериментального исследования особенностей функционирования цифровых устройств и формируют у студентов умения самостоятельно планировать и ставить эксперименты.
В результате изучения дисциплины студент должен:
иметь представление:
- об основных проблемах и перспективах развития микропроцессорной техники;
- о процессе проектирования микропроцессорных систем;
- об основах модульного конструирования микропроцессорной техники;
- о минимизации потребления энергии в микропроцессорах;
знать:
- архитектуру и технические характеристики МП и микропроцессорных систем;
- программно-логическую модель и состав микропроцессорных систем;
- системы команд, особенности организации системы прерываний, организацию памяти и доступа к ней микропроцессорных систем;
- основные понятия и приемы алгоритмизации;
- основные приемы программирования;
уметь:
- оформлять проектно-конструкторскую, технологическую и другую техническую документацию в соответствии с действующими нормативными документами;
- пользоваться нормативной и справочной литературой для выбора комплектующих ИС и других компонентов;
- осуществлять настройку аппаратно-программных систем на базе микроконтроллеров;
- программировать несложные микропроцессорные системы;
- обеспечивать функционирование аппаратно-программных систем на базе микроконтроллеров;
- анализировать и оценивать состояние техники безопасности.
Программа дисциплины предполагает практическое осмысление ее разделов и тем на практических занятиях и в процессе выполнения курсовой работы.
Курс рассчитан на 144 часа, в том числе на практические занятия – 24 часа, на курсовую работу – 30 часов. Всего на изучение дисциплины отводится – 187 часов с учетом самостоятельной внеаудиторной работы. Распределение разделов и тем по часам приведено в тематическом плане.
Курсовая работа выполняется по темам, каждая тема имеет варианты, которые утверждены цикловой комиссией. Курсовая работа является самостоятельной творческой работой студента и выполняется на основе знаний и навыков, полученных при освоении данной дисциплины.
Формами контроля по дисциплине являются зачет, экзамен и курсовая работа.
Итоговая оценка по дисциплине выставляется студенту с учетом оценок, полученных за все семестры обучения.
2 Тематический план учебной дисциплины
Наименование разделов и тем
Макс.
учеб.
нагрузка студента, час.
Количество аудиторных часов при очной форме обучения
Самостоятельная работа студента
Всего
Лабораторные работы
Практические занятия
1
2
3
4
5
6
Введение
2
2
Раздел 1 Процессоры, микропроцессоры: элементы структуры
46
34
6
12
Тема 1.1 История создания и основные направления развития микропроцессорной техники.
и технологии.
2
Тема 1.2 Организация микропроцессора (МП).
2
Тема 1.3 Архитектура процессора и микропроцессора (МП).
4
Тема 1.4 Процессор. АЛУ для сложения и вычитания двоичных чисел.
6
4
Тема 1.5 Микропроцессор. Регистры временного хранения.
2
Тема 1.6 Микропроцессор. Устройство управления.
2
Тема 1.7 Функционирование микропроцессора.
6
Тема 1.8 Микропроцессор. Стековая память.
2
Тема 1.9 Интерфейс.
4
2
Тема 1.10 Классификация микропроцессоров, возможности и области применения.
4
Раздел 2 Многокристальные секционные МП
21
16
4
5
Тема 2.1 Микропроцессорный комплект БИС серии К1804 (МПК БИС). Общие сведения.
2
Тема 2.2 Структурная схема секционного микропроцессора К1804ВС1.
2
Тема 2.3 Система команд микропроцессора К1804ВС1. Средства выбора источников данных.
2
Тема 2.4 Формат микрокоманды ”Микротренажера МТ1804”.
2
Тема 2.5 Анализ типовых команд микропроцессора КТ1804ВС1.
8
4
Раздел 3 Однокристальные микро-ЭВМ (ОМЭВМ). Семейство MК-51 и МС683хх
72
52
14
20
Тема 3.1 Однокристальные микро-ЭВМ (ОМЭВМ).
2
Тема 3.2 Семейство микроконтроллеров МК-51.
2
Тема 3.3 Требования к системам команд, методам адресации данных и управлению адресами и операциями.
2
Тема 3.4 Память, доступ к ней. Общие сведения о памяти микропроцессорных систем.
2
Тема 3.5 Организация памяти в однокристальных микро-ЭВМ.
2
Тема 3.6 Структурная организация ОМЭВМ семейства MК-51: организация внутренней памяти данных ОМЭВМ, битовая адресация ОЗУ.
2
Тема 3.7 Структурная организация ОМЭВМ семейства MК-51: арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистр PSW.
2
Тема 3.8 Структурная организация ОМЭВМ семейства MК-51: счетчик команд, регистр DPTR (DPL,DPH), порты P0, P1, P2, P3.
2
Тема 3.9 Способы адресации.
2
Тема 3.10 Программирование: введение в язык ассемблера, основные конструкции языка ассемблера.
2
Тема 3.11 Система команд ОМЭВМ семейства MК-51: команды передачи данных.
6
4
Тема 3.12 Система команд ОМЭВМ семейства MК-51: арифметические команды.
4
2
Тема 3.13 Система команд ОМЭВМ семейства MК-51: логические команды с байтовыми переменными.
4
2
Тема 3.14 Система команд ОМЭВМ семейства МК-51: команды ветвления программ и передачи управления ОМЭВМ.
4
2
Тема 3.15 Система команд ОМЭВМ семейства МК-51: команды битового процессора.
4
2
Тема 3.16 Организация системы прерываний.
4
2
Тема 3.17 Программируемые интерфейсы. Универсальный асинхронный приемопередатчик.
2
Тема 3.18 Структурная организация ОМЭВМ семейства МК-51: блок управления, синхронизация микро-ЭВМ, регистр PCDN, минимизация потребления энергии.
2
Тема 3.19 Структурная организация 32-разрядного микроконтроллера МС68332.
2
Раздел 4 Микропроцессорные системы (МПС)
16
10
6
Тема 4.1 Основные характеристики, область применения и особенности работы МПС.
2
Тема 4.2 Архитектура микропроцессорных систем. Интерфейсные связи.
2
Тема 4.3 Особенности проектирования микропроцессорных систем.
2
Тема 4.4 Средства разработки и отладки микропроцессорных систем.
4
Курсовая работа
30
30
Всего по дисциплине:
187
144
24
43
3 Содержание учебной дисциплины
ВВЕДЕНИЕ
Студент должен:
иметь представление:
- о роли и месте знаний по дисциплине в процессе освоения основной профессиональной образовательной программы по специальности.
Раздел 1 ПРОЦЕССОРЫ, МИКРОПРОЦЕССОРЫ: ЭЛЕМЕНТЫ АРХИТЕКТУРЫ
Студент должен:
знать:
- структурную схему элементарного центрального процессора;
- назначение функциональных устройств элементарного центрального процессора;
- классификацию микропроцессоров, возможности и области применения;
- архитектуру микропроцессора (МП), элементы структуры МП и их назначение;
уметь:
-выполнять и исследовать электрические схемы логических устройств, пользуясь программой компьютерного моделирования;
-производить настройку 16- разрядного АЛУ на ИМС 74181 на выполнение любой из 32-ух команд;
-объяснить на конкретном примере характер действия команды;
-исследовать логическое устройство с помощью «Логического анализатора» и «Генератора слов», с целью получения принципиальной электрической схемы.
Тема 1.1 История создания и основные направления развития микропроцессорной техники и технологии
Первый микропроцессор. Первый персональный компьютер. Вехи быстродействия МП. Метод фотолитографии, используемый при производстве МП. BBUL- новая технология изготовления корпусов ИС. Возможности МП и области применения.
Тема 1.2 Организация микропроцессора (МП)
Назначение. Состав. Машинный язык. Команда. Форматы команд.
Тема 1.3 Архитектура процессора и микропроцессора
Схема процессора. Схема и назначение выводов типового МП. Функциональная схема (архитектура) типового МП. Функциональное назначение входящих в МП устройств.
Тема 1.4 Процессор. АЛУ для сложения и вычитания двоичных чисел
Схема АЛУ для сложения и вычитания двоичных чисел, представленных в форме с фиксированной точкой. Примеры выполнения сложения и вычитания двоичных чисел. Характеристики АЛУ серии К555ИП3.
Лабораторная работа №1
Исследование полусумматоров и сумматоров
Лабораторная работа №2
Исследование функционирования АЛУ
Тема 1.5 Микропроцессор. Регистры временного хранения
Структура и принцип построения МП. Блок внутренних регистров (БВР).
Тема 1.6 Микропроцессор. Устройство управления
Принципы построения устройства управления (УУ). Два метода выработки управляющих сигналов: жесткий’ и микропрограммный. Схема УУ одноадресной ЭВМ.
Тема 1.7 Функционирование микропроцессора (МП)
Машинный цикл. Цикл команды.
Поток командных слов. Поток информационных слов.
Функционирование микропроцессора при выполнении типовой программы.
Тема 1.8 Микропроцессор. Стековая память
Регистры стека. Указатель стека. Использование указателя стека.
Тема 1.9 Интерфейс
Унифицированный интерфейс. Интерфейсные связи МП. Информационные магистрали.
Лабораторная работа №3
Изучение принципа работы устройства сопряжения микроЭВМ и интерфейса RS-232C
Тема 1.10 Классификация микропроцессоров, возможности и области применения
По числу БИС в микропроцессорном комплекте, по назначению, по виду обрабатываемых входных сигналов, по характеру временной организации работы, по организации структуры микропроцессорных систем, по количеству выполняемых программ.
Самостоятельная работа студента:
- подготовка к выполнению лабораторных работ.
Раздел 2 МНОГОКРИСТАЛЬНЫЕ СЕКЦИОННЫЕ МП
Студент должен:
знать:
- структурную схему секционного микропроцессора К1804ВС1;
- элементы структуры секционного микропроцессора К1804ВС1 и их назначение;
- систему команд микропроцессора К1804ВС1;
- средства выбора источников данных микропроцессора К1804ВС14;
уметь:
- анализировать типовые микрокоманды "Микротренажера МТ 1804";
- составлять микропрограммы, включающие команды загрузки, сдвиговые и арифметические операции;
- реализовывать микропрограммы на "Микротренажере МТ 1804", с последующим анализом результата.
Тема 2.1 Микропроцессорный комплект БИС серии К1804 (МПК БИС).
Общие сведения. Состав серии. Основные характеристики микросхем серии К1804.
Тема 2.2 Структурная схема секционного микропроцессора К1804ВС1
Состав структурной схемы К1804ВС1. Арифметико-логический блок. Блок внутренней памяти. Блок регистра Q. Блок управления.
Тема 2.3 Система команд микропроцессора К1804ВС1. Средства выбора источников данных
Арифметические и логические команды. Управление источниками операндов АЛУ.
Тема 2.4 Формат микрокоманды "Микротренажера МТ 1804"
Формат микрокоманды, назначение битов микрокоманды "Микротренажера МТ 1804". Потетрадный анализ микрокоманд.
Тема 2.5 Анализ типовых команд микропроцессора К1804ВС1
Анализ команд загрузки и чтения РОН, одинарного и двойного сдвига влево и вправо содержимого РОН, очистки регистра Q.
Лабораторная работа №4
Изучение команд загрузки и чтения РОН БИС К1804ВС1
Лабораторная работа №5
Изучение команд одинарного и двойного сдвига содержимого РОН БИС К1804ВС1
Самостоятельная работа студента:
- подготовка к выполнению лабораторных работ.
Раздел 3 ОДНОКРИСТАЛЬНЫЕ МИКРО-ЭВМ (ОМЭВМ). СЕМЕЙСТВО MК-51 и МС683ХХ
Студент должен:
знать:
- структурную схему однокристальной микро-ЭВМ;
- требования к системам команд, методам адресации данных и управлению адресами и операциями;
- способы адресации операндов;
- организацию памяти в однокристальных микро-ЭВМ
- логическое разделение памяти, содержащей программы и данные, ОМЭВМ семейства МК-51.
уметь:
- составлять программы на языке ассемблера с использованием команд перемещения данных, арифметических команд, команд передачи управления и ветвления, команд с битовыми переменными;
- реализовывать программы на учебной микроЭВМ УМПК-51 в пошаговом режиме, с последующим анализом результата.
Тема 3.1 Однокристальные микро-ЭВМ (ОМЭВМ)
Направления развития элементной базы, модульный принцип построения.
Тема 3.2 Семейство микроконтроллеров МК-51
Общая характеристика, номенклатура и состав. Программно-логическая модель, процессорное ядро, аппаратно-программные средства повышения надежности работы. Назначение выводов. Состав и назначение функциональных блоков.
Тема 3.3 Требования к системам команд, методам адресации данных и управлению адресами и операциями
Требования к системам команд и методам адресации данных. Управление адресами. Особенности программного и микропрограммного управления операндами.
Тема 3.4 Память, доступ к ней. Общие сведения о памяти микропроцессорных систем
Запоминающие устройства с произвольным обращением. Постоянные запоминающие устройства. Общие сведения о памяти микропроцессорных систем. Распределение адресного пространства: архитектура Фон-Неймана и гарвардская архитектура.
Тема 3.5 Организация памяти в однокристальных микро-ЭВМ
Обобщенное представление организации памяти ОМЭВМ. Память программ. Память данных. Логическое разделение памяти, содержащей программы и данные.
Тема 3.6 Структурная организация ОМЭВМ семейства MК-51: организация внутренней памяти данных ОМЭВМ, битовая адресация ОЗУ
Регистры специальных функций. Битовая память. Прямая адресация битов.
Тема 3.7 Структурная организация ОМЭВМ семейства MК-51: арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистр PSW
АЛУ: регистр аккумулятора, регистр временного хранения, ПЗУ констант, сумматор, регистр В, регистр состояния программы (PSW}.
Тема 3.8 Структурная организация ОМЭВМ семейства MК-51: счетчик команд, регистр DPTR (DPL,DPH),порты P0, P1, P2, P3
Параллельные порты ОМЭВМ. Назначение портов. Процедура записи в порт. Дополнительные функции портов.
Тема 3.9 Способы адресации
Общая характеристика способов адресации операндов. Регистровая адресация. Прямая адресация. Косвенно-регистровая адресация. Непосредственная адресация. Косвенно-регистровая адресация по сумме базового и индексного регистров.
Тема 3.10 Программирование: введение в язык ассемблера, основные конструкции языка ассемблера
Классификация команд. Основные конструкции языка ассемблера. Формат операторов. Элементы операторов.
Тема 3.11 Система команд ОМЭВМ семейства MК-51: команды передачи данных
Команды передачи данных: пересылка переменных-байтов (MOV), пересылка переменных-битов (MOV), загрузка указателя данных 16-битовой константой, пересылка байта из памяти программ (MOVC), пересылка во внешнюю память данных. Обмен содержимого аккумулятора с переменной-байтом (XCH), запись в стек (PUSH) и чтение из стека (POP).
Лабораторная работа №6
Ввод и выполнение программ на УМПК-51.
Лабораторная работа №7
Изучение команд перемещения данных
Тема 3.12 Система команд ОМЭВМ семейства MК-51: арифметические команды
Команды сложения, вычитания, умножения, деления и десятичной коррекции.
Лабораторная работа №8
Изучение арифметических команд
Тема 3.13 Система команд ОМЭВМ семейства MК-51: логические команды с байтовыми переменными
«И» (ANL), «ИЛИ» (ORL ), «исключающее ИЛИ» (XRL).
Сброс (CLR) и инвертирование (CPL) всех восьми разрядов А, циклический сдвиг влево (RL) и вправо (RR).
Лабораторная работа №9
Изучение логических команд
Тема 3.14 Система команд ОМЭВМ семейства МК-51: команды ветвления программ и передачи управления ОМЭВМ
Способы адресации переходов. Команды безусловных переходов. Команды условных переходов.
Лабораторная работа №10
Изучение команд передачи управления
Тема 3.15 Система команд ОМЭВМ семейства МК-51: команды битового процессора
Битовый процессор. Команды для выполнения операций с битовыми переменными. Прямая адресация битов. Система команд. Управление состоянием. Команды проверки битов.
Лабораторная работа №11
Изучение команд работы с битами
Тема 3.16 Организация системы прерываний
Сигналы запроса внешних устройств. Готовность внешних устройств к обмену. Контекстное переключение. Прерывания внутри прерываний.
Лабораторная работа №12
Система прерываний однокристальной микро-ЭВМ КР1816ВЕ51.
Тема 3.17 Программируемые интерфейсы. Универсальный асинхронный приемопередатчик ОМЭВМ
Назначение универсального асинхронного приемопередатчика ОМЭВМ (УАПП). Программирование режимов работы УАПП. Методы задания скорости последовательного обмена.
Тема 3.18 Структурная организация ОМЭВМ семейства МК-51: блок управления, синхронизация микро-ЭВМ, регистр PCDN, минимизация потребления энергии
Устройство выработки временных интервалов. Логика ввода-вывода. Регистр команд. Регистр управления потреблением. Режим микропотребления.
Тема 3.19 Структурная организация 32-разрядного микроконтроллера МС68332
Процессор CPU32. Таймерный процессор TPU. Модуль ОЗУ. Модуль последовательного интерфейса QSM. Модуль системной интеграции SIM.
Самостоятельная работа студента:
- подготовка к выполнению лабораторных работ.
Раздел 4 МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ (МПС)
Студент должен:
знать:
- логическую структуру МПС;
- способы подключения устройств к шине при магистральной организации МПС;
- основные типы архитектур МПС и особенности их функционирования;
- принцип «3М», применяемый при проектировании вычислительных систем на основе МПС;
- способы организации связи между МП и УВВ в МПС;
- средства разработки и отладки микропроцессорных систем;
уметь:
- выбирать наиболее эффективный способ межпроцессорного обмена;
- выбирать наиболее эффективный способ подключения устройств к шине при магистральной организации МПС.
Тема 4.1 Основные характеристики, область применения и особенности работы МПС
Определение МПС. Логическая структура МПС. Одношинная, двухшинная и трехшинная организация МП. Способы подключения устройств к шине при магистральной организации МПС: логическое объединение, объединение с помощью схем с открытым коллектором, объединение с использованием схем с тремя состояниями; способы организации связи между МП и УВВ в МПС.
Тема 4.2 Архитектура микропроцессорных систем. Интерфейсные связи
Унифицированный интерфейс. Интерфейсные связи МП. Основные типы архитектур МПС и особенности их функционирования: ОКОД, МКОД, ОКМД, МКМД. Способы межпроцессорного обмена: метод общей шины, метод коммутирующей матрицы, метод иерархии.
Тема 4.3 Особенности проектирования микропроцессорных систем
Принцип «3М», применяемый при проектировании вычислительных систем на основе МПС. Особенности проектирования МПС на основе однокристальной микроЭВМ.
Тема 4.4 Средства разработки и отладки микропроцессорных систем
Автономная и комплексная отладка МПС. Средства отладки. Комплексы диагностирования. Оценочные комплексы. Отладочные комплексы. Комплексы развития.
Курсовое проектирование
Введение. Цели, задачи, содержание курсовой работы, характеристики и преимущества микропроцессорных средств. Описание архитектуры разрабатываемых микропроцессорных средств. Разработка структурной схемы. Выбор микропроцессора.
Знакомство с системой моделирования однокристальных микропроцессоров Single-Chip Machine (SCM), являющейся средством отладки и редактирования программ на ассемблере.
Экспериментальные исследования особенностей функционирования ОМЭВМ в соответствии с вариантом задания на курсовую работу
4 Перечень лабораторных работ и практических занятий
Номер лабораторной работы (практического занятия)
Наименование темы лабораторной работы (практического занятия)
Лабораторная работа №1
Исследование полусумматоров и сумматоров
Лабораторная работа №2
Исследование функционирования АЛУ
Лабораторная работа №3
Изучение принципа работы устройства сопряжения микроЭВМ и интерфейса RS-232C
Лабораторная работа №4
Изучение команд загрузки и чтения РОН БИС К1804ВС1
Лабораторная работа №5
Изучение команд одинарного и двойного сдвига содержимого РОН БИС К1804ВС1
Лабораторная работа №6
Ввод и выполнение программ на УМПК-51
Лабораторная работа №7
Изучение команд перемещения данных
Лабораторная работа №8
Изучение арифметических команд
Лабораторная работа №9
Изучение логических команд
Лабораторная работа №10
Изучение команд передачи управления
Лабораторная работа №11
Изучение команд работы с битами
Лабораторная работа №12
Система прерываний однокристальной микро-ЭВМ КР1816ВЕ51
5 Перечень тем курсовых проектов (работ)
1 Микро-ЭВМ на основе микроконтроллера с фиксированным набором команд.
2 Микропроцессорная система основе микроконтроллера с фиксированным набором команд.
6 Перечень литературы и средств обучения
Основная литература
1 Боборыкин.А.В. и др.Однокристальные микроЭВМ.М.:МИКАП,2014
2 Гузик В.Ф.,Гермаш А.Н.,Евтеев Г.Н. Микропроцессорные системы. Учебное пособие.Таганрог.:ТГРУ,2013
3 Дементьев Ю.Е. Микропроцессоры и микропроцессорные системы. Астрахань.: АКВТ, 2016
4 Каган.Б.М.Электронные вычислительные машины и системы.М.:Энергоатомиздат,2010
5 Микропроцессоры. В 3-х кн.:Учеб. Для втузов/ П.В.Нестеров, В.Ф.Шаньгин и др.; под ред.Л.Н.Преснухина. М.: Высш. Шк.,2016
6 Микропроцессоры. Справочное пособие для разработчиков судовой РЭА, под редакцией Ю.А.Овечкина,Л.:Судостроение,2017
7 Саркисов.А.Ш., Воеводин.И.Г. Микропроцессорные средств Астрахань.:АГТУ,2012
8 Стрыгин В.В.,Щарев Л.С.Основы вычислительнй, микропроцессорной техники и программирования. М.:Высш.шк.,2017
Дополнительная литература
1 Архитектура, программирование и применение 32-разрядных микроконтроллеров МС68322. Лабораторный практикум. М.: ЗАО НПК «КОМПЬЮТЕРЛИНК», 2017
2 Григорьев В.Л. Программирование одномикропроцессоров. М.: Энергоатомиздат, 2017
3 Применение интегральных микросхем памяти. Справочник. Под ред. А.Ю. Гордонова, А.А. Дерюгина - М.: Радио и связь, 2014
4 Токхайм.Р.Микропроцессоры.Курс и упражнения.М.:Энергоатомиздат,2017
5 Устройство обучающее «МИКРОТРЕНАЖЕР МТ1804». Паспорт 3.858.059ПС.
6 Хилбурн Дж.,Джулич.П.Микро-ЭВМ и микропроцессоры. М.: Издательство "Мир", 2017
Заголовок 1 Заголовок 2 Заголовок 3 Заголовок 4 Заголовок 515
Приложенные файлы
