Реферат: 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.

Р
ис. 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.

Р
ис. 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

Р
ис. 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 В2(С)

005 010 В3 В3(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

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

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:

Адрес	Содержимое
200	001
201	200

Содержимое ячеек после выполнения программы:

Адрес	Содержимое
200	000
201	201

Программа №4

Сложение содержимого регистра с содержимым ячейки памяти

Адреса	Команды	Мнемоника команд	Комментарии
000	041	LXI H
001	200	B2
002	000	B3
003	076	MVI A	Непосредственная загрузка А одним одним из слагаемых
004	010	B2
005	206	ADD M	Сложение содержимого А с содержимым ячейки памяти
006	167	MOV M,A
007	166	HLT

Содержимое ячеек до выполнения программы:

Адрес	Содержимое
200	100

Содержимое ячеек после выполнения программы:

Адрес	Содержимое
200	110

Программа №4.1

Сложение двоично-десятичных чисел.

Адреса	Команды	Мнемоника команд	Комментарии
000	041	LXI H
001	200	B2
002	000	B3
003	076	MVI A
004	010	B2
005	206	ADD M	(A)+(M)(A)
006	047	DAA	Десятичная коррекция
007	167	MOV M,A
010	166	HLT

Содержимое ячеек до выполнения программы:

Адрес	Содержимое
200	051 (29)

Содержимое ячеек после выполнения программы:

Адрес	Содержимое
200	067 (37)

Программа №4.2

Вычитание двоично-десятичных чисел

Адреса	Команды	Мнемоника команд
000	041	LXI H
001	200	B2
002	000	B3
003	006	MVI B
004		B2
005	076	MVI A
006	231	99
007	220	SUB B
010	074	INR A
011	206	ADD
012	047	DAA
013	167	MOV M,A
014	166	HLT

Содержимое ячеек до выполнения программы:

Адрес	Содержимое
200	045 (25)

Содержимое ячеек после выполнения программы:

Адрес	Содержимое
200	007 (07)

Программа №5

Логическая операция, сдвиг числа и запоминание слова состояния

Адреса	Команды	Мнемоника команд	Комментарии
000	006	MVI B
001	200	B2
002	076	MVI A
003	001	B2
004	250	XRA	Сложение по mod2 содержимого А и В.
005	027	RAL	Циклический сдвиг влево через перенос.
006	061	LXI SP
007	202	B2
010	000	B3
011	365	PUSH PSW	Запоминание в стеке Слова Состояния Программы.
012	166	HLT

Анализ значений Слова Состояния Программы

Мнемоника команды	Значение PSW
	(A)	РгF
MVI B 200	xxxxxxxx	xx0x0x1x
MVI A 001	00000001	xx0x0x1x
XRA B	10000001	10000110
RAL	00000010	10000111
LXI SP 202 000	00000010	10000111
PUSH PSW	00000010	10000111
HLT	00000010	10000111

Содержимое ячеек после выполнения программы:

Адрес	Содержимое
200	207
201	002

Программа №6

Обнуление области памяти. Программа пересылает нулевое содержимое какого либо регистра в ячейку памяти.

Адреса	Команды	Мнемоника команд	Комментарий
000	227	SUB A	Обнуление А
001	041	LXI H
002	011	B2
003	000	B3
004	167	MOV M,A	Обнуление ячейки памяти по адресу HL
005	043	INX H	Адрес следующей ячейки
006	303	JMP	Безусловный переход по адресу
007	004	B2	мл.байт
010	000	B3	ст.байт

Содержимое ячеек до выполнения программы:

Адрес	Содержимое
011	Xxx
...	Xxx
040	Xxx

Содержимое ячеек после выполнения программы:

Адрес	Содержимое
011	000
...	000
040	000

Программа №7

Режим задания команд с клавиатуры

Адреса	Команды	Мнемоника команд
100 200	166	HLT

Задание с клавиатуры

Команды	Мнемоника команд
303	JMP
200	B2
100	B3

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).

Адреса	Команды	Мнемоника команд	Комментарии
000	061	LXI SP
001	200	B2
002	000	B3
003	361	POP PSW	Извлечение из стека ССП
004	*	*	(JNZ,JZ,JNC,JC,JPO,JPE,JP,JM)
005	000	B2
006	000	B3
007	166	HLT
200	**	-
201	000	-

Варианты выполнения программы

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

Программа №12

Выбор максимального элемента массива.

Адрес	Команда	Мнемоника команды	Комментарий
000	041	LXI H
001	100	B1
002	000	B2
003	016	MVI C	Загрузка переменной цикла
004	005	B2	Загрузка переменной цикла
005	176	MOV A,M	Загрузка в А первого элемента
006	043	INX H	Переход к следующему элементу
007	276	CMP M	Если А>М С=0 А
010	332	JC	Если А
011	014	B2
012	000	B3
013	176	MOV A,M	Перенос в А нового максимума
014	015	DCR C	Уменьшение переменной цикла
015	302	JNZ	Если переменная цикла не равна 0 то все сначала
016	006	B2
017	000	B3
020	062	STA	Сохранение результата в памяти
021	150	B2
022	000	B3
023	166	HLT	Конец

2.Выполнение индивидуальных заданий

Программа №1

Упорядочить пятнадцать элементов массива по возрастанию.

Адрес	Команды	Мнемоника команды	Комментарии
000	016	MVI C	Число прохождений внешнего цикла 15-1=14=16(8)
001	016	B2	Число прохождений внешнего цикла 15-1=14=16(8)
002	041	LXI H	Загрузка адреса первого элемента массива
003	100	B2
004	000	B3
005	026	MVI D	Число сравнений внутри главного цикла
006	016	B2	Число сравнений внутри главного цикла
007	106	MOV B,M	Сохр. Первый из сравниваемых элементов в B
010	043	INX H	Формирование адреса второго ср-ого элемента
011	176	MOV A,M	Сохранение второго элемента в аккумуляторе
012	270	CMP B	Сравнение аккумулятора с регистром B.A>B => флаг C=0 и наоборот
013	322	JNC	Если C=1, то элементы расположены по возрастанию и выполнять перемену их местами не нужно(ком 016-021)
014	022	B2	След. Ячейка
015	000	B3	Делитель из памяти в В
016	160	MOV M,B	Перезапись первого элемента по адресу второго
017	053	DCX H	Сформировали адрес первого элемента
020	167	MOV M,A	Сохранили под адресом первого элемента второй
021	043	INX H	Адрес первого из сравниваемых в следующем цикле
022	025	DCR D	Уменьшение переменной внутреннего цикла
023	302	JNZ	Если переменная не равна нулю переход к следующей итерации
024	007	B2
025	000	B3
026	015	DCR C	Уменьшение переменной внешнего цикла
027	302	JNZ	Если переменная внешнего цикла не равна нулю то переходим к следующей итерации
030	002	B2
031	000	B3
032	166	HLT	Конец программы.

Программа №2.

Вывод с задержкой слов РЕПА И ГЕРБ на панель индикатора.

Адрес	Команда	Мнемоника команд	Комментарии
000	076	MVI A	Предварительная инициализация ППИ блока статической индикации
001	200	B2
002	323	OUT port
003	003	B2
004	323	OUT port
005	007	B2
006	004	INR B	Инициализация стека
007	002	STAX B
010	001	LXI B
011	220	B2
012	230	B3
013	007	RLC
014	006	MVI B
015	003	INX B
016	041	LXI H	Загрузка начального адреса в указатель памяти
017	200	B2
020	000	B3
021	176	MOV A,M	Вывод на блок статической индикации слова РЕПА
022	323	OUT port
023	000	B2
024	043	INX H
022	176	MOV A,M
023	323	OUT port
024	001	B2
025	043	INX H
026	176	MOV A,M
027	323	OUT port
030	002	B2
031	043	INX H
032	176	MOV A,M
033	323	OUT port
034	004	B2
035	315	CALL addr	Вызов подпрограммы
036	153	B2
037	000	B3
040	043	INX H	Вывод на блок статической индикации слова ГЕРБ
041	176	MOV A,M
042	323	OUT port
043	000	B2
044	043	INX H
045	176	MOV A,M
046	323	OUT port
047	001	B2
050	043	INX H
051	176	MOV A,M
052	323	OUT port
053	002	B2
054	043	INX H
055	176	MOV A,M
056	323	OUT port
057	004	B2
060	315	CALL addr	Вызов подпрограммы
061	153	B2
062	000	B3
063	303	JMP addr	Безусловный переход к команде по адресу, указанному в B2,B3
064	006	B2
065	000	B3

Подпрограмма, организующая задержку.

Адрес	Команды	Мнемоника команды	Комментарии
153	001	LXI B	Запись исходных данных в регистры B и C
154	377	B2	B2(C)
155	377	B3	B3(B)
156	005	DCR B	Уменьшение переменной внутреннего цикла
157	302	JNZ addr	Если переменная цикла не равна нулю переход к следующей итерации
160	156	B2
161	000	B3
162	015	DCR C	Уменьшение переменной внешнего цикла
163	302	JNZ addr	Если переменная цикла не равна нулю переход к следующей итерации
164	156	B2
165	000	B3
166	311	RET	Безусловный возврат из подпрограммы

Коды букв для вывода на семи сегментный индикатор

А	167
Б	175
Г	061
Е	171
Р	163
П	067

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.