- •Основы микропроцессорной техники
- •В.И. Енин
- •В.И. Енин
- •Введение
- •После изучения дисциплины необходимо знать
- •После изучения дисциплины необходимо уметь
- •В.1. Роль и место курса “Микропроцессорная техника” в учебном процессе
- •1. Микропрограммные автоматы
- •После изучения главы необходимо знать
- •1.1. Автомат без памяти
- •1.2. Микропрограммный автомат
- •1.2.1. Автомат с памятью
- •1.2.2. Микропрограммный автомат в системе управления
- •1.2.3. Структурный автомат
- •1.3. Схемная реализация микропрограммных автоматов
- •2. МикропрограмМируемые контроллеры и микропроцессоры
- •После изучения главы необходимо знать
- •2.1. Блок микропрограммного управления
- •2.2. Блок обработки цифровых данных.
- •3. Принципы организации эвм
- •После изучения главы необходимо знать
- •3.1. Выполнение команд в эвм
- •Система команд и методы адресации
- •Подпрограммы
- •3.2. Общие принципы организации ввода-вывода
- •3.2.1. Программный режим ввода-вывода
- •3.2.2. Обмен информацией в режиме прерывания программы
- •3.2.3. Прямой доступ к памяти
- •3.2.4. Подключение внешних устройств
- •4. Архитектура однокристального микропроцессора
- •После изучения главы необходимо знать
- •4.1. Архитектура микропроцессора к580ик80а
- •4.1.1. Формат команд микропроцессора к580ик80а
- •4.1.2. Методы адресации микропроцессора к580ик80а
- •4.1.3. Команды безусловной и условной передач управления
- •4.1.4. Примеры команд процессора к580ик80а
- •4.2. Организация обмена в однокристальных микроЭвм
- •4.2.1. Функционирование микропроцессора
- •4.2.2. Подключение озу и регистров внешних устройств
- •5. Системы счисления и арифметические операции над числами
- •После изучения главы необходимо знать
- •5.1. Системы счисления для представления чисел в эвм
- •5.2. Представление в эвм целых двоичных чисел без знака
- •5.3. Представление в эвм целых чисел со знаком
- •5.3.1. Представление чисел со знаком в прямом коде
- •5.3.2. Представление чисел со знаком в дополнительном коде
- •5.3.3. Особенности выполнения сложения двоичных чисел без знака и со знаком
- •1. Примеры сложения чисел без знака.
- •2. Примеры сложения чисел со знаком.
- •5.4. Двоично-десятичная система представления чисел
- •5.5. Представление чисел в формате с плавающей точкой
- •Примеры представления чисел типа single
- •Примеры представления чисел типа real
- •6. Семейство процессоров х86
- •После изучения главы необходимо знать
- •6.1. Архитектура процессора 8086
- •Регистры процессора
- •Инструкции процессора
- •Сегментация памяти
- •Методы адресации
- •Распределение памяти
- •Прерывания
- •Функционирование
- •6.2. Процессоры 80286
- •Реальный режим
- •Защищенный режим
- •Прерывания
- •Регистр состояния задачи
- •Некоторые особенности функционирования
- •Функциональная схема pc at
- •7. Шина isa и интерфейсы сопряжения с устройствами управления
- •После изучения главы необходимо знать
- •7.1. Конструкция шины isa
- •Выводы шины isa
- •Распределение адресов на системной плате ат
- •Циклы магистрали
- •Прямой доступ к памяти
- •Регенерация памяти
- •Основные электрические характеристики линий isa
- •7.2. Проектирование устройств сопряжения для шины isa
- •7.2.1. Селекторы (дешифраторы) адреса
- •7.2.2. Операционная часть интерфейса
- •7.2.3. Микросхемы для построения интерфейсов Условные графические обозначения элементов цифровой техники
- •7.2.4. Микросхемы приемопередатчиков сигналов магистрали
- •Микросхемы селекторов адреса выходных регистров
- •8. Интерфейс centronics
- •После изучения главы необходимо знать
- •8.1. Порядок обмена по интерфейсу Centronics
- •8.2. Программируемый параллельный интерфейс ( ппи)
- •9. Обмен данными по интерфейсу rs-232
- •После изучения главы необходимо знать
- •9.1. Назначение линий связи rs-232
- •9.2. Подключение модема к rs-232
- •9.3. Подключение терминалов к rs-232
- •9.4. Подключение удаленных объектов управления
- •9.5. Назначение портов rs-232
- •10. Отсчёт реального времени в эвм
- •После изучения главы необходимо знать
- •10.1. Программируемый таймер
- •10.1.1. Режимы работы таймера
- •10.1.2. Таймер на системной плате ibm pc
- •10.2. Программируемый контроллер прерываний
- •10.2.1. Режимы работы пкп
- •10.2.2. Программирование пкп
- •10.3. Прерывания в ibm pc
- •10.3.1. Векторы прерывания
- •10.3.2. Прерывания bios и dos
- •10.3.3. Написание собственных прерываний
- •10.4. Отсчёт реального времени в эвм
- •10.5. Процедуры и функции для работы с прерываниями
- •После изучения главы необходимо знать
- •11.1. Архитектура 32-разрядных процессоров
- •11.1.1. Регистры процессора
- •11.1.2. Организация памяти
- •11.1.3. Режимы адресации
- •11.1.4. Ввод и вывод
- •11.1.5. Прерывания и исключения
- •11.1.6. Процессоры Pentium
- •11.2. Страничное управление памятью
- •11.3. Кэширование памяти
- •Кэш прямого отображения
- •Ассоциативный кэш
- •12. Однокристальные микроконтроллеры
- •После изучения главы необходимо знать
- •12.1. Однокристальный микроконтроллер к1816
- •12.2. Avr микроконтроллеры
- •12.3. Процессоры обработки сигналов
- •12.3.1. Однокристальный цифровой процессор обработки
- •12.3.2. Цифровые процессоры обработки сигналов (цпос)
- •13. Промышленное оборудование для цифровых систем управления
- •После изучения главы необходимо знать
- •13.1. Оборудование для централизованных систем управления
- •13.1.1. Персональные компьютеры для целей управления
- •13.1.2. Промышленные рабочие станции
- •13.1.3. Шасси для ibm совместимых промышленных компьютеров
- •13.1.4. Модульные промышленные компьютеры mic-2000
- •13.1.5. Процессорные платы
- •13.1.6. Устройства для сбора данных и управления
- •13.2. Оборудование для распределенных систем сбора данных и управления
- •13.2.1. Модули удаленного сбора данных и управления adam-5000
- •13.2.2. Модули удаленного сбора данных и управления adam-4000
- •13.3. Прикладное программное обеспечение
- •Заключение
- •Список использованных источников
- •Оглавление
- •Системы счисления и арифметические
Введение
В.1. Роль и место курса “Микропроцессорная техника” в учебном процессе
В.2. Основные направления развития цифровых систем управления технологическими процессами
В.3. Самостоятельная работа студентов и контроль знаний
Современный инженер, занятый созданием и эксплуатацией систем автоматизированного управления технологическими процессами, должен обладать широкими познаниями в области функционального состава и принципов действия используемых при этом технических средств. Успехи микроэлектроники и вычислительной техники обусловили широкое внедрение цифровых систем управления. В пособие включены вопросы, освоение которых позволит начать самостоятельную профессиональную деятельность в области проектирования и обслуживания цифровых и микропроцессорных систем управления технологическими процессами.
Цели и задачи изучения дисциплины – получение фундаментальных теоретических знаний и практических навыков разработки, выбора, наладки и эксплуатации современных цифровых и микропроцессорных технических средств автоматизации технологических процессов и производств.
После изучения дисциплины необходимо знать
принципы построения и функционирования микропрограммных автоматов и микропрограммируемых контроллеров,
устройство, архитектуру и функционирование микропроцессоров и микро-ЭВМ,
принципы организации обмена данными в микропроцессорных системах,
устройство и функционирование средств сопряжения микропроцессорных систем с объектами управления,
принципы организации работы системы управления в реальном масштабе времени.
После изучения дисциплины необходимо уметь
выбирать технические средства, необходимые для реализации заданных алгоритмов регулирования и управления;
подключать объекты управления к стандартным устройствам ввода-вывода,
выбирать необходимые устройства из номенклатуры промышленных изделий для реализации системы управления с заданными характеристиками,
проектировать нестандартные устройства сопряжения,
составлять технические задания на разработку нестандартных технических средств автоматизации,
разрабатывать несложное программное обеспечение для реализации заданного алгоритма работы в реальном масштабе времени.
В.1. Роль и место курса “Микропроцессорная техника” в учебном процессе
Дисциплина «Микропроцессорная техника» формирует у будущих инженеров и исследователей знания и умения разработки, выбора, настройки, программирования и эксплуатации цифровых и микропроцессорных технических средств автоматизации технологических процессов, дает примеры их конструктивного применения. В пособии рассмотрены основные цифровые системы управления: микропрограммный автомат, микропрограммируемый контроллер, микро-ЭВМ, однокристальные микроконтроллеры и специализированные управляющие контроллеры. Рассмотрена их архитектура, вопросы сопряжения с объектами управления и смежные вопросы программирования.
Изучение данной дисциплины основывается на учебном материале, излагаемом в курсах “Вычислительная техника и программирование”, “Электротехника и электроника”, "Промышленная электроника", “Технические средства автоматизации”.
Материал дисциплины “Микропроцессорная техника” используется при изучении профилирующих курсов “Цифровые системы управления”, “Автоматизация технологических процессов и производств”, “Проектирование систем автоматизации”, а также при выполнении лабораторных работ, курсовых и дипломных проектов.
Данное пособие ориентировано на ознакомление студентов специальности 210200 – «Автоматизация технологических процессов и производств» с основными принципами построения и функционирования технических средств автоматизации и может быть основой для более глубокого изучения материала.
В.2. Основные направления развития цифровых систем управления технологическими процессами
Развитие промышленных технологий предъявляет повышенные требования к точности, быстродействию и надежности систем автоматического управления. Цифровые системы в наибольшей степени удовлетворяют этим требованиям. Развитие микроэлектроники привело к созданию малогабаритных и дешевых микропроцессоров и микро-ЭВМ. Это обусловило широкое внедрение современных микропроцессорных устройств в системах автоматизированного управления. Произошел переход от систем централизованного управления на основе большой ЭВМ к иерархическим системам управления, на нижних уровнях в которых используются простейшие контроллеры, а на верхнем – микро-ЭВМ. Процессоры и микро-ЭВМ стали встраиваться в промышленное оборудование. Управляющие устройства, как правило, реализуются на базе промышленных микроЭВМ, микропроцессоров и однокристальных микроконтроллеров.
Расширяется область применения цифровых контроллеров для построения локальных и централизованных систем управления. Особенно быстрыми темпами развиваются технические средства для реализации распределенных систем управления. Получили развитие распределенные системы сбора и первичной обработки данных о состоянии объекта управления. В таких системах на нижнем уровне размещены контроллеры, как правило, на базе однокристальных контроллеров, обеспечивающие передачу данных на центральную микро-ЭВМ и обратную трансляцию управляющих сигналов на объекты управления. Они также обеспечивают локальное управление в случае потери связи.
Широко используются специализированные микроконтроллеры, ориентированные на автоматическое управление конкретным классом объектов. Выпускаемые рядом фирм контроллеры, предназначенные для автоматизации технологических процессов, снабжаются программным обеспечением необходимым для разработки пользовательского интерфейса.
Большое разнообразие выпускаемых однокристальных контроллеров и их быстро растущая производительность позволяют считать их применение наиболее перспективным.
Знание теоретических основ построения и функционирования цифровых и микропроцессорных средств автоматизации является необходимым условием создания и эксплуатации современных систем управления.
В.3. Самостоятельная работа студентов и контроль знаний
Для успешного изучения дисциплины «Микропроцессорная техника» необходимо регулярно работать над закреплением и углублением знаний. Предлагаемое пособие лишь направляет движение познания, но не охватывает в полном объеме всей дисциплины. Теоретический курс подкреплен необходимым набором лабораторных работ, охватывающих наиболее сложные разделы. Помощь в самостоятельном освоении дополнительного материала осуществляется при индивидуальной работе со студентами и проведении лабораторных работ.
Контроль знаний проводится в форме регулярных собеседований, при выполнении и приеме лабораторных работ.
Списки использованных и рекомендуемых дополнительных источников приведены в конце пособия.
Систематическая работа с разделами пособия поможет успешно сдать экзамен и качественно, на современном уровне выполнить соответствующие разделы дипломного проекта.