Ерохин И.И. Конспект лекций по дисциплине Микропроцессорная техника

Подождите немного. Документ загружается.

Код Адрес Адрес

операции регистра регистра

(КОП). приёмника. источника.

0 1 0 0 1 0 1 0

"загрузить аккумулятор с прямой адресацией" имеет мнемокод LDA (команда трех-

байтовая – загрузить в аккумулятор данные из памяти), которая представляет аббре-

виатуру от английского load direct accumulator.

В таблице системы команд также указаны: двоичная кодовая комбинация коман -

ды; число байтов, содержащихся в команде; число циклов и тактов, в которые выпол-

няется команда; формирование признаков S, Z, AC, P , CY в регистре признаков (РП).

Рассмотрим пример формата однобайтовой команды из группы пересылки

информации MOV C, D (переслать данные из регистра D в регистр С, обозначение

выполняемой операции (C) ← (D), кодовая комбинация команды 01001010В = 4АН),

приведенный на рис. 2.3.

7 6 5 3 2 0 Т а б л и ц а 2. 1.

Регистр Адрес Регистр Адрес

1 1 1

0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

1 0 1

В кодовой комбинации данной команды в разрядах: 6, 7 размещается вид опе-

рации (код операции) 01 - пересылка данных; 3 - 5 адрес регистра С - 001 (приём-

ник данных); 0 - 2 адрес регистра D - 010 (источник данных).

Рассмотрим пример формата двухбайтовой команды из группы пересылки

информации MVI A, 00101110B (2ЕH) (загрузить в аккумулятор непосредственный

операнд 2ЕH, обозначение выполняемой операции (А) ← 2ЕН, кодовая комбинация

команды 00111110В = 3ЕН), приведенной на рис. 2.4.

7 6 5 3 2 0 7 0

Байт 1 Байт 2

Формат данных соответствует формату непосредственного операнда.

Рассмотрим пример формата трёхбайтовой команды LDA A, 20 19 (загрузить в

аккумулятор данные из ячейки памяти по адресу 1920Н, обозначение выполняемой

операции А ← [(А16)], кодовая комбинация команды 00111010В = 3АН), приведен-

ной на рис. 2. 5.

Байт 1. Байт 2. Байт 3. Ст. полуадрес

Повышению эффективности системы команд, при коротком слове МП, способ-

ствует использование регистра аккумулятора с подразумеваемой адресацией для

реализации одноадресных и безадресных команд (в которых адрес операнда

неявно задаётся кодом операции).

ЛИТЕРАТУРА

1. Каламбеков Б. А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и

обработки сигналов. Учеб. пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1988.

КОП Регистр КОП

приёмника

0 0 1 1 1 1 1 0

0 0 1 0 1 1 1 0

Непосредственный операнд

КОП

0 0 1 0 0 0 0 0

Мл. полуадрес

0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0

2. Каган Б. М., Сташин В. В. Основы проектирования микропроцессорных уст-

ройств автоматики. – М.: Энергоатомиздат, 1987.

 ЛЕКЦИЯ 3

ПРИНЦИП РАБОТЫ 8-РАЗРЯДНОГО МП К580ВМ80А

На рис. 3.1 показана структурная схема МПУ на МПК серии К580ВМ80А.

Генератор тактовых импульсов (ГТИ) формирует две импульсные последовательности

F1 и F2, необходимые для тактирования работы МП. Тактовые последовательности

импульсов. F1 и F2 приведены на рис 3.2. ПЗУ, в основном, используется для хра-

нения программ, ОЗУ – для хранения данных.

Общий принцип функционирования МПУ заключается в следующем. Из МП на

шину адреса (ША) выдается адрес очередной команды. Считанная по этому адресу из

памяти (например, из ПЗУ) команда поступает на шину данных (ШД) и принимается в

МП, где она исполняется. В счетчике команд МП формируется адрес следующей

команды.

+12в

+ 5в

Земля

- 5в

к F2 Синхронизация

Ожидание, разрешения прерывания, подтверждение захвата

Готовность, запрос прерывания, сброс, захват

Рис. 3.1. Структурная схема МП устройства

По окончанию выполнения команды на ША устанавливается адрес следующей

команды и т. д. В процессе исполнения команды могут потребоваться дополнительные

обращения к памяти для вызова в МП дополнительных байтов команды (в случае двух-,

трехбайтовых команд), операндов или записи в память данных, выдаваемых из МП.

Рассмотрим подробнее процесс выполнения команд МП. Этот процесс разби-

вается на машинные циклы, обозначаемые М1, М2, М3, М4, М5. В каждом цикле

производится одно обращение МП к памяти или УВВ. В зависимости от типа команды,

команда может быть выполнена за один цикл (М1), либо за два цикла (М1, М2), и т. д.

Самые длинные команды выполняются за пять циклов (М1 … М5).

Каждый цикл включает в себя несколько тактов, обозначаемых Т1, Т2, Т3, Т4, Т5.

Циклы могут содержать три (Т1,…Т3),четыре (Т1,…Т4) либо пять (Т1,…Т5) тактов.

Первые три такта во всех циклах используются для организации обмена с памятью

ГТИ

Микропроцессор

КР580ВМ80А

Шина адреса (16) - ША

ОЗУ

ПЗУ

УВВ

Шина данных (8) - ШД

Буфер

Шина управления (10-18)

Фиксатор

состояния

Буфер

или УВВ, такты Т4 и Т5 (если они присутствуют в цикле) – для выполнения внут-

ренних операций в МП. На рис. 3.3 показана временная диаграмма машинного

цикла из пяти тактов.

0.48 < T < 2. 0 мГц

F1 t

> 60 нс

> 80 нс

> 0 нс > 220нс > 70 нс t

Рис. 3.2 Тактовые импульсы ГТИ

Рассмотрим цикл М1. В такте Т1 содержимое счетчика команд устанав- ливается

на ША, соответственно адрес передаётся и в модуль памяти, где происходит

чтение байта команды из указанной ячейки (ячейки по адресу установленному на

ША). В такте Т2 на входе МП проверяется наличие сигнала (уровня лог. 1)

Готовность. Этот сигнал формируется устройством подключён-ным к ШД и

подается на вход МП через

интервал времени, достаточный для завершения процесса чтения из памяти. Если на

входе Готовность сигнал отсутствует (лог. 0), то МП устанавливается в режим

ожидания, в котором каждый следующий такт рассматривается как такт Т2 до тех

пор, пока не появится сигнал на входе Готовность. С приходом этого сигнала МП

выходит из режима ожидания и переходит на выполнение такта Т3. В такте Т3

выданный из памяти байт команды c ШД принимается в МП, где он помещается в

регистр команд (РК). В такте Т4 анализируется принятый байт команды и выясняется,

нужны ли дополнительные обращения к памяти. Если такие обращения не требуются

(команда однобайтовая и операнды находятся в регистрах МП), то в этом же такте

либо с использованием дополнительного такта Т5 выполняется предусматриваемая

командой операция.

Т1 Т2 Т3 Т4 Т5

F2 t

Синхронизация t

Строб состояния t

Рис. 3.3. Сигналы синхронизации и строба состояния

Если необходимы дополнительные обращения к память, то после такта Т4 цикл

М1 завершается и происходит переход к циклу М2. Пусть, например, команда

однобайтная, но в операции должен участвовать операнд, хранящийся в оперативной

памяти. Тогда в цикле М2 в такте Т1 выдается адрес ячейки памяти, а в такте Т2

проверяется наличие сигнала Готовность (сигнала о том, что прошел интервал вре-

мени, достаточный для чтения из памяти). С появлением этого сигнала происходит

переход к такту Т3, в котором выданные из памяти данные, с ШД принимается в МП

и в этом же такте выполняется операция, предусматриваемая командой.

При исполнении большинства команд в случаях, когда происходят дополнительные

обращения к памяти, первый цикл М1 содержит четыре такта, а в каждом последующем

цикле содержится три такта и происходит одно дополнительное обращение к памяти.

Информация о состоянии микропроцессора. В каждом цикле в интервале вре-

мени от момента положительного фронта импульса последовательности F2 в такте

Т1 и до момента положительного фронта импульса F2 в такте Т2 МП выдает

на выход Синхронизация уровень лог. 1 и на ШД информацию о состоянии МП.

Элемент И-НЕ (см. рис. 3.1) формирует строб, которым осуществляется приём инфор-

мации о состоянии МП с ШД в регистр состояния - системный контроллер (времен-

ное положение строба состояния показано на рис. 3.3). В табл. 3.1 приведено назна-

чение отдельных разрядов кода слова состояния МП, а в табл. 3.2 кодовые комби-

нации слова состояния МП (выдаваемые МП, между первым и втором тактом

машинного цикла, на ШД).

Таблица 3.1

Разряд Назначение сигнала

Подтверждение прерывания: используется для стробирования команды

RST в МП из устройства, запрещающего прерывание.

Запись-вывод: уровень лог.0 - выдача информации из МП в УВВ; уровень

лог.1 прием информации из оперативной памяти или ввод (приём из УВВ).

Установлено содержимое указателя стека в данном цикле на ША.

Подтверждение останова: МП в состоянии останова (ожидания)

Установлен номер внешнего устройства на ША и осуществляется вывод

содержимого аккумулятора на устройство вывода.

Принимает первый байт команды в данном цикле МП.

Установлен номер устройства ввода на ША и осуществляется ввод

информации из устройства ввода в аккумулятор МП.

Прием информации (чтение) из памяти в МП

Таблица 3.4

Вид цикла

Слово состояние МП

Выборка первого байта команды

Чтение из памяти

Запись в память

Чтение стека

Запись в стек

Ввод из УВВ

Вывод из УВВ

Подтверждение прерывания

Подтверждение останова

Подтверждение прерывания при останове

ЛИТЕРАТУРА

1. Калам беков Б. А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и

обработки сигналов. Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1988.

2. Каган Б. М., Сташин В. В. Основы проектирования микропроцессорных уст-

ройств автоматики. - М.: Энергоатомиздат, 1987.

3. Самофалов К. Г. и др. Микропроцессоры. - К.: Техника, 1986.

 ЛЕКЦИЯ 4

ПРОГРАММИРОВАНИЕ НА ЯЗЫКЕ АССЕМБЛЕРА

Языки АССЕМБЛЕРА занимают промежуточное положение между машинными

языками и языками высокого уровня, будучи при этом гораздо ближе к машин-

ным языкам. Они объединяют в себе некоторые достоинства самого нижнего и

самого верхнего уровней языков программирования.

Хорошая программа микроконтроллера (МК) – это программа правильно реали-

зующая разработанный алгоритм в минимальное время, занимающая небольшой

объем памяти в которую легко вносить изменения. Этим условиям отвечает

программирование на языке АССЕМБЛЕРА, которое хотя и требуют наличие систе-

мы АССЕМБЛЕРА (ЭВМ или ПЭВМ и ассемблирующих программ при системном

программировании), но представляют разработчику МК возможность написания про-

грамм в мнемонических кодах с использованием символических адресов и ссылок.

Кроме того, в процессе трансляции АССЕМБЛЕРЫ выдают листинг программы в

котором представлены обе ее версии (исходная и объектная) и указания об ошиб-

ках. Транслятор программ АССЕМБЛЕРА, гораздо проще и компактнее транслятора

программ языков высокого уровня, а результирующая объектная (машинная про-

грамма) на выходе АССЕМБЛЕРА может быть столь эффективной, как и программа

написанная на машинном языке. Это особенно необходимо для МК, в которых

ограничен основной объем памяти и требуется высокое быстродействие.

Таким образом, язык АССЕМБЛЕРА обычно составляет основу для создания ПО

МК работающих в системе реального времени, к которым предъявляются высокие

требования, с точки зрения объема памяти и скорости выполнения программ.

К недостаткам АССЕМБЛЕРА следует отнести то, что каждый из существующих

МП имеют свой АССЕМБЛЕР, который отражает специфику его внутренней организации,

что не позволяет осуществить стандартизацию символики.

Программа написанная на языке АССЕМБЛЕРА, состоит из законченных предло-

жений, каждое из которых занимает отдельную строку - оператор. Предложения

языка АССЕМБЛЕРА (табл.4.1) содержат четыре фиксированных поля:

Таблица 4.1.

Метка

Мнемонический

код операции

Символический

адрес - операнд

Комментарий

TIME1: MVI A , 07H ; Записать в (А) данные

MOV С, А ; Переслать данные (С)←(А)

JNZ TIME1 ; Если «0», то перейти на …

Поле метки. Предназначено для записи символического имени данной строки

(предложения, оператора) и после имени ставится двоеточие. Символическое имя

(метка) требуется, когда на данную строку есть ссылка в программе, в какой ни-

будь другой строке. Обычно в качестве метки допускается применять, начинаю-

щуюся с буквы, алфавитно-цифровую последовательность знаков, максимальная длина

которых различна в разных языках АССЕМБЛЕРА и, как правило, не превышает

восьми знаков. В поле метки (см. табл. 4.1) приведено имя TIME1.

Поле операции – мнемонический код операции. В этом поле записывается мне-

моническое буквенное обозначение кода операции (мнемокод) приводимое в

системе команд данного микропроцессора.

Поле операнда – символический адрес или операнд. Приводятся участвующие в

операции числа (непосредственные данные) или их символьные имена, указания об

источниках и приемниках; в условных и безусловных переходах указывается имя

(метка) предложения (строки) на которую осуществляется переход.

Поля разделяются ограничителями, по которым АССЕМБЛЕР определяет конец

одного и начало следующего поля. Обычно в качестве ограничителей применяются

пробел или табуляция. В приведенном примере (см. табл. 4.1) для разделения полей

строки использованы знаки табуляции. Применение знаков табуляции облегчает

восприятие текста программы при его редактировании и во время отладки. Для

отличия метки от шестнадцатеричного числа в случае, когда оно начинается с бук-

вы, к нему слева приписывается цифра 0. Например, шестнадцатеричное число FCН

в исходном тексте программы на языке АССЕМБЛЕРА должно быть записано 0FCH.

4.1. ПСЕВДОКОМАНДЫ АССЕМБЛЕРА

Команды исходной программы определяют действия над данными в процессе

решения задачи. Псевдокоманды или директивы АССЕМБЛЕРА не связаны с дей-

ствиями в исходной программе над данными, но они сообщают необходимые

АССЕМБЛЕРУ сведения и используются лишь в процессе трансляции исходной про-

граммы на язык кодовых комбинаций (объектную программу). С помощью таких

псевдокоманд транслятору сообщают сведения о том, что нужно зарезервировать

в ОЗУ ячейки (и в каком количестве) для хранения переменных, используемых

в программе с определенными именами или массив переменных и т. д. В таблице

4.2 приведены наиболее употребляемые псевдокоманды АССЕМБЛЕРА.

Таблица 4.2.

Имя П р и м е р з а п и с и

Псевдокоманды Метка Код Операнд Комментарий

1 2 3 4 5

ORG

EQU

END

DELAY

PRO:

PRD:

ADIM:

ORG

EQU

END

2000H

0FAH

0EH

0A57H

160

; Команда местоположения исходной

; программы, начало с адреса 2000Н.

; Константе с именем DELAY прис-

; ваивается значение 0FAH.

; Однобайтной переменной с именем

; PRO резервируется ячейка, в кото-

; рую записывается значение 0EH.

; Двухбайтной переменной с именем

; PRD резервируются две ячейки и

; записывается значение 0A57H.

; Массиву с именем ADIM резерви-

; руется 160 ячеек памяти ОЗУ.

; Конец программы.

Рассмотрим подробнее наиболее часто используемые псевдокоманды.

Псевдокоманда ORG – адрес начала. В процессе трансляции исходной про-

граммы АССЕМБЛЕР использует некоторый свой внутренний счётчик (подобный

счётчику команд МП ), который задает адрес для размещения очередной машин-

ной команды, АССЕМБЛЕР после трансляции очередной команды, автоматически

увеличивает содержимое своего счётчика на единицу. Если необходимо указать

особое место размещения машинной команды в памяти, отличное от текущего

значения счетчика, то необходимо воспользоваться псевдокомандой ORG.

Пример, требуется поместить подпрограмму (метка SUB) в памяти, начиная

с адреса 2500Н:

ORG 2500H ; Запись в счетчик команд значения (адрес) 2500Н

SUB: LXI B, PRD ; Подпрограмма SUB – первая команда, запись в пару

; регистров двухбайтной переменной с именем PRD

RET ; Возврат к вызывающей программе.

Если в начальном тексте исходной программы отсутствует псевдокоманда ORG,

то в большинстве АССЕМБЛЕРОВ начальный адрес автоматически устанавливается 0.

Псевдокоманда EQU (приравнять) используется для присваивания некоторым

символам, указанным в поле метки, значений (данных, адресов), задаваемых в поле

операндов. Эта команда позволяет программисту писать исходную программу в сим-

волической форме без указания фактических числовых значений констант, парамет-

ров, адресов и т. п. В некоторых случаях программист, разрабатывая программу, не

знает заранее какие адреса или данные потребуется задать в программе, в связи

с отсутствием данных о конфигурации аппаратных средств используемого МПУ

(МК). Программа при этом может быть написана и отлажена в символической

форме, а фактические данные подставляются в нее позже. Эта команда EQU также

полезна в ситуациях, когда некоторая величина используется в программе

несколько раз. Например, если некоторое значение используется в 10 различных

местах программы, то целесообразно использовать символическое обозначение,

например COUNT, и определять значение величины COUNT c помощью команды

EQU. Это позволит во время отладки программы, при необходимости изменить

величину COUNT, изменить лишь строку с псевдокомандой EQU, а не вносить

изменения во всех местах программы.

Рассмотрим еще один пример использования псевдокоманды EQU для про-

граммы на языке АССЕМБЛЕРА МП К580ВМ80А:

PORTB EQU FX ; Присвоение фиктивного адреса порту А ППА

PORTB EQU FY ; Присвоение фиктивного адреса порту В ППА

MVI A, 02H ; Загрузка в аккумулятор данных для вывода

OUT PORTA ; Вывод данных в порт А ППА

OUT PORTB ; Вывод данных в порт В ППА.

В приведенном примере показана ситуация, когда программист не зная адре-

сов портов А и В, написал программу с использованием фиктивных адресов

FX, FY. Когда станут известны фактические адреса портов А и В, то их

можно будет записать в псевдокомандах EQU вместо фиктивных адресов.

Псевдокоманда DB или DEFB (определение байта) используется для опреде-

ления значений элементов данных и для засылки их в соответствующую область

памяти. Эта команда предназначена для образования 8 -битных значений и обычно

применяется для формирования таблиц данных или для установки начальных зна-

чений флагов в программе. Например, таблица, состоящая из четырех чисел;

7АН, 37Н, 98Н, ЕВН, должна быть размещена в памяти, начиная с адреса

1А00Н, то в программе необходимо написать следующие псевдокоманды:

ORG 1А00H ; Задание адреса таблицы

TABLE: DB 7AH, 37H, 98H, 0EBH ; Задание значений таблицы.

В псевдокоманде DB элементы таблицы данных отделяются друг от друга запя-

тыми. После ассемблирования этих псевдокоманд, в машинной программе, в задан-

ной области памяти, будут записаны следующие значения: 1А00 – 7А; 1А01 – 37;

1А02 – 98; 1А03 – ЕВ.

Псевдокоманда DW или DEFW (определение слова), подобно псевдокоманде DB,

используется для определения значений данных и размещения их в соответствую-

щую область памяти. Для этой команды, элементу данных выделяется 16-ти раз-

рядное слово, то есть два байта - две восьмиразрядные ячейки памяти. В боль-

шинстве АССЕМБЛЕРОВ принято хранить младший байт 16-ти разрядного слова в

ячейки памяти с меньшим адресом, а старший байт в следующей ячейке (с боль-

шим адресом). Например, таблица, содержащая три числа; 35В7Н, С78ЕН, 2790Н,

должна быть размещена в памяти, начиная с адреса 19А0Н:

ORG 19A0H

DATA: DW 35B7H, 0C87EH, 2790H

После ассемблирования таблица разместится в памяти следующим образом:

19A0 B7

19A1 35 и т. д.

Псевдокоманда TITLE (заголовок) используется для задания имени объектному

модулю, которое будет печататься в листинге программы. Например, в результате

действия псевдокоманды: TITLE AUTOMATIC NASOS, АССЕМБЛЕР будет начинать

каждую страницу листинга программы с заголовка AUTOMATIC NASOS.

Псевдокоманда PAGE или EJECT (конец страницы) указывает АССЕМБЛЕРУ на

необходимость перехода к следующей странице листинга. Эта команда используется

для размещения исходного текста подпрограмм или модулей на отдельной странице.

Псевдокоманда SPACE (пустая строка) указывает АССЕМБЛЕРУ на необходи-

мость пропуска одной строки в листинге программы.

Псевдокоманда LIS T – распечатать полный текст листинга программы.

Псевдокоманда END – конец исходной программы.

4.2. ТИПЫ АССЕМБЛЕРОВ

Среди существующих разновидностей АССЕМБЛЕРОВ наиболее распространены:

однопроходные АССЕМБЛЕРЫ, двухпроходные АССЕМБЛЕРЫ, МАКРО-АССЕМБЛЕРЫ,

кросс - АССЕМБЛЕРЫ, резидентный АССЕМБЛЕР и МЕТААССЕМБЛЕР.

Двухпроходной ассемблер – первый проход исходной программы используется

для назначения адресов всем меткам программы. При втором проходе производится

трансляция исходной программы в объектный модуль.

Макроассемблер – также двухпроходной АССЕМБЛЕР, который позволяет исполь-

зовать в исходном тексте программы макрокоманды и макроопределения. Макро-

определения – последовательность команд, которым программист дает определённое

имя. Оно необходимо для того, чтобы многократно в программе не писать одну и

ту же последовательность команд, а в тех местах где она используется, програм-

мист записывает имя макроопределения.

Например, приводимое ниже макроопределение предназначено для сложения

многобайтных чисел (целых без знака);

ADDN: MACRO ; Задание имени макрокоманды

• Команды подпрограммы

• сложения -

• макроопределения ADDN

ENDM ; Конец макроопределения.