Главная > Электроника > Книги и видеокурсы > Основы микропроцессорной техники

 

 

ОСНОВЫ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ

ТЕХНИКИ

 

 

Новиков Ю.В., Скоробогатов П.К.

 

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение

 

Глава 1. Философия микропроцессорной техники

1.1.Что такое микропроцессор?

1.2. Шинная структура связей

1.3. Режимы работы микропроцессорной системы

1.4. Архитектура микропроцессорных систем

1.5. Типы микропроцессорных систем 

 

Глава 2. Организация обмена информацией

2.1. Шины микропроцессорной системы

2.2. Циклы обмена информацией

2.2.1. Циклы программного обмена

2.2.2. Циклы обмена по прерываниям

2.2.3. Циклы обмена в режиме ПДП

2.3. Прохождение сигналов по магистрали 

2.4. Функции устройств магистрали

2.4.1. Функции процессора

2.4.2. Функции памяти

2.4.3. Функции устройств ввода/вывода

 

Глава 3. Функционирование процессора

3.1. Адресация операндов

3.1.1. Методы адресации

3.1.2. Сегментирование памяти

3.1.3. Адресация байтов и слов

3.2. Регистры процессора

3.3. Система команд процессора

3.3.1. Команды пересылки данных

3.3.2. Арифметические команды

3.3.3. Логические команды

3.3.4. Команды переходов

3.4. Быстродействие процессора

 

Глава 4. Организация микроконтроллеров

4.1. Классификация и структура микроконтроллеров

4.2. Процессорное ядро микроконтроллера

4.2.1. Структура процессорного ядра МК

4.2.2. Система команд процессора МК

4.2.3. Схема синхронизации МК

4.3. Память программ и данных МК

4.3.1. Память программ

4.3.2. Память данных

4.3.3. Регистры МК

4.3.4. Стек МК

4.3.5. Внешняя память

4.4. Порты ввода/вывода

4.5. Таймеры и процессоры событий

4.6. Модуль прерываний МК

4.7. Минимизация энергопотребления в системах на основе МК

4.8. Тактовые генераторы МК

4.9. Аппаратные средства обеспечения надежной работы МК

4.9.1. Схема формирования сигнала сброса МК

4.9.2. Блок детектирования пониженного напряжения питания

4.9.3. Сторожевой таймер

4.10. Дополнительные модули МК

4.10.1. Модули последовательного ввода/вывода

4.10.2. Модули аналогового ввода/вывода

 

Глава 5. Однокристальные микроконтроллеры  серии PIC

5.1. Основные особенности микроконтроллеров серии PIC

5.1.1. Состав и назначение семейств PIC-контроллеров

5.1.2. Микроконтроллеры семейств PIC16CXXX и PIC17CXXX

5.1.3. Особенности архитектуры микроконтроллеров семейства PIC16CXXX

5.2. Микроконтроллеры подгруппы PIC16F8X

5.2.1. Основные характеристики

5.2.2. Особенности архитектуры

5.2.3. Схема тактирования и цикл выполнения команды

5.2.4. Организация памяти программ и стека

5.2.5. Организация памяти данных

5.2.6. Регистры специальных функций

5.2.7. Счетчик команд

5.2.8. Прямая и косвенная адресации

5.2.9. Порты ввода/вывода

5.2.10. Модуль таймера и регистр таймера

5.2.11. Память данных в РПЗУ (EEPROM)

5.2.12. Организация прерываний

5.2.13. Специальные функции

5.3. Система команд микроконтроллеров подгруппы PIC16F8X

5.3.1. Перечень и форматы команд

5.3.2. Команды работы с байтами

5.3.3. Команды работы с битами

5.3.4. Команды управления и работы с константами

5.3.5. Особенности программирования и отладки

 

Глава 6. Проектирование устройств на микроконтроллерах

6.1. Разработка микропроцессорной системы на основе микроконтроллера

6.1.1. Основные этапы разработки

6.1.2. Разработка и отладка аппаратных средств

6.1.3. Разработка и отладка программного обеспечения

6.1.4. Методы и средства совместной отладки аппаратных и программных средств

6.2.Разработка программного обеспечения для PIC-микроконтроллеров

6.2.1. Ассемблер MPASM

6.2.2. Компоновщик MPLINK

6.2.3. Менеджер библиотек MPLIB

6.2.4. Симулятор MPSIM

6.3. Практика программирования PIC-микроконтроллеров

6.3.1. Описание лабораторного макета

6.3.2. Инициализация микроконтроллера макета

6.3.3. Программирование учебных задач 

 

Глава 7. Организация персонального компьютера

            7.1. Архитектура персонального компьютера

            7.2. Процессоры персональных компьютеров

                        7.2.1. Особенности процессоров 8086/8088

                        7.2.2. Особенности процессора 80286

                        7.2.3. Особенности процессора 80386

                        7.2.4. Особенности процессора 486

                        7.2.5. Особенности процессоров Pentium

            7.3. Память персонального компьютера

                        7.3.1. Оперативная память

                        7.3.2. Постоянная память

            7.4. Системные устройства

                        7.4.1. Тактовый генератор

                        7.4.2. Контроллер прерываний

                        7.4.3. Контроллер прямого доступа к памяти

                        7.4.4. Системный таймер и часы реального времени

7.5. Средства интерфейса пользователя

7.6. Внешняя память

 

Глава 8. Интерфейсы персонального компьютера

            8.1. Системная магистраль ISA

                        8.1.1. Назначение сигналов ISA

                        8.1.2. Циклы обмена по ISA

                        8.1.3. Распределение ресурсов компьютера

            8.2. Интерфейс Centronics

            8.3. Интерфейс RS-232C

            8.4. Другие интерфейсы компьютера

 

Приложение. Системы команд некоторых микропроцессоров

Словарь терминов и сокращений

Список литературы

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Микропроцессорная техника сейчас все более широко входит в нашу жизнь, постепенно замещая и вытесняя традиционную цифровую технику на «жесткой логике». Универсальность, гибкость, простота проектирования аппаратуры, практически неограниченные возможности по усложнению алгоритмов обработки информации — все это обеспечивает микропроцессорной технике большое будущее. На долю традиционной цифровой техники остаются только узлы и устройства, требующие максимального быстродействия, а также устройства с простейшими алгоритмами обработки информации. Обычная цифровая техника также применяется в настоящее время для увеличения возможностей микропроцессорных систем, для их сопряжения с внешними устройствами, для увеличения их возможностей, то есть играет по сути вспомогательную роль. Таким образом, традиционную цифровую технику ждет, по-видимому, в самом недалеком будущем участь аналоговой техники, область применения которой в свое время сильно сузилась с появлением цифровой техники.

За последние годы выпущено немало книг, посвященных микропроцессорной технике, внутреннему устройству микропроцессоров, микроконтроллеров, микрокомпьютеров, принципам организации обмена информации, методам построения систем на их основе. Однако зачастую подобные книги не дают представления читателю об особенностях микропроцессорных систем по сравнению с обычными цифровыми системами, об их возможностях, преимуществах, ограничениях и недостатках. В результате в сознании читателя микропроцессорные системы занимают свою обособленную, замкнутую нишу, представляются ему некой «вещью в себе», слабо связанной как с цифровой техникой, так и с электроникой вообще. Вопрос о том, когда надо проектировать микропроцессорную систему, а когда имеет смысл ограничиться обычной цифровой системой, остается открытым.

К тому же в большинстве книг, на наш взгляд, недостаточно внимания уделяется разъяснению некоторых важнейших специфических понятий микропроцессорной техники. В результате часто наблюдается непонимание тонкостей функционирования микропроцессоров и микропроцессорных систем. Это нередко приводит к тому, что проектировщик не использует значительной части возможностей микропроцессорной системы, применяет неэффективные аппаратные и программные решения.

В некоторых имеющихся  на рынке книгах подробнейшим образом рассматриваются характеристики и возможности каких-нибудь стандартных микроконтроллеров. Такие книги представляют собой пересказ технической документации, справочных материалов фирмы-изготовителя. Это тоже нужно, даже необходимо знать, но прежде не мешает понять, надо ли вообще применять микроконтроллер данного типа, приведет ли его применение к эффективному решению стоящей задачи, соответствуют ли его возможности требованиям решаемой проблемы. 

Данная книга посвящена самым основам микропроцессорной техники, ее азбуке, ее основным понятиям, принципам и методам ее применения. Для восприятия книги не требуется знаний о микропроцессорах, но требуются хотя бы начальные знания по цифровой схемотехнике (желательно в объеме книги «Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы, методы проектирования» Ю.В. Новикова). Задача книги состоит в том, чтобы сформировать грамотного проектировщика цифровых и микропроцессорных систем, способного обоснованно выбирать архитектурные, структурные и схемотехнические решения, рационально распределять выполняемые системой функции между аппаратурой и программным обеспечением, профессионально оптимизировать используемые средства. Конечно, для решения этой сложнейшей  задачи только данной книги недостаточно, но содержащиеся в ней начальные сведения представляют собой тот необходимый минимум знаний который должен иметь и которым должен свободно и активно пользоваться каждый профессиональный разработчик микропроцессорных систем. Любые другие, дополнительные знания, конечно же, не повредят, но заменить собой то, что изложено здесь, они не смогут.

Книга ни в коем случае не претендует на то, чтобы заменить собой справочники по микросхемам, хотя в ней и разъясняются функции некоторых микросхем. Она скорее призвана дать читателю те знания, которые необходимы, чтобы в дальнейшем правильно пользоваться всеми имеющимися справочниками, чтобы знать, какие справочники выбрать и что в них искать, чтобы быть готовым с помощью справочников самостоятельно проектировать микропроцессорные системы.

Возможно, подход, предлагаемый в данной книге, несколько отличается от общепринятого. Возможно также, что используемый набор терминов не полностью совпадает со стандартным (отечественные стандарты часто меняются). Но главное — это научить проектировать микропроцессорные системы, а какие для этого используются подходы и термины, наверное, не слишком принципиально.

Книга написана на основе многолетнего личного опыта авторов по разработке микропроцессорных систем различного назначения, а также на базе материала учебных курсов, читаемых авторами, преподавателями кафедры электроники Московского инженерно-физического института (МИФИ).

Несколько слов о структуре книги.

 

Первая глава рассматривает основополагающие принципы микропроцессорной техники, знакомит с базовой терминологией, архитектурными особенностями микропроцессорных систем, а также с основными типами микропроцессорных систем в зависимости от их возможностей.

Вторая глава посвящена принципам организации обмена информацией в микропроцессорных системах. В ней рассматриваются особенности шин, циклы и протоколы обмена в программном режиме, в режиме обработки прерываний, в режиме ПДП. Описаны также основные функции устройств микропроцессорной системы в процессе обмена информацией.

Третья глава рассказывает об основных принципах функционирования процессора, о его возможностях и структурных элементах, о системе команд процессора и методах адресации. Также рассмотрены принципы сравнения процессоров между собой.

Четвертая глава посвящена основным принципам организации однокристальных микроконтроллеров, назначению их основных узлов и принципам взаимодействия между узлами.

Пятая глава более подробно рассматривает особенности микроконтроллеров на примере одного из самых популярных семейств PIC. Описаны все узлы микроконтроллеров, методы обмена информацией, система команд, особенности программирования и средства разработки, применяемые при проектировании систем на базе этих микроконтроллеров.

В шестой главе описываются методы проектирования аппаратных и программных средств микропроцессорных систем на основе микроконтроллеров. Подробно описаны лабораторная установка, используемая при обучении студентов МИФИ, и программы, позволяющие реализовать различные алгоритмы ее функционирования.

Седьмая глава посвящена организации персонального компьютера как наиболее развитой и сложной микропроцессорной системы. Рассмотрена эволюция процессоров персональных компьютеров, описана организация памяти и системных устройств персонального компьютера.

Восьмая глава знакомит с внешними интерфейсами персонального компьютера, которые необходимо знать для построения на основе компьютера сложных микропроцессорных систем различного назначения. Приведены подробные описания наиболее часто используемых интерфейсов.

 

Главы 1, 2, 3, 7 и 8 написаны доцентом, к.т.н. Ю.В. Новиковым. Главы 4, 5 и 6 написаны профессором, д.т.н. П.К. Скоробогатовым.

 

Авторы надеются, что данная книга реально поможет читателям освоить микропроцессорную технику.

 

Прочитать полный текст книги (курса)

 

 

 

Хостинг от uCoz