Микропроцессорные системы в электроэнергетике (2830,00 руб.)

Стр.2

Стр.3

Стр.4

Стр.5

Стр.6

УДК 621.396.6:621.31(075) ББК 32.844.150.2:31.2я73 Ф35 Рецензенты: К. В. Хацевский, д-р техн. наук, доцент, проф. кафедры «Электротехника и электрооборудование» Омского института водного транспорта; В. В. Харламов, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой «Электрические машины и общая электротехника» Омского государственного университета путей сообщения Ф35 Федянин, В. В. Микропроцессорные системы в электроэнергетике : учеб. пособие / В. В. Федянин, В. К. Федоров, А. В. Бубнов ; Минобрнауки России, Ом. гос. техн. ун-т. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2022. – 284 с. : ил. ISBN 978-5-8149-3520-5 Пособие содержит материалы по основным вопросам функционирования и разработки микропроцессорных систем. В издание включены лабораторные работы, которые выполняются с использованием современных интегрированных систем разработки программного обеспечения для микроконтроллеров, а также расчетно-графическое задание по проектированию микропроцессорной системы. Будет полезно студентам Энергетического института ОмГТУ, слушателям учреждений послевузовского образования, руководителям и специалистам. УДК 621.396.6:621.31(075) ББК 32.844.150.2:31.2я73 Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета ISBN 978-5-8149-3520-5 © ОмГТУ, 2022 2

Стр.2

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................7 РАЗДЕЛ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ...............................................................9 1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ .................9 1.1. Полупроводниковая интегральная микросхема .............................. 10 1.2. Прототип первой вычислительной машины ................................... 13 1.3. Основная терминология .................................................................... 15 2. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ................................ 17 2.1. Логические элементы и булева алгебра ........................................... 18 2.2. Операции над двоичными числами .................................................. 22 2.3. Числа с фиксированной и плавающей точкой ................................ 26 2.4. Реализация цифровых схем ............................................................... 30 2.5. Составные элементы памяти ............................................................. 36 2.6. Аппаратная реализация регистра ..................................................... 40 3. СТРУКТУРА МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ ............................ 43 3.1. Организация внутренних шин в микропроцессорной системе ......................................................... 44 3.2. Периферийные выводы микропроцессора ...................................... 46 3.3. Упрощенная модель работы микропроцессорной системы .......... 51 3.4. Классификации микропроцессоров и микропроцессорных систем .......................................................... 53 3.5. Архитектура микропроцессора ......................................................... 55 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ПРОЦЕССОРА ..................................... 57 4.1. Типовая структура микропроцессора .............................................. 58 4.2. Регистры микропроцессора ............................................................... 60 3

Стр.3

5. МИКРОАРХИТЕКТУРА МИКРОПРОЦЕССОРА ...................................... 63 5.1. Система команд .................................................................................. 65 5.2. Структура и виды команд.................................................................. 67 5.3. Режимы адресации ............................................................................. 70 6. ПАМЯТЬ В МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЕ .................................. 71 6.1. Классификация памяти ...................................................................... 74 6.2. Микросхемы памяти ........................................................................ 76 6.3. Буферная память ................................................................................. 80 6.4. Стековая память ................................................................................. 82 6.5. Кеш-память ......................................................................................... 83 7. ПОСТОЯННОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО .............................. 87 7.1. Классификация постоянного запоминающего устройства ............ 87 7.2. Физическая реализация микросхем постоянного запоминающего устройства........................................................................................... 90 8. ОПЕРАТИВНЫЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ........................... 97 8.1. Статическое оперативное запоминающее устройство ................... 98 8.2. Динамическое оперативное запоминающее устройство ............. 100 9. ВВОД-ВЫВОД В МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ ...................... 104 9.1. Обмен данными в микропроцессорной системе ........................... 106 9.2. Контроллеры внешних устройств .................................................. 107 9.3. Форматы передачи данных ............................................................. 110 9.4. Обмен данными по параллельному принципу .............................. 111 9.5. Обмен данными по последовательному принципу ...................... 114 9.6. Обмен информацией в микропроцессорной системе ................... 118 4

Стр.4

10. ИНТЕРФЕЙСЫ I2C И SPI ............................................................................. 119 10.1. Введение в спецификацию интерфейса I2C ................................. 119 10.2. Введение в спецификацию интерфейса SPI ................................ 122 11. ОБМЕН ДАННЫМИ ПО ПРЕРЫВАНИЮ .............................................. 125 11.1. Программное и аппаратное прерывание ...................................... 126 11.2. Организация прямого доступа к памяти ...................................... 131 12. МИКРОПРОЦЕССОР INTEL 8086 ............................................................ 134 12.1. Внутренняя организация микропроцессора ................................ 135 12.2. Регистры микропроцессора Intel 8086 ......................................... 136 13. ПРОГРАММА И ПРОГРАММИРОВАНИЕ ............................................ 140 13.1. Этапы написания программы ........................................................ 141 13.2. Компилятор и интерпретатор........................................................ 143 14. МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ ............................................................................. 147 14.1. Классификация микроконтроллеров ............................................ 148 14.2. Типы микроконтроллеров ............................................................. 151 РАЗДЕЛ 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ............................................................ 154 15. РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ ................................................ 154 15.1. Разработка структурной схемы микропроцессорной системы ....................................................... 157 15.2. Разработка схемы микропроцессорного модуля ........................ 160 15.3. Схема модуля памяти микропроцессорной системы ................. 163 15.4. Схема модуля ввода-вывода микропроцессорной системы ...... 167 5

Стр.5

16. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ........................................................................ 170 16.1. Отладка программ в интегрированной среде Keil μVision ........ 171 16.2. Инструменты отладки программы ............................................... 173 16.3. Окно с распределением памяти .................................................... 175 16.4. Требования к оформлению лабораторной работы ..................... 177 Лабораторная работа № 1. СОЗДАНИЕ ПРОЕКТА В ИНТЕГРИРОВАННОЙ СРЕДЕ РАЗРАБОТКИ. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОРТОВ ВВОДА-ВЫВОДА ............................... 179 Лабораторная работа № 2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММНОЙ СРЕДЫ STM32CUBEMX ДЛЯ НАСТРОЙКИ ПРОЕКТА И БИБЛИОТЕКИ HAL ДЛЯ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ...................... 194 Лабораторная работа № 3. СОЗДАНИЕ ПРОГРАММЫ НА ЯЗЫКЕ АССЕМБЛЕР И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ОПЕРАЦИЙ .................................................................................................... 200 Лабораторная работа № 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММЫ MATLAB ДЛЯ ПРОГРАММИРОВАНИЯ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ STM32 ............................................................ 217 Лабораторная работа № 5. УПРАВЛЕНИЕ ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПОМОЩЬЮ MATLAB И STM32 ........... 232 Лабораторная работа № 6. УПРАВЛЕНИЕ ДВУХСТРОЧНЫМ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИМ ДИСПЛЕЕМ ...................................... 251 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...................................................................................................... 279 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ............................................................... 281 6

Стр.6