Микрокомпьютерные системы управления. Первое знакомство (2000,00 руб.)

Стр.5

Стр.6

Стр.7

Стр.8

Стр.9

Стр.10

УДК 004.382.7 ББК 32.973.26 С89 С89 Суэмацу, Ёсикадзу Микрокомпьютерные системы управления. Первое знакомство. /Пер. с яп.; под ред. Ёсифуми Амэмия. — 2е изд., стер. — М.: ДМК Пресс, 2017. — 256 с.: ил. ISBN 9785970605028 Kнига призвана дать общее представление об областях примене ния и возможностях микрокомпьютеров, используемых в качестве уп равляющих устройств различными процессами и системами. В попу лярной форме излагаются основные понятия из области микропро цессорной техники, программирования, цифровой электроники, ме тоды обработки данных, возможности и конфигурация микроком пьютеров. На примере конкретных задач управления подробно рас смотрены принципы составления программ для микроЭВМ, системы команд, взаимодействие с периферийными устройствами. Предназначена для начинающих радиолюбителей, студентов и школьников, осваивающих основы проектирования и программиро вания микропроцессорных контроллеров. УДК 004.382.7 ББК 32.973.26 Original Japanese edition published as Illustrated Introduction to Mechatronics. Introduction to Personal Computers Based Controllers (Revised 2nd Edition) by Yoshikazu Suematsu. Published by Ohmsha, Ltd., 31 Kanda Nishikicho, Chiyodaku, Tokyo, Japan. Translation rights arranged with Ohmsha, Ltd. Все права защищены. Никакая часть этого издания не может быть воспроизведена в любой форме или любыми средствами, электронными или механическими, включая фотографирова ние, ксерокопирование или иные средства копирования или сохранения информации, без пись менного разрешения издательства. ISBN 9784274086755 (яп.) ISBN 9785941202140 (Д одэка) © Yoshikazu Suematsu ISBN 9785970605028 (ДМК Пресс) © Издание, ДМК Пресс, 2017 © Перевод, макет, ДодэкаXXI

Стр.5

ОГЛАВЛЕНИЕ От редактора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 1. МИКРОКОМПЬЮТЕР КАК ОРУДИЕ ТРУДА . . . . . . . . . . . . .15 1.1. Где применяются микрокомпьютеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 1.2. Функции контроллеров бытовых приборов . . . . . . . . . . . . . . . .21 1.3. Алгоритм работы микрокомпьютера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25 Обобщение главы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31 Практические задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31 2. УСТРОЙСТВО МИКРОКОМПЬЮТЕРА . . . . . . . . . . . . . . . . . .33 2.1. Внешний вид микрокомпьютера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34 2.2. Процессор (ЦПУ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38 2.3. Запоминающее устройство . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43 2.4. Порты вводавывода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47 Обобщение главы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49 Практические задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50 3. МИКРОКОМПЬЮТЕРНАЯ МАТЕМАТИКА . . . . . . . . . . . . . . .51 3.1. Двоичная система счисления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51 5

Стр.6

ОГЛАВЛЕНИЕ Сложение двоичных чисел . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53 Отрицательные двоичные числа (представление в дополнительном коде) . . . . . . . . . . . . . . . .55 Вычитание двоичных чисел . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57 Умножение двоичных чисел . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59 3.2. Шестнадцатеричная система счисления . . . . . . . . . . . . . . . . . .59 3.3. Двоичнодесятичный код (BCD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62 3.4. Логические операции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64 Логическое сложение (ИЛИ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64 Логическое умножение (И) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66 Отрицание (НЕ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67 Исключающее ИЛИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68 Обобщение главы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70 Практические задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70 4. ЦИФРОВЫЕ СХЕМЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71 4.1. Вентильные схемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74 4.2. Триггеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76 Счетный триггер (Tтриггер) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76 Dтриггер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77 4.3. ТТЛ (транзисторнотранзисторные логические схемы) . . . . .78 Вентильные схемы ТТЛ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79 Схемы с Zсостоянием . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83 Дешифратор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84 «Защелка» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85 4.4. Архитектура микрокомпьютера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86 Соединение процессора и ЗУ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86 Соединение ЦПУ с портами вводавывода . . . . . . . . . . . . . .92 Обобщение главы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95 Практические задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96 5. ПРОГРАММЫ ДЛЯ МИКРОКОМПЬЮТЕРА . . . . . . . . . . . . .97 5.1. «Лингвистические» способности микрокомпьютера . . . . . . . .97 6

Стр.7

ОГЛАВЛЕНИЕ 5.2. О том, что такое «мнемоника» и как она заменяет машинный код . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101 5.3. Схема выполнения команды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105 Обобщение главы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110 Практические задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110 6. ВВЕДЕНИЕ В МАШИННЫЙ ЯЗЫК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111 6.1. Назначение регистров ЦПУ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111 Регистры A и F для хранения результатов вычислений . . .111 Регистры общего назначения — «записная книжка» процессора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114 Дополнительные регистры — «дублеры» главных регистров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115 Регистры — указатели адреса IX и IY . . . . . . . . . . . . . . . . . .116 Счетчик команд (PC) и указатель стека (SP) . . . . . . . . . . . .116 6.2. Kоманда загрузки данных (Load) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117 6.3. Kоманды арифметических операций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119 Kоманды сложения и вычитания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119 Kоманды увеличения (INC) и уменьшения (DEC) . . . . . .120 Kоманда сравнения (CP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121 6.4. Kоманды логических операций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122 Kоманды «И», «ИЛИ», «Исключающее ИЛИ» . . . . . . . . . .123 Kоманды инверсии (CPL) и изменения знака (NEG) . . . .124 6.5. Kоманды перехода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .125 Команды безусловного перехода (JP, JR) . . . . . . . . . . . . . . .125 Команды условного перехода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127 6.6. Kоманды вызова подпрограммы и возврата из подпрограммы (CALL, RET) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129 6.7. Команды ввода и вывода (IN, OUT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134 Цикл считывания данных из порта ввода . . . . . . . . . . . . . .134 Цикл записи в порты вывода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136 Обобщение главы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .139 Практические задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .139 7

Стр.8

ОГЛАВЛЕНИЕ 7. СОСТАВЛЕНИЕ ПРОГРАММ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141 7.1. Технические характеристики микрокомпьютера (аппаратные средства) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141 7.2. Задача № 1 — поочередно зажечь определенное количество светодиодов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142 Программирование «по частям» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .144 Kомпоновка единой программы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148 Программа в машинных кодах и на языке ассемблера . . . .149 7.3. Задача № 2 — запомнить последовательность сигналов и воспроизвести ее (вариант 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .153 Процедура записи в память последовательности сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .155 Процедура воспроизведения последовательности сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .157 7.4. Задача № 3 — запомнить последовательность сигналов и воспроизвести ее (вариант 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .161 Запоминаем последовательность сигналов . . . . . . . . . . . . .161 Воспроизводим последовательность сигналов, соблюдая временные интервалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .166 Kоррекция ошибок ввода состояния выключателей (устранение «дребезга») . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170 7.5. Задача № 4 — программа с использованием таблицы данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .173 7.6. Задача № 5 — управление шаговым двигателем . . . . . . . . . . .180 Kак управлять шаговым двигателем . . . . . . . . . . . . . . . . . . .180 Импульсы управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .182 Описание программы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .182 Обобщение главы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .186 Практические задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .186 8. ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЯЮЩЕГО МИКРОКОМПЬЮТЕРА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .187 8.1. БИС портов вводавывода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .187 8

Стр.9

ОГЛАВЛЕНИЕ 8.2. Обработка прерывания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193 Понятие прерывания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193 Сигнал прерывания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .195 Программирование ПИ на обработку прерывания . . . . . .198 Задача № 6 — программа контроля механической системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .201 8.3. БИС таймерасчетчика (CTC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .205 8.4. Преобразования цифровых и аналоговых сигналов . . . . . . . .208 Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) . . . . . . . . . . . .209 Аналогоцифровой преобразователь (АЦП) . . . . . . . . . . . .214 Задача № 7 — программа ввода в ЦПУ изменяющегося во времени аналогового сигнала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .222 Обобщение главы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .227 Практические задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .227 Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .229 Ответы к практическим заданиям . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .244 Предметный указатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .251

Стр.10