Разработка управляющей микро-ЭВМ на базе микропроцессора Z80
Краткое сожержание материала:
Размещено на
38
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. РАСШИФРОВКА И АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ
2. РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССОРНОГО МОДУЛЯ, ИНТЕРФЕЙСА И СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ
2.1 Однокристальная микро-ЭВМ Z80
2.1.1 Основные параметры микро-ЭВМ Z80
2.1.2 Цоколевка и описание выводов микро-ЭВМ Z80
2.1.3 Структура микро-ЭВМ
2.2 Разработка структурной схемы
3. РАЗРАБОТКА ПОДСИСТЕМЫ ПАМЯТИ
3.1 Модуль ОЗУ
3.2 Модуль ПЗУ
4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ВВОДА/ВЫВОДА
4.1 Модуль генератора тактового импульса
4.2 Контроллер клавиатуры и дисплея КР580ВВ79
4.3 Интерфейс ввода/вывода
4.4 Модуль индикатора
5. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА РАБОТЫ УПРАВЛЯЮЩЕЙ МИКРО-ЭВМ
6. РЕАЛИЗАЦИЯ МПС НА БАЗЕ МК
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Микропроцессор - процессор (устройство, отвечающее за выполнение арифметических, логических операций и операций управления, записанных в машинном коде), реализованный в виде одной микросхемы или комплекта из нескольких специализированных микросхем (в отличие от реализации процессора в виде электрической схемы на элементной базе общего назначения или в виде программной модели). Первые микропроцессоры появились в 1970-х годах и применялись в электронных калькуляторах, в них использовалась двоично-десятичная арифметика 4-битных слов. Вскоре их стали встраивать и в другие устройства, например терминалы, принтеры и различную автоматику. Доступные 8-битные микропроцессоры с 16-битной адресацией позволили в середине 1970-х годов создать первые бытовые микрокомпьютеры.
Микроконтроллер - микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает в себе функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ или ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять простые задачи.
В микроконтроллерах незначительная емкость памяти, физическое и логическое разделение памяти программ (ПЗУ) и памяти (ОЗУ), упрощенная и ориентированная на задачи управления система команд, примитивные методы адресации команд и данных, а также специфическая организация ввода/вывода информации предопределяет область их использования в качестве специализированных вычислителей, включенных в контур управления объектом или процессом. Структурная организация, набор команд и аппаратурно-программные средства ввода/вывода информации микроконтроллеров лучше всего приспособлены для решения задач управления и регулирования в приборах, устройствах и системах автоматики, а не для решения задач обработки данных.
Целью курсового проекта является разработка микропроцессорной управляющей микро ЭВМ, реализующей заданные взаимодействия с объектом управления (ОУ) и разработка программных средств системы, обеспечивающих выполнение заданного алгоритма управления.
1. РАСШИФРОВКА И АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ
Управляющая микро-ЭВМ проектируется на базе однокристальной микро-ЭВМ и включает в себя следующие основные устройства:
• процессорный модуль;
• память, состоящую из ОЗУ и ПЗУ;
• устройства параллельного ввода/вывода для связи с ОУ;
• блок последовательного канала для связи с ЭВМ верхнего уровня;
• программируемый системный таймер;
• контроллер прерываний;
• контроллер прямого доступа в память;
• пульт управления.
Базовый микропроцессор (микро-ЭВМ), на основе которого требуется построить управляющую микро-ЭВМ - Z80.
Тип БИС, на которой должен быть реализован блок оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) - КР537РУ10.
Тип БИС, на которой должен быть реализован блок постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) -К541РТ2.
2. РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССОРНОГО МОДУЛЯ, ИНТЕРФЕЙСА И СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ
2.1 Однокристальная микро-ЭВМ Z80
2.1.1 Основные параметры микро-ЭВМ Z80
Zilog Z80 - 8-разрядный микропроцессор, разработанный и производимый фирмой Zilog с 1976 года. Он широко использовался в персональных компьютерах, а также во встраиваемых и военных системах. Z80 вместе с 6502 были доминирующими ЦПУ на рынке 8-разрядных компьютеров с середины 1970-х по середину 1980-х годов. Z80 и его наследники являются одним из наиболее распространённых семейств микропроцессоров.
Z80 имел ряд улучшений по сравнению с 8080:
• расширенный набор команд, включая побитовые операции, поблочное копирование, поблочный ввод/вывод, инструкции поиска
• новые регистры IX и IY, и инструкции для них
• новые режимы прерываний
• два отдельных блока регистров, между которыми можно быстро переключаться, например, для быстрой реакции на прерывания
• единственный 5-вольтовый источник питания
• встроенная схема регенерации динамической памяти
• требовалось меньшее количество других микросхем для обслуживания процессора
• значительно меньшая цена
Необычно большое, для 8-разрядного процессора, количество процессорных регистров позволяло в ряде случаев строить схемы микроконтроллеров вообще без ОЗУ, используя, например, большую часть «альтернативного» набора регистров для оперативного запоминания данных.
Благодаря этим преимуществам, Z80 быстро опередил 8080 на рынке и в итоге стал одним из самых популярных 8-разрядных процессоров.
Первые модели Z80 работали на тактовой частоте 2,5 МГц, со временем максимальная частота для первоначального дизайна была доведена до 8 МГц, и до 20 МГц в КМОП - версии, минимальная частота составляла порядка 1МГц.
Z80 является однокристальным микропроцессором третьего поколения, оперирующим 8-разрядными данными и 16-разрядными адресами. Максимальный объём прямо адресуемой памяти и прямо адресуемого пространства ввода вывода - по 64 Кбайта (пространство ввода-вывода микропроцессора 8080 составляет 256 байт).
Система команд микропроцессора Z80 включает 158 инструкций, из которых 78 полностью аналогичны командам микропроцессора 8080, хотя и имеют другие мнемоники. Помимо традиционных для 8-разрядных микропроцессоров арифметико-логических команд, у Z80 имеются инструкции, работавшие с отдельными битами, а также облегчающие обработку символьной информации.
Выпускались микропроцессоры с различными рабочими тактовыми частотами от 2,5 до 8 МГц (у 8080A - 2,5 МГц), что обеспечивало очень высокое по тем временам быстродействие (команда сложения типа “регистр-регистр” выполнялась за 4 такта, что на частоте 8 МГц составляло 2 млн. операций в секунду). Советский аналог Z80 - микропроцессор КР1858ВМ1 - работает на тактовой частоте 4 МГц.
Микропроцессор содержит два идентичных набора регистров общего назначения по сравнению с единственным набором процессора 8080. Благодаря наличию двух наборов регистров обеспечивается быстрое переключение контекста при обработке прерываний. Кроме того, по сравнению с прототипом были добавлены два 16-разрядных индексных регистра, что позволило расширить набор методов адресации операндов в памяти.
Наконец, на самом кристалле микропроцессора реализован счётчик регенерации динамической памяти, что позволяет резко сократить количество деталей в простых микрокомпьютерах по сравнению с 8080.
Основные параметры МК Z80 приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Характеристики БИС Z80
|
Название параметра |
Z80 |
|
|
Тактовая частота (МГц) |
2,5 - 8 для основной версии; КМОП- версии от 1 (версия Z80L Z8300-1) до 20; короткие команды исполняются за 4 такта |
|
|
Разрядность регистров |
8 бит |
|
|
Разрядность шины данных |
8 бит |
|
|
Разрядность шины адреса |
16 бит |
|
|
Объём адресуемой памяти |
64 Кбайт |
|
|
Количество транзисторов |
8500 |
|
|
Техпроцесс (нм) |
3000 (3 мкм) |
|
|
Размер кристалла |
4,6 на 4,9 мм; площадь - 22,54 ммІ |
|
|
Напряжение питания |
+5 В |
|
|
Другие файлы:
Разработка структуры гипотетического микропроцессора и центральной части МЭВМ на его базе. Эмуляция выполнения команд Проектирование цифрового фильтра верхних частот Реализация системы технического зрения (СТЗ) на базе многокристального микропроцессора (К1804) Микропроцессорная техника Проектирование программно-аппаратного комплекса (ПАК) для облегчения процесса отладки устройств на базе микропроцессора AT91SAM9260 |
© 2006-2015 Студенческий сайт ТНУ им. В.И.Вернадского, TNU.in.UA