Файл: Руководство по изучению дисциплины МП устройства (бакалавры).doc

20

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

Учреждение высшего профессионального образования

Московский государственный открытый университет

имени В.С. Черномырдина

Кафедра «Информационные системы и измерительные технологии»

Руководство по изучению дисциплины

Микропроцессорные устройства систем управления

для студентов направления 230100.62 – Информатика и вычислительная техника

профиль подготовки: «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем»

Квалификация – бакалавр

Нефедов С.В.

Москва

2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Назначение руководства по изучению дисциплины 3

2. Содержание руководства по изучению дисциплины 3

2.1.Краткое содержание дисциплины, методические

указания по изучению тем 3

Тема 1. Общая характеристика микропроцессорной техники 3

Тема 2. Принципы организации микропроцессорных систем 3

Тема 3. Универсальные микропроцессоры, микроконтроллеры

и их применение 4

Тема 4. Основы программирования микропроцессоров,

средства разработки и отладки программного обеспечения 4

Тема 5. Примеры разработки программ на языке ассемблера 5

Тема 6. Программирование микроконтроллеров

на языках высокого уровня 5

Тема 7. Мультипроцессорные системы, транспьютеры 5

Тема 8. Промышленные логические контроллеры 5

2.2. Контрольные вопросы для самопроверки 6

2.3. График изучения дисциплины и прохождения

контроля усвоения материала 8

2.3.1. Дневная полная форма обучения 8

2.3.2. Дневная сокращенная форма обучения 8

2.3.3. Заочная полная форма обучения 8

2.3.4. Заочная сокращённая форма обучения 8

2.4. Перечень основной и дополнительной рекомендуемой

литературы, контрольных обучающих программ

и других средств обучения 9

2.4.1. Перечень основной литературы 9

2.4.2. Перечень дополнительной литературы 9

2.4.3. Перечень лабораторных стендов 10

2.5. Требования к объёму знаний при итоговом контроле 10

2.6. Перечень лабораторных работ и указания по их выполнению 11

2.7. Задания на контрольную работу 12

2.7 Задания на курсовой проект 16

2.8. Организация оперативной связи студента с преподавателем 20

1. Назначение руководства по изучению дисциплины

Руководство по изучению дисциплины «Микропроцессорные устройства систем управления», являющейся дисциплиной профессионального цикла Б3.В5, предназначено для самостоятельной работы студентов специальности 230100.62 очной полной (3 курс), очной сокращенной (2 курс), заочной полной (5 курс) и заочной сокращенной (3 курс) форм обучения.

Требования к содержанию дисциплины в соответствии с ГОС: классификации, краткая характеристика возможностей и применения микропроцессорных средств; архитектура микропроцессорной системы (МПС); организация подсистем обработки, управления, памяти и ввода-вывода; основные задачи проектирования МПС; однокристальные микро-ЭВМ и контроллеры, организация и особенности проектирования систем на их основе; краткий обзор состояния и перспективных проектов МПС; мультимикропроцессорные системы, основные конфигурации, области их использования; транспьютерные системы; средства разработки и отладки МПС.

2. Содержание руководства по изучению дисциплины

2.1. Краткое содержание дисциплины, методические указания по изучению тем:

Тема 1. Общая характеристика микропроцессорной техники.

Л.1, с. 197-213; Л.2, с. 1-34; Л.6, с. 1-28.

Исторические предпосылки появления микропроцессорной техники; классификация микропроцессоров; понятие архитектуры МП; принципы Фон Неймановской и Гарвардской архитектуры памяти; принципы управления МП; характеристики и назначение управляющих сигналов МП; понятие машинного цикла; особенности RISC и CISC процессоров; сравнительный анализ МП различных производителей.

Тема 2. Принципы организации микропроцессорных систем

Л.1, с. 213-215, 241-243, 324-334; Л.2, с. 117-124, 183-199, 211-299; Л.3, с. 139-146; Л.4, с. 7-62, 77-86, 98-129, 161-177; Л.6, с. 29-39, Л7, с. 10-86, 329-507.

Структура микропроцессорных систем с общей шиной, с распределенными шинами; способы организации информационных и управляющих шин; организация ввода-вывода данных в микропроцессорной системе; организация подсистемы памяти; классификация и основные характеристики интерфейсов микропроцессорных систем: RS-232, RS-485, USB, I2C, SPI; микропроцессорные комплекты (МПК) микросхем: схемы формирователей тактовых импульсов и начальной установки, последовательные и параллельные приемопередатчики, регистры портов, системные счетчики-таймеры, контроллеры прерываний, контроллеры прямого доступа к памяти; принципы построения и подключения клавиатур, жидкокристаллических символьных и графических индикаторов.

Тема 3. Универсальные микропроцессоры, микроконтроллеры и их применение.

Л.1, с. 217-218, 225-243; Л.2, с. 37-181, 301-363, 377-397; Л.3, с. 52-119, 152-221; Л.6, с. 70-87, Л.5, с. 22-69, Л.7, с. 87-322.

Структура и характеристики типового однокристального восьмиразрядного МП с CISC-архитектурой, назначение и работа основных узлов, управляющие сигналы; пример построения электрической принципиальной схемы микропроцессорной системы на основе однокристального МП; способы адресации данных, машинный цикл и система команд однокристального восьмиразрядного МП i8080; отличительные особенности восьми- и шестнадцатиразрядных МП; однокристальный микроконтроллер как интегрированная структура микропроцессорной системы в едином кристалле; способы адресации данных, машинный цикл и система команд восьмиразрядного микроконтроллера Atmega128 с RISC-архитектурой; интегрированные устройства в кристалл микроконтроллера Atmega128 и их управляющие регистры ввода-вывода.

Тема 4. Основы программирования микропроцессоров, средства разработки и отладки программного обеспечения.

Л.1, с. 215-225; Л.2, с. 14-34; Л.3, с. 288-314; Л.6, с. 41-69; Л.8, с. 251-267, Л.5, с.74-85, Л.7, с. 508-563.

Определение языка программирования, исходной и объектной программы; методы трансляции исходной программы в объектную; сравнительный анализ языков высокого и низкого уровней;. программирование на языке ассемблера, структура оператора языка Ассемблера, машинные команды, макрокоманды, директивы определения данных и управления Ассемблером; программные и аппаратные средства разработки и отладки прикладных программ.

Тема 5. Примеры разработки программ на языке ассемблера.

Л.6, с. 87-99.

Методы выделение разрядов байта с помощью операции маскирования, организация операций безусловной и условной передачи управления по состоянию регистра флагов, организация циклических структур алгоритмов, программной реализации различных способов адресации к содержимому памяти; методы программирования процессов ввода и вывода информации по прерыванию из периферийных устройств микропроцессорных систем, создание временных задержек программным путем и с помощью программируемых таймеров.

Тема 6. Программирование микроконтроллеров на языках высокого уровня (тема изучается студентами самостоятельно).

Л.5, с. 107-194.

Особенности применения языков высокого уровня для программирования микроконтроллеров; структуру оператора языка С++; типы данных и команд языка С++, организация передачи управления и циклов на языке С++; взаимодействие программных модулей, написанных на языках Ассемблера и С++.

Тема 7. Мультипроцессорные системы, транспьютеры.

(6. с. 100-132).

Классификация систем параллельной обработки данных; многопроцессорные системы с общей памятью; многопроцессорные системы с локальной памятью и многомашинные системы; организация и характеристики транспьютеров.

Тема 8. Промышленные логические контроллеры.

(5. с. 133-145).

Промышленный логический контроллер (ПЛК) – как функционально законченная микропроцессорная система для задач управления и автоматизации производственными процессами; Архитектура ПЛК на примере Siemens Logo; среда разработки программного обеспечения для ПЛК на основе функциональных блок-диаграмм Siemens Logo Soft.

2.2. Контрольные вопросы для самопроверки.

1. Структура микропроцессорной системы. Назначение основных узлов.

2. Схема тактового генератора и начальной установки.

3. Интерфейс RS-232. Протокол обмена, технические характеристики, пример реализации в интегральном исполнении.

4. Интерфейс SPI. Протокол обмена, технические характеристики, примеры использования.

5. Интерфейс USB. Протокол обмена, технические характеристики, примеры использования.

6. Использование и программирование системных счетчиков-таймеров.

7. Классификация периферийных устройств микропроцессорных систем.

8. Принципы построения и подключения клавиатур.

9. Дисплеи и жидкокристаллические цифровые и графические индикаторы. Особенности использования в микропроцессорных системах.

10. Печатающие устройства. Кодовая страница печатающего устройства. Стандартный протокол обмена данными с печатающим устройством.

11. Программный ввод-вывод.

12. Ввод-вывод по прерыванию. Контроллеры прерываний.

13. Режим прямого доступа к памяти. Контроллеры прямого доступа к памяти.

14. Классификация МП.

15. Обобщенный машинный цикл МП. RISC и CISC процессоры.

16. Структура однокристального МП. Назначение и работа основных узлов.

17. Назначение регистра флагов.

18. Назначение счетчика команд и указателя стека.

19. Описание входных и выходных сигналов МП.

20. Способы адресации данных.

21. Система команд однокристального МП. Команды пересылки данных.

22. Команды выполнения арифметических и логических операций.

23. Команды передачи управления. Специальные команды.

24. Принципиальная схема микропроцессорной системы на основе однокристального микропроцессора.

25. Структура микроконтроллера Mega семейства AVR.

26. Система команд микроконтроллера Mega семейства AVR.

27. Организация памяти микроконтроллера Mega семейства AVR.

28. Управляющие регистры микроконтроллера Mega семейства AVR.

29. Языки программирования МП.

30. Программирование на языке Ассемблера. Структура оператора.

31. Средства разработки прикладных программ. Резидентные и кросс-средства.

32. Средства отладки прикладных программ. Пошаговый режим и режим трассировки программы.

33. Программные и аппаратные эмуляторы.

34. Программирование микропроцессоров на языках высокого уровня.

35. Структура оператора языка С++.

36. Типы данных языка С++.

37. Типы команд языка С++.

38. Организация условных переходов в языке С++.

39. Организация циклов в языке С++.

40. Особенности использования МП в системах управления.

41. Промышленные логические контроллеры – назначение, характеристики, особенности использования в системах автоматизации и управления.

42. Особенности программирования ПЛК на языке функциональных блок-диаграмм.