Описание лабораторной установки

Лабораторная установка представляет собой учебный микропроцессорный комплект – УМК. Это устройство предназначено для изучения процесса программирования микропроцессора. УМК имеет дисплей, первые четыре индикатора которого отображают адрес в шестнадцатеричном коде, а оставшиеся два индикатора – данные по выбранному адресу также в шестнадцатеричном коде.

Для выполнения лабораторной работы потребуются следующие операции на УМК:

1. Сброс – нажать «СБ»;

2. Переход по адресу: нажать «П», ввести нужный адрес, нажать «ВП»;

3. Переход к следующему адресу: нажать «|_|»;

4. Запуск программы: нажать «СТ», ввести начальный адрес программы, нажать «ВП».

Порядок выполнения работы

1. Продумайте, как работает программа №1, приведенная в табл. 5.3.

2. Продумайте, как протестировать программу №1 с помощью простейших чисел.

3. Получите у преподавателя число в HEX коде (каждому студенту – свое число) и без использования калькулятора вручную проинвертируйте его, получив результат в HEX коде.

Таблица 5.3

Программа инверсии числа в ОЗУ

Адрес HEX	Данные HEX	Команда	Комментарий
0800	3A 00 09	LDA 0900	(A)((0900)) Чтение из ОЗУ
0803	2F	CMA	(A)( ) Инверсия
0804	32 01 09	STA 0901	((0901))(A) Запись в ОЗУ
0807	C7	RST0	Выход

4. Запишите программу № 1 в память УМК.

5. Протестируйте программу №1.

6. Проверьте правильность расчётов по заданному числу с помощью программы №1.

Таблица 5.4

Программа инверсии числа в ОЗУ с использованием косвенной адресации

Адрес HEX	Данные HEX	Команда	Комментарий
0800	21 00 09	LXI H,0900	(HL)0900 Запись регистровой пары адресом данных
0803	7E	MOV A,M	(A)((HL)) Чтение данных из ОЗУ при косвенной адресации
0804	2F	CMA	(A)( ) Инверсия
0805	23	INX H	(HL)(HL)+1 Переход к следующему адресу
0806	77	MOV M,A	((HL))(A) Запись данных в ОЗУ при косвенной адресации
0807	C7	RST0	Выход

7. Повторите те же действия с программой № 2, приведенной в табл. 5.4.

8. Продумайте, как работает программа № 3, приведенная в табл. 5.5.

9. Продумайте, как протестировать программу № 3 с помощью простейших чисел.

10. Получите у преподавателя два числа в HEX коде (каждому студенту – свои числа) и без использования калькулятора вручную сложите их, получив результат в HEX коде.

Таблица 5.5

Программа увеличения числа в ячейке ОЗУ

Адрес HEX	Данные HEX	Команда	Комментарий
0800	3A 00 09	LDA 0900	(A)((0900)) Чтение из ОЗУ
0803	C6 05	ADI 05	(A)(A)+05 Суммирование
0805	32 01 09	STA 0901	((0901))(A) Запись в ОЗУ
0808	C7	RST0	Выход

11. Запишите программу № 3 в память УМК и протестируйте ее.

12. Проверьте правильность расчётов по заданным числам с помощью программы № 3.

13. Продумайте, как работает программа № 4, приведенная в табл. 5.6. Зачем нужно поле «метка»?

14. Продумайте, как протестировать программу № 4.

15. Запишите программу № 4 в память УМК и протестируйте ее различными вариантами чисел, записывая в черновик результаты тестирования.

Таблица 5.6

COMP – программа сравнения чисел в ячейках ОЗУ

Адрес HEX	Данные HEX	Метка	Команда	Комментарий
0800	3A 00 09	COMP:	LDA 0900	(A)((0900)) Чтение из ОЗУ первого числа
0803	47		MOV B,A	(B)(A) Сохранение первого числа в регистре В
0804	3A 01 09		LDA 0901	(A)((0901)) Чтение из ОЗУ второго числа
0807	B8		CMP B	(A)>(B)? Сравнение чисел
0808	D2 0C 08		JNC MET	Переход на МЕТ, если (A)>(B)
080B	78		MOV A,B	(A)(B) Сохранение большего числа
080C	32 30 09	MET:	STA 0930	((0930))(A) Запись в ОЗУ
080F	C7		RST0	Выход

16. Измените программу № 4 таким образом, чтобы она определяла меньшее из чисел (воспользуйтесь табл. 5.2). Протестируйте полученную программу.

17. Продумайте, как работает программа № 5, приведенная в табл. 5.7. Составьте блок-схему алгоритма этой программы и покажите ее преподавателю.

Таблица 5.7

SUM – программа сложения массива чисел в ячейках ОЗУ

Адрес HEX	Данные HEX	Метка	Команда	Комментарий
0800	21 00 09	SUM:	LXI H,0900	(HL)0900. В регистровой паре HL – адрес первого слагаемого
0803	06 05		MVI B,05	(B)05. В регистре В - количество слагаемых (количество циклов)
0805	CD 10 08		CALL ADD8	Вызов подпрограммы ADD8
0808	32 30 09		STA 0930	((0930))(A). Запись в ОЗУ мл. байта результата
080B	79		MOV A,C	(A)(C)
080C	32 31 09		STA 0931	((0931))(A). Запись в ОЗУ ст. байта результата
080F	C7		RST0	Выход
Подпрограмма ADD8:
0810	AF	ADD8:	XRA A	(A)00. В регистре А - мл. байт результата
0811	4F		MOV C,A	(C)00. В регистре С - ст. байт результата
0812	86	CNT:	ADD M	(A) (A) +((HL)). Сложение с числом из массива
0813	D2 17 08		JNC TRM	Переход на TRM, если не было переноса в 9-й разряд
0816	0C		INR C	(C) (C)+1. Инкремент старшего байта результата
0817	23	TRM:	INX H	(HL(HL)+1. Переход с след. адресу массива
0818	05		DCR B	(B) (B)-1. Декремент счетчика циклов
0819	С2 12 08		JNZ CNT	(B)=0? Цикл
081C	C9		RET	Возврат из подпрограммы

18. Продумайте, как протестировать программу № 5.

19. Получите у преподавателя пять чисел в HEX коде (каждому студенту – свои числа) и без использования калькулятора вручную сложите их, получив результат в HEX коде.

20. Запишите программу № 5 в память УМК и протестируйте ее.

21. Проверьте правильность расчётов по заданным числам с помощью программы № 5.

22. Получите у преподавателя индивидуальное задание по разработке своей программы.

Содержание отчёта

Все исследуемые программы без столбцов «Адрес» и «Данные»; результаты тестирования программ; подробное описание всех расчётов, результаты проверки расчётов с помощью программ; описание программы, разработанной по заданию преподавателя.

Контрольные вопросы

1. Что такое микропроцессор?

2. Что такое микропроцессорная система?

3. Для чего нужна память в микропроцессорных системах?

4. Что такое регистры микропроцессора?

5. Что такое Ассемблер?

Литература [3], [4], [5]

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Микропроцессорные реле

Цель работы: ознакомиться с основными принципами работы микропроцессорных реле.

Краткие теоретические сведения

Микропроцессорное реле – это функциональный элемент микропроцессорной техники, способный выполнять функции классических реле: измерение требуемой физической величины, сравнение её значения с уставкой и выдача управляющего воздействия.

Микропроцессорное реле сочетает в себе элементы аппаратной и программной части микропроцессорной системы. Функции измерения и выдачи управляющего воздействия реализует аппаратная часть, а функцию сравнения с уставкой – программная часть. Значение уставки задаётся пользователем с внешней клавиатуры, либо дистанционно через интерфейс связи.

Микропроцессорное реле, в отличие от классических (электромеханических и микроэлектронных) реле, является многофункциональным. Так, например, оно способно одновременно выполнять функции реле тока, реле частоты и реле времени.

Структурная схема микропроцессорного реле приведена на рис. 6.1.

Рис. 6.1

Измеряемый параметр электрической сети (напряжение, ток или частота), через соответствующий измерительный трансформатор ИТ подаётся на вход вторичного измерительного преобразователя ИП, который формирует сигнал требуемого уровня. Этот сигнал поступает на аналоговый вход аналого-цифрового преобразователя АЦП, где преобразуется в двоичный код. Полученный двоичный код передаётся в микропроцессорную систему МПС, в памяти которой имеется требуемое программное обеспечение. Цифровой выход МПС воздействует на вход релейного органа РО, имеющего на выходе электромеханический или электронный ключ, соединяемый с оперативными цепями РЗА.

В качестве АЦП, как правило, используют АЦП последовательных приближений, выполненный на основе ЦАП. Его структурная схема приведена на рис. 6.2.

Рис. 6.2

Преобразование мгновенного значения входного аналогового напряжения в пропорциональный двоичный код осуществляется за тактов, где – разрядность АЦП.

Вначале микропроцессорная система МПС выдаёт логическую единицу в старший разряд цифро-аналогового преобразователя ЦАП, а в остальные разряды – логические нули. На выходе ЦАП формируется аналоговое напряжение , которое сравнивается с входным напряжением с помощью компаратора К.

Если , то на выходе компаратора появляется логический ноль, который передаётся и в МПС, где анализируется. В результате МПС оставляет в старшем разряде единицу и выдаёт логическую единицу в следующий разряд.

Если , то на выходе компаратора появляется логическая единица. В этом случае МПС меняет в старшем разряде единицу на логический ноль и выдаёт логическую единицу в следующий разряд.

Далее процесс повторяется ещё раз. В результате на выходе ЦАП формируется напряжение , а полученный на цифровых входах ЦАП двоичный код записывается в память МПС. Этот код в десятичной системе счисления связан с входным напряжением соотношением:

, (6.1)

где: int – операция извлечения целой части без округления;

– опорное напряжение для ЦАП.