Аппаратно-программный комплекс для изучения основ функционирования и применения однокристальной микроЭВМ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

могут быть включены в семантику отношений между принципами организации образовательной когнитивной системы и психологическими принципами.

Таким образом, наличие вышеуказанных декларативных и процедурных знаний и их отношений позволяет построить граф ситуационного управления образовательным процессом, основой которого являются индивидуальные характеристики учащегося. Наличие такого графа позволяет перевести описание и управление процесса образовательной деятельности на язык информационных процессов с использованием методов и алгоритмов искусственного интеллекта для описания и синтеза моделей тьютора и студента.

А.О.Пьявченко, С.А.Черный, Е.Ю.Снисаренко

АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ОСНОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ОДНОКРИСТАЛЬНОЙ

МИКРОЭВМ

С учетом широкого применения микроконтроллерных систем в бытовой технике и в промышленном оборудовании, с учетом современных реалий состояния рынка труда, с учетом действующего общеобразовательного стандарта по специальности 2201 и с целью сохранения текущего рейтинга специальности перед авторами статьи была поставлена задача разработать и создать с минимальными финансовыми вложениями аппаратно-программный комплекс (АПК), предназначенный для изучения основ построения, программирования и применения микроконтроллеров семейства MCS-51.

Актуальность в изучении микроконтроллеров указанного семейства обусловлена в первую очередь тем, что архитектурно каждый из них представляет собою микроЭВМ, выполненную на одном кристалле и совместимую с базовой ОЭВМ MCS51 фирмы Intel по системе команд, составу регистров общего назначения, по реализованным принципам программного управления внутренними и внешними компонентами. Микроконтроллеры семейства, производимые различными фирмами, как правило, отличаются друг от друга количеством программноуправляемых входов/выходов, номенклатурой встроенных периферийных компонентов (портов ввода/вывода, АЦП/ЦАП, таймер/счетчиков и т.п.), составом и размером встроенных модулей памяти, а также быстродействием ядра, использованными технологиями изготовления и типами корпусов. Кроме того, следует отметить, что уже на протяжении нескольких десятилетий отмечается массовое применение контроллеров семейства MCS-51, ставшее стандартом де-факто в области построения и применения микроконтроллерных систем различного назначения [1].

В результате, на основе анализа имеющихся в распоряжении разработчиков АПК технических средств было решено остановиться на конфигурации ПЭВМ IBM PC/AT- учебный лабораторный стенд SDK-51 (разработка фирмы Intel начала 80 годов). В такой конфигурации стенд SDK-51 используется в качестве исследовательского лабораторного макета со встроенным микроконтроллером типа i8051 и с наборным полем, предназначенным для подключения дополнительного набора периферийных модулей. ПЭВМ отведена роль инструментальной ЭВМ, предназначенной для подготовки и отладки прикладных программ стенда, для управления удаленной загрузки кодов программ посредством интерфейса RS232C, а также для получения результатов их выполнения с последующим ото-294

бражением на экране ее видеомонитора. Такая конфигурация позволяет комплексно решать задачи обучения основам построения и функционирования мик-роконтроллерных систем, получения навыков в подготовке и отладке их программного обеспечения, методам работы с измерительным оборудованием (с осциллографом, логическим анализатором, цифровым вольтметром и т.п.), в настройке и проверке дополнительно устанавливаемого на макете оборудования, программно управляемого со стороны микроконтроллера.

Общая структура аппаратно-программного обеспечения АПК представлена на рис. 1. Штриховкой отмечены компоненты, разработанные и отлаженные в процессе создания комплекса.

Разработанная инструментальная оболочка представляет собой программную среду, работающую в среде MSDOS инструментальной ПЭВМ и разработанную на языке Borland Pascal с применением объектно-ориентированных библиотек Turbo Vision1. Программная среда имеет стандартизированный интерфейс, позволяющий создавать тексты ассемблерных программ на языке «Ассемблер MCS51”, сохранять полученные тексты в виде файлов на жесткий диск ПЭВМ, выполнять их трансляцию и подготовку необходимого загрузочного кода, проводить промежуточную отладку кода на симуляторе микроконтроллера, производить удаленную загрузку кода в стенд с последующим запуском его на выполнение. Кроме того предусмотрена возможность удаленных загрузки и выгрузки требуемых дампов памяти стенда с возможностью отображением транзитных машинных кодов на экране видеомонитора ПЭВМ. Загрузка/выгрузка кодов производится по последовательному каналу ПЭВМ на частоте 9600 бод.

Стенд SDK-51, структура которого представлена на рис. 2, представляет собой смонтированную печатную плату с установленными микроконтроллером, модулями ОЗУ (не более 16Кбайт) и ППЗУ (не более 8Кбайт), с 60-ти клавишной ASCII клавиатурой, 24-х символьным LED-дисплеем, параллельным и последовательным интерфейсами, с адаптером для связи с кассетным магнитофоном и печатным полем для монтажа дополнительных модулей функционального расширения [2,3,4]. В качестве микросхемы микроконтроллера используется отечественный аналог Intel 8031AH - микросхема КР1816ВЕ31. В микросхеме КР1816ВЕ31 не предусмотрено ПЗУ [5], в связи с чем для хранения системных и сервисных программных кодов в составе стенда предусмотрено расширяемое ППЗУ. Блок универсального периферийного интерфейса (УПИ) предназначен для выполнения следующих функций: он управляет процессом ввода-вывода данных и команд между микроконтроллером и основными периферийными устройствами (дисплей, клавиатура, интерфейс последовательного ввода-вывода Intel 8251, кассетный интерфейс); также он осуществляет сканирование клавиатуры и поддерживает дисплей; он формирует контрольные сигналы для логики интерфейса.

1 Авторы статьи выражают благодарность инженеру кафедры ВТ Переверзеву В.А. за большую помощь, оказанную им в разработке инструментальной программной оболочки стенда и в процессе отладки комплекса.

Основное программное обеспечение 1вм РС: Основное программное обеспечение

Рис. 1

Отличительной чертой стенда SDK-51 является то, что он создавался фирмой Ме1 как наглядное практическое пособие для пользователя, желающего ознакомиться с микроконтроллерами семейства Ме1 8051, получить навыки работы с ними. Следует отметить, что реализованные в стенде схемотехнические решения носят открытый характер (имеется в достаточном объеме техническая документация [2,3,4], открыт доступ к плате), что позволяет пользователю производить необходимые инженерные измерения, а также необходимые доработки программно-аппаратного обеспечения стенда. Так, например, при соответствующей доработке аппаратно-программного обеспечения стенда для организации второго последовательного канала возможно использование универсального асинхронного приемо-передатчика из состава интерфейсов самого микроконтроллера.

Функции системного программного обеспечения стенда SDK-51 выполняет записанная в ППЗУ программа-монитор [4]. Она предназначена для управления встроенными аппаратными ресурсами стенда как в автономном режиме, так и в режиме интерактивного диалога с пользователем. Кроме того, программа-монитор предоставляет пользователю минимальные средства интерактивной загрузки и отладки программного кода, запуска его на выполнение и отображения полученных результатов на встроенном дисплее. Предоставляемые сервисные средства позволяют осуществлять загрузку кодов программ и данных с инструментальной ПЭВМ с последующим запуском загруженных программ на выполнение в микроконтроллере стенда SDK-51. Запуск на выполнение, как правило, осуществляется пользователем сервисными командами, мнемокод которых набирается на клавиатуре стенда.

Рис. 2

Весь список лабораторных работ, который может быть реализован на созданном АПК, следует разделить на три группы. К первой группе следует отнести работы, связанные с изучением архитектуры ОМЭВМ, ее системы команд, получения практических навыков в их применении. Работы проводятся как с применением стенда SDK-51 в автономном режиме работы, так и под управлением инструментальной ПЭВМ. Ко второй группе следует отнести работы, связанные с изучением архитектуры всего стенда и с использованием ОМЭВМ для программного управления его программно-доступными компонентами. К третьей группе следует отнести работы, цели и сущность которых определяются используемыми в составе стенда дополнительными модулями функционального расширения. Структуру некоторых из них можно найти в [6]. Это, в свою очередь, позволяет адаптировать возможности стенда под разноплановые задачи схемотехнических дисциплин учебного процесса не только кафедры ВТ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Синютин С.А., Максимов А.В. Архитектура микроконтроллеров семейства MCS-51TM: Учебное пособие. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. 80с

2. SDK-51 MCSTM-51 SYSTEM DESIGN KIT USER’S GUIDE: INTEL Corporation 1981 Order Number 121588-002

3. SDK-51 MCSTM-51 SYSTEM DESIGN KIT ASSEMBLY MANUAL: INTEL Corporation 1981 Order Number 121589-002

4. SDK-51 MCSTM-51 SYSTEM DESIGN KIT MONITOR LISTING MANUAL: INTEL Corporation 1981 Order Number 121590-003

5. Однокристальные микроЭВМ: Справочник/ Под ред. В.Г. Лохвинского. М.: Бином, 1994. 292 с., ил.

6. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC: Пер. с англ./ Под ред. У. Томпкинса, Дж. Уэбстера. М.: Мир, 1992. 592 с., ил.