ГЛАВНАЯ   |   МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ   |   ОПИСАНИЕ КУРСА   |   ЛИТЕРАТУРА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Цель работы

Привить навыки разработки аппаратного и программного обеспечения простейшей микропроцессорной системы управления различными процессами.

Содержание работы

Микропроцессорная система (МП-система) - это специализированная вы­числительная или управляющая система, построенная на основе микро­процессорных средств. Разработку конкретной МП-системы можно разбить на следующие этапы:
1.  Постановка задачи (описание работы МП-системы управления каким -либо процессом).
2.  Составление структурного алгоритма работы МП-системы управления (функциональная схема).
3.  Составление архитектурной схемы МП-системы.
4.  Разработка аппаратного обеспечения системы:
4.1.    Подбор БИС аппаратного обеспечения блока микропроцессора;
4.2.    Определение состава и объема устройств памяти (ЗУ);
4.3.    Определение состава интерфейс устройств ввода-вывода информа­ции (УВВ);
4.4.    Разработка системы адресации ЗУ и УВВ;
5.  Разработка программного обеспечения МП-системы:
5.1.    Составление структурной блок-схемы программы;
5.2.    Написание листинга программы.

1. Постановка задачи

Постановка задачи отражается содержанием индивидуального задания, на основании которого необходимо особо выделить требования, предъяв­ляемые к конкретной МП-системе:
-    принимать информацию о контролируемых параметрах от датчиков (или измерительных приборов);
-    обрабатывать информацию по определенной программе (например, сравнить её с предельными значениями; нахо­дить среднее арифметическое значение определенного ко­личества измерений или минимальное значение параметра за заданный интервал времени и т.п.);
-    производить выдачу результатов измерения;
-    оперативно отображать результаты обработки информа­ции на дисплее, светодиодах, звуковых синтезаторах и т.д.;
-    иметь простейший пульт для ввода дополнительных па­раметров эксперимента ( например, интервалов времени оп­роса датчиков, количества выводимых на печать данных и т.п.)

2. Составление функциональной структурной схемы системы управления процессом

С точки зрения функциональных задач, выполняемых элементами в системе управления процессом, их можно разделить на воспри­нимающие, задающие, сравнивающие, преобразующие и испол­нительные. Функциональная связь между измеряемым парамет­ром (входным сигналом) и параметром в управляемом процессе (выходным сигналом) может быть представлена следующей схе­мой (рис. 1)

Воспринимающие элементы служат для измерения значения како­го-либо параметра объекта регулирования.
Следует заметить, что воспринимающий элемент реагирует на изменение входного сигнала по-разному: в одних случаях при не­прерывном изменении величины входного сигнала выходной сиг­нал изменяется также непрерывно, а в других происходит скачко­образное изменение выходного сигнала. В этом случае воспринимающий элемент работает в релейном режиме.
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) - предназначен для преобразования аналогового сигнала датчика в цифровой двоич­ный код.
МП - система осуществляет прием и обработку поступившей в нее информации, сравнивая ее цифровые значения с заданными, помещенными в ее запоминающих устройствах, и затем выдает результаты обработки информации через порт вывода.
Цифроаналоговый преобразователь  (ЦАП) - преобразует цифровой код выходного сигнала МП-системы в аналоговый сигнал.
Преобразующие элементы осуществляют необходимое преобра­зование выходного сигнала и, в частности, его усиление.
Исполнительные элементы воздействуют на органы управления объектом. Одни и те же функциональные элементы в разных сис­темах   могут   выполнять   различные   функциональные   задачи. Функциональная структурная схема позволяет уяснить не только состав, но и взаимосвязь отдельных элементов системы управле­ния процессом.

3. Составление архитектурной схемы микропроцессорной системы

Под архитектурой МП-системы понимают совокупность инте­гральных схем, реализующих различные функции и связанных между собой шинами, программных и микропрограммных средств, рассматриваемых с точки зрения пользователя - программиста, Архитектура разрабатываемой МП-системы опреде­ляется:
-    архитектурой МП;
-    составом входящих в систему функциональных узлов (ИС);
-    количеством системных шин;
-    организацией обмена информацией с помощью различ­ных интерфейсов.
В такой системе можно выделить следующие основные элементы:
-    блок микропроцессора МП с генератором тактовых им­пульсов (ГТИ);
-    контроллер адреса памяти (дешифратор адреса ДА), форми­рующий сигналы выборки устройств МП-системы (т.е. привязывающий их к определенному адресу в адресном пространстве системы);
-    запоминающие устройства (ЗУ) для хранения программ и данных, включающие в себя ПЗУ и ОЗУ;
- устройства ввода-вывода (УВВ), служащие для обмена информацией с ВУ. Для реализации различных режимов обмена информацией в МП-систему при необходимости можно включить контроллер преры­ваний (КП) доя обработки сигналов запросов на обслуживание УВВ, а также контроллер прямого доступа к памяти (КПДП) для организации быстрого обмена данными между ЗУ и УВВ (на рис. 2 не показан). Все устройства МП-системы связаны между собой с помощью сопряжений, называемых интерфейсами и представ­ляющих собой совокупность технических (ИС, провода, шины) и программных (сигналы и программ управления обменом инфор­мацией) средств. Зачастую схемы интерфейса располагаются в са­мих связываемых устройствах.
Архитектурная схема типовой МП-системы представлена на рис. 2 Центральным элементом МП-системы является БИС микропро­цессора (CPU).
Однокристальные МП отличаются фиксированной разрядностью обрабатываемой информации и фиксированной системой команд. В одной БИС МП размещаются арифметико-логическое устройст­во (АЛУ), блок дешифрации команд, устройство управления (УУ) внутренними блоками и внешним обменом информацией, блок ре­гистров, каскады согласования внутренних и внешних сигналов.
Для однокристальных МП характерны последовательная органи­зация вычислительного процесса, последовательный обмен ин­формацией по общей внутренней ШД, соединяющий все внутрен­ние блоки МП.
Основными блоками архитектурной схемы МП являются арифме­тико-логическое устройство (АЛУ) и устройство управления (УУ).
Информация в МП поступает через шины - магистрали, которые связывают его с блоками памяти и различными внешни­ми устройствами. В МП КР 580ВМ80А имеется три канала связи; соответственно МП-система содержит три системных шины: ад­ресную, информационную (шина данных) и управляющую. МП обрабатывает информацию в соответствии с последовательностью команд, записанных в схемах памяти (ЗУ). Для получения кода команды, которую необходимо исполнить, МП формирует на ши­не адреса (ША) адрес ячейки памяти, в которой она записана, а на шине управления (ШУ) - управляющие сигналы, обеспечивающие в ЗУ режим считывания информации. Считанный из ЗУ код ко­манды поступает по шине данных (ШД) в МП, где он записывает­ся в регистр команд, расшифровывается и в соответствии с запи­санным кодом выполняются микрооперации, необходимые для реализации команды.

Для многих команд требуются процедуры обмена информацией не только с ЗУ, но и с разнообразными внешними устройствами вво­да-вывода. При реализации обмена данными МП формирует на ША адрес ячейки ЗУ или код (адрес) внешнего устройства, к кото­рому он обращается. Одновременно МП по ШУ формирует управ­ляющие сигналы, настраивающие подключаемое устройство на необходимый режим обмена информацией (запись, считывание, хранение и т.д.)
После формирования кода адреса и управляющих сигналов по ШД передается информация. Эта информация преобразуется (об­рабатывается) в МП в соответствии с кодом команды, записанной в его регистре команд. Для этого УУ МП формирует управляющие сигналы на АЛУ. Одновременно с выполнением текущей команды УУ МП формирует адресный код следующей команды в регистре адреса.
Согласование характеристик сигналов (по уровню, коду, времени), передаваемых по системным шинам, с внутренними сигналами различных блоков и МП осуществляется интерфейсными схемами соответствующих устройств.
Программный счетчик (РС) используется для хранения адреса вы­полняемой команды. Содержание РС увеличивается автоматически после расшифровки кода выполняемой команды и начала её выполнения, указывая адрес следующей команды. Указатель стека SР содержит адрес ячейки памяти, где записан ад­рес первой команды, которую необходимо выполнить после отра­ботки подпрограммы прерывания.
Из архитектуры МП следует, что обрабатываемые числовые дан­ные, коды операций и результаты вычислений вводятся и выводят­ся по одной и той же ШД. Чтобы различать назначение информа­ции, передаваемой по ШД, используется строго определенная по­следовательность выполнения команд, которая задается импуль­сами Ф1 и Ф2 генератора тактовых импульсов. Скорость обработки информации определяет генератор тактовых импульсов, который подключён непосредственно к МП. 

4. Разработка аппаратного обеспечения МП-системы

Стремление упростить разработку МП-систем привело к созда­нию микропроцессорных комплектов БИС различного функцио­нального назначения, имеющих совместимые электрические, кон­структивные и эксплуатационные параметры. Аппаратное обеспечение разрабатываемой МП-системы рекомен­дуется выполнять на основе микропроцессорного комплекта БИС серии КР580; который наиболее широко используется для по­строения простых МП-систем и имеет следующие архитектурные достоинства:
-    большой выбор программируемых периферийных микросхем различного назначения;
-    автономность и функциональную законченность отдельных микросхем;
-    унификацию их интерфейса;
-    логическую и электрическую совместимость сигналов с мик­росхемами других серий (К155, К531, К555).

обеспечивают данному комплекту БИС широкое применение при создании микропроцессорных систем для управления различными технологическими процессами и из­мерительными системами, для устройств локальной автоматики, контроллеров измерительных приборов.
Микропроцессорный комплект КР580 включает в свой состав следующие БИС, которые условно можно разделить на три груп­пы 
БИС блока процессора:
КР580ВМ80А (КР580ИК80А) - однокристальный 8-разрядный микропроцессор;
КР580Г Ф24-генератор тактовых сигналов;
КР580ВК28-системный контроллер и шинный формирователь;
КР580ВК38
КР580ИР82-6уферный регистр (стробируемый);
КР580ИР83-буферный регистр с инверсией;
КР580ВА86-шинный формирователь (неинвертирующий);
КР580ВА87-шинный формирователь с инверсией.
БИС     этой     группы     обеспечивают    работу     МП-системы, формирование шин и сопряжения с ними.
Универсальные интерфейсные БИС:
КР580ВВ51А (КР580ИК51А) - программируемый последователь­ный интерфейс;
КР580ВИ53 (КР580ИК53) - программируемый таймер;
КР580ВВ55А (КР580ИК50) - программируемый параллельный интерфейс;
КР580ВТ57 (КР580ИК57) - программируемый контроллер прямо­го доступа к памяти;
КР580ВН59 (КР580ИК59)-программируемый контроллер преры­ваний.
Универсальные  БИС  используется  для  подключения  к  МП-системе внешних устройств (ВУ) и позволяют организовать раз­личные режимы обмена информацией между МП и ВУ.
БИС контроллеров устройств:
КР580ВВ79 - программируемый контроллер клавиатуры и дис­плея (интерфейс клавиатуры дисплея);
КР580ВГ75 -программируемый контроллер электронно-лучевой трубки;
КР580ВК91 А-интерфейс МП-канал общего пользования;
КР580ВА93-приемопередатчик МП-канал общего пользования;
КР580ВТ42-контроллер динамического ОЗУ. БИС контроллеров различных устройств предназначены для со­пряжения с конкретным классом систем: клавиатурой, светодиод­ным дисплеем, дисплеем на электронно-лучевой трубке и др. БИС первой и второй групп являются основной элементной базой для построения МП-системы.
Основные   характеристики   микропроцессорного   набора   БИС КР580ВМ80А следующие:
-    тип микроэлементной технологии, используемой при изготов­лении МП БИС-n-МОП;
-    количество кристаллов, образующих микропроцессор - одно­кристальная БИС;
-    длина (количество разрядов) слова, обрабатываемого микро­процессором - 8 разрядов;
-    быстродействие: тактовая частота - 2МГц; время выполнения команд основных операций (сложение содержимого двух регист­ров) - 500нс (0.5 мкс);
-    емкость адресуемой памяти – до  64 Кбайт;
-    ширина выборки из памяти – 16 байт;
-    обращение к памяти – 16 разрядный (двухбайтовый) адрес;
-    эффективность системы команд: количество команд – 78 (не счи­тая модификаций); выполняемые операции: наличие операций над 16-разрядными словами; использование трех форматов ко­манд (одно-, двух- и трехбайтового); возможные способы адреса­ции - прямая, регистровая, косвенная, непосредственная, стеко­вая; наличие команд работы со стеком; наличие команд операций с битами, десятичными числами, числами с плавающей точкой;
-    число уровней прерывания (количество запросов) - 8;
-    возможность прямого доступа к памяти - имеется;
-    количество и уровни питающих напряжений: +5В, -5В, +12В;
-    мощность, рассеиваемая БИС микропроцессора – 750+1500мВт;
-    число входящих в микропроцессорный набор дополнительных БИС - 19
Условные обозначения интегральных схем, схемы и назначение их выводов приведены в приложении «БИС аппарат­ного обеспечения МП-системы».

4.1. Подбор БИС аппаратного обеспечения блока микро­процессора

Блок микропроцессора (рис.3), основой которого является МП БИС, формирует и обрабатывает большинство сигналов. Входя­щие в блок микросхемы служат для обеспечения работы МП (ге­нератор тактовых импульсов) и сопряжения его с шинами (буфер­ные регистры)

4.1.1. Выбор МП

В МП комплекте КР 580 используется МП КР580ВМ80А, схема выводов которого приведена на рис. П.2, а функциональное назначение выводов в табл. П.1 приложения П.1

4.1.2. Выбор генератора тактовых импульсов (ГТИ)

Процессы преобразования информации в МП БИС и её обмена данными с внешними устройствами должны быть тактируемы по времени и синхронизированы импульсами тактового генератора. Кроме МП многие БИС МП-системы также требуют временной синхронизации внешнего тактового генератора. К таким БИС от­носятся программируемые устройства ввода-вывода информации в параллельном и последовательном коде; таймеры (формирую­щие различные временные интервалы для управления работой от­дельных блоков системы); канал прямого доступа к памяти; про­граммируемый блок приоритетных прерываний.
Синхронизация перечисленных БИС осуществляется одновре­менной начальной установкой - подачей на вход RESET(RS) мик­росхем импульса начальной установки от тактового генератора. Импульс начальной установки переводит БИС МП-системы в строго определенное начальное состояние, а при его снятии начи­нается выполнение программы с заранее выбранного адреса.
Тактовые импульсы от ГТИ начинают поступать на МП сразу по­сле включения питания, но запуск МП осуществляется только по сигналу начальной установки (например, от специальной кнопки «Пуск» или спустя время выдержки после включения питания и др.) Условное графическое обозначение генератора импульсов КР580ГФ24 (рис. П.6), назначение его выводов (табл. П.5) и схема подключения к микропроцессору КР580 ВМ80А (рис. П.7) приве­дены в приложении П.3

Наиболее рациональным схемотехническим решением задачи формирования синхронизирующих импульсов в МП-системе яв­ляется выполнение тактового генератора в виде отдельной микро­схемы (например, КР580ГФ24). Тактовый генератор должен обла­дать стабильной частотой импульсов синхронизации, определен­ной длительностью фронтов нарастания и спада импульсов, ста­бильной скважностью и др. Несоблюдение указанных требований может привести к неправильному выполнению операций. Стаби­лизация частоты генерируемых импульсов достигается подклю­чением ко входу ГТИ кварцевого резонатора. Итак, ГТИ:
-    формирует синхроимпульсы на входе МП и других БИС ком­плекта;
-    формирует импульс начальной установки БИС;
-    может дополнительно формировать строб-импульсы для запи­си информации на системных шинах (в этом случае на входы ГТИ должны подаваться сигналы состояния БИС МП).

4.1.3. Формирование системных шин

Обмен информацией между МП и различными блоками МП-системы осуществляются с использованием системных шин: адреса, данных и управления. Задача формирования шин решается из знания назначения выводов МП и временных диаграмм работы.
Шина адреса (ША) МП-системы формируется из однонаправлен­ного канала адреса МП БИС. Запись кода адреса осуществляется в однонаправленный формирователь ША КР580ИР82 по стробирующему сигналу SТВ с выхода МП. Так как выдача адреса мо­жет осуществляться или МП, или схемой канала прямого доступа к памяти, то для предотвращения конфликта на ША, вызванного одновременной выдачей адреса от двух различных источников, необходимо гарантировать использование ША только одним ис­точником и отключением неработающей схемы МП от ША. По­следнее обеспечивается поступлением от МП сигнала HLDA (за­хват шины). БИС формирователя ША имеет выходы с тремя состояниями.
Перевод в третье состояние осуществляется по сигналу подтвер­ждения захвата шины другим устройством HLDA (обслуживание захвата), формируемого МП в момент его отключения от управ­ления шиной адреса.
Таким образом, основными функциями БИС формирователя ША являются:
-    запись кода адреса, выданного МП;
-    отключение МП от ША при работе МП-системы в режиме «за­хвата» шины другим источником адреса;
-    усиление сигналов, поступающих от МП.
Так как разрядность ША-16, а разрядность буферного регистра КР589ИР82 - 8, то очевидно, что для формирования связи МП с ША потребуется 2 ИС буфера адреса. Условное графическое обо­значение адресного буфера КР580ИР82 приведено в приложении П.4 на рис. П. 10, а назначение выводов в табл.П.7.
Системная шина данных (ШД) МП-системы является двунаправ­ленной магистралью, по которой осуществляется обмен информа­цией между МП и другими БИС системы в обоих направлениях. Информация может представлять числовые данные, коды команд или слово состояния МП.
Для организации двунаправленного потока информации по ЩД, ис­пользуется двунаправленный шинный формирователь (БИС КР580ВА86/87). Его основными функциями являются:
-    разделение двунаправленного потока информации на два проти­воположных однонаправленных потока, связанных с устройства­ми ввода-вывода информации;
-    отключение внутренней ШД МП от системной ЩД в интервалах времени, когда МП не взаимодействует с системой ШД, давая возможность другим БИС использовать эту магистраль.
Подключение МП к шине данных может быть произведено либо по­средством двунаправленного шинного формирователя КР580ВА86/87 (условное обозначение - на рис. П1.12, назначение выводов табл. П.8. приложения П.4); либо посредством ИС КР580ВК28/38, соединяющий в себе двунаправленный буферный регистр данных и системный контроллер, формирующий управ­ляющие сигналы для шины управления. Схема выводов КР 580ВА86/87 - на рис. П.8, назначение выводов - в табл. П.6 при­ложения П.4
Шина управления (ШУ) - используется для указания отдельным БИС МП-системы на тип выполняемой операции в текущем машин­ном цикле. Наиболее распространенными являются следующие ли­нии ШУ
Линия сигнала READ (чтение)
Сигнал этой линии определяет интервал времени, в течение которо­го данные от внешнего устройства или памяти поступают с ШД МП-системы в МП БИС. В ряде МП-систем ШУ может иметь две линии READ: чтение памяти MEMR (MEMORY READ) или просто RD и чтение устройства ввода RDIO (READ INPUT/OUTPUT).
Линия сигнала WRITE (запись)
Сигнал на линии «Запись» указывает интервал времени, в течении которого данные из МП записываются в память или внешнее уст­ройство. Линия записи также может быть разбита на две: запись в память MEMW (MEMORY WRITE) или просто WR, запись в уст­ройство вывода WRIO (WRITE INPUT/OUTPUT).
Обслуживание прерывания INTE или INTA. (INTERRUPT) Сигнал на этой линии указывает, что МП приступил к режиму об­служивания запроса на прерывание, выданного внешним устройст­вом. Английская расшифровка сигнала – INTERRUPT ACK NOWLEDGE. Сигнал INTE является ответом МП на сигнал запроса внеш­него устройства на прерывание работы МП.
Обслуживание захвата (HLDA)
Сигнал на этой линии указывает, что МП перешел в режим обслу­живания запроса на захват его системных шин. Сигнал HLDA яв­ляется ответом МП на сигнал внешнего устройства HLD (HOLD) -запрос на захват его шин при ПДП.
Часть сигналов шины управления формируется на специальных вы­ходах МП, а часть выдается на короткое время на выходах ШД МП. Так как сигналы ШУ нужно использовать в течение всего машинно­го цикла, то их необходимо записывать в специальном формирова­теле ШУ МП-системы (КР580ВК28), используя импульсы SYNC синхронизации с выхода МП.
Таким образом, можно представить следующие сигналы шины управления:
IORC - строб чтения из УВВ;
IOWC - строб записи в УВВ;
MRDC - строб чтения из памяти;
MWTC - строб записи в память;
IRQ - запрос на прерывание МП БИС от контроллера прерываний;
IACK - подтверждение прерывания МП БИС для контроллера пре­рываний и ВУ;
HRQ - запрос захвата системных шин внешним ЗУ от контроллера прямого доступа к памяти;
HACK - подтверждение захвата системных шин на КПДП и отклю­чение от шин МП;
INIT - начальная установка;
PCLK - тактовая частота;
BUSEN - разрешение работы шин МП БИС;

4.2. Определение состава и объема устройств памяти

Электронная память содержит операнды и программы, выполняе­мые микропроцессором. Разрядность слов, содержащихся в памяти, соответствует разрядности внутренней шины данных МП (т.е. для МПКР580ВМ80А)-8). Используются два типа памяти:
-    постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), хранящее про­граммы инициализации программно - управляемых периферий­ных устройств, интерпретатор диалогового языка программиро­вания (например, Ассемблер); программы ядра операционной системы; некоторые наиболее часто используемые прикладные программы;
-    оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), хранящее данные и программы оператора, используемые МП.

4.2.1. Подключение ЗУ к системным шинам

В качестве запоминающих устройств в МП-системах используется БИС ПЗУ серий КР566, К573 и БИС ОЗУ серий КР537, КР565, КР561 и др. Подключение ЗУ к шинам зависит от их разрядности, а для ОЗУ - и от его типа. В МП-системах серии КР580 удобнее ис­пользовать восьмиразрядные ЗУ, отдельные схемы которых приве­дены в приложении П.2. Подключение статических ОЗУ осуществ­ляется аналогично ПЗУ. Возможная схема подключения блока ЗУ приведена на рис.4.

Так как объем памяти в простых МП-системах регулирования процессов невелик, то для хранения программы достаточно иметь ПЗУ емкостью до 2 Кбайт, а для хранения данных - ОЗУ емко­стью 1-2 Кбайт. Чтобы в процессе работы можно было отладить программу или заменить ее на другую, в качестве ПЗУ лучше выбрать перепрограммируемое ПЗУ (ППЗУ). Наиболее подходящим в нашем случае будет БИС типа К573РФ2, состоящая из 2048 восьмиразрядных запоминающих ячеек. Для памяти данных луч­ше использовать БИС статических ОЗУ, чтобы не создавать доба­вочных трудностей с организацией регенерации динамического ОЗУ.

Например, выберем БИС КР537РУ8А с организацией 2048х8бит. Если необходимо, то можно использовать две такие микросхемы.
Микропроцессор типа КР580ВМ80 имеет 16-разрядную адресную шину, позволяющую обращаться к 64 К ячеек памяти. Так как в проектируемой микроЭВМ такой объем памяти не нужен, то це­лесообразно использовать адресную шину доя выбора не только ячеек ЗУ, но и каналов таймера, интерфейса, контроллера преры­ваний.
Для этого в схему (рис. 4) вводится дешифратор, формирующий сигнал «выбор микросхемы» (CS-Chip select) для всех внешних по отношению к МП устройств микропроцессорной системы, в том числе и схем ЗУ.
Адрес ЗУ и других схем, которым МП разрешает работать с ШД МП-системы, задается старшими разрядами (АD 11 - АD 14) ША. В качестве такого дешифратора можно использовать ИС К155ИД1 (или К 155ИД6), приведенную в приложении П.4.4.

4.3. Определение состава интерфейсов устройств ввода-вывода информации (УВВ)

Как известно, МП-система взаимодействует с внешней средой с помощью устройств ввода-вывода информации, обеспечивающих ввод, вывод данных, организацию промежуточного и временного их хранения. Устройства ввода (клавиатура, пульты управления, накопители на дискетах и дисках и т.п.) обеспечивают прием информации от внешних устройств (ВУ) и передачу ее в МП-систему. Устройства вывода (дисплеи, световые индикаторы, принтеры, графопостроители, носители информации на дисках и т.п.) используются для представления информации в наглядном для пользователя виде или для подготовки ее для длительного хранения. Специализированные устройства (таймеры, счетчики событий, датчики параметров, кнопки и переключатели на стан­ках и измерительных автоматах, АЦП И ЦАП, исполнительные механизмы включения - отключения агрегатов, специальные ор­ганы регистрации и сигнализации) предназначены доя преобра­зования, первичной обработки информации и ее регистрации.
Периферийные устройства не имеют непосредственного контакта с системными шинами адреса и данных МП-системы. Вместо этого они подключаются к различным унифицированным программно-настраиваемым блокам управления вводом-выводом, адаптерам и др., объединяемым понятием «Интерфейсные БИС».
В простейших случаях используются адресуемые буферные реги­стры, которые в зависимости от направления передачи информа­ции называют портами ввода или портами вывода. От устройств ввода-вывода требуют выполнения следующих функций: выбор требуемого модуля системы (селекцию нужного устройства); под­ключение выбранного модуля к шине данных и отключение от нее по соответствующим сигналам (роль буфера); сохранение би­нарных сигналов в период их чтения или записи (т.е. роль фикса­тора уровней сигналов). Функции фиксатора и буфера обычно и выполняют буферные регистры, называемые портами, а для се­лекции используют отдельные ИС контроллеров ввода-вывода (которые действуют аналогично контроллерам ЗУ и иногда явля­ются общими).
Код выбора внешнего устройства содержится в командах ввода-вывода (IN, адрес порта; OUT, адрес порта) и по адресной шине передается на все контроллеры периферийных устройств. Каждый из них имеет свой собственный код, называемый селектором уст­ройства и представляющий собой своеобразный ключ к конкрет­ному устройству. С контроллера ввода-вывода сигнал передается на «Вход микросхемы» (CS), или выбор соответствующего порта ввода или вывода (STB или ОЕ).
При наличии такого сигнала к ЦП в процессе работы системы может подключаться только одно периферийное устройство. Иными словами, в каждый момент времени в системе имеется только один модуль, участвующий в обмене данными. Активизация модуля осуществляется сигналом ВМ (STB). Обмен данными возможен только между активизированным модулем и МП, входы и выходы всех остальных периферийных устройств при этом остаются в третьем высокоомном состоянии, т.е. прак­тически отключены от системных шин. Благодаря тому, что вся­кий раз активизируется и подключается к шине данных только один порт, исключается возможность искажения передаваемой информации за счет одновременного воздействия различных внешних устройств на общую шину данных.
В дополнение к коду «Выбор  модуля» от МП к периферийным устройствам поступают сигналы, указывающие направление об­мена данными: «Чтение (ЧТ)», т.е. в общем случае прием инфор­мации МП из портов ввода; «Запись (ЗП)», т.е. передачи инфор­мации от МП в порты вывода».
Схема подключения портов ввода-вывода информации к системным шинам МП-системы показана на рис. 5. Жирными линиями обозначены проводники, по которым передаются сигналы селекции порта вывода 04 и записи в него информации с ШД МП-системы, т.е. на схеме при­ведена реализация команды OUT 04 (вывод информации через порт 04). Для пояснения отметим, что управляющий сигнал на вход SТВ порта вывода разрешает ввод данных в порт вывода с системой шины данных МП-системы (т.е. производит запись информации в порт выво­да), а управляющий сигнал на вход ОЕ разрешает вывод данных из порта ввода информации на системную ШД МП-системы (т.е. произ­водит чтение информации из порта ввода).
Возможности перепрограммирования портов ввода-вывода ограниче­ны. Применение портов эффективно при управлении простым перифе­рийным устройством, которое выполняет лишь несколько операций. В этом случае управлять периферийным устройством через можно ко­мандами ввода-вывода (например, используя многорежимный буфер­ный регистр К589ИР12, приведенный в приложении П.5.6.)
В тех случаях, когда МП-система соединена со сложными периферий­ными устройствами, выполняющими большое число различных опера­ций, применяются периферийные программируемые адаптеры ППА, или программируемые контроллеры, которые могут быть использова­ны для управления вводом-выводом почти для всех ныне существую­щих периферийных устройств.
БИС программируемого параллельного интерфейса КР580ВВ55А представляет собой три 8-разрядных канала РА, РВ и РС, по линиям которых можно организовать однонаправленный или двунаправленный обмен данными. Обмен данными между каналами КР580ВВ55 и сис­темной ШД МП-системы осуществляется через буферный регистр ШД, а управление этим регистром осуществляется схемой управления чте­нием-записью. При построении УВВ на основе БИС КР580ВВ55А не­обходимо применять схемы сопряжения СС, обеспечивающие не толь­ко усиление сигналов каналов, но и преобразование их уровней к непользуемым во ВУ. БИС КР580ВВ55А применяют также для подклю­чения светодиодных индикаторов, клавиатуры, печатающих устройств, перфоратора, аналого-цифровых преобразователей и других ВУ. Ус­ловное обозначение БИС КР580ВВ55А приведено в приложении П.5.1. Структурная схема ППА КР580ВВ55А показана на рис. П. 1.5, а втабл.5.1.9 перечислены основные операции, реализуемые адаптером. По шине данных ШД происходит не только обмен данными, но и засылка из МП в ППА управляющих слов, генерируемых программным обеспечением МП, и передача в МП информации о состоянии периферийного обору­дования.
Низкий уровень сигнала на управляющем входе SC разрешает инфор­мационную связь между ППА и МП.
Функциональное назначение трех портов ППА определяется кодом управляющего слова, которые загружается МП в регистр управляемого слова. Сигналы на адресных входах А0 и А1 производят селекцию портов А, В или С, а команда программы пользователя для регистра управляющего слова внутри ППА определяет режим работы на ввод или вывод информации.
Таким образом, 8-разрядные порты А,В и С могут использоваться различными способами в зависимости от характеристик конкретного периферийного устройства.

4.4. Разработка системы адресации ЗУ и УВ

Блок памяти состоит из ПЗУ и ОЗУ. Обычно в МП-системе (в том числе и в учебной микро-ЭВМ кафедры «МИКРОЛАБ КР580ИК80») реализуется адресация с помощью карты памяти: каждому физическому устройству (каждой ИС) поставлен в соответствие адрес, и обращение к нему при таком типе адресации ана­логично обращению к ячейке памяти с использованием всего на­бора команд МП БИС.
Карта памяти МП-системы определяется схемотехникой построе­ния дешифратора адреса DА (см. рис.5) и используемыми для управления ЗУ и УВВ стробами чтения и записи. При раздельной карте памяти ЗУ и УВВ находятся в различных адресных про­странствах; сигналы выборки формируются для них различными дешифраторами адреса и для обращения к ним используются раз­личные команды. В случае совмещенной карты памяти все уст­ройства расположены в одном адресном пространстве, а обраще­ние к регистрам УВВ осуществляется так же, как к ячейкам ЗУ. На рис.5 дешифратор адреса DА построен на ИС дешифратора К155ИД6 с инверсными выходами выбора модуля (0-9). Пример карты памяти для «МИКРОЛАБ КР580ИК80» ПРИВЕ­ДЕН В ТАБЛИЦЕ 1; в ней показано распределение адресов памя­ти для каждого устройства.
Карта памяти «МИКРОЛАБ КР580ИК»
Таблица1.

Из таблицы 1 видно, что адреса с 0000 по 03FF составляют основ­ную и дополнительную области ПЗУ с программой монитора, в ко торой записаны управляющие и демонстрационные программы (эти программы не могут быть изменены пользователем). Область с 0400 до 05FF может быть использована для дополнительного программирования ПЗУ с помощью программаторов по желанию заказчика.
Под ОЗУ резервированы адреса с 8000 по 83FF, однако свои про­граммы пользователь может размещать только в области ОЗУ с адреса 8000 по 83С6, а область 83С7-83FF вновь недоступна поль­зователю, так как является рабочей областью монитора. Из карты следует, что для выбора ячейки ПЗУ адрес должен на­чинаться с 0000 (т.е. 0000-05FF в Н-коде), а для выбора ОЗУ - с 1000 (т.е. 8000-83С6 в Н-коде). В случае комбинации «0000» на входах D0-D3 дешифратора адреса (соответственно А11-А14 сис­темной ША) на всех его выходах появляется сигнал «логической 1», кроме выхода «0», на котором - сигнал «логического 0», и в результате возбуждается вход «Выбор модуля» (SC) ПЗУ.
В случае комбинации «1000» на входах дешифратора адреса «ло­гический 0» появится на выходе «8», и в результате этот сигнал будет подан на вход «Выбор модуля» (СS1) ОЗУ.
Для выбора УВВ можно организовать сигналы, выборки модуля от дешифратора адреса (см. рис. 5), подавая соответствующие комбинации кодов с ША на его входы D0-D3: комбинация «1001»-выбор микросхемы (SС) - порта ввода1, комбинация «1010» - выбор микросхемы порта ввода 2 и т.д. Для задания ад­ресов УВВ можно применять неиспользуемую область ОЗУ. Выбор схемного решения дешифратора адреса (на логических элементах, на ИС дешифратора) определяется количеством выбо­рок, которые необходимо получить, числом дешифрируемых раз­рядов адреса, необходимостью стробирования дешифратора или возможности смены адреса, присвоенного устройствам. Построение дешифратора адреса ЗУ И УВВ одинаково, когда ре­жим прямого доступа к памяти не применяется. В противном слу­чае дешифратор УВВ дополнительно стробируется сигналом раз­решения магистрали КПДП.

5. Разработка программного обеспечения МП-системы

На основании выпускаемых массовым тиражом наборов универ­сальных БИС разработчик создает требуемую специализирован­ную МП-систему управления процессом, разрабатывая для этой системы структурную блок-схему и листинг программы на языке «Ассемблер».
Составление структурных блок - схем и алгоритмов программ на языке «Ассемблер» рекомендуется провести в соответствии с ме­тодическими указаниями, приведенными в п.9 списка литературы. Возможности любого МП по преобразованию данных определя­ются системой команд. Разные МП имеют различные системы команд. Система команд микропроцессора КР580ИК80 приведе­на в методической разработке «Набор команд микропроцессора КР580ИК80» (методические указания дня проведения лабораторно - практического занятия и самостоятельной работы студентов по дисциплине «Электротехника, электроника и МП-техника») - п.8 списка литературы.

ГЛАВНАЯ   |   МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ   |   ОПИСАНИЕ КУРСА   |   ЛИТЕРАТУРА