В решении актуальных задач ускорения научно-технического прогресса существенная роль принадлежит микроЭВМ и персональным ЭВМ (ПЭВМ) массового применения, главным образом профессионального и учебного назначения.

В данной работе необходимо спроектировать итерфейс ввода-вывода микропроцессорной системы. Исходные данные:

2. Построение функциональной схемы МПС

Для данной микропроцессорной системы функциональную схему будем разрабатывать с учетом того, что вся передаваемая информация в устройстве выполняет три разные функции - адресацию (шина адреса ША); управление (шина управления 1ПУ); передачу данных (шина данных ШД) - трехшинная организация работы устройства.

Данная МПС, состоит из следующих блоков:

ТГ - тактовый генератор. Предназначен для синхронизации работы микропроцессора во времени. Вырабатываются сигналы Fl, F2 частотой 2 МГц, которые определяют скорость работы процессора, кроме того, вырабатывает сигнал инициализации всей системы RESET.

МП - микропроцессор КР580ВМ80А, Предназначен для координирования работы МПС. Выполняет программу, записанную в ПЗУ. Производит все необходимые пересчеты.

СК - системный контроллер. Выполняет буферизацию шины данных, обеспечивая ее двунаправленность. Вырабатывает сигналы работы с памятью и внешними устройствами.

Шина адреса формируется микропроцессором через буфер шины адреса (БША) - микропроцессор может адресовать 64 кБ памяти - 2¹⁶ разряда - разрядность шины адреса - 16.

Двунаправленная передача данных между микропроцессором и дополнительными устройствами реализуется на шине данных через системный контроллер, выполняющий функцию буфера шины данных. Разрядность шины данных - 8.

Шина управления состоит из нескольких управляющих сигналов» формируемых различными микросхемами: генератором тактовых импульсов (ГТИ), системным контроллером (СК) и дешифратором шины адреса.

Эти три блока образуют центральный процессорный модуль (ЦПМ).

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство. Выполняет функцию временного хранения данных. Имеет режим записи, хранения, чтения.

ПЗУ - постоянное запоминающее устройство. Предназначено для хранения программы, которую выполняет микропроцессор. Кроме того хранит значения - константы сигнала требуемой формы за один период.

ККИ - контроллер клавиатуры и индикации. Выполняет функцию связующего и буферного звена между клавиатурой, индикатором и микропроцессором.

К " блок клавиатуры. Предназначен для ручного ввода необходимых значений напряжения и частоты выходного сигнала.

И - блок индикации. Служит для отображения на индикаторе введенных значений,

УСАПП - универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик

3. Разработка принципиальной схемы

Схема микропроцессорного синтезатора частоты и функции работает следующим образом. После включения питания и поступления на микропроцессор серий тактовых импульсов F1 и F2, все регистры и флаги микропроцессора устанавливаются в произвольное состояние. При поступлении на вход RESET сигнала высокого уровня счетчик команд PC, триггер разрешения прерывания (выход INTE), а также триггер подтверждения захвата (выход HLDA) сбрасываются, и микропроцессор начинает выборку из памяти команды, расположенной по нулевому адресу. Дешифратор адреса выдает сигнал выборки микросхемы памяти ПЗУ. Микропроцессор начинает выполнять программу; находящуюся в ПЗУ.

Здесь же происходит инициализация контроллера клавиатуры и индикации,

Далее происходит обращение к контроллеру клавиатуры. В случае, если была нажата клавиша, то происходит ввод данных о количестве стоповых бит, паритета, которые далее устанавливают режим работы УСАПП.

Отображение вводимой информации происходит на индикаторе, параллельно с вводом данных.

Центральный процессорный модуль (ЦПМ)

Структура данного модуля является универсальной и стандартной для данного микропроцессорного комплекта. В его состав входит тактовый генератор (ГТИ) (DD1), системный контроллер (СК) (DD3), микропроцессор (МП) (DD2), буфер шины адреса (Б1ПА) собранный на двух регистрах (DD7-DD8), и дешифратора адреса (дешифратор 3-8) (DD4).

ГТИ (микросхема КР580ГФ24), предназначен для совместной роботы с МП. Генератор формирует высокоуровневые тактовые сигналы Ф1 и Ф2 с несовпадающими фазами; тактовый сигнал Ф2Т (TTL) по уровню совместимый с ТТЛ и синхронизированный с сигналом Ф2; сигнал STSB «Строб состояния», который, поступая на СК, фиксирует состояние шины данных МП; сигнал RESET «Установка».

МП (КР580ВМ80А) представляет собой 8-разрядное центральное процессорное устройство (ЦПУ) параллельной обработки данных. Устройство не обладает возможностью аппаратного наращивания разрядности данных, но позволяет осуществлять это программным способом.

СК (КР580ВК28), выполняет функции системного контроллера и шинного формирователя, осуществляя формирование управляющих сигналов обращения к ОЗУ или к устройствам ввода / вывода и обеспечивает прием и передачу 8-разрядной информации между шиной данных микропроцессора и системной шиной.

ДША собран на микросхеме К555ИД7, представляющей собой дешифратор 3-8, что позволяет подключить к данной МПС до 8 УВВ, Вырабатывает сигналы выбора микросхем CSO-CS7.

Тактовый генератор вырабатывает сигналы общего управления микропроцессорной системой (RES), а так же сигналы, применяемые для синхронизации работы устройств.

С тактового генератора (DD1) задающие управляющие сигналы поступают на микропроцессор и системный контроллер. С шины адреса микропроцессора сигналы через буфер шины адреса (БША) поступают на адресную шину устройства, где распределяются на адресацию ОЗУ, ПЗУ и дешифратора адреса, контроллера клавиатуры и индикации и УСА! 111

С дешифратора адреса сигнал CSO поступает на ПЗУ, CS1 на ОЗУ, CS2 - на управление контроллером клавиатуры и индикации, CS3 - на управление УСАПП.

С шины данных микропроцессора, сигналы поступают на системный контроллер (DD3), где происходит их буферизация, и, далее они поступают на шину данных устройства.

Блок памяти

В состав данного блока входят две микросхемы памяти: DD 10 (К537РУ9А) - статическое ОЗУ емкостью 2 К; DD11 (КР556РТ18) - ПЗУ с электрическим программированием, емкостью 2К. Кроме этого входят две микросхемы мелкой логики: DD5.1 (155ЛН1) - 6 элементов НЕ, DD6 (К555ТР2) - два RS-триггера.

Обращение к памяти происходит по наличию Н-уровня сигнала выбора кристалла CSO (обращение к ПЗУ), CS1 (обращение к ОЗУ) с учетом наличия сигналов обращения к памяти (MR/MW) L-уровня.

Схема формирования сигнала чтения / записи памяти для ОЗУ описывается таким образом:

- при поступлении на инверсный вход R триггера сигнала MR L-уровня на выходе Q триггера получим сигнал Н-уровня что соответствует режиму чтения информации из ОЗУ;

- при поступлении на инверсный вход S триггера сигнала MR L-уровня на выходе Q триггера получим сигнал L-уровня что соответствует режиму записи информации в ОЗУ по установленному на адресных входах адресу,

Блок клавиатуры и индикации (БКИ)

В основе данного блока положен контроллер клавиатуры и индикации КР580ВВ79 (DD11), предназначенный для ввода и вывода информации в системах на основе микропроцессора КР580ВМ80А. Он применяется как самостоятельное устройство, что допускает одновременное выполнение функций ввода и вывода и полностью освобождает микропроцессор от операций сканирования клавиатуры и регенерации отображения на дисплее.

Сигнал выбора микросхемы подается на вход CS2 через инвертор (DD5.2), синхронизация работы контроллера клавиатуры и индикации происходит посредством сигнала TTL, сброс в исходное состояние производится сигналом RES, поданным на вход RESET.

Схема включения контроллера клавиатуры и индикации является стандартной, что обеспечивает автоматическую регенерацию индикации и сканирование клавиатуры с устранением «дребезга клавиш».

Ввод осуществляется с помощью матрицы клавиш (SW2 - SW7), которые подключены к входам RO-R2 и SO-S1.

Индикаторная часть собрана из 3 идентичных блоков индикации (А1-АЗ), в состав которых входит семисегментный индикатор HG1-HG3 (АЛС-324) и дешифратор (К155ИД18). Выбор необходимого индикатора осуществляется сигналами «5-7», т.к. индикаторы подключены параллельно друг другу по сигналам «1-4».

Блок универсального синхронно-асинхронного приемопередатчика

Для облегчения организации последовательной линии связи разработана специализированная интегральная схема: универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик (УСАПП).

КР580ВВ51 содержит регистры 2-х типов:

- регистры данных

- регистры команд

Регистры ввода и вывода данных служат для передачи и приема данных из МП. С помощью этих регистров МП осуществляет вывод данных, которые затем передаются по последовательной линии связи или считывает данные принятые УСАПП по этой линии.

Один регистр команд доступен только для записи и называется регистром режима. Другой - для чтения и называется регистром состояния. Регистр режима используется для настройки ВВ51 в нужный режим работы и задания всех параметров последовательной связи. С помощью регистра состояния определяется текущее состояние ВВ51 и наличие ошибок при приеме-передаче данных.

БИС последовательного интерфейса КР580ВВ51 представляет собой универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик (УСАПП) и предназначена для организации обмена между МП и ВУ в последовательном формате. УСА! ill может принимать данные с 8-разрядной шины данных МП и передавать их в последовательном формате периферийным устройствам, а также получать последовательные данные от периферии и преобразовывать их в параллельную форму для передачи в МП.

Обмен данными производится в асинхронном режиме со скоростью передачи до 9,6К бит/с или в синхронном - со скоростью до 56К бит/с. Длина передаваемых символов составляет от 5 до 8 бит. При передаче в МП символов длиной менее 8 бит неиспользуемые биты заполняются нулями. Формат символа включает также служебные биты и необязательный бит контроля по четности (нечетности).

Перед началом работы УСАПП должен быть сброшен в исходное состояние. Сигнал «СБРОС» подается на RESET либо программным способом:

Бит IR=1 в управляющем слове CI. Дальнейшее управление работы УСАПП

Осуществляется 2-мя управляющими словами:

MI (mode instruction) - слово выбора режима;

CI (command instruction) - командное управляющее слово.

Слово Ml определяет основной режим работы УСАПП и должно быть передано после сброса первым. Различают два формата Ml:

- для асинхронного режима работы;

Режим работы УСАПП задается программно путем загрузки в него управляющих слов из МП. Различаются управляющие слова двух видов: инструкции режима и команды. Инструкция режима задает синхронный или асинхронный режим работы, формат данных, скорость приема или передачи, необходимость контроля. Инструкция заносится сразу после установки УСАПП в исходное состояние программно или по сигналу RESET и заменяется лишь при смене режима. Команда осуществляет управление установленным режимом обмена и может многократно задаваться в процессе обмена, управляя различными его этапами.

При асинхронном обмене команда загружается сразу же после инструкции режима, а при синхронном обмене перед ней располагаются один или два синхросимвола. Ограничения на последовательность загрузки управляющих слов связаны с внутренней организацией УСАПП.

В асинхронном режиме работы формат данных включает нулевой старт-бит, биты данных, контрольный бит и стоп-биты. Число битов данных и стоп-битов, а так же наличие или отсутствие бита контроля задаются инструкцией режима. Разряды DO и D1 определяют три разновидности асинхронного режима по частоте сигналов синхронизации (с частотой сигналов синхронизации 1/16 и 1/64 частоты синхронизации). Разряды D3 и D2 определяют число битов данных. Режим контроля задается разрядами D5 и D4;

при 04=0 контроль по четности запрещен; значение разряда D5 устанавливает вид контроля - по четности или нечетности. Разряды D7 и D6 определяют число передаваемых стоп-битов.

Команды подаются на УСАПП после инструкции режима и управляют выполнением конкретных операций.

После записи инструкции режима и команды УСАПП готов к выполнению обмена данными в одном из пяти режимов: синхронная передача; синхронный прием с внутренней синхронизацией; синхронный прием с внешней синхронизацией; асинхронная передача; асинхронный прием,

При асинхронной передаче последовательные данные формируются на выходе TxD по спаду сигнала синхронизации ТхС с периодом, задаваемым инструкцией режима и равным 1,16 или 64 периодам сигнала синхронизации. Если после передачи символа следующий символ отсутствует, то на выходе ТхЕ устанавливается напряжение Н-уровня, пока новые данные не поступят от МП. В программе, реализующей алгоритм асинхронной передачи, запись очередного байта в УСАПП производится по команде вывода (OUT), если в слове-состоянии разряд DO = 1, что соответствует Н-уровню сигнала на выходе TxRDY, или по прерыванию, если сигнал на выходе TxRDY используется как сигнал запроса прерывания.

Расчет потребляемой мощности

Полная мощность блока питания должна быть более 9 Вт. Блок питани; должен выдавать стабилизированное напряжение +12В, +5В, -5В относительно корпуса

При выборе блока питания нужно учитывать, что максимально используют мощность микросхемы в динамическом режиме в основном пс напряжению +5В.

4. Алгоритм функционирования МПС

Временные диаграммы построим для сигналов контроллера клавиатуры и индикации, УСАПП в режиме записи и чтения при синхронном режиме работы.

В алгоритме работы программы показан основной подход к написанию программы по обработке клавиатуры для ввода необходимых данных и обработки УСАПП в режиме передачи и приема данных в асинхронном режиме.

Инициализация МГТС подразумевает сброс в исходное состояние УСАПП и ККИ.

Заключение

- полное соответствие техническому заданию;

- возможность дополнения данной системы и модификацию некоторых блоков, что позволяет использовать эту же конструкцию для получения других свойств;

- возможность расширения в отношении внешних устройств ввода / вывода.

- возможность перепрограммирования устройства для работы в синхронном режиме. Недостаткам сконструированной системы:

- массогабаритные размеры данной схемы в сравнении с другими схемами того же типа на специализированных микросхемах очень велики.

Список литературы

1. Михальчук В.И. Конспект лекций по МПСС

2. Самофалов К.Г. «Микропроцессоры», К. «Техшка», 1986 г.

3. Якубовский С, В. Справочник «Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы», М. «Радио и связь»

4. Гордонов А.Ю. Справочник «Полупроводниковые БИС запоминающих устройств», М «Радио и связь», 1986 г.

5. Хвощ С.Т. Справочник «Микропроцессоры и микроЭВМ в системах автоматического управления», Ленинград «Машиностроение», 1987 г. Файзулаев Б.Н. Справочник «Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной технике», М, «Радио и связь», 1986 г.

Размещено на Allbest.ru