Однокристальні мікроЕОМ для побутового застосування

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Однією з характерних рис нинішнього етапу науково-технічного прогресу є більш широке застосування мікроелектроніки в різних галузях народного господарства. Роль мікроелектроніки в розвитку суспільного виробництва визначається її практично необмеженими можливостями в рішенні різних задач у всіх областях народного господарства, глибоким впливом на культуру і побут сучасної людини.

Особлива увага в даний час приділяється впровадженню мікропроцесорів, що забезпечують рішення задач автоматизації керування механізмами, приладами й апаратурою. Адаптація мікропроцесора до особливостей конкретної задачі здійснюється в основному шляхом розробки відповідного програмного забезпечення, що заноситься потім у пам'ять програм. Апаратна адаптація, в більшості випадків. здійснюється шляхом підключення необхідних інтегральних схем і організації введення-виведення, що відповідають розв'язуваній задачі.

У мікропроцесорній техніці виділився самостійний клас великих інтегральних схем (ВІС) -- однокристальні мікроЕОМ (ОМЕОМ), що призначені для "інтелектуалізації" устаткування різного призначення. Архітектура однокристальних мікроЕОМ -- результат еволюції архітектури мікропроцесорів і мікропроцесорних систем, обумовленої прагненням істотно знизити їхні апаратні витрати і вартість. Як правило, ці цілі досягаються як шляхом підвищення рівня інтеграції ВІС, так і за рахунок пошуку компромісу між вартістю, апаратними витратами і технічними характеристиками ОМЕОМ.

ОМЕОМ являють собою прилади, конструктивно виконані у вигляді одної ВІС і всіх пристроїв, що включають у себе, необхідні для реалізації цифрової системи керування мінімальної конфігурації: процесор, запам'ятовуючий пристрій даних, запам'ятовуючий пристрій команд, внутрішній генератор тактових сигналів, а також програмуючої інтегральної схеми для зв'язку з зовнішнім середовищем. Використання ОМЕОМ у системах керування забезпечує досягнення винятково високих показників ефективності при настільки низькій вартості (у багатьох застосуваннях система може складатися тільки з одної ВІС ОМЕОМ), що їм немає, в найближчому часі, альтернативної елементної бази для побудови керуючих і регулюючих систем. В даний час більше двох третин світового ринку мікропроцесорних засобів складають саме ВІС ОМЕОМ. У деяких публікаціях однокристальну мікроЕОМ (ОМЕОМ) називають "мікроконтролер". Влаштовується це тою обставиною, що такі мікросхеми мають незначні ємкості пам'яті, фізичний і логічний поділ пам'яті програм (ГОП) і пам'яті даних (ОЗП), спрощену й орієнтовану на задачі керування систему команд, примітивні методи адресації команд і даних. Специфічна організація введення-виведення інформації визначає область їхнього застосування як спеціалізованих обчислювачів, включених у контур керування об'єктом чи процесом. Структурна організація, набір команд і апаратно-програмні засоби вводу-виводу інформації цих мікросхем найкраще пристосовані для рішення задачкерування і регулювання в приладах, пристроях і системах автоматики, а не для рішення задач обробки даних.

1. Класифікація, типові структури і функціонування мікроЕОМ

Новітні досягнення в мікроелектроніці, зв'язані з появою великих і надвеликих інтегральних схем (ВІС і НВІС), стали основою становлення і розвитку нового класу засобів обробки інформації мікроЕОМ.

Сучасні мікроЕОМ -- це засоби обробки інформації, побудовані на основі мікропроцесорних комплектів ВІС і НВІС , які відрізняються малими розмірами, низькою вартістю і малим споживанням енергії. По функціональному призначенню виділяють три типи мікроЕОМ [1]:

мікроЕОМ--- вмонтовані блоки обробки даних і керування, призначені для застосування в побутових приладах, системах технологічного контролю і керування периферійними пристроямммми ЕОМ і оргтехніки;

програмуючі калькулятори - обчислювальні прилади з обмеженими ресурсами апаратних і програмних засобів, орієнтовані на виконання наукових і інженерних розрахунків;

персональні ЕОМ -- малогабаритні настільного виконання універсальні ЕОМ масового застосування.

Серійного випуску вмонтовані мікроЕОМ конструктивно виконуються у вигляді одної ВІС (однокристальні мікроЕОМ) чи однієї плати мікропроцесорного комплекту ВІС (одноплатні мікроЕОМ). Вмонтовані мікроЕОМ, як правило, не мають засобів зв'язку з користувачем і обладнуються різноманітними, для підключення до електронних блоків, виробами користувача.

Однокристальні мікроЕОМ містять в одній ВІС процесор, оперативну пам'ять, пам'ять для запису і збереження робочої програми (пам'ять програм), порти введення-виведення і двонаправлену шину для підключення додаткових мікросхем, наприклад оперативної пам'яті і пам'яті програм. Вітчизняною промисловістю освоєний ряд однокристальниих мікроЕОМ різної розрядності: 4-розрядні мікроЕОМ серіїК1814, 8-розрядні мікроЕОМ серії К 1816, 16-розрядна мікроЕОМ «Електроніка 35-31» і т.д.

Одноплатні мікроЕОМ є функціонально закінченими „програмне керованими пристроями обробки інформації, що призначені як для самостійного застосування в приладах і пристроях різного технологічного призначення, так і для побудови автономних мікропроцесорних обчислювальних систем. Конструктивно усі функціональні модулі розміщуються на одній платі і включають ВІС мікропроцесора, ВІС оперативної пам'яті, ВІС постійної пам'яті.ВІС паралельного інтерфейсу, ВІС послідовного інтерфейсу і модуль тактового генератора. Типовими прикладами одноплатних мікроЕОМ є мікроЕОМ сімейства «Електроніка 35-41» і «Електроніка НЦ-80-01Д».

Програмуючі мікрокалькулятори відносяться до засобів обробки інформації для виконання локальних, науково-технічних, статистичних і інженерних розрахунків. Конструктивно програмуючий мікрокалькулятор оформлюється у вигляді єдиного блоку, що включає мікроЕОМ, пристрій введення (клавіатура) і пристрій виведення (цифровий індикатор). МікроЕОМ програмуючого мікрокалькулятора складається з арифметико-логічного пристрою з блоком керування, пам'яті програм, пам'яті даних (подається у вигляді безлічі адресуючих регістрів) і постійного запам'ятовуючого пристрою, в якому зберігаються постійні величини, мікропрограми виконання команд, а також програми обчислення математичних функцій зіп, ї§, 1§ і т.д.

Персональна ЕОМ (ПЕОМ) - малогабаритна універсальна ЕОМ, у якій конструкція, склад зовнішніх пристроїв і програмне забезпечення орієнтовані на роботу з окремим користувачем в інтерактивному (діалоговому) режимі. Конструктивно ПЕОМ виконуються в настільному варіанті, не вимагають спеціальних умов для експлуатації, можуть встановлюватись безпосередньо на робочих місцях користувачів. Сучасні ПЕОМ є технічною базою автоматизованих робочих місць (АРМ), тобто базою автоматизації професійної діяльності фахівців (науковців, бухгалтерів і т.д.) на їхніх 8 робочих містях. У мікроЕОМ, як і в інших більш високопродуктивних ЕОМ, реалізований принцип високопродуктивних ЕОМ, реалізований принцип програмного керування процесами перетворення інформації (обчислювальний пристрій із програмою, що запам'ятовується,).

У мікроЕОМ реалізується найпростіша структура з одиночним потоком команд і одиночним потоком даних. При цьому з метою забезпечення компактності й економічності мікроЕОМ передбачена модульна організація обчислювального комплексу, мікропрограмна організація виконання команд і магістральний спосіб обміну даними між функціональними модулями.

2. Організація і режими роботи однокристальних мікроЕОМ

Промисловість серійно випускає досить велику номенклатуру одно кристальних мікро ЕОМ. Прикладом можуть служити одно кристальні мікро ЕОМ серій К1814, К1820, К1816 [3, 4], призначені для застосування в пристроях керування побутовими електроприладами і радіоелектронною апаратурою, реєстрації тимчасових проміжків на нижніх рівнях систем керування (при оснащенні стандартними мікросхемами пам'яті і периферійними ВІС), у різноманітних високопродуктивних системах керування й обробки даних. Ці мікро ЕОМ містять на кристалі набір функціональних блоків, що дозволяє віднести їх до практично закінчених пристроїв керування, що має гранично малі габаритні розміри і високу надійність.

Розробка і налагодження програмного забезпечення, перевірка працездатності пристроїв керування, що використовують одно кристальні мікро ЕОМ (ОМЕОМ), здійснюються за допомогою відлагоджувальних ОМЕОМ, що є тими ж одно кристальними мікро ЕОМ, але без вбудованого ПЗП. Замість нього до відлагоджувальних ОМЕОМ підключаються зовнішні ЗП з організацією й обсягом пам'яті, аналогічним вбудованому, що дозволяє перевіряти правильність роботи пристрою керування з розробленою програмою і при необхідності модифікувати її. На основі програми, відпрацьованої на відлагоджувальній ОМЕОМ, виготовляється маска-шаблон для програмування вбудованого ПЗП на заводі-виготовлювачі.

Основні характеристики ОМЕОМ трьох серій приведені в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 Основні характеристики ОМЕОМ трьох серій

Конструктивною особливістю ОЕОМ є принцип зведення до мінімуму кількості розкиданих по кристалі регістрів.

Характерною рисою архітектури ОМЕОМ є наявність на кристалі таймера, призначеного для переривання по його переповненню. Таймер можна використовувати також як лічильник зовнішніх подій по одній з ліній вводу з переходом до підпрограми обслуговування переривання по заданому числу подій.

ОМЕОМ містять всі вузли, необхідні для автономної роботи:

1) центральний вісьмирозрядний процесор;

2) пам'ять програм обсягом 4 Кбайт (тільки КМ1816ВЕ751, КР1816ВЕ51 ІКР1830ВЕ51);

3) пам'ять даних обсягом 128 байт

4) чотири вісьмирозрядних програмованихних канали вводу-виводу;

5) два 16-бітових багаторежимних таймера/лічильника;

6) систему переривань з п'ятьма векторами і двома рівнями;

7) послідовний інтерфейс;

8) тактовий генератор.

Система команд ОМЕОМ містить 111 базових команд із форматом 1, 2, чи 3 байти.

ОМЕОМ має:

--32РЗП;

-- 128 обумовлених користувачем програмно-керованих прапорів;

-- набір регістрів спеціальних функцій.

Мікроеом може працювати в наступних режимах: перевірки програмної пам'яті; роботи з внутрішньою і зовнішньою пам'яттю; покрокового виконання команд; програмування внутрішньої пам'яті програми (для КМ1816ВЕ48). Режим роботи встановлюється комбінацією вхідних і вихідних сигналів.

Базова система команд мікроеом включає 96 команд, 68 з них однобайтні. У двобайтних командах перший байт містить інформацію про код команди, другий -- безпосередні дані чи молодші розряди адреси наступної команди.

З. Техніко-експлуатаційні характеристики однокристальних мікроЕОМ серії К1814

МікроЕОМ серії К1814 являють собою чотирирозрядні ОМЕОМ, призначені для побудови різних систем керування.

До складу серії входить універсальна мікро-еом КМ1814ВІЗ (аналог ТМ8 1099), що працює з зовнішнім ГОП і є відлагоджувальною ВІС, яку застосовують на етапі розробки спеціалізованих пристроїв і налагодження програм. Дана ВІС може використовуватись і для самостійного застосування в малосерійних виробах, коли розробка спеціалізованої ОМЕОМ неекономічна [4].

Функціональне призначення виходів ВІС дано в таблиці 3.1.

Однокристальна мікро-еом К1814 має ПЗП програм обсягом 1КХ8 (крім КМ1814ВІЗ, що вбудованого ПЗП не має), ОЗП даних, що складає з 64 чотирьохбітових комірок, порти вводу-виводу, генератор тактів і чотирирозрядний арифметико-логічний пристрій. Базова система команд містить 43 команди.

Для роботи ВІС потрібна негативна напруга харчування 9 В. Вхідна напруга низького рівня повинна бути від --9 до --4 В, а високого від 1 до 0,3. Вихідна напруга високого рівня не менше-- 0,75. Велика інтегральна схема споживає потужність не більше 70 мвт і призначена для роботи в діапазоні температур від --10, до +70° С.

Опис функціональної схеми ВІС К1814

Логічна структура ОМЕОМ серії К1814 приведена на додатку А. Розглянемо взаємодію основних блоків ОМЕОМ К1814. Синхронізація роботи ОМЕОМ здійснюється за допомогою тактового генератора (Г), що виробляє п'ять тактових сигналів (фаз). Для збільшення стабільності тактового генератора можливе підключення кварцового резонатора, а також синхронізація зовнішніми тактовими імпульсами, які подаються на вхід С. Командний цикл триває шість тактів і для частоти 300 кгц дорівнює 20 мкс.

Таблиця 3 Позначення тактів ОМЕОМ серії К 1814

Оперативний запам'ятовуючий пристрій являє собою чотири сторінки по 16 чотирибітових осередків і адресується за допомогою двох регістрів:

регістр Х (РХ) за допомогою двобітової адреси вибирає одну з чотирьох сторінок; регістр У (РУ) визначає одну з 16 осередків (4 біти) на сторінці. Безпосередньо в ОЗП адреса з регістрів подається з дешифраторів DХ і DY. Завантажується РХ командою LDX а команда СОМХ дозволяє інвертувати три молодших розряди. Регістр РУ за допомогою команди ТСУ завантажується константою, а команди ТМУ і ТАУ дозволяють завантажувати РУ з ОЗП й акумулятора.

Є можливість командами ІYС і СYМ збільшувати і зменшувати вміст РУ на одиницю. Регістр Y служить також для адресації R-виходів, адреса R-виходу надходить по команді ТСУ в РУ з ПЗУ, а по команді SETR обраний R-вихід фіксується (закривається). Регістр РУ можна використовувати як РЗП і лічильник для одержання тривалих затримок. Запис констант у РУ і збільшення чи зменшення його на одиницю відбувається за один командний цикл.

Постійний запам'ятовуючий пристрій має для КІ814ВЕ2 16Х64 восьмибітових слів і містить коди команд програм. Адреса сторінки містить чотирибітовий регістр адреси сторінки (РАС), а буферний регістр адреси (БРАС) завантажується по команді ІЛЗР адресою нової сторінки, що потім переміщується в РАС. Лічильник команд, шестибітовий, визначає один з 64 адрес слів на обраній сторінці, причому рахунок здійснюється по визначеному законі, приведеному в табл. 14. Регістр повернення з підпрограми (РП) містить слово, адреса якого дорівнює СК+1.

При подачі харчування СК переходить у стан 0, а РАС -- F16, потім СК починає рахунок. Для зміни послідовності рахунку в СК заноситься шістибітовий код з поля операндів команд ВR чи САLL при цьому одночасно в РАС завантажується чотирирозрядна адреса сторінки переходу з буферного регістра адреси сторінки. Якщо в РАС із БРАС завантажується адреса тієї ж сторінки, то перехід йде в межах однієї сторінки, тобто коротке розгалуження програми. Для реалізації переходу на іоїшу сторінку ПЗП (довге розгалуження) перед командами ВR чи САLL. у БРАС завантажують адресу сторінки переходу з поля команди LDPТоді по командах ВR чи САLL відбувається довге розгалуження з переходом на іншу сторінку пам'яті.

Можливість розгалуження, тобто перехід по командах ВК і САЬЬ, визначає сигнал тригера стану S. Якщо S=1, то розгалуження можливо, тобто6 біт, що визначають нову адресу слова ПЗП, надходять із шини даних ПЗП в СК. Якщо S=0-розгалуження нема, а СК переходить у наступний стан. Перехід тригера стану в нуль здійснюється, якщо немає переносу при операції в АЛП чи має місце логічне порівняння. Стан S=0, зберігається тільки протягом одного командного циклу, потім S=1, якщо наступна команда знову не установить S=0. Звертання до підпрограми по команді САLL можливо, якщо S=1, при цьому БРАС і РАС обмінюються вмістом, тригер розгалуження встановлюється в 1, адреса повернення з підпрограми (СК+1) записується в регістр повернення з підпрограми, а поле адреси (операнд) команди САLL записується в СК. При поверненні з підпрограми по команді RЕТN вміст РВ (СК+1) повертається в СК, а вміст БРАС у РАС, тригер виклику скидається в 0. Слід зазначити, що перехід до підпрограми усередині підпрограми неприпустимий.

Арифметико-логічний пристрій (АЛП), що складається із суматора-компаратора і логічних схем, робить логічне порівняння, додавання, вирахування й арифметичне порівняння даних, що надходять із шини даних через вхідні мультиплексори.

Результати операцій запам'ятовуються в РП чи А. Результати арифметичних і логічних операцій впливають на сигнал стану S, і якщо чотирирозрядні слова на Р- і N-виходах суматора збігаються, то S=0, а при їхній розбіжності S=1. При арифметичному і логічному порівнянні стану регістрів РП й А не міняються, а S впливає на розгалуження програми, і при S=1, якщо зустрічаються команди ВК чи САLL, вони виконуються. Якщо

умова, що впливає на S при виконанні деякої команди, не виконується, то тригер стану скидається в 0, і при S=0 відбувається пропуск наступної по порядку команди. Протягом одного командного циклу S=0. Всього 18 команд впливає на сигнал стану.

Тригер стану (ТС) запам'ятовує сигнал стану і по команді Т1Q пересилає його у вихідний Q-регістр. Тригер стану, встановлений у стан 1 при виконанні деякої команди, наприклад YNЕА при <Y><А>, буде знаходитися в цьому стані, поки в результаті виконання іншої команди, наприклад YNЕА при <Y>=<А>, у тригер стану не буде записаний 0.

Акумулятор (А) є регістром збереження вхідних даних із шини констант і D-входів, умісту РП, а також здатний інвертувати свій уміст перед відсиланням в АЛП, що дозволяє здійснювати операцію вирахування. Через А інформація з D-входів передається в ОЗП і з ОЗП в Q-регістр. У Q-регістр з А й ТС інформація передається командою Т1Q. Очищення Q-регістра здійснюється командою СLQ.

Дешифратор команд перетворює восьмирозрядні слова з програмної пам'яті (із ПЗП) у мікрокоманди, що мають свою мнемоніку. Причому 12 з 43 команд дешифруются твердою логікою, а ті 31 що залишилися декодуються в мікрокоманди за допомогою ПЛМ, що може бути змінена користувачем шляхом зміни фотошаблона на етапі виготовлення. Кожна з 31 команд декодируется в комбінацію мікрокоманди, всього 16 мікрокоманд. В одному машинному циклі мікрокоманди, що вимагаються, виконуються у визначеній послідовності.

Усі команди ОМЕОМ мають один з чотирьох форматів. Перший формат мають команди: СРАІZ, АLЕМ, СОМХ, ВR, САLL. У цьому форматі в двох старших розрядах байта команди записується код операції, а шість молодших розрядів утворять поле адреси переходу.В другому форматі чотири старших розряди задають код операції, а чотири молодших утворюють чотирирозрядне поле чи константи адреси сторінки програмної пам'яті. У цьому форматі задаються команди: ТСУ, ТСМІУ, АLЕС, VNЕС, LDP.

Команди SВІТ, RВІТ, ТВІТІ, LDX, задаються в третьому форматі. При цьому шість старших розрядів байта команди задають код операції, а два молодших біти утворюють поле адреси біта осередку ОЗП.

Всі інші команди записуються в четвертому форматі, при якому усі вісім розрядів байта команди задають код операції.

Ввід-вивід. Однокристальна мікро-еом має вхідний D-порт, R-виходи, які використовують для керування периферійними пристроями ;0-виходи для передачі і відображення інформації. Ввід даних з D-порту здійснюється по командах ТDА. Видача вмісту акумулятора в Q-порт відбувається по команді ТІQ при S=1. Для керування зовнішніми пристроями використовують R-виходи, до них підключають індикатори і т.п. Адресацію R-виході робить Y-регістр. R-виходи можуть індивідуально встановлюватися в 1 і скидатися програмне по командах SЕТР і RSТR, забезпечуючи тим самим, наприклад, розпізнавання вхідної інформації з клавіатури при підключенні ліній рядків клавіатури до R-виходів, а стовбців до D-входів. При цьому замикання однієї з кнопок клавіатури розпізнається програмою, тому що відомо яким R-виходам і D-входам це відповідає. Після ідентифікації клавіші може виконуватися відповідна команда. Слід зазначити, що в одному командному циклі може встановлюватися чи скидатися тільки один осередок R-регістра, адресуєма поточним станом регістра Y.

Для зручності представлення інформації, записаної в Q-регістр, до його виходів підключається шифратор, виконаний на базі ПЛМ, потужністю в 20 добутків. Це дозволяє, наприклад, легко здійснювати відображення інформації Q-регістра на семисигментному індикаторі і т. п.

Програмування вихідної ПЛМ виробляється за допомогою маски в процесі виготовлення ВІС і виконується відповідно до вимог замовника. В відлагоджувальній ОМЕОМ К1814ВІЗ вихідна ПЛМ виготовляється як повторювач.

Установка вихідного стану. Вихідний стан ВІС характеризується наявністю у всіх чотирьох розрядах регістра адреси сторінки і буферного регістра адреси сторінки одиниць; нульовим станом шестирозрядного лічильника команд і наявністю нулів на Q- і R-виходах.

Установка у вихідний стан здійснюється при подачі харчування на ВІС за допомогою вбудованої схеми ініціалізації. Якщо джерело харчування ВІС не забезпечує круті фронти наростання живильної напруги, то по входу Т необхідно створювати затримку в часі встановлення рівня нульового сигналу щодо живильної напруги шляхом підключення додаткового конденсатора ємністю порядку 01мкф. Розряд цієї ємності при відключенні напруги харчування відбувається через діод.

Установку вихідного стану в довільний момент часу можливо здійснити шляхом завдання на Т-вході напруги високого рівня на час не менше шести машинних циклів при нульовій інформації на 0-входах. Таким чином, ОМЕОМ. серії К1814 мають досить широкі можливості, прості в застосуванні, і на їхній основі можлива побудова різноманітних мікроконтроллерних систем керування.

4. Стуктура і характеристика однокристальних мікроЕОМ серії К1816

Мікросхема К1816ВЕ48 являє собою НВІС однокристальної восьмирозрядної мікро-еом з вбудованою перепрограмованою пам'яттю (ППЗП), зі стиранням інформації ультрафіолетовим випромінюванням. Вона має аналог Intel 8748. Дана ОМЕОМ може бути використана в контрольно-вимірювальній апаратурі, промислових роботах, побутовій техніці. Наявність перопрограмованої пам'яті з ультрафіолетовим стиранням дозволяє користувачу самостійно задавати функції ОМЕОМ шляхом запису своєї програми в ППЗП.Це особливо зручно для систем, що вимагають періодичної модернізації, і в дрібносерійному виробництві.

Мікроеом містить усі функціональні вузли, необхідні для самостійної роботи: центральний процесор, пам'ять команд, пам'ять даних, інтерфейс вводу-виводу, таймер, схему переривань, тактовий гениратор. Мікросхема КМ1816ВЕ48 має восьмирзрядний канал даних, дванадцятирозрядний канал адреси. Обсяг внутрішньої пам'яті команд (ППЗП) 1024Х8 з можливістю підключення зовнішньої пам'яті загальною ємністю 4096Х8 біт.Обсяг внутрішньої пам'яті даних (ОЗП) 64Х8 з можливістю підключення зовнішньої пам'яті даних ємністю до 320Х8. Однокристальна мікроеом має 16 восьмирозрядних регістрів загального призначення і восьмирівневій стік. Число ліній вводу-виводу-27 і має два рівні переривань із пріоритетом. У системі команд міститься 96 базових команд. Однокристальна мікроеом має швидкість операцій типу регістр-регістр 4Х10 операцій /с, а частота вбудованого генератора 6Мгц.

Структурна схема мікроЕОМ МК1816ВЕ48 представлена на додатку Б. Розглянемо по ній взаємодію основних функціональних блоків.

Синхронізація всієї роботи ОМЕОМ здійснюється за рахунок вбудованого генератора, що являє собою схему з послідовним резонансом, що працює в діапазоні частот І...6 Мгц. Для порушення генерації необхідно до висновків СR1, СR2 приєднати кварцовий резонатор RС, чи ланцюг. Для одержання тактової частоти (СLK) у лічильнику станів частота генетора поділяється на три. Сигнали тактової частоти можуть виводитися на зовнішній висновок ТО по команді ЕNТО СLК. При подачі команди . «Скидання» (СLR) висновок тактових сигналів блокується.

Машинний цикл, що складається з п'яти тактів виходить за допомогою лічильника циклів, що поділяє тактову частоту на п'ять. Цей сигнал (АLЕ) частотою близько 400 кгц необхідний для роботи з зовнішньою пам'яттю і виводиться на висновок АLЕ. Для забезпечення точних тимчасових інтервалів і підрахунку зовнішніх подій реалізований таймер/лічильник подій.

Режим таймера. По команді SТАRТ на вхід лічильника подаються синхроім-пульси, що виходять розподілом сигналу АLЕ на 32. Сигнали, що виходять, частотою 12,5 кгц (при частоті генератора 6 Мгц) дають збільшення лічильнику кожні 80 мкс, що дозволяє одержати затримки від 80 мкс до 20 мс. Затримки більшої тривалості одержують програмним шляхом. Затримку менш 80 мкс можна одержати, подаючи на вхід Т1 зовнішні синхроімпульси необхідної частоти (використовуючи, наприклад, сигнал на виході АLЕ).

Режим лічильника подій. По команді SТАRТ СNТ на вхід лічильника подаються сигнали з висновку Т1. Перекидання лічильника відбувається по задньому фронті імпульсів. Тривалість імпульсів повинна бути не менш 100 не, гранична частота переключень складає одну третину від частоти машинного циклу.

Команди роботи з таймером/лічильником. По команді МОVТА відбувається завантаження восьмирозрядного лічильника з акумулятора і їй дозволяється рахунок по командах SТАRТ СNТ чи SТАRТ Т. Зупиняється лічильник по команді SТОР ТСNT чи СLR і чекає надходження команд SТАRТ СNТ (Пуск лічильника) чи SТАRТ Т (Пуск таймера), У процес роботи восьмирозрядний лічильник може дійти до³ максимального значення (FF16), а потім перейти в нульове значення (0016) і продовжувати відлік, при цьому в момент переходу від стану FF16 у стан 0016 генерується запит на переривання і перекидається тригер індикатора переповнення. По команді переходу по прапорці таймера (JTF) можна визначити стан тригера індикатора переповнення, що скидається після виконання команди СLR. Запит на переривання по переповненню зєднується по АБО з входом INТ зовнішнього запиту на переривання. Незалежно від зовнішніх переривань, переривання по переповненню дозволяються чи забороняються відповідно командами ВN ТСNTIчи DIS ТСNTI. Якщо внутрішні переривання дозволені (ЕNТСNТI), то при переході лічильника з FF16 у 0016 відбудеться перехід до підпрограми обслуговування переривань, адреса якої знаходиться в осередку 7 пам'яті програм. У випадку одночасного приходу зовнішнього запиту на переривання спочатку виконується перехід до підпрограми обслуговування зовнішніх переривань, адреса якої розташована в комірці 3 пам'яті програми, а запит на переривання від лічильника/таймера буде відпрацьовуватися після обслуговування зовнішніх переривань.

При переході на підпрограму обслуговування переривань (адреса в осередку 7) чи по команді заборони переривання DIS ТСNТІ запит на переривання скидається.

Вбудоване ЗП даних складається з 64 восьмирозрядних слів. Перші вісім регістрів (RО--R7) є робітниками, використовуються для збереження проміжних результатів і безпосередньо адресуються декількома командами. Усі 64 осередки побічно адресуються через кожної з двох регістрів-показників ЗППВ, розташованих у РО і Р1. Осередки 0--7 є нульовим банком робочих регістрів. При виконанні команди 8ЕЬ КВІ (вибір блоку регістр 1) як робочі регістри замість осередків 0--7 призначаються осередки 24--31 які стають при цьому безпосередньо адресуючими (перший банк робочих регістрів). Це розширює нульовий банк регістрів, чи банк можна використовувати при відпрацьовуванні переривань. При переключенні на банк 1 створюються додатково два регістри-покажчики ROR1*. В осередках 8--23 може також міститися стек. Ці осередки адресуються покажчиком стека при виклику підпрограм і можуть адресуватися регістрами-покажчиками ЕППВ RО і R1, і якщо стек займає не всі осередки, інші можуть використовуватися в ЕППВ.

Вбудована пам'ять програм у КМ1816ВЕ48 являє собою програмоване користувачем і яке витирається ультрафіолетовим випромінюванням ППЗУ ємністю 1024 байт. Крім збереження команд, пам'ять програм використовується для збереження констант. Зовнішній сигнал СLR (Установка у вихідний стан) забезпечує вибір команд за адресою 0. Вхідний сигнал INT (Запит переривання) при наявності дозволу переривання викликає перехід до підпрограми обробки зовнішніх переривань, перше слово якої зберігається в осередку 3. Адреси-підпрограми обробки переривань по переповненню таймера/лічильника зберігається в осередку 7.

У лічильнику команд (ЛК) міститься адреса наступної (за виконуваною) команди. Тому що програми в ЗП програм записуються в порядку збільшення адрес, то при вибірці чергової команди вміст лічильника команд збільшується на одиницю. Десять молодших розрядів ЛК адресують вбудоване ЗП програм, старші розряди використовуються для вибірки з зовнішньої пам'яті програм. По вхідному сигналі СLR ЛК встановлюється в 0. Для реалізації переривань уміст ЛК запам'ятовується в парі восьмирозрядних регістрів стека (осередку 8--23 ЗП даних).

Трирозрядний покажчик стека (частина слова стану програми ССП) вказує номер пари використовуваних регістрів ЗППВ. Нульовий покажчик стека вказує на осередки 8 і 9 ЗППВ, тобто перший же перехід до підпрограми чи переривання передає вміст лічильника команд в осередки 8 і 9 ЗППВ, а покажчик стека збільшиться на одиницю, вказуючи вже на 10 і осередку ЗППВ. Стек використовується для збереження вмісту лічильника команд і чотирьох бітів ССП. До стеку можна звертатися вісім разів, при дев'ятому звертанні найперший із процесів, що запам'ятовуються, буде загублений (осередки 8 і 9), тому що покажчик стека при перериванні перейде зі стану 111 у 000. Для повернення до перерваної програми наприкінці підпрограми використовуються команди RЕТ (Повернення) чи RЕТR (Повернення з відновленням стану), що зменшують уміст покажчика стека, і вміст пари регістрів по зменшеній адресі стека передається в лічильник команд.

Слово стану програм (ССП) -- восьмирозрядне. Старші чотири розряди ССП запам'ятовуються в стеці і відновлюються по команді RЕТR. Команда RЕТ не впливає на ССП. Розряди 0+2 ССП займає покажчик стека, у розряді 3 при зчитуванні ССП завжди «1» (він не використовується), розряд 4 показує номер банку («ОБ»--нульовий банк; «І»--перший). У п'ятому розряді фіксується прапор індикатора FО, по вмісту якого відбувається пе-рехід по командах JFО чи JВ1. У шостому розряді міститься біт проміжного переносу, вироблюваний командою АDD, що використовується командою десяткової корекції DАА. Сьомий розряд містить індикатор переносу (3), що показує, що попередня операція привела до переповнення акумулятора.

Переривання. При виявленні по виходу ІNТ сигналу переривання , а лінія переривань контролюється в кожному машинному циклі під час сигналу АLЕ, відбувається перехід до підпрограми обробки переривань за адресою осередку з ЗП програм) по завершенню всіх циклів поточної команди. Уміст лічильника команд і ССП запам'ятовується в стеці, як і при переході до підпрограми (САLL). Звичайно осередок 3 містить безумовний перехід до підпрограми обробки переривань у пам'яті програм, що повинний закінчуватися командою RЕТR повернення з підпрограми з встановленням ССП. Слід зазначити, що система не реагує на всі наступні запити на переривання (як зовнішні, так і внутрішні) до виконання команди RЕТR. Виконуваний запит на переривання повинний бути знятий перед виконанням команди RЕТR, інакше процесор знову почне підпрограму обробки переривань. Переривання дозволяються чи забороняються командами ЕNІ і DІSІ відповідно. Сигнал установки СLR забороняє переривання, поки вони не будуть дозволені програмно.

Арифметико-логічний пристрій (АЛП) може виконувати наступні функції: додавання з переносом чи без нього; операція И (АNL), ЧИ (ОRL), що виключають ЧИ (ХRL). Збільшення/зменшення вмісту акумулятора на одиницю (ІNСА/DЕСА); циклічне зрушення вліво/вправо (RLА/RRА), обмін місцями чотирьох молодших і старших розрядів акумулятора (SWАРА), очищення акумулятора (СLRА) і десяткову корекцію. При переповненні старшого розряду в результаті проведення операцій в АЛП в ССП біт переносу встановлюється в 1, а при виконанні операції двоїчно-десяткового додавання у відповідне стан (0 чи 1) встановлюється прапор проміжного переносу.

Акумулятор звичайно містить один з операндів і там міститься результат. Дані каналів вводу-виводу також проходять через акумулятор.

Дешифратор команд. Кожна операція процесора задається за допомогою ко-да команд, що записується в регістр команд і перетвориться в сигнали, що керують АЛП (дешифрується). Якщо команда двобайтова, то перший байт міститься в регістрі команд, другий-- у проміжному ЗП, а потім після дешифрації процесор переходить до виконання команд. При вибірці команд спочатку процесор передає адреса з лічильника команд у пам'ять програм, потім з пам'яті програм повертається обраний байт, який процесор запам'ятовує в регістрі команд.

Пристрою вводу-виводу. Для вводу-виводу в КМ1816ВЕ48 використовується 27 виводів, що згруповані в три порти (ПРО, 1, 2) по 8 виходів, і мається 3 виводи тестування і переривання (ТЕ, Т1, ІNТ) для змінення ходу програми по командах умовного переходу(JТО, JT1). По входу всі сигнали сумісні з ТТЛ-логікою, по виходу кожна лінія може бути навантажена одним стандартним елементом ТТЛ. Восьмирозрядні порти 1 і навантажена одним стандартним елементом ТТЛ. Восьми розрядні порти 1 і 2 мають однакові характеристики і структуру ланцюгів вводу-виводу яка дозволяє, незважаючи на те, що виходи мають статично фіксований потенціал, служити кожному висновку порту 1 і 2 як входу, чи виходу того й іншого. При виконанні висновку дані на висновках портів 1 і 2 утримуються до появи наступної серії даних, а при введенні дані не фіксуються, тобто дані, що вводяться, повинні зберігатися на входах, поки не будуть лічені.

Усе це дозволяє ефективно використовувати ВІС серії К1816 при побудові схем керування побутової техніки.

мікропроцесор однокристальний побутовий

Висновок

В даний час випускається ряд серій однокристальних микроЕОМ: К1813, К1814, К1816, К1820, призначених для використання в побутовій радіоелектронній апаратурі і системах керування побутовим електроустаткуванням. Застосування однокристальних мікроеом, що реалізують на одиній ВІС функції вводу-виводу, збереження й обробки даних, дозволяє досягати максимальної простоти і дешевизни систем керування, а такі недоліки перерахованих ОМЕОМ, як невисока швидкодія і розрядність, не є перешкодою їхнього застосування в побутовій техніці.

Однокристальна мікроЕОМ К1814 (аналог ТМ81000) програмується за допомогою маски-шаблона в процесі виготовлення, розробляти яку економічно вигідно для партій понад 10000 шт. У цій серії передбачена наявність ВІС відлагоджувального кристала КМ1814ВІЗ, що не має вбудованого ПЗП і дозволяє макетувати різні застосування ВІС даної серії.

У серії ВІС К1816 ОМЕОМ КМ1816ВЕ48 (аналог Іntel 8748) можна використовувати у пристроях будь-якої серійності, а також у пристроях, що вимагають періодичної модернізації, тому що її ПЗП допускає можливість перезапису.

Однокристальна мікроеом КР1816ВЕ49 (аналог Іntel 8049), володіючи тими ж параметрами, що і КР1816ВЕ48, має масочне ПЗП, яке не допускає можливість перезапису, що економічно вигідно для партій великої серійності.

Застосування однокристальних мікроеом у пристроях побутової техніки дуже ефективне, однак етапи розробки пристроїв керування з використанням ОМЕОМ мають свою специфіку.

Відзначимо головні етапи розробки контролерів побутової апаратури на основі ОМЕОМ. На першому етапі розробляються функціональна схема проектованого пристрою й узагальнений алгоритм його роботи; на другому складають детальний алгоритм і структуру пристрою, вибирають ВІС ОМЕОМ. При цьому аналізуються швидкодія, розрядність, наявність засобів проектування і налагодження, споживана потужність і т.д. На третьому етапі розробляється на основі набору команд обраної ОМЕОМ і алгоритму роботи пристрою програма, що згодом записується в ПЗП ОМЕОМ; на четвертому етапі здійснюється перевірка правильності програми за допомогою відлагоджувальних засобів.

Для ОМЕОМ обов'язковим завершальним етапом є налагодження контролера на макеті, в основі якого лежать відлагоджувальний кристал ОМЕОМ і інтерфейс із керованими елементами об'єкта. На цьому етапі остаточно відпрацьовується програма, що потім записується в ПЗП ОМЕОМ.

ОМЕОМ КМ1816ВЕ48 у контролері клавіатурі.

Даний контролер призначений для формування кодів букв, знаків цифр і команд у коді КОї-7 чи КОї-8 для передачі в зовнішні пристрої. Його харчування здійснюється від джерела постійного струму. На індикаторі режиму роботи клавіатури відображаються п'ять різних режимів: НР-нижній регістр, ВР-верхній регістр, ЛАТ-латинські символи, РУС -- російські символи, СУ -- службове керування.

Пристрій сполучення з каналом формує сигнали: готовність джерела (ГІ),строб (СТР), і контрольний розряд (КР).

Програма роботи контролера клавіатури в пам'яті 400 байт, що дозволяє використовувати резерв пам'яті (600 байт) для створення різних модифікацій контролера [4]. Алгоритм роботи представлений на додатку В. Захист від дребезга контактів клавіатури і визначення моменту натискання клавіші відбувається програмне. Формування коду координати натиснутої клавіші сполучено з перевіркою на наявність чи відсутність одночасного натискання декількох клавіш. При формуванні коду натиснутої клавіші перевіряються ознаки, що вказують на роботу клавіатури в режимі функції, і при їхній наявності здійснюється перехід до підпрограми виконання заданої функції.

Якщо ж натиснута клавіша символу, чи команди режиму роботи контролер починає формувати відповідний код. При цьому код координати нажатої клавіші перетвориться в допоміжний код, по якому формуються коди зсуву й ідентифікації; код ідентифікації перетвориться в базовий код, а вже на основі кодів зсуву і базового- вихідний код. У залежності від положення перемикача S2 вихідний код символу доповнюється до парного чи непарного числа одиниць.

Коди команд режимів роботи клавіатури (НР, ВР і. Т. д.) на зовнішній пристрій не виводяться. По закінченню висновку одного байта даних формується звуковий сигнал і перевіряються умови, що дозволяють повтор висновку даних. Наприкінці програми реалізується захист від помилкового спрацьовування при відпусканні клавіші.

Даний контролер може використовуватися в алфавітно-цифрових терміналах, у тому числі в домашній ЕОМ, у різних віддагоджувальних системах.

ОМЕОМ К1814 при використанні в секундомірі це приклад реалізації пристрою з використанням ОМЕОМ. Відомо безліч застосувань мікропроцесорів у побутовій техніці: в приладах домашнього побуту (пральні і швейні машини, пилососи і т.д.), у побутовій радіоелектронній апаратурі (відеомагнітофони, радіоприймачі і т.п.), у домашній техніці (регулювання опалення, охоронні пристрої), в іграшках (електрична дорога, інтелектуальні

ігри) і навіть у гірськолижних кріпленнях.

На основі застосування МП і мікроеом розроблені пристрої контролю і керування технологічними процесами в хімічній, нафтовидобувній і іншій галузях промисловості. До них відносяться і технологічні процеси в мікроелектронній промисловості, зокрема процеси виготовлення самих мікропроцесорів.

Мікропроцесори і мікроеом використовуються в медичній техніці (регулювання руху повітря в системах штучної вентиляції легень і крові, керування штучними органами, дозування наркозних сумішей і т.д.) Вони застосовуються для діагностики різних хвороб, професійного добору.

Широкі можливості МП і мікроеом дозволили реалізувати на їхній основі ряд стандартних, орієнтованих на автоматизацію наукових досліджень вимірювально-обчислювальних (ДВО) і керуючих проблемно-орієнтованих (КПО) комплексів типу ДВО. Вони призначені для автоматизації загальфізичних, оптичних і лабораторних наукових досліджень, автоматизації збору, обробки і збереження інформації в різних областях науки і техніки.

Застосування ОМЕОМ при розробці дозволяє істотно зменшити кількість корпусів ВІС, використовуваних у контролері, підвищити надійність і знизити його загальну вартість. Ці достоїнства ОЕОМ привели до широкого використання їх у різних приладах.

Використана література

1. Вычислительные машины системы й сети:Учебник / А. П. Пятибратов, С. Н. Беляев Г. М. Козырева й др. Дод. ред. проф. А. П. Пятибратова-М.:Финансы й статистика, 1991.-400с. :ил.

2. Мысль, заключенная в кристале /Дорфмон,Фриделевыч.-М.:Знание, 1989.-296с.

3. Микропроцесоры й мікроВМ:Учеб. Пособие для техн. /Напрасник М.В.-М.:Высш. шк.Д989.-192с.:ил.

4. Микропроцесоры в бьітовой технике / Варламов И.В.ДСасаткин И.Л.-М.:Радио й связь, 1987.-80с.

5. Однокристальные микроЗВМ: Справочник /Воборыкин А.В.-М.:Бином, 1994.-2ІС.

6. Однокристальные микрокомпьютеры в системах управления /В.П.Захаров, Ю.М. Польский й др.;Под ред. В.П.Захарова.-К.:ТехникаД984.-95с.

7. Однокристальные микро ЗВМ й области их применения. Павлов В.В., Майстренко Л.С.,: - К., 1998. - 50с.

Размещено на Allbest.ru