Главная »  Микропроцессорное управление 

1 ... 3 4 5 6 7 8 9 ... 27

16-разрядное арифметическо-логическое устройство (АЛУ);

16-разрядный регистр состояния процессора (РСП), в котором при выполнении команд вырабатываются двоичные признаки, соответствующие определенным его разрядам, например: Z=l, если результат операции равен 0; /V= 1, если результат операции отрицателен; С=1, если в результате вьшолнения команды произошел перенос из самого старшего разряда; F= 1, если в результате выполнения команды произошло арифметическое переполнение. Совокупность указанных признаков представляет собой код условий ветвления программы. Седьмой разряд РСП содержит информацию о текущем приоритете. Если этот разряд установлен в состояние 1 , то прерывания от внешних устройств запрещены, иначе - разрешены;

восемь 16-разрядных регистров общего назначения R0 - R7, причем регистр /?6 используется в качестве указателя стека, а регистр R1 является счетчиком команд;

устройство управления УУ с микропрограммной реализацией системы команд, идентичной системе команд микроЭВМ Элек-троника-60 ;

интерфейс для подключения двунаправленной 16-разрядной совмещенной (мультиплексированной) магистрали адреса/данные (МА/Д), по которой с разделением по времени передаются коды адресов и данные входных (выходных) линий связи, по которым принимаются (передаются) соответственно сигналы управления и синхронизации. Магистраль А/Д позволяет микропроцессору адресовать 64 К байт или 32 К 16-разрядных слов.

В нашей стране серийно выпускаются микроЭВМ Электро-ника-бОМ (МС 1260.12), Электроника НЦ-80-01Д (МС 1201) с центральным процессором К1801ВМ1, СМ-1800 с центральным процессором КР580ИК80А и другие, которые используются при автоматизации технологических процессов и научных исследований в различных отраслях народного хозяйства, в том числе в электронной промышленности.

Элементная база микроЭВМ непрерьшно совершенствуется. В настоящее время уже существует однокристальная микроЭВМ серии К1816 с архитектурой, аналогичной микроЭВМ СМ-1800 . Микроэвм Электроника-60 , выполненная на нескольких платах, может быть заменена на одноплатную микроЭВМ Электроника НЦ-80-01Д . Эти микроэвм имеют одинаковую архитектуру, но быстродействие второй из них в 1,5 раза выше, чем первой.

Сейчас получили широкое распространение и имеют большую перспективу развития диалоговые вычислительные комплексы- (ДВК), выполненные на базе микроЭВМ Электроника НЦ-80-01Д . Диалоговый вычислительный комплекс обладает хорошо развитым аппаратным и программным обеспечением, что позволяет использовать комплекс не только как основу микропроцессорной системы управления, но и как инструментальную 54



л- УВВ


S; &

? VA \

/\ 1

/\ 11

ШУ(5)

Процессорный модуль

БИС ОЗУ

ВМ

БИС ПЗУ

Рис. 2.4. Структурная схема МПСУ на основе ОМП КР580ИК80А

машину для отладки программ. Например, ДВК-2 ( Электроника НЦ-80-20/2 ) включает в свой состав кроме одноплатной микроэвм алфавитно-цифровой дисплей, клавиатуру, накопитель на гибких магнитных дисках и термопечатающее устройство. Операционная система ДВК-2 обеспечивает работу с языками программирования Макроассемблер, Бейсик, Фортран, Паскаль, а также дает возможность редактировать, отлаживать и транслировать программы.

Отметим, что ДВК, микроЭВМ Электроника-60 , мини-ЭВМ Электроника 100-25 , СМ-3 и СМ-4 имеют одинаковую систему команд и являются совместимыми на аппаратном и программном уровнях, т. е. позволяют использовать стандартные периферийные устройства и программное обеспечение, разработанное для ЭВМ данного класса.

Рассмотрим структурную схему микропроцессорной системы управления па основе ОМП КР580ИК80А (рис. 2.4).

Микропроцессор, тактовый генератор и системный интерфейс образуют процессорный модуль, к которому с помощью системной магистрали подключают ЗУ, интерфейсы ввода-вывода и устройство связи с объектом, вьшолненные в виде модулей. Системная магистраль с тремя раздельными шинами - 16-разрядной шиной адреса (ША), двунаправленной 8-разрядной шиной данных (ШД) и шиной управления (ШУ)-соответствует системному интерфейсу И-41. Конструктивное исполнение модулей может быть самым различным, например любой модуль системы



может быть выполнен на отдельной плате. В одноплатных МПСУ каждый модуль размещен на отдельном участке платы. В однокристальных МПСУ каждый модуль занимает определенный фрагмент кристалла интегральной микросхемы. Каждое внешнее устройство (модуль) имеет вход для приема сигнала ВМ (выбор модуля). Наличие сигнала ВМ является необходимым условием для обмена информацией между внешним устройством и процессорным модулем. С помощью этого сигнала в фиксированный момент времени может выбираться только одно из внешних устройств МПСУ. Выходы невыбранных модулей находятся в высокоомном состоянии, т. е. отключены от ШД. Каждая ячейка памяти ЗУ и каждое УВВ имеют свои адреса. При- обмене информацией МП выставляет иа ША двоичный код адреса определенного УВВ или ячейки памяти ЗУ. Всего с помощью шины адреса МП может адресовать до 64 К ячеек памяти емкостью в один байт или до 256 УВВ.

Запоминающее устройство включает в свой состав несколько БИС ПЗУ (для хранения программ и констант) и БИС ОЗУ (для хранения оперативных данных). Все БИС имеют входы ВМ (или ВК - выбор кристалла). Сигналы ВМ или ВК формируются с помощью специального дешифратора, входы которого подключены к нескольким линиям (старшим разрядам) ША. Остальные линии связи ША подключены к соответствующим адресным входам всех БИС ЗУ, информационные входы и выходы которых связаны с ШД.

Запись информации в выбранную БИС ОЗУ, на вход ВМ которой подается одноименный сигнал, осуществляется по сигналу записи - ЗПЗУ, поступающему по ШУ от процессорного модуля. Считывание информации из выбранной БИС ЗУ, на вход ВМ которой подается одноименный сигнал, осуществляется по сигналу считывания (чтения) - ЧТЗУ, поступающему по ШУ от процессорного модуля.

Сигналы ВМ - выбора УВВ, включая УСО, формируются с помощью дешифратора адреса УВВ, восемь входов которого подключены к восьми ]шниям (младшим разрядам) ША. Каждый сигнал ВМ, осуществляющий выбор определенного УВВ, соответствует коду адреса этого УВВ, передаваемому по ША. В фиксированный момент времени МП может производить обмен информацией по ШД только с одним УВВ и только в одном направлении-либо информация передается от УВВ к МП (ввод, чтение), либо от МП к УВВ (вывод, запись). Ввод (чтение) информации из выбранного УВВ, на вход ВМ которого подается одноименный сигнал, осуществляется по сигналу ЧТВВ, поступающему по ШУ от процессорного модуля. Вывод (запись) информации в выбранное УВВ, на вход ВМ которого подается одноименный сигнал, осуществляется по сигналу ЗПВВ, поступающему по



Микроэвм

Злектронииа н'ц-ео - Dl Д'~\ Магистраль МПЙ

ОЗУ


Рис. 2.5. Структурная схема МПСУ на основе .микроЭВМ Электроника-НЦ-80-01Д

ШУ ОТ процессорного модуля. Причем УВВ подключаются к ШД через интерфейсы ввода-вывода, которые в простейшем случае представляют собой регистры (порты). Поэтому выбор необходимого УВВ, как правило, сводится к выбору его интерфейса (параллельного или последовательного).

Рассмотрим структурную схему микропроцессорной системы управления на основе микроЭВМ Электроника НЦ-80-01Д (рис. 2.5).

В состав микроэвм Электроника НЦ-80-01Д входят следующие устройства:

ОМП - однокристальный микропроцессор K1801BM1;

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство емкостью 28 К 16-разрядных слов. Оперативное ЗУ включает следующие БИС: К565РУЗ (с динамическим хранением информации), К1801ВП1-030 (устройство управления), К1801ВП1-034 (буферный регистр данных) и др.;

СПЗУ - системное постоянное запоминающее устройство емкостью 4 К 16-разрядных слова, реализованное на БИС К1801РЕ1-000 и предназначенное для хранения программ режима начального пуска микроЭВМ, пультового режима работы микроЭВМ и начального загрузчика с накопителя на гибком магнитном диске;

ИНГМД - интерфейс накопителя на гибком магнитном диске, который выполнен на основе БИС К1801ВП1-033 и предназначен для связи с НГМД Электроника ГМД 7012 ;

ИРПС - интерфейс для радиального подключения внешних устройств с последовательной передачей информации, например, алфавитно-цифрового дисплея 15ИЭ00-013-01; ИРПС выполнен на основе БИС К1801ВП1-035 и содержит узел оптронной развязки;



ИРПР- интерфейс для радиального подключения внешних устройств с параллельной передачей информации, который включает БИС К1801ВП1-033 (устройство управления), К1801ВП1-034 (устройство передачи информации) и др.;

УМ-умощнитель магистрали, который выполнен на микросхемах К531АП2П и предназначен для повышения нагрузочной способности магистрали и подключения дополнительных устройств пользователя, например, устройств связи с объектом, которые вместе с микроЭВМ составляют МПСУ.

Микропроцессор и другие устройства, входящие в состав микроэвм Электроника НЦ-80-01Д , связаны между собой посредством системной магистрали (канала) магистрального параллельного интерфейса (МПИ). Та же самая системная магистраль может связывать между собой микроЭВМ и УСО в составе МПСУ. Системная магистраль МПИ включает в себя в двунаправленную 16-разрядную совмещенную магистраль адресов/данных (МА/Д), по которой с разделением во времени передаются параллельные коды адресов или данных, и линии связи для передачи управляющих и синхронизирующих сигналов. Магистраль МПИ позволяет организовать канал обмена информацией, аналогичный каналу микроЭВМ Электроника-60 , в котором связь между двумя устройствами осуществляется по принципу активный-пассивный . Кроме ОМП активным может быть внешнее устройство в режиме прямого доступа к памяти.

Активное устройство управляет прохождением информации по системной магистрали, разрешает прерывание, обеспечивает предоставление прямого доступа к памяти. Пассивное устройство передает и принимает информацию только под управлением активного устройства.

При обращении микропроцессора к ЗУ или внешним устройствам возможны следующие виды обменов (циклов) информацией по системной магистрали: ввод (чтение), вывод (запись), ввод - пауза - вывод (чтение - модификация-запись). Цикл Ввод - пауза - вывод включает ввод данных, выполнение арифметичес-ко-логических операций и вывод результата без повторения передачи адреса, т. е. результат записывается по адресу последнего выбранного операнда.

Обмен информацией по системной магистрали иллюстрируется с помощью временных диаграмм (рис. 2.6). Активным уровнем для всех сигналов, представленных на временных диаграммах, является уровень логического О .

Цикл Ввод (рис. 2.6,а), при выполнении которого данные передаются от пассивного устройства к активному, осуществляется следующим образом. Однокристальный микропроцессор (активное устройство) выставляет на магистраль А/Д код адреса пассивного устройства, например УСО, и с некоторой задержкой во времени выдает сигнал СИА (синхронизации активного 58



filA

син

Jdoff

Магистраль

~ \Магистрам/ Данные\М'г'1 Р° > I I--/ i /


СИП I /

СИА

л/дкМагас-

/ v Маннь,е I \ Магастра.ь Щ

сВободн^ от МП I I сВобовна

ZmSoo

СИП


Рис. 2.6. Временные диаграммы сигналов в системной магистрали микроЭВМ Электроника НЦ-80-01Д :

а процедура ввода данных; о процедура вывода да1Н1ых

устройства), фронт (переход 1 в О ) которого указывает, что адрес установлен. Этот фронт сигнала СИА используется при записи кода адреса в специальный регистр пассивного устройства с целью сохранения адреса до конца цикла. После этого ОМП снимает адрес с магистрали А/Д (выходы А/Д микропроцессора переходят в третье состояние, характеризуемое высоким выходным сопротивлением), устанавливает на соответствуюгцей линии связи сигнал Ввод , который означает готовность ОМП к приему данных, и ожидает прихода сигнала СИП (синхронизация пассивного устройства), с помощью которого пассивное устройство информирует, что на магистраль А/Д выставлены данные, например закодированные значения параметров, снимаемые с датчиков объекта управления. После приема сигнала СИП ОМП



принимает данные от пассивного устройства и снимает сигнал Ввод . Затем пассивное устройство снимает данные с магистрали А/Д и сигнал СИП с соответствующей линии связи. Далее ОМП снимает сигнал СИА.

Цикл Вывод (рис. 2.6,6), при выполнении которого данные передаются от активного устройства к пассивному, осуществляется следующим образом. Однокристальный микропроцессор, как и в предыдущем случае, выставляет на магистраль А/Д код адреса пассивного устройства, например УСО, и выдает сигнал СИА. После этого ОМП снимает адрес и выставляет на магистраль А/Д данные, например закодированные значения управляющих воздействий для исполнительных устройств объекта управления, устанавливает на соответствующей линии связи сигнал Вывод , который означает, что данные-на магистрали, и ожидает прихода сигнала СИП, с помощью которого пассивное устройство сообщает о готовности принять данные от ОМП. После приема сигнала СИП ОМП записывает данные в специальный регистр пассивного устройства и снимает сигнал Вывод . Затем ОМП снимает данные о магистрали А/Д, пассивное устройство снимает сигнал СИП. Цикл заканчивается после того, как ОМП снимает сигнал СИА.

2.2. ИНТЕРФЕЙСЫ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ

В настоящее время широкое распространение получил ма-гистрально-модульный принцип построения радиоэлектронной аппаратуры, сущность которого заключается в том, что прикладная система компонуется из стандартных и унифицированных функционально и конструктивно законченных современных модулей. Конструкция модулей обеспечивает возможность их механического объединения в соответствующем корпусе. Обычно модули вдвигаются по направляющим в корпус, причем для электрического объединения модулей используются соединители. В этом случае одна часть соединителя крепится на задней кромке модуля, а другая (ответная часть) - на задней стенке корпуса. Связь между различными модулями микропроцессорной системы осуществляется по магистральному системному интерфейсу.

С появлением микропроцессоров функциональная емкость модулей значительно повысилась. Сейчас уже созданы и используются однокристальные модули в виде ИМС, унифицированные фрагменты печатных плат, вдвигаемые и автономные модули. Все виды модулей должны удовлетворять требованиям совместимости по интерфейсам, конструкции и программному обеспечению, что позволяет потребителю создавать прикладные системы из модулей, приобретенных у различных изготовителей. 60



!U уро5ень.

3-u ypoffeHi-

k-u уродень.

ПЗУ

ОЗУ

С

Внешняя магистраль

Системна}.

магистраль -7-

УСО

УСО и И

Д

7>

УПД

и Н

5-й уровень

Рис. 2.7. Интерфейсы .микропроцессорной системы управления

Магистрально-модульный принцип построения систем управления обеспечивает во.зможность их быстрого создания, наращивания, модернизации или реконструкции.

Классификация интерфейсов МПСУ. В микропроцессорных системах управления можно выделить следующие уровни сопряжения различных модулей и устройств (рис. 2.7).

Первый уровень сопряжения обеспечивается с помощью системного магистрального интерфейса, по которому осуществляется обмен информацией между всеми или основными модулями МПСУ. Выбор этого интерфейса определяется архитектурой микропроцессора.

В нашей стране получили распространение два типа системных интерфейсов. При использовании МПК БИС серий КР580, КР1810, К1816 и других применяется системный интерфейс И-41 с раздельными шинами для передачи адреса и данных. В случае использования МПК БИС серий К1801/К 1809, К581, К588 и других применяется магистральный параллельный интерфейс МПИ (ГОСТ 26765.51-86) с совмещенной магистралью для передачи адреса и данных. Эти системные интерфейсы были рассмотрены в § 2.1.

Ко второму уровню сопряжения относятся малые интерфейсы периферийных устройств (ПУ) и устройств связи с объектом (УСО). Малые интерфейсы используются только в тех случаях, когда ПУ и УСО не имеют встроенного системного интерфейса и ПС могут подключаться непосредственно к системной магистрали. Наиболее широко используются радиальные интерфейсы СМ



ЭВМ: для подключения устройств с последовательной передачей информации ИРПС и параллельной передачей информации ИРПР. При помощи этих интерфейсов подключаются практически все периферийные устройства (дисплеи, печатающие устройства, клавиатуры, пульты, графопостроители и т. п.). Сопряжение малого интерфейса с системной магистралью осуществляется контроллером (К). Внешние запоминающие устройства подключаются, как правило, через специальные интерфейсы, например интерфейс накопителя на гибком магнитном диске ИНГМД.

К третьему уровню сопряжения относятся интерфейсы датчиков (Д) и исполнительных устройств (ИУ), т. е. интерфейсы для их согласования с УСО.

К четвертому уровню сопряжения относятся интерфейсы устройств передачи данных (УПД), т. е. интерфейсы телеграфных, телефонных, высокочастотных, оптоволоконных и других каналов для передачи данных на большие расстояния, в том числе интерфейсы, применяемые для построения .локальных, региональных и других типов сетей ЭВМ.

К пятому уровню сопряжения относятся внешние относительно микропроцессорной системы интерфейсы, например системный интерфейс старшей ЭВМ в многомашинной системе, неунифициро-ванный интерфейс объекта управления и т. п. Соединение внешнего интерфейса с системным осуществляется при помощи специального адаптера интерфейсов (А).

Элементная база интерфейсов. В состав МПК БИС различных серий включаются ИМС регистров, буферных каскадов, контроллеров, устройств передачи информации и некоторых других функциональных устройств, предназначенных для организации непрограммируемых и программируемых интерфейсов. Функции непрограммируемых интерфейсов не изменяются в процессе работы микропроцессорных систем. Программируемые интерфейсы могут перестраиваться под программным управлением микропроцессора с вьшолнения одной функции на другую, благодаря чему обеспечивается более гибкая организация МПСУ.

Рассмотрим принципы построения и применения некоторых интерфейсных БИС и СИС различных серий.

Шинные формирователи (ШФ) обеспечивают развязку входов и выходов устройств, работающих на двунаправленную магистраль, и повышают нагрузочную способность магистрали. Структурная схема и графическое обозначение шинного формирователя, выполненного в виде интегральной микросхемы К589АП16, представлены на рис. 2.8.

Шинный формирователь включает в свой состав две группы ключей (К) и управляющую логику, причем каждый ключ имеет два входа - управляющий и информационный - и один выход. На управляющие входы первой группы ключей подается сигнал У1, на управляющие входы второй группы ключей-сигнал У2. Если 62




iisesflni6

Рис. 2.8. Шинный формирователь К589АП16:

а схема; и -графическое обозначение

сигнал на управляющем входе какого-либо ключа имеет уровень логического О , то ключ закрыт, т. е. находится в пассивном состоянии с высоким выходным сопротивлением. Если на управляющий вход ключа подается уровень логической 1 , то сигналы на информационном входе и выходе ключа имеют одинаковые логические уровни (активное состояние ключа).

В шинном формирователе предусмотрены три группы А, В, С информационных входов и выходов, причем каждая группа входов и выходов соединена с четырьмя линиями связи, образующими четырехразрядную шину.

Сигналы на управляющих входах ВШ и ВМ шинного формирователя управляют выбором шины (направлением передачи данных) и микросхемы соответственно.

Логические выражения, определяющие состояния ключей ШФ, имеют следующий вид: У1 = ВМЛВШ; У2 = ВМЛВШ. Если на вход ВМ подается уровень логической 1 (У 1=0, У2 = 0), то все ключи закрыты и все входы и выходы ШФ развязаны между собой. Если значения сигналов на входах ВМ и ВШ равны О (У1 = 1, У 2 = 0), то группа входов А связана с группой выходов В, т. е. осуществляется передача данных в направлении от к В, причем выходы группы С находятся в состоянии с высоким выходным сопротивлением. Если значение сигнала на входе ВМ равно О, а на входе ВШ -1 (У 1=0, У2=1), то группа входов В связана с группой выводов С, т. е. осуществляется передача данных в направлении от В к С, причем выходы ключей, на входы которых подается сигнал У1, находятся в состоянии с высоким выходным сопротивлением.




1 ... 3 4 5 6 7 8 9 ... 27



Как выбрать диван



История мебели



Стили кухонной мебели



Публикации



Инверторы



Приемники