Интерфейсные средства микроЭвм

В состав МПК обязательно включаются средства технического интерфейса. Под техническим интерфейсом подразумевается стандартный набор шин и средств управления процессом обмена в этих шинах. Стандартом определяется количество шин, функциональное назначение шин, уровни сигналов и иные параметры сигналов в шинах, а также временное распределение сигналов в шинах.

Шины бывают одно- и многоразрядные, одно- и двунаправленные. Если к шине подключено несколько источников и несколько приёмников, обмен между которыми ведётся в режиме разделения времени, то шина называется магистралью. Каждой посылке от определённого источника к приёмникам отводится фиксированный интервал времени в цикле работы магистрали.

На структурном уровне большинство средств интерфейса прозрачны, на функциональном уровне и более низких уровнях они играют важную роль: обеспечивают согласование передатчика (источника) с шиной; повышают нагрузочную способность выхода передатчика; согласовывают вход приёмника с шиной; восстанавливают искажённую форму сигнала; снижают нагрузку от входа приёмника на шину и улучшают параметры этого входа; согласовывают источники и приёмники различных интегральных технологий; обеспечивают коммутацию источников и приёмников к магистрали; отслеживают требуемые временные параметры сигналов в системе интерфейса.

Для организации технического интерфейса используются преобразователи уровня, усилители-формирователи передатчика, усилители-формирователи приёмника, буферные регистры с выходными и входными преобразователями-передатчиками, усилители, шинные формирователи с одно- и двунаправленными магистралями, магистральные коммутаторы, магистральные приёмо-передатчики и др.

При передаче сигнала по шине происходит искажение сигнала за счёт реактивных свойств шины (ёмкости, индуктивности) и ёмкости входов приёмников. Теоретический прямоугольный импульс (рис. 32 а) из-за этого в линии приобретает искажённый вид (рис. 32 б) и может выйти за границы допустимых логических уровней 0 и 1 (рис. 32 в). На принимающей стороне стандартный элемент не будет различать входного сигнала, уровни которого вышли за допустимые пределы.

Усилители-передатчики и выходные формирователи повышают нагрузочную способность источника, позволяют снизить влияние реактивных составляющих шины на уровни и длительность фронта сигнала. В функции усилителей-приёмников и входных формирователей входит снижение емкостной и индуктивной нагрузки входа приёмника, что позволяет подключать большее число приёмников к магистрали. Входные формирователи также должны воспринимать вышедший из допустимого диапазона сигнал и формировать стандартный физический сигнал.

Пример шинного формирователя

На рис. 33 приведено условное графическое обозначение стандартного шинного формирователя серии К589АП16. Данный формирователь выполнен по ТТЛШ технологии, имеет три магистрали: входную А, выходную С и умощненную двунаправленную В. Выходные усилители магистралей В и С имеют три состояния: логическая единица, логический ноль и отключенноеZ-состояние. Входные буферы магистрали В имеют гистерезисную характеристику и допускают завышенный уровень нулевого и заниженный уровень единичного входного сигнала.

Магистрали А и С предназначены для организации внутреннего технического интерфейса и рассчитаны на стандартные ТТЛ уровни и нагрузку (≈20мА) с коэффициентом нагрузки К=10. Магистраль В предназначена для организации внешнего интерфейса с коэффициентом нагрузки К≈30 (≈60мА) и в режиме входа имеет паразитную емкость на порядок меньшую, чем стандартная.

Инверсный вход выбора кристаллаCS разрешает работу выходных усилителей. Если на входе CS логическая единица, то выходные усилители отключены. Бит Т определяет направление передачи: с магистрали А на магистраль В или с магистрали В на магистраль С. Таким образом, шинный формирователь позволяет сопрягать внешнюю умощнённую двунаправленную магистраль В с внутренними однонаправленными магистралями А и С. Наличие третьего состояния на магистрали С позволяет осуществлять её аппаратное подключение к магистрали А и формировать внутреннюю двунаправленную стандартную магистраль.

Пример магистрального приемо-передатчика серии К584ВВ1

В отличие от шинного формирователя К589АП16, магистральный приёмо-передатчик К584ВВ1 (рис. 34) имеет три восьмиразрядных двунаправленных магистрали, две из которых М1, М2 имеют стандартный уровень нагрузки, третья магистраль М3 – инверсная, умощненная, с открытым коллектором, с гистерезисным входом и защитой от короткого замыкания.

Допускается коммутация любой пары магистралей с возможной буферизацией данных по магистралям М1 и М2. Имеется паритетный контроль данных (контроль по четности), передаваемых по магистрали М3. Разрядность магистрали – 8 бит. Допускается индивидуальное задание режимов по магистралям М1 и М2.

Вход МИ восьмиразрядный, разделен на две тетрады, одна из которых определяет режим магистрали М1, вторая – магистрали М2. Запись первой тетрады осуществляется по синхроимпульсу С1, второй – по синхроимпульсу С2. Эти входы можно объединить, если режимы М1 и М2 требуется задать одновременно либо стробировать раздельно в противном случае. Например, если по М1 следует оставить старый режим, а по М2 задать новый, тогда при задании режима М2 стробируется только С2. Сигналы записи WR управляют записью состояний магистралей М1, М2 во внутренние буферные регистры. Сигналы RD открывают выходные формирователи соответствующих магистралей при выводе информации. Передача с одной магистрали на другую может идти без буферизации за один цикл (М3:= (М1)) либо с буферизацией ((RG2:= (M2), M3:= (RG2)) за два цикла, которые можно разнести во времени.

Шины А и К – это шины паритетного контроля. По одной из них идет признак режима контроля, по второй – 9-й бит (бит четности), дополняющий число единиц в байтах, выдаваемых по М3, до четных. Если при приеме байта в М3 будет обнаружено нарушение четности, то по шине признака выставляется сигнал ошибки. Если на выходных шинах М3 происходит короткое замыкание, внутренняя схема контроля уровня тока отключает выходные формирователи М3.