22

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КОСТРОМСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра автоматики и микропроцессорной техники

Лабораторная работа МПТ 3

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И РАБОТЫ ПРОГРАММИРУЕМОГО

ТАЙМЕРА КР580ВИ53

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

КОСТРОМА, 2000

УДК 681.325.5:621.382.049.77

Лапшин В.В., Федюкин В.М. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И РАБОТЫ ПРОГРАММИРУЕМОГО ТАЙМЕРА КР580ВИ53: Методические указания. - 1-е изд. -Кострома; Изд-во КГТУ, 2000, — 20 с.

Лабораторная работа "ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И РАБОТЫ ПРОГРАМ-МИРУЕМОГО ТАЙМЕРА КР580ВИ53" соответствует учебным планам по дисциплине “Микропроцессорная техника” для студентов специальностей 2102 “Автоматизация техно­логических процессов и производств”, 2203 “Системы автоматизиро­ванного проектирования” и 0719 «Информационные системы», а также используется в курсе “Аппарат­ные и программные средства систем управления” для студентов спец. 1201 “Технология машиностроения”.

Рецензенты: - доц. Попов В.Н.

- кафедра АМТ КГТУ

Рассмотрено и рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом КГТУ " 16 " октября 2000 г.

© Костромской государственный технологический университет

Лабораторная работа МПТ 3

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И РАБОТЫ ПРОГРАММИРУЕМОГО ТАЙМЕРА КР580ВИ53

ЦЕЛЬ PАБОТЫ: изучение структуры и работы большой интегральной схемы (БИС) программируемого таймера КР580ВИ53, приобрести навыки программирования и работы с реальными БИС.

1. Теоретические сведения.

Микросхема КР580ВИ53 представляет собой трехканальное программируемое устройство (таймер), предназначенное для организации работы микропроцессорных систем в режиме реального времени. Микросхема позволяет формировать сигналы с различными временными (сигналы с различной скважностью) и частотными характеристиками.

Скважность – отношение периода следования импульсов к длительности их единичной части.

Условное графическое обозначение (УГО) микросхемы приведено на рис.1.

Назначение выводов:

- DB0 - DB7 – двунаправленный канал данных;

- CLK0 - CLK2 – (Clock), входы тактовой частоты каналов 0 – 2;

- GATE0 - GATE2 – (Gate) ВЕНТИЛЬ, входы управления каналов 0 – 2;

- OUT0 - OUT2 – (Output) ВЫХОД, выходные сигналы каналов 0 – 2;

- A0, A1 – адресные входы необходимые для выбора каналов 0, 1, 2 или регистра управляющего слова;

- WR – (Write) ЗАПИСЬ, инверсный вход записи данных в микросхему;

- RD – (Read) ЧТЕНИЕ, инверсный вход чтения данных из внутренних регистров микросхемы;

- CS – (Chip select) ВЫБОР МИКРОСХЕМЫ, инверсный вход выбора микросхемы;

- GND – общий;

- Ucc – напряжение питания 5В +5%.

Тактовая частота сигналов поступаю-щих на входы CLK до 2 МГц.

Упрощенная структурная схема программируемого таймера (ПТ) приведена на рис.2. В состав БИС входят: буфер канала данных, который предназначен для обмена данными и управляющими словами между микропроцессором (МП) и ПТ; устройство управления, обеспечивающее выполнение операций ввода/вывода данных в ПТ, адресацию к каналам и регистру управляющего слова (РУС), задающего режим работы счетчиков каналов 0, 1, 2; три независимых друг от друга канала 0, 1, 2, каждый из которых с одержит регистр управляющего слова (РУС), схему управления каналом (СУ),

буферный регистр (БР), 16 – разрядный счетчик, работающий на вычитание (декремент) в соответствии с тактовой частотой подаваемой на вход CLK. Счетчики могут работать в двоичном или в двоично-десятичном коде, с однобайтными или двухбайтными числами. Максимальное число загружаемое в счетчик: в двоичном коде 2¹⁶, в двоично-десятичном коде 10⁴.

Следует отметить, что поскольку счетчик работает на вычитание, конечным числом, на которое будет реагировать выходной сигнал канала OUT, является число “0”.

Каждый канал может работать в шести режимах. Программирование режима работы каждого канала ПТ осуществляется индивидуально путем записи управ-ляющего слова в РУС. Выбор нужного канала и обмен данными между МП и ПТ, задается адресными входами А0, А1 (соединяемые обычно с младшими разрядами шины адреса системы) и сигналами управления WR, RD в соответствии с табл.1. Из таблицы видно, что записывать информацию можно в счетчики и в РУС, а считывать только из счетчиков.

Сигналы чтения RD и записи WR инверсные, таким образом, активным для них является «0».

Таблица 1

Сигналы на входах					Направление передачи информации
А0	А1	__ RD	___ WR	___ CS
1	1	1	0	0	Канал данных DB → РУС (загрузка управляю-щего слова в канал 0,1,2)
1	1	0	1	0	Чтение невозможно. DB7-DB0 в высокоомном состоянии
0	0	1	0	0	Канал данных DB → ПТ (загрузка счетчика 0)
1	0	1	0	0	Канал данных DB → ПТ (загрузка счетчика 1)
0	1	1	0	0	Канал данных DB → ПТ (загрузка счетчика 2)
0	0	0	1	0	ПТ → канал данных (чтение счетчика 0)
1	0	0	1	0	ПТ → канал данных (чтение счетчика 1)
0	1	0	1	0	ПТ → канал данных (чтение счетчика 2)
1	1	Х	Х	0	Нет операций. DB7-DB0 в высокоомнном состоянии
Х	Х	Х	Х	1	Запрет. DB7-DB0 в высокоомном состоянии
Примечание. Х – состояние входа безразлично.

Каждый из трех каналов программируется индивидуально путем записи в РУС управляющего слова, а в счетчик – запрограммированного числа байтов. Управляющее слово определяет тип счета, (двоичный или двоично-десятичный), режим работы канала, формат чисел (одно или двухбайтовый). Формат управляюще-го слова показан на рис.3.

Так как микросхема не имеет аппаратного входа RESET, то в ней предусмотрен внутренний программный сброс отдельно по каналам. Сигнал внутреннего сброса формируется при записи управляющего слова в регистр режима выбранного канала.

Каждый из каналов ПТ может работать в одном из шести режимов:

• режим 0 (прерывание терминального счета);

• режим 1 (ждущий мультивибратор);

• режим 2 (генератор тактовых импульсов);

• режим 3 (генератор меандра);

• режим 4 (одиночный программно формируемый строб);

• режим 5 (одиночный аппаратно формируемый строб).

Меандр – это импульсы с равной длительностью нулевого и единичного полупериодов.

Во время функционирования таймера на вход CLK каждого из счетчиков поступают тактовые импульсы, а на вход GATE – управляющие сигналы, запрещающие или разрешающие счет. Уровень сигнала на выходе OUT таймера изменяется в зависимости от записанного в счетчик числа и сигнала (или изменения сигнала) на входе GATE. Воздействие сигнала GATE на соответствующий счетчик зависит от режима работы. Функции, выполняемые сигналом GATE для различных режимов, приведены в табл.2.

Таблица 2

Режимы работы БИС	Состояние сигнала GATE
	Напряжение низкого уровня или спад	Нарастание сигнала	Напряжение вы-сокого уровня
0	Запрещает счет	-	Разрешает счет
1	-	1. Запускает счетчик выпол-нения счета сначала. 2. На выходе канала устанав-ливается напряжение низкого уровня со следующего такта.	-
2	1.Запрещает счет. 2.Немедленно устанавливает на вы ходе канала напр. высокого уровня	Запускает счетчик для выполнения счета сначала	Разрешает счет
3	1.Запрещает счет. 2.Немедленно устанавливает на вы ходе канала напр. высокого уровня	Запускает счетчик для выполнения счета сначала	Разрешает счет
4	Запрещает счет	-	Разрешает счет
5	-	Запускает счетчик для выполнения счета сначала	-

Режим 0. Диаграмма работы канала ПТ в этом режиме показана на рис.4(а).

В этом режиме по окончании счета числа, загруженного в счетчик, на выходе OUT канала устанавливается напряжения высокого уровня и сохраняется до загрузки счетчика новым значением.

Последовательность работы ПТ в режиме 0 следующая. После записи управляю-щего слова в РУС режима выбранного канала на выходе OUT устанавливается напряжение низкого уровня (в режимах 1 – 5 – напряжение высокого уровня). Загрузка счетчика числом не изменяет состояния выхода. При подаче на вход GATE уровня “1” включается счетчик и число, загруженное него, начинает декрементироваться (уменьшаться на 1). После окончания счета на выходе OUT устанавливается “1” и остается до тех пор, пока канал не будет перезагружен режимом работы или новым числом.

Перезагрузка счетчика во время счета приводит к следующему: загрузка нового значения младшего байта останавливает текущий счет, загрузка нового значения старшего байта запускает новый цикл отсчета. В режиме 0 правильность загрузки счетчика можно проверить, выполнив обычную операцию чтения (RD). Минимально допустимое число загрузки в режиме 0 n=2 (т.к. счетчик при декременте учитывает и нулевое состояние).

Режим 1. Диаграмма работы канала ПТ в этом режиме показана на рис.4(б).

В этом режиме при нарастании сигнала GATE (см. табл. 2) на выходе OUT формируется импульс низкого уровня длительностью n∙Tclk (T_clk – период тактовых импульсов CLK, n – число, загруженное в счетчик), причем низкий уровень на выходе OUT устанавливается со второго синхроимпульса после поступления уровня “1” на вход GATE. Если во время счета в счетчик будет загружено новое число, то оно не повлияет на длительность текущего импульса. Импульс новой длительности формируется при следующем нарастании фронта сигнала GATE. Ждущий мультивибратор в данном случае является перезапускаемым, т.к. каждое нарастание сигнала GATE запускает счетчик или перезапускает его для выполнения счета сначала, если счет не завершен до конца. Минимальное допустимое число загрузки в режиме 1 n=1.

Режим 2. Диаграмма работы канала ПТ в этом режиме показана на рис.4(в).

В данном режиме канал ПТ работает как делитель входных сигналов CLK на n. При этом длительность единичной части периода составляет (n-1)∙T_clk, а нулевой - T_clk (n – число, записанное в счетчик). Сигнал OUT низкого уровня устанавливается на последнем такте периода. Перезагрузка счетчика во время счета новым значением не влияет на текущий период, однако последующий период будет соответствовать уже новому значению счета. Сигнал GATE можно использовать для внешней синхронизации ПТ, т.к. низкий уровень сигнала GATE запрещает счет, устанавливая высокий уровень сигнала OUT, а высокий уровень сигнала GATE начинает счет сначала. Минимально допустимое число загрузки в режиме 2 n=3.

Режим 3. Диаграмма работы канала ПТ в этом режиме показана на рис4(г).

Этот режим во всем аналогичен режиму 2, за исключением того, что если в счетчик загружено четное число n, то длительность нулевого и единичного полупериода на выходе OUT равны между собой и определяются по формуле . В случае нечетного n нулевой полупериод выходного сигнала меньше единичного на T_clk. Следует отметить, что числом 3 в этом режиме счетчики загружать нельзя.

Режим 4 . Диаграмма работы канала ПТ в этом режиме показана на рис.4(д).

В этом режиме на выходе OUT выбранного канала формируется нулевой импульс длительностью Т_clk после отсчета числа n, загруженного в счетчик. Для формирования следующего импульса требуется новая загрузка счетчика числом. Перезагрузка счетчика во время счета приводит к следующему: загрузка младшего байта не влияет на текущий счет, загрузка старшего байта запускает новый цикл счета. Низкий уровень сигнала GATE запрещает счет, высокий уровень сигнала – разрешает счет с места останова. Минимально допустимое число загрузки в этом режиме n=1.

Режим 5. Диаграмма работы канала ПТ в этом режиме показана на рис.4(е).

В этом режиме на выходе OUT выбранного канала формируется нулевой импульс длительностью T_clk после отсчета числа n, загруженного в счетчик. Отличие от режима 4 состоит в том, что счетчик является перезапускаемым, т.е. каждое нарастание сигнала GATE запускает счетчик или перезапускает его, если не завершен до конца. Загрузка счетчика новым числом не влияет на длительность текущего цикла, однако следующий будет определяться вновь занесенным числом.

Минимально допустимое число для загрузки в этом режиме n=1.

Если требуется считывание содержимого счетчика, то оно может осуществляться двумя способами: путем выполнения обычной операции чтения (RD) или загрузки команды «защелкивание» и последующего чтения (чтение “на лету”).

При первом способе чтения для обеспечения стабильных показаний работа счетчика должна быть остановлена путем снятия сигнала GATE (в режимах 0, 2 - 4) или блокированием сигналов CLK.

Второй способ чтения заключается в том, что программист может считывать содержимое счетчика, не прерывая процесса счета, посредством операции записи определенного управляющего слова. В управляющем слове разряды DВ5, DВ4=00 указывают, что производится операция “защелкивание”, разряды DВ7, DВ6 служат адресом для выбора канала, состояние разрядов DВ3 – DВ0 безразлично.

С одержимое счетчика при втором способе чтения извлекается в следующем порядке: операция записи «защёлкивает» текущее значение счёта в буферный регистр (БР), если в управляющем слове указана загрузка только младшего байта, то операция чтения извлекает младший байт счётчика, если в управляющем слове указана загрузка только старшего байта, то операция чтения извлекает содержимое старшего байта. Если же в управляющем слове указана загрузка младшего и старшего байтов, то первая операция чтения извлекает содержимое младшего байта счётчика, а вторая - содержимое старшего байта.

Рис.4. Временные диаграммы работы КР580ВИ53

2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА.

Стенд для изучения возможностей программируемого таймера КР580ВИ53 состоит рис. 5 из трех функциональных узлов:

• имитатор сигналов микропроцессора (ИСМП);

• имитатор сигналов внешних устройств (ИСВУ);

• исследуемый интерфейсный модуль КР580ВИ53.

ИСМП предназначен для программирования исследуемой БИС с помощью системной магистрали микропроцессора. Все формируемые и индицируемые сигналы ИСМП по функциональному назначению делятся на три группы:

ДВ – двунаправленная восьмиразрядная шина данных (ДВ7 – ДВ0);

АВ – четырехразрядная шина адреса (А0, А1, А2, А3);

СВ – двухразрядная шина управления (WR, RD).

С помощью ИСМП можно запрограммировать работу каждого счетчика таймера на нужный режим работы или считать состояние каждого из каналов.

ИСВУ предназначен для имитации и индикации внешних сигналов БИС индивидуально для каждого из трех автономных счетчиков.

По функциональному назначению входные сигналы каждого счетчика делятся на:

• импульсы синхронизации, которые подаются на входы CLK счетчиков;

• управляющие сигналы GATE функции, которых определяются режимом работы каналов (см. табл. 2).

Исследуемый интерфейсный модуль КР580ВИ53, предназначен для организации временных интервалов, задержек и формирования последовательности импульсов с регулируемой длительностью и периодом следования. В качестве входных импульсов на таймер подаются либо синхросигналы тактового генератора управля-ющей ЭВМ (0.5Hz, 1kHz), либо сигналы от внешнего генератора (CLK). Програм-мируемый таймер состоит из трех 16 – разрядных вычитающих счетчиков. Каждый счетчик полностью независим от других и может иметь свой режим работы. 16 – разрядный счетчик работает на вычитание в двоичном и двоично-десятичном коде.

На ИСМП формируются и индицируются сигналы магистрали МП: ДВ, АВ и СВ. Сигналы на шине данных формируются с помощью штекеров и гнезд D7 – D0. Наличие штекера в гнезде соответствует единичному значению разряда данных. Индицируются сигналы с шин данных на соответствующих светодиодах, свето-диоды подключаются только при нажатой кнопке RD.

Сигналы на шине адреса формируются с помощью штекеров и гнезд А0, А1, А2, А3. Наличие штекера в гнезде соответствует единичному значению разряда данных. Разряды А0, А1 используются для адресации внутренних счетчиков и регистров микросхемы, а разряды А2, А3 для формирования сигнала выбора микросхемы CS. Микросхеме КР580ВВ55А назначен адрес А2,А3=10.

Сигналы управления WR, RD формируются с помощью соответствующих кнопок на лицевой панели.

ИСВУ позволяет формировать и индицировать внешние входные и выходные сигналы БИС. Формирование входных сигналов управления GATE можно произ-водить в потенциальной или импульсной форме в ручную следующим образом:

1. При наличии штекеров в гнездах GATE0, GATE1, GATE2 расположенных на поле ИСВУ, на входы БИС через элементы 2 ИЛИ подается постоянно уровень логи-ческой “1”, а при отсутствии – уровень логического “0”.

2. В импульсной форме сигнал GATE можно сформировать с помощью кнопки GATE (на поле ИСВУ), подключив ее через перемычку к нужному входу GATE0, GATE1, GATE2 расположенному на исследуемом интерфейсном модуле КР580ВИ53 рис.5. В исходном положении на выходе кнопки держится уровень “0”, а при ее нажатии – “1”. От такой же кнопки можно вручную сформировать и подать

через перемычку на нужный вход счетчика сигналы CLK.

Все три выходных сигнала счетчиков OUT0, OUT1,OUT2 выведены на соответ-ствующие светодиоды ИВСУ.

На лицевой панели стенда выведены к гнездам все выходы и входы счетчиков. Это позволяет с помощью перемычек подавать выходные сигналы одних счетчиков на входы других для реализации их последовательного включения.

На отдельные гнезда (поле исследуемого интерфейсного модуля КР580ВИ53) выведены выходы генераторов меандра с частотой 0.5 Гц и 1 кГц. Выходные сигналы генераторов можно использовать в качестве входных сигналов счетчиков CLK. Меандр частотой 0.5 Гц на стенде формируется программно, поэтому при работе в автономном режиме без подключения к ЭВМ, на соответствующем гнезде будет обрыв.