94

Часть III. Микропроцессорные устройства

В настоящее время микропроцессорные системы находят всё более широкое применение: в системах управления ПС ГЭТ, системах мониторинга и диагностики и т.д.

При традиционных методах разработки устройств с использованием жёсткой логики системы строятся из отдельных элементов. В этом случае схема устройства зависит от её назначения.

Более прогрессивным направлением является системы с гибкой логикой – микропроцессорные системы, в которых изменение функций устройства могут быть решены программными средствами.

Типичная схема микропроцессорной системы (базовая схема)

Основным узлом системы является процессор, являющийся одновременно вычислительным устройством.

Для хранения программы и данных используется «ПАМЯТЬ».

Порты позволяют осуществлять связь с внешними устройствами: датчиками, клавиатурой, дисплеем, внешними устройствами отображения, исполнительными устройствами. Отдельные узлы ЭВМ связаны тремя шинами (группами проводников),обеспечивающими параллельное соединение устройств системы. Для выборки содержимого ячеек памяти или портов ввода используется адресная шина.

Как только микропроцессор выберет определённую ячейку посредством адресной шины, он пересылает информацию на шину данных. Информация может идти от процессора к ЗУ или порту вывода, либо от порта ввода или ЗУ к процессору.

Третья шина называется управляющей. Эта шина представляет собой группу проводов несущих сигналы, которые сообщают ЗУ и устройствам ввода-вывода о готовности микропроцессора выполнить очередную пересылку данных. По управляющей шине передаются и такие сигналы, которые позволяют устройствам ввода-вывода или ЗУ обращаться к процессору с запросами.

Один разряд двоичной информации (1 или 0), называется – битом. Микропроцессор обрабатывает не каждый отдельный бит, а группы бит, называемых словами. В настоящее время наиболее распространённые микропроцессоры работают с восьми, шестнадцати и тридцатидвухразрядными словами.

Для того чтобы заставить систему выполнять поставленную задачу необходимо создать соответствующую последовательность команд.

Например:

1. Считать данные с клавиатуры.

2. Выдать данные на дисплей.

3. Вернуться к шагу 1.

Чтобы микропроцессор мог выполнять предписанную задачу, команды должны быть представлены в коде понятном микропроцессору и записаны на машинном языке в память микропроцессорной системы.

Микропроцессорная бис кр580вм80

Представляет собой однокристальный 8-разрядный МП с двумя магистралями: однонаправленной 16-разрядной адресной магистралью (МА), двунаправленной 8-разрядной магистралью данных (МД), и 12 сигналами управления (6 входных и 6 выходных).

Микропроцессорная БИС рассчитана на выполнение логических и арифметических операций с восьмиразрядными числами в двоичной и десятичной системах счисления, а также операций с двойной разрядностью (с16 разрядными числами).

Функциональное назначение внешних выводов:

А0 – А15 - адресная магистраль (выходы с тремя состояниями);

D0 - D7 - двунаправленная магистраль данных;

СИНХР(Синхронизация) – на этом выходе МП БИС формируется сигнал СИНХР в начале каждого машинного цикла;

П(Прием) – сигнал прием на этом входе указывает на готовность МП к приему данных;

ОЖД (ожидание) – сигнал ОЖД на этом входе указывает что МП находиться в состоянии ожидания;

ЗП – сигнал указывает, что данные МП установлен на НD и могут быть записаны в ВУ;

П.ЗХ (Подтверждение захвата) – сигнал появляется в ответ на сигнал З.ЗХ (запрос захвата) и указывает, что МД и МА находятся в высокоимпедансном состоянии;

Структурная схема МП БИС КР580ВМ80

Р.Пр(разрешение прерывания) – сигнал указывает на состояние внутреннего триггера разрешение прерывания;

Г(готов) – информирует о готовности ВУ к обмену информацией с МП;

З.ЗХ – вход используется для подачи сигнала З.ЗХ и переход МП в состояние «Захват» в котором МА и МД переходят в высокоимпедансное состояние;

З.Пр (Запрос прерывания) – вход служит для подачи сигнала З.Пр внешнего устройства. Сигнал поступает для прерывания выполнения основной программы.

R – вход для обнуления программного счетчика, внутренних триггеров формирующих сигналы Р.ПР и П.ЗХ;

Ф1-Ф2 – входы для подачи тактовых сигналов.

Структура МП КР 580ВМ80

Состоит из следующих функциональных блоков:

1. Регистров и логических цепей их выбора.

2. Арифметическо - логического блока.

3. Регистра команд и устройства управления.

4. Буферов МД(БФД) и МА (БФА)

Секция регистров включает в себя 6 16-разрядных регистров W,Z; B,C; D,E; H,L; PC (программный счетчик) и SP (указатель стека). 6 8-разрядных регистров общего назначения составлены в пары регистров B,C; D, E; H,L. Программный счетчик РС содержит текущий адрес памяти, к которому обращается программа. Содержание РС автоматически нумеруется в течение каждого цикла команды. Указатель стека SP содержит адрес памяти, начиная с которого ее можно применять для хранения и восстановления программно доступных регистров.

Буферные регистры W,Z не являются программно доступными и используются для выполнения команд внутри МП.

Арифметическо - логический блок (АЛБ) выполняет арифметические и логические операции под воздействием устройства управления включает в себя 8-разрядное АЛУ, схему десятичной коррекции ДК, 5-разрядный регистр признаков, аккумулятор А., буфер аккумулятора БФА и буферный регистр БФР_г .

АЛБ позволяет осуществить арифметические операции сложения, вычитания, логические операции и сдвиг.

При проведении операций одно число всегда берется из буфера аккумулятора, а другое из буферного регистра. По результату выполнения арифметически - логических операций АЛБ устанавливает в регистре признаков пять разрядов.

Признак переноса (С) устанавливается в единицу если при выполнении команд появляется единица переноса из старшего разряда. Дополнительный признак переноса АС устанавливается в единицу, если при выполнении команд возникает единица переноса из третьего разряда числа. Состояние разряда может быть проанализировано лишь командой десятичной коррекции числа.

Признак знака (Sign –s) в машинном слове можно представить числом от -128 до +127 . В этом случае седьмой (старший) разряд числа его знак 1-отрицательное число, 0-положительное. В разряд нулевого признака (Z) записывается единица если при выполнении команды результат равен нулю.

В разряд признака четности (P) записывается единица, если при выполнении команды количество единиц в разрядах результата будет четным.

Регистр команд РгК и дешифратор ДШК используется в МП для получения и дешифрации кода команды. При извлечении команды первый байт, содержащий ее код, помещается в регистр команды и поступает на дешифратор команд. Дешифратор совместно с устройством управления с синхросигналами Ф1 и Ф2 формирует управляющие сигналы для всех внутренних блоков МП, а также выходного сигнала управления с состояния. Выполнение команды производится в строго определенной последовательности, определяемой кодом команды и синхронизируется по времени сигналами Ф1 и Ф2.

Период синхросигналов Ф1 и Ф2 называется машинным тактом (Т).

Машинный цикл (М) – время требуемое для извлечения 1байта информации из памяти или выполнение команды определяемого одним машинным словом. Время выполнения команды – время получения, декодирования с выполнение команды.

Существуют 10 типов машинных циклов.

1. Извлечение кода команды

2. Чтение данных из памяти

3. Запись данных в память

4. Извлечение из стека

5. Запись данных в стек

6. Ввод данных из внешнего устройства

7. Запись данных во внешнее устройство

8. Цикл обслуживания прерывания

9. Останов

10. Обслуживание прерываний в режиме останова

Первым машинным циклом при выполнении любой команды всегда является цикл Н1 извлечения кода команды. На первом такте каждого машинного цикла МП указывает тип выполняемого цикла с помощью 8 разрядного слова на МД лишь в интервале синхросигналов Т1 и Т2, а используется на протяжении всего машинного цикла , поэтому необходимо записать его в специальный регистр слова состояния Рг СС.