И В. С. Ямпольсний о основы автоматики и электронно- вычислительной техники нститутов

2 ³ с: qj сэ сх. сп с:

А_-
41-
Ш-
ВМ-

ЗПР7

УпраВ-
)ление
>обменом

буфер
ШД

	г8
	о
Г

Серийно выпускаемые микропроцессорные комплекты и БИС ЗУ являются основой для создания самых разнообразных систем об­работки информации.
Проектирование конкретной микропроцессорной структуры вклю­чает в себя решение следующих основных задач: определение соста­ва интерфейсов устройств ввода — вывода, определение состава и объема устройства памяти (ПЗУ, ППЗУ, ОЗУ), разработка системы адресации ЗУ и УВВ и обработки прерываний.
Например, требуется определить структуру микроЭВМ, предназ­наченную для автоматизации измерительного лабораторного при­бора. Машина должна принимать информацию от измерительного прибора, обрабатывать ее по определенной программе в реальном масштабе времени и производить распечатку результатов. Система должна иметь простейший пульт для ввода различных парамет­ров эксперимента (интервалы времени опроса, постоянные интегри­рования, количество выводимых на печать данных и т. п.) и опера­тивного отображения результатов расчета (6... 10-разрядное слово).
Если требуемая частота измерений не превышает нескольких десятков отсчетов в секунду, то простую микроЭВМ, удовлетво­ряющую поставленным требованиям, можно создать на основе МПК серии 580. На рисунке 6.18 представлена структурная схема та­кой микроЭВМ. Она состоит из процессора (МП), генератора

синхросигналов (СГ), памяти программ (ППЗУ), памяти данных (ОЗУ), контроллера запросов на прерывание (КП), программируе­мого таймера и интерфейса параллельного обмена.
Для связи с тремя периферийнымиустройствами (пульт, анало- , го-цифровой преобразователь АЦП, печать) используется одна трех­канальная интерфейсная схема параллельного обмена информацией (БИС КР580ВВ55). При этом один канал интерфейса работает в двунаправленном режиме (пульт — прием и передача данных), а два других — в однонаправленных (АЦП — прием, к устройству печати — передача).
Для организации работы системы в реальном масштабе времени ' используются три канала программируемого таймера (БИС КР580ВИ53). Первый канал через программно-задаваемые интерва- ; лы времени осуществляет запуск измерительного прибора (АЦП), г Второй канал подсчитывает число измерений, по которым должна | проводиться первичная статистическая обработка результата (сред- | нее, дисперсия и т. п.), третий канал считает число циклов первичной !. обработки и определяет время выдачи результатов на печать. По- ? следние два сигнала с выходов таймера поступают через конт- ^? роллер прерываний (БИС КР580ВН59) на МП, сигнализируя о . необходимости перехода к новой подпрограмме взаимодействия с периферийными устройствами.
На контроллер поступают запросы на прерывание также от : АЦП и пульта управления. Запросами являются сигналы, под­тверждающие «готовность» данных (см. § 5.2 и 5.3), выработанных АЦП и клавиатурой пульта.
Объем памяти в такой системе обычно невелик, и для хра­нения программы достаточно иметь ПЗУ емкостью до 2 Кбайт, а данных ОЗУ емкостью до 1 Кбайт. Как мы увидим в даль­нейшем, при необходимости можно значительно увеличить емкость памяти, не изменяя структуры МПС. Чтобы в процессе работы можно было отладить программу или заменить ее на другую, в качестве ПЗУ лучше выбрать перепрограммируемое ПЗУ (ППЗУ). Наиболее подходящей в нашем случае будет БИС типа К573РФ2 (см. табл. 5.3), состоящая из 2048 восьмиразрядных запоминающих ячеек. Для памяти данных лучше использовать БИС статических ОЗУ, чтобы не создавать добавочных трудностей с организацией регенерации памяти (см. § 5.2). По таблице 5.3 выберем БИС К541РУ2 с организацией 1024X4 бит; для создания байтового ОЗУ используем две такие микросхемы.
Микропроцессор типа КР580ИК80 имеет 16-разрядную адресную шину, позволяющую обращаться к 64 К ячеек памяти. Так как в проектируемой микроЭВМ такой объем памяти не нужен, то целе­сообразно использовать адресную шину для выбора не только ячеек ЗУ, но и каналов таймера, интерфейса, контроллера преры­ваний.
Для этого в схему (рис. 6.18) вводится дешифратор, форми­рующий пять сигналов «выбор микросхемы» (ВМ) для всех внеш­них по отношению к МП устройств микропроцессорной системы.





Схема подключения всех БИС к адресной шине и шине сигна­лов «ВМ» показана на рисунке 6.19. Адрес устройства, которому МП разрешает работать с шиной данных МПС, задается тремя старшими разрядами (15, 14, 13) адресной шины (табл. 6.6). (См. примечание к табл. 5.1.) При этом все адресное пространство делится на 8 зон по 8 К адресов в каждой:

0. 
   я зона (0000... 1FFF) 1₆ — первые 2 К адресов используются для выборки ячеек ПЗУ;
   
1. 
   я зона (2000...3FFF) 16 — первые 1 К, адресов — для выборки ячеек ОЗУ;
   
2. 
   я зона (4000...5FFF) i₆ — первые четыре адреса — для обраще­ния к трем счетчикам и регистру управляющего слова таймера;
   

Таблица 6.6

Использование
адресного
пространства

Зона

2 Кбайт — ПЗУ
6 Кбайт — резерв ПЗУ
1 Кбайт — ОЗУ
7 Кбайт — резерв ОЗУ

Адрес

ДВОИЧНЫЙ	16	10
000 0 0000 0000 0000	0000	0000
000 0 0111 1111 1111	07FF	2047
000 0 1000 0000 0000	0800	2048
000 1 1111 1111 1111	1FFF	8191
001 0 0000 0000 0000	2000	8192
001 0 ООН 1111 1111	23FF	9215
001 0 0100 0000 0000	2400	9216
001 1 1111 1111 1111	3FFF	16383

0. 
   «выбор микросхемы» (ВМ)
   
1. 
   010 011 100 101 110 111
   

ПЗУ
ОЗУ
таймера
интерфейса
контроллера прерываний резервных устройств

0. 
   я зона (6000...7FFF) 16 — первые четыре адреса — для обра­щения к трем каналам и регистру управляющего интерфейса па­раллельного обмена;
   
1. 
   я зона (8000...9FFF) ,₆ — первые два адреса — для обращения к регистрам контроллера прерываний;
   
2. 
   я зона (A000...BFFF) 16
   
3. 
   я зона (C000...FFF) 16 резервные зоны.
   
4. 
   я зона (E000...FFFF) 16
   

Описанная структурная схема МПС позволяет решать задачи, поставленные (в начале параграфа) перед проектируемой микро­ЭВМ. Кроме того, эта структура (рис. 6.18 и 6.19) является «откры­той», так как она допускает наращивание модулей и увеличение выполняемых функций без каких-либо изменений в уже спроек­тированном блоке, j Например, при необходимости можно расширить до 8 К объем ПЗУ и ОЗУ, просто увеличив число соответствующих БИС ЗУ.
| Добавив еще одну схему параллельного интерфейса, можно под- I ключить к ней устройства для автоматического управления экспе- j, риментом. Это могут быть управляемые цифровым кодом и анало- : говым напряжением (через ЦАП) нагреватели, электродвигатели, J светильники и другие устройства, изменяющие экспериментальную г. среду. Через этот же интерфейс можно подключить устройство магнитной записи на базе бытового магнитофона или использо­вать два канала связи с пультом управления. Последнее позволит передавать данные на индикатор и принимать информацию от кла­виш по разным шинам, что существенно упростит схемную реали­зацию и программное обеспечение устройств ввода — вывода.
Современная технология производства больших интегральных схем позволяет разместить на одном кристалле все функциональ­ные элементы, входящие в состав микроЭВМ. Такая БИС называется однокристальной микроЭВМ. Характеристики некоторых типов одно­кристальных ЭВМ, выпускаемых отечественной промышленностью, приведены в таблице 6.7. Такие ЭВМ находят широкое приме­нение при построении микроконтроллерных систем управления в периферийных устройствах вычислительной техники, измерительной, медицинской и бытовой аппаратуры. При наращивании ЗУ и уст­ройств ввода — вывода, а это допускают микроЭВМ серии К1816, их можно использовать и в высокопроизводительных системах об­работки и управления.
Сравнение функционального состава различных типов микро­ЭВМ и микропроцессора 580ИК80, приведенное на рисунке 6.20, показывает, что использование однокристальных микроЭВМ позво­ляет в 3...5 раз уменьшить затраты на создание микропроцессорной системы.
В заключение этого раздела заметим, что и одноплатная микро­ЭВМ на основе БИС серии 580, и однокристальные микроЭВМ легко приспосабливаются для выполнения самых разнообразных задач. Для этого только необходимо сменить программное обеспе­чение (заменить ПЗУ) и периферийные устройства. При этом заг-