Раздел 4 Схемотехника цифровых устройств на основе БИС, СБИС

4.1. Микропроцессорные комплекты БИС/СБИС. Структура и функционирование микропроцессорной системы. Микроконтроллеры 1

4.2. Управление памятью и внешними устройствами. Построение модуля памяти 5

Модуль памяти 7

4.3. Микропроцессор серии 1821 (Intel 8085A) 9

Синхронизация и последовательность действий МП 14

4.4. Схемы подключения памяти и внешних устройств к шинам микропроцессорной системы 25

Микропроцессорные комплекты БИС/СБИС. Структура и функционирование микропроцессорной системы. Микроконтроллеры

Микропроцессор — термин, по-видимому, самый модный в современной микроэлектронике и вычислительной технике. Необычайная популярность микропроцессоров объясняется тем, что их появление привело к внедрению вычислительной техники в самые разнообразные сферы жизни. Универсальность микропроцессоров ведет, к большой тиражности их производства и, следовательно, к снижению их стоимости, а это, в свою очередь, расширяет круг потребителей и способствует дальнейшему удешевлению микропроцессоров.

Микропроцессором (МП) называют построенное на одной или нескольких БИС/СБИС программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки информации и управление им.

Решаемая задача определяется реализуемой МП программой, структура микропроцессорной системы остается неизменной, что и определяет ее универсальность.

Микропроцессоры появились, когда уровень интеграции ИС достиг значений, при которых необходимые для программной реализации алгоритмов блоки удалось разместить на одном или нескольких кристаллах. МП — центральный процессорный элемент микропроцессорной системы (микроЭВМ), в которую также входят память и устройства ввода/вывода (внешние устройства).

Совокупность БИС/СБИС, пригодных для совместного применения в составе микроЭВМ, называют микропроцессорным комплектом БИС/СБИС (МПК). Понятие МПК задает номенклатуру микросхем с точки зрения возможностей их совместного применения (совместимость по архитектуре, электрическим параметрам, конструктивным признакам и др.). В состав МПК могут входить микросхемы различных серий и схемотехнологических типов при условии их совместимости.

В микропроцессорной системе (МПС) организуется процесс выполнения заданной программы, и самые разные задачи решаются путем выполнения последовательности команд, свойственных данному МП (входящих в его систему команд). Вычислительные, контрольно-измерительные или управляющие системы, обрабатывающим элементом которых служит МП, относятся к числу МПС.

Практически всегда структура МПС является магистрально-модульной. В такой структуре имеется группа магистралей (шин), к которым подключаются различные модули (блоки), обменивающиеся между собой информацией поочередно, в режиме разделения времени.

Термин "шины" относится к совокупности цепей (линий), число которых определяет разрядность шины.

Типична трехшинная структура МПС с шинами адресов ША, данных ШД и управления ШУ. Наряду с русскими терминами применяются английские АВ (Address Bus), DB (Data Bus) и СВ (Control Bus).

Рис. 4.1. Структура микропроцессорной системы

На рис. 4.1 показана структура микропроцессорной системы с МП, имеющим мультиплексируемую шину адресов/данных (например, с МП К1821ВМ85А). Линии A_15-8 являются адресными, через них в систему передается старший байт 16-разрядного адреса. В эту шину включен формирователь на постоянно открытом по входу разрешения EN буферном регистре ИР82, обеспечивающем работу шины на нагрузку, образуемую внешними цепями. Собственной нагрузочной способности у выводов МП, как правило, не хватает. Линии AD_7-0 мультиплексируются. Вначале они передают младший байт адреса, признаком чего служит наличие сигнала ALE (Address Latch Enable), загружающего этот байт в регистр ИР82.

После загрузки регистра сигнал ALE снимается, и содержимое регистра остается неизменным вплоть до новой загрузки в следующем цикле работы процессора. Так формируется 16-разрядная шина адреса, содержащая адрес A_15-0. Этот адрес используется блоками постоянной и оперативной памяти ROM и RAM. Адресация портов ввода и вывода данных требует восьмиразрядного адреса, что соответствует возможности работы не более чем с 256 портами каждого из типов. Адрес портов можно снимать с любой половины адресной шины (во взятом для примера МП состояния обоих полушин адреса при адресации портов дублируются).

После передачи младшего байта адреса шина AD_7-0 отдается для передачи данных. Эти передачи двунаправлены, направление задается буфером данных BD в зависимости от сигнала Т (Transit). При активном состоянии сигнала чтения RD (Read) данные передаются справа налево, при пассивном — в обратном направлении. К шине данных подключены информационные выводы всех модулей МПС.

Выводы x₁ и x₂ служат для подключения кварцевого резонатора или иных контуров, задающих частоту тактовому генератору, расположенному в МП. Тактирование системы производится на частоте, равной половине частоты резонанса кварца или иного контура, поскольку генератор работает на триггер, с которого снимаются сигналы тактирования модулей МПС, а триггер делит частоту на 2. Вход является входом асинхронного сброса, приводящим МП в исходное состояния. Сигнал L-активный. Сброс может быть осуществлен замыканием ключа К и автоматически происходит при включении питания Ucc. В этом случае благодаря цепочке RC напряжение на входе нарастает постепенно, и в течение некоторого времени после включения питания остается низким (ниже порогового), что равноценно .подаче сигнала .

Выполняя программу, МП обрабатывает команду за командой. Команда задает выполняемую операцию и содержит сведения об участвующих в ней операндах. После приема команды происходит ее расшифровка и выполнение, в ходе которого МП получает необходимые данные из памяти или внешних устройств. Ячейки памяти и внешние устройства (порты) имеют номера, называемые адресами, которыми они обозначаются в программе.

По однонаправленной адресной шине МП посылает адреса, определяя объект, с которым будет обмен, по шине данных (двунаправленной) обменивается данными с модулями (блоками) системы, по шине управления идет обмен управляющей информацией.

ПЗУ (ROM) хранит фиксированные программы и данные, оно является энергонезависимым и при выключении питания информацию не теряет.

ОЗУ (RAM) хранит оперативные данные (изменяемые программы, промежуточные, результаты вычислений и др.), является энергозависимым и теряет информацию при выключении питания. Для приведения-системы в работоспособное состояние после включения питания ОЗУ следует загрузить необходимой информацией.

Устройства ввода-вывода (УВВ) или внешние устройства (ВУ) — технические средства для передачи данных извне в МП или память либо из МП или памяти во внешнюю среду. Для подключения ВУ необходимо привести их сигналы, форматы слов, скорость передачи и т. п. к стандартному виду, воспринимаемому данным МП. Это выполняется специальными блоками, называемыми адаптерами (интерфейсными блоками ввода-вывода). Напомним, что интерфейсом называют совокупность аппаратных и программных средств, унифицирующих процессы обмена между модулями системы.

Контроллеры прерываний обеспечивают обмен с внешними устройствами в режиме прерывания (временной остановки) выполняемой программы для обслуживания запроса от внешнего устройства.

Контроллеры прямого доступа к памяти обслуживают режим прямой связи между внешними устройствами и памятью без участия МП. При управлении обменом со стороны МП пересылка данных между внешними устройствами и памятью происходит в два этапа — сначала данные принимаются микропроцессором, а затем выдаются им на приемник данных. В режиме прямого доступа к памяти МП отключается от шин системы и передает управление ими контроллеру прямого доступа, а передачи данных осуществляются в один этап — непосредственно от источника к приемнику.

В состав МПС часто входят также программируемые таймеры, формирующие различные сигналы (интервалы, последовательности импульсов и т. д.) для проведения операций, связанных со временем.

Основные понятия и виды запоминающих устройств. Цифровые запоминающие устройства предназначены для записи, хранения и выдачи информации, представленной в виде цифрового кода. Основными характеристиками запоминающих устройств являются: их информационная емкость, быстродействие н время хранения информации.

Классификацию цифровых запоминающих устройств можно выполнять по ряду признаков:

• функциональному назначению;

• способу хранения информации;

• технологическому исполнению;

•способу обращения к массиву элементов памяти.

В основу технической классификации запоминающих устройств (ЗУ) положено их функциональное назначение. По функциональному назначению все виды ЗУ можно разделить на следующие группы:

• оперативные запоминающие устройства (ОЗУ, или RAM) — устройства
памяти цифровой информации, объединенные со схемами управления, обеспечивающими режимы записи, хранения и считывания цифровой (двоичной)
информации в процессе ее обработки;

• постоянные запоминающие устройства (ПЗУ, или ROM) — матрицы пассивных элементов памяти со схемами управления, предназначенные для воспроизведения неизменной информации, заносимой в матрицу при изготовлении ( в режиме хранения информации энергия не потребляется);

• программируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ, или
PROM) — постоянные запоминающие устройства с возможностью одно кратного электрического программирования; они отличаются от ПЗУ тем, что позволяют в процессе применения микросхемы однократно изменить состояние запоминающей матрицы электрическим путем по заданной программе;

• репрограммируемые постоянные запоминающие устройства (РПЗУ, или
EEPROM) — постоянные запоминающие устройства с возможностью многократного электрического перепрограммирования; они отличаются от ППЗУ тем, что допускают многократную электрическую запись информации, но число циклов записи и стирания ограничено (до 10⁴ циклов);

• репрограммируемые постоянные запоминающие устройства с ультрафиолетовым стиранием и электрической записью информации (РПЗУ УФ, или ЕР ROM); они отличаются от РПЗУ только способом стирания информации с помощью ультрафиолетового освещения, для чего в корпусе микросхемы имеется специальное окно;

• ассоциативные запоминающие устройства (АЗУ, или САМ) — «безадресные» ЗУ, в которых поиск и выборка информации осуществляется по содержанию произвольного количества разрядов хранящихся в АЗУ чисел, не зависимо от физических координат ячеек памяти.

Перечисленный ряд запоминающих устройств не является исчерпывающим. Эта область электроники в настоящее время бурно развивается и появляются новые разновидности ЗУ с иными принципами функционирования. Например, имеются программируемые логические матрицы (ПЛМ), отличающиеся от ППЗУ ограниченным набором входных сигналов. Также имеются РПЗУ, в которых допускается избирательное стирание информации в любом отдельном элементе памяти ( EAROM).

Интегральные микросхемы ЗУ. Промышленность выпускает большое количество различных микросхем ЗУ, отличающихся информационной емкостью, организацией, технологией изготовления. Функциональное назначение ИМС указывается обозначением RAM.

Отдельные типы микросхем ОЗУ могут иметь выходные каскады с тремя состояниями или с открытым коллектором. Для обозначения выхода с тремя состояниями используется знак . Микросхемы, имеющие выход с открытым коллектором, обозначаются индексом . а с открытым

эмиттером — знаком . Применение микросхем с тремя состояниями выхода или с открытым коллектором (открытым эмиттером) позволяет создавать модули ЗУ с различными параметрами.

Раздел 5 Микропроцессоры

Дата добавления: 2019-11-25; просмотров: 811; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!