Схема електрична принципова модуля на базі 8-розрядного мікропроцесора (стр. 2 из 4)

Вибір мікропроцесора і системного контролера.

Одним з основних критеріїв при виборі МП є швидкодія. Так як до проектованої системи не пред'являються високі вимоги, то можна вибрати мікропроцесор із середньою швидкодією. Виберемо мікропроцесор із МПК серії КР580.

Мікропроцесорний комплект серії КР580 є одним з розповсюджених комплектів ВІС, що дозволяє створювати ефективні обчислювальні пристрої, орієнтовані на реалізацію обчислювальних задач і використання їх як пристроїв керування. Основу комплекту складає однокристальний МП КР580ВМ80. Крім МП до складу серії КР580 входить велике число ВІС, що дозволяють відносно просто підключати до МП різні пристрої, організовувати швидкий обмін інформацією між блоками ЕОМ. Розглянемо особливостей побудови мікро-ЕОМ на прикладі МПК серії КР580.

Мікропроцесорний комплект КР580 містить у собі мікросхеми:

Мікропроцесорна ВІС.

Програмований пристрій введення-виведення рівнобіжної інформації різного формату КР580ВВ55.

Програмований блок пріоритетного переривання КР580ВН59.

Програмований пристрій прямого доступу до пам'яті КР580ВТ57.

Інтегральний таймер КР580ВИ53.

Універсальний синхронно-асинхронний програмований прийомо-передавач КР580ВВ51.

Програмований контролер клавіатури КР580ВВ79.

Системний контролер КР580ВК28.

Схеми виконані по n-МОП технології, вхідні і вихідні сигнали відповідають рівням роботи ТТЛ-схем. Мікро-ЕОМ, побудована на базі комплекту, працює з тактовою частотою до 2 Мгц. Схеми програмуються за допомогою фіксованого набору команд МП ВІС КР580ВМ80.

Мікропроцесорна ВІС КР580ВМ80 являє собою однокристальний 8-розрядний МП із двома магістралями: однонапрямленою 16-розрядною адресною магістраллю (МА), двонаправленою 8-розрядною магістраллю даних (МД), і 12 сигналами керування (шість вхідних і шість вихідних). МП застосовується як центральний процесор у пристроях обробки даних і керування. Канал адреси забезпечує пряму адресацію зовнішньої пам'яті обсягом до 65535 байт, 256 пристроїв введення і 256 пристроїв виведення.

Мікропроцесорна ВІС розрахована на виконання логічних і арифметичних операцій з 8-розрядними числами в двійковій і десятковій системах числення, а також операцій з подвійною розрядністю (з 16-розрядними числами).

Як системний контролер буде використовуватися ВІС КР580ВК28, яка необхідна для фіксації слова - стану МП, вироблення системних керуючих сигналів, буферизації шини даних МП і керування напрямком передачі даних.

1.2. Технічні характеристики

Проектована МП система має наступні основні технічні характеристики:

Елементна база - мікросхеми серій К580.

Базовий комплект - ВІС серії К580.

Центральний процесор - КР580ВМ80А.

Розрядність шини адреси - 1 б біт.

Розрядність шини даних - 8 біт.

Число команд - 244.

Формати команд - нуль-, одне - і двохадресні.

Розрядність команд - 8,16, 24 біт.

Формат даних - двійкові числа з фіксованою комою.

Способи адресації - пряма, непряма, безпосередня, неявна

Число 8-розрядних регістрів загального призначення - 6.

Час виконання команд додавання R-R - не більш 2 мкс.

Число адресуємих регістрів введення-виведення - 256.

Обсяг адресуємої пам'яті - 64 К байт.

Ємність ПЗП - 16 К байт,

Ємність ОЗП - 64 К байт.

Продуктивність - 110 тис. оп/с.

Система переривань - програмно-пріоритетна з 8 лініями апаратного переривання.

Час реакції на переривання - 18 мкс.

Параметри вхідних і вихідних сигналів сумісні з ТТЛ-рівнями.

1.3. Розробка і обґрунтування схеми електричної структурної

Схему електричну структурну пристрою розглянемо на прикладі мікросхеми КР1810ВБ89 (рисунок 1.3.1) призначеної для реалізації пріоритетного безконфліктного доступу до системної шини мультипроцесорної системи. Арбітр шини дешифрує стан мультипроцесора, виробляє керуючі сигнали для організації доступу до шини типу Мультибас і керує контролерами шини й регістрами для фіксації адреси.

Арбітр шини складається з наступних функціональних блоків: дешифратора станів, що декодує стан мікропроцесора і формує сигнали, що надходять на схеми арбітражу й інтерфейсу системної шини; схеми арбітражу керуючої разом зі схемами арбітражу інших арбітрів пріоритетним доступом; схеми інтерфейсу системної шини, що виробляє сигнали запиту на захоплення системної шини і приймаючого сигналів підтвердження захоплення; схеми керування і синхронізації; схеми керування контролером шини й фіксаторами адреси.

Рисунок 1.3.1. - Структурна схема процесорного модуля

2. Спеціальний розділ

2.1. Вибір і обґрунтування елементної бази

Системний контролер і шинний формувач КР580ВК28.

Системний контролер і шинний формувач КР580ВК28 призначено для фіксації слова-стану МП, вироблення системних керуючих сигналів, буферизації шини даних МП і керування напрямком передачі даних.

Структурна схема системного контролера і шинного формувача (СКФ) приведена на рис.2.1.1. До складу СКФ входять: шинний формувач-підсилювач (BF), що забезпечує збільшення навантажувальної здатності системної інформаційної шини; регістр (RG) для запису і збереження слова-стану МП; комбінаційна схема (PLA) для формування вихідних керуючих сигналів.

Рисунок 2.1.1. - Структурна схема системного контролера і шинного формувача (СКФ).

Призначення вхідних, вихідних, вихідних і керуючих сигналів СКФ приведені при описі виводів мікросхеми в табл.2.1.1.

Таблиця2.1.1. - Опис виводів СКФ

Позначення виводу	Номер контакту	Призначення виводу
D(7 - 0)	8; 21; 19; 6; 10; 12;	Входи/виходи даних
17; 15	(з боку МП)
STSTB	1	Строб стану (від ГТИ)
DBIN	4	Вхід сигналу "ПРИЙОМ" від МП
WR	3	Вхід сигналу "ВИДАЧА" від МП
HLDA	2	Вхід сигналу "ПІДТВЕРДЖЕННЯ ЗАХОПЛЕННЯ" від МП
DB(7 - 0)	7; 20; 18; 5; 9; 11; 16; 13	Входи/виходи інформаційної системної шини
MEMR	24	Читання пам'яті
MEMW	26	Запис у пам'ять
I/OR	25	Читання з ВУ
I/OW	27	Запис у ВУ
BUSEN	22	Дозвіл роботи шин - сигнал Н-рівня, що установлює усі виходи у високоімпедансний стан
INTA	23	Підтвердження переривання - сигнал L-рівня, використову-ваний для стробування введення адреси підпрограми обслуговування переривання
Ucc	28	Напруга живлення (+5В)

Підключення СКФ до МП наведено на рисунку 2.1.2.

Рисунок 2.1.2. - Схема підключення СКФ до МП

По сигналу STSTB, що виробляється ГТІ, відбувається запис слова-стану в регістр збереження, а потім видача його на комбінаційну схему, що формує керуючі сигнали.

Буферні регістри КР580ИР82 і КР580ИР83.

Буферні регістри КР580ИР82 і КР580ИР83 являють собою 8-розрядні паралельні регістри з тристабільними виходами. Вони використовуються для реалізації схем фіксації, буферизації і мульти-плексування в мікропроцесорних системах на базі МП КР580ИК80А та К1810ВМ86. На виходах мікросхеми КР580ИР82 генеруються не інвертовані вхідні дані, а на виходах мікросхеми КР580ИР83 - інвертовані.

Запис вхідних даних у буферні регістри виробляється при переході сигналу STB с Н-рівня в L-рівень. При Н-рівні сигналу ОЕ виходи буферних регістрів знаходяться у високоімпедансному стані.

Генератор тактових сигналів КР580ГФ24.

Мікропроцесорна інтегральна мікросхема КР580ГФ24 використовується як генератор тактових синхросерій F1 і F2 для мікропроцесора КР580ИК80А. Крім того, генератор виробляє сигнали початкової установки мікропроцесора RESET і готовності READY, які синхронізовані тактовими імпульсами, і строб STSTB, використовуваний для фіксації слова станів у системному контролері.

На рисунку 2.1.2. приведене умовне позначення генератора тактових сигналів КР580ГФ24 на електричній схемі.

Рисунок 2.1.2. - Позначення КР580ГФ24 на схемі електричній принциповій.

2.2. Принцип роботи окремих ВІС з використанням часових діаграм

В серії К580 процесор разом з пристроєм керування реалізований у вигляді окремої ВІС і має фіксовані розрядність і систему команд, "зашиту" у ВІС МП.

Схематичне зображення і позначення на електричній схемі приведене рисунку 2.2.1.

Рисунок 2.2.1. - Позначення мікропроцесора КР580ВМ80А на електричній схемі.

Функціональне призначення виводів МП КР580ВМ80А приведено в таблиці 2.2.1.

Таблиця 2.2.1. Функціональне призначення виводів МП.

Вивід	Позначення	Тип виводу	Функціональне призначення виводів
1,25-27, 29-40	Аю, Ао-А2> Аз-А9ї Аі5, Ai2-A14s^п	Виходи	Канал адреси
2	GND	-	Загальний
3-10	D4-D7, D3-D0	Входи (виходи)	Канал даних
11	UTO	-	Напруга живлення - 5 V
12	RESET	Вхід	Установка в початковий стан
13	HOLD	Вхід	Захоплення
14	INT	Вхід	Запит переривання
15,22	Сь С2	Входи	Тактові імпульси
16	ШТЕ	Вихід	Дозвіл переривання
17	DBIN	Вихід	Прийом інформації
18	-WR	Вихід	Видача інформації
19	SYNC	Вихід	Сигнал синхронізації
20	Ucci	-	Напруга живлення +5 V
21	HLDA	Вихід	Підтвердження захоплення
23	RDY	Вхід	Сигнал "Готовність"
24	WATT	Вихід	Сигнал "Чекання"
28	'"Цвда	-	Напруга живлення +12 V

Цикл команд МП складається з машинних циклів, число яких для різних команд неоднакове і коливається в межах від одного до трьох. Машинний цикл потрібно кожного разу, коли ЦП звертається до пам'яті чи до порту вводу/виводу. На кожен байт обраної команди приділяється один машинний цикл, що містить три-п'ять тактів. На рис.2.2.2. показаний цикл команди з трьома звертаннями до пам'яті, що складається з трьох машинних циклів.