Разработка электрической структурной, функциональной, принципиальной схем учебного комплекса по интерфейсам ввода-вывода (стр. 4 из 5)

- Назначение функциональных блоков должно основываться на режимах работы разрабатываемого лабораторного оборудования и принципах функционирования отдельных ее узлов.

Целесообразно для разработки устройства использовать ИМС серий К155, К555, совместимых по техническим параметрам с серией К580.

2.4 Разработка схемы электрической принципиальной учебного комплекса по интерфейсам ввода-вывода

Функционирование микросхемы КР580ВВ55

Основой разрабатываемой лабораторной установки является параллельный интерфейс.

Асинхронный процесс обмена данными между микро-ЭВМ и внешними устройствами (ВУ), а также требования наиболее рационального распределения времени работы микро-ЭВМ приводят к разработке интерфейсных устройств необходимых при организации обмена данными.

Задача таких устройств состоит в приеме данных по сигналам управления, формирования сигналов, указывающих на наличие данных в устройстве, выдаче данных по сигналам управления, а также формировании сигналов, указывающих на готовность устройства к приему новых данных.

Процесс обмена информацией организуется интерфейсным устройством под действием сигналов управления, поступающих от микро-ЭВМ и ВУ.

Технология больших интегральных схем (БИС) позволяет создавать универсальные многофункциональные интерфейсные устройства ввода-вывода параллельной информации.

Такие устройства могут быть программируемыми и применяться для двунаправленной передачи данных и сигналов управления. Микро-ЭВМ информируется о готовности устройства к обмену данными, как правило, по сигналам прерывания. Обмен данными осуществляется путем обращения микро-ЭВМ к устройству ввода-вывода как к адресу памяти или ВУ. Таким образом, интерфейсные устройства ввода-вывода параллельной информации позволяют согласовать во времени процесс обмена данными между ВУ и микро-ЭВМ при рациональном использовании времени работы микро-ЭВМ. Микросхема КР580ВВ55 представляет собой программируемое устройство, используемое для ввода-вывода параллельной информации. Схема позволяет осуществлять обмен 8-разрядными данными по трем каналам: А, В, С. Направление обмена и режим работы для каждого канала задается программно. Каналы служат для передачи, как данных, так и управляющих сигналов. Структура микросхемы КР580ВВ55 приведена на рисунке 2.8.

Назначение выводов:

Д0 - Д7 - двунаправленная магистраль данных для передачи данных, управляющих слов и информации состояния.

КА 0- КА 7 - двунаправленная магистраль данных канала А.

КВ 0 - KB 7 - двунаправленная магистраль данных канала В.

КС 0 - КС 7 - двунаправленная магистраль данных канала С.

(магистрали каналов передачи данных, управляющих сигналов и сигналов запроса на прерывание от ВУ и МП БИС).

ВУ - выбор устройства.

Для микро-ЭВМ схему можно представить состоящей либо из четырех ВУ, либо из четырех адресов памяти.

Для формирования сигнала выборки устройства, подаваемого на вход ВУ, можно использовать шины А 0 - A 15 MA микро-ЭВМ. При обращении к схеме как к четырем ВУ входы Чт и Зп должны быть подключены к шинам Чт. ВВ и Зп. ВВ ВУ микро-ЭВМ.

При обращении к схеме как к четырем адресам памяти ее входы Чт и Зп должны быть соответственно подключены к шинам Чт. ПАМЯТЬ и Зп. ПАМЯТЬ микро-ЭВМ.

Схема выполняет следующие функции: буферизацию (при асинхронном режиме обмена данными) и преобразование формата данных.

Режимы работы микросхемы КР580ВВ55 задаются при ее начальной установке. Четыре под адресных регистра схемы включают в себя три регистра каналов ввода-вывода данных (А, В, С) и регистр управления. Регистр канала С может быть подразделен на два четырехразрядных регистра ввода-вывода данных, к которым осуществляется доступ как к отдельным независимым регистрам (рисунок2.8).

Существует возможность подразделения трех каналов на две группы. В этих группах каналы А и В используются для обмена данными с микро-ЭВМ, а отдельные шины канала С - для записи управляющих сигналов.

Режимы работы каналов задаются путем записи управляющего слова в регистр управления.

Существует три типа работы схемы:

Тип 0. Это простой ввод-вывод данных по трем 8-разрядным каналам, причем канал С может быть подразделен на два 4-разрядных канала. Каждый из каналов может быть использован отдельно для ввода или вывода информации. При работе схемы в этом режиме никаких дополнительных сигналов управления не требуется.

Тип 1. Позволяет осуществлять обмен данными по каналам А и В с помощью сигналов управления, передаваемых по каналу С. Для каналов А и В существует четыре комбинации взаимных направлений передачи данных:

- Каналы А и В работают в режиме вывода данных.

- Каналы А и В работают в режиме ввода данных.

- Канал А работает в режиме ввода, а В - в режиме вывода данных.

- Канал А работает в режиме вывода, а В - в режиме ввода данных.

Рисунок 2.8- Структурная схема КР580ВВ55

Незадействованные для управляющих сигналов шины канала С могут быть использованы для ввода-вывода информации. Направление передачи информации по этим шинам определяется управляющим словом, записанным в регистре управления. [5]

В ходе рассмотрения существующих типов микросхем можно сделать вывод: анализируя сравнительные характеристики микросхем различных серий, среди многообразия типов и серий микросхем, выявлено, что наиболее подходящими элементами для устройства являются микросхемы серий 155, 555, 530, 533, 531, 555. Уровни питающих напряжений, а также уровни напряжений логических сигналов позволяют применять данные микросхемы в разрабатываемом учебном комплексе.

В ходе анализа существующих типов и серий микросхем постоянной памяти выявлено, что для разрабатываемой лабораторной установки наиболее подходит постоянная память типа РПЗУ серии 573, так как она обладает свойством перепрограммирования.

Таким образом, интерфейсные устройства ввода-вывода параллельной информации позволяют согласовать во времени процесс обмена данными между ВУ и микро-ЭВМ при рациональном использовании времени работы микро-ЭВМ. Микросхема КР580ВВ55 представляет собой программируемое устройство, используемое для ввода-вывода параллельной информации. Схема позволяет осуществлять обмен 8-разрядными данными по трем каналам: А, В, С. Направление обмена и режим работы для каждого канала задается программно. Каналы служат для передачи, как данных, так и управляющих сигналов.

Заключение

Исходя из анализа существующих структур лабораторных установок и стендов, функционального состава отдельных блоков, а также многообразия типов и видов микросхем следует:

1. Разрабатываемый учебный комплекс должен обладать наилучшими свойствами уже существующих типов лабораторных установок, которые имеют универсальную конструкцию, позволяющую наглядно иллюстрировать работу реальной микропроцессорной системы.

2. На основе анализа структурных схем лабораторных установок универсальной конструкции разработан учебный комплекс, удовлетворяющая предъявленным требованиям, которыми являются простота, малая стоимость, доступность.

3. Первый блок учебного комплекса содержит в своем составе следующие блоки: блок параллельного интерфейса (ПИ), блок тактового генератора и синхроимпульсов С ТГиС), узел сброса (УС), блок постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), контроллер устройства отображения (КУО), блок клавиатуры и отображения (БКО), формирователь отдельных команд (ФОК), позволяющей работать в автоматизированном и ручном режимах.

4. Второй блок учебного комплекса содержит в своем составе следующие блоки: блок последовательного интерфейса (УСАПП), блок постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), контроллер прерываний, формирователь отдельных команд, позволяющие работать в автоматизированном и ручном режимах.

5. Учебный комплекс позволяет выполнять работы по исследованию режимов функционирования ПИ в случаях: каналы А и В работают в режиме вывода данных, каналы А и В работают в режиме ввода данных, канал А работает в режиме ввода, а В - в режиме вывода данных, канал А работает в режиме вывода, а В - в режиме ввода данных, а также работы по исследованию режимов функционирования УСАПП.

6. Функциональная схема, разработанная на основе структурной схемы учебного комплекса, разбита на функционально законченные узлы и включает: блок ПИ, блок ПЗУ и сигнал выборки программ, тактовый генератор, схему одновибратора, индикаторное табло, линейки светодиодов, диодную схема сброса, формирователь сигналов без дребезга, блок последовательного интерфейса (УСАПП), блок постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), контроллер прерываний, формирователь отдельных команд.

7. Анализируя сравнительные характеристики микросхем различных серий, среди многообразия всех микросхем, выявлено, что наиболее удовлетворяющие предъявляемым требованиям, элементами для устройства являются микросхемы серий 155, 555, 530, 533, 531, 555. Уровни питающих напряжений, а также уровни напряжений логических сигналов позволяют применять данные микросхемы в разрабатываемом устройстве.

8. В ходе разработки схемы электрической принципиальной в основу был положен порядок исследования ПИ и УСАПП, заключающийся в том, что при проведении лабораторной работы необходимо обеспечить исследование всех их режимов функционирования.

Таким образом, разрабатываемый учебный комплекс должен обладать свойством универсальности, отвечать техническим требованиям, применяемых к лабораторным установкам, и позволять исследовать интерфейсы ввода-вывода в режимах ручного и автоматизированного управления.