Военныйнаучно – учебный центр Сухопутных войск «ОВА ВС РФ»
Кафедра № 31
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯЗАПИСКА
ккурсовому проекту
Разработкаэлектрической структурной, функциональной, принципиальной схем учебногокомплекса по интерфейсам ввода-вывода
Руководитель проекта
п/п-к М.Ю. Суркин
Курсант 249-1 учебного отделения
Н.Поляков
2011
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. Анализ функционирования установок дляисследования режимов работы компонентов с СЭВМ
2. Разработка электрической структурной,функциональной, принципиальной схем учебного комплекса по интерфейсамввода-вывода
2.1 Разработка схемыэлектрической структурной учебного комплекса по интерфейсам ввода-вывода
2.2 Разработка схемыэлектрической функциональной учебного комплекса по интерфейсам ввода-вывода
2.3 Выбор элементарнойбазы
2.4 Разработка схемыэлектрической принципиальной учебного комплекса по интерфейсам ввода вывода
Заключение
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
микросхема учебный комплексинтерфейс
Интенсивноеразвитие микропроцессорной техники обуславливает расширение области применениясредств автоматизации управления. В настоящее время микропроцессоры и микроЭВМшироко применяют в качестве основных элементов цифровых вычислительныхустройств различного назначения, в частности устройств обработки информации.
Поступательноеразвитие микроэлектроники по пути увеличения степени интеграции микросхем исовершенствования технологии их изготовления, привело к появлениюмикропроцессоров с повышенным быстродействием и разрядностью, например16-разрядных центральных процессоров серий К588, К1801 и К1810.
Микропроцессоры,построенные на одной БИС, содержат в своем составе устройство управления,реализующее фиксированную для конкретной микросхемы систему команд, и имеютограниченное количество внешних магистралей. Такими МПК являются 8, 16,32-разрядные комплекты К580, K1810, К1818, которые составляют основуспециализированной ЭВМ радио технических средств.
Микропроцессорнаятехника относится к наиболее сложным видам техники. Микропроцессорный комплектсерии К1810, отличается широкой номенклатурой БИС и высоким быстродействием.Без представления о работе этих процессоров, изучение более сложных процессоровочень проблематично, их изучению уделяется очень большое внимание. Поэтому всёбольше требуются специалисты по ремонту и обслуживанию комплексов автоматизациии управления, соответственно они должны знать устройство и принципы функционированиямикропроцессорной техники.
Также кгруппе МПК можно отнести схемы, в которых устройство управления реализовано наоснове программируемых логических матриц, содержащих информацию, обеспечивающуювыполнение записанной в них системы команд (К587, К1811 и другие).
Сопряжениемикро-ЭВМ с большинством периферийных устройств осуществляется в параллельномкоде.
Однимиз основных направлений в проектировании MП информационно — управляющейвычислительной системой (ИУВС) является выбор совокупности унифицированныхаппаратурных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализацииалгоритмов взаимодействия различных функциональных устройств ИУВС.
1. Анализфункционирования установок для исследования режимов работы компонентов с СЭВМ
Функциональнаяорганизация интерфейсных лабораторных установок и стендов характеризует способыпостроения и порядок взаимодействия интерфейсных блоков.
Структураинтерфейса определяется размерностью и схемой соединения, а также топологиейсвязей. Размерность соединения — число информационных каналов и степеньсовмещения во времени процессов информационного взаимодействия в интерфейсе.Из-за этого существующие стандартные интерфейсы микро-ЭВМ имеют в основномодноименную структуру. Схема соединения определяет структуру информационного иуправляющего каналов и сводится к последовательному, параллельному ипараллельно- последовательному вариантам.
Топологиясвязей характеризует взаимное размещение блоков ЭВМ и интерфейсных блоков впространстве. Она зависит от конструктивного размещения плат интерфейсныхблоков и разделяется на внутриблочную и межблочную.
Наборструктурных параметров (размерность, схемы соединения, топологии связей) иинтерфейсных операторов (функционально-независимых интерфейсных блоков,координации и другие) позволяет систематизировать возможные вариантыинтерфейсных лабораторных установок и стендов. При этом известно, чтоструктурные параметры характеризуют информационный канал, а интерфейсныеоператоры характеризуют управляющий канал. Среди технико-экономическихпоказателей можно выделить пропускную способность интерфейса, вместимость,надежность и стоимость лабораторной установки.
Подпропускной способностью понимается время передачи единицы информации междуустройствами разрабатываемого устройства. Она зависит от времени, необходимогодля установления связи, передачи единицы информации между устройствамиинтерфейсной лабораторной установки. Следовательно, пропускная способностьзависит и от схемы соединения, топологии шин, способов реализации операторовселекции и синхронизации.
Вместимостьхарактеризуется максимальным числом устройств, которые могут быть подключены кинтерфейсу без использования дополнительных средств eё расширения. Она зависит от системы адресации приемопередающихэлементов и условия конструктивной реализации. Вместимость тесно связана состальными характеристиками интерфейсов — ее увеличение снижает значениепропускной способности и надежности и повышает стоимость разрабатываемогоустройства.
Согласносовременным представлениям под надежностью понимается свойство изделия(элемента, узла, устройства, машины, системы) выполнять заданные функции,сохраняя во времени свои характеристики в установленных пределах приопределенных режимах и условиях использования, технического обслуживания,режимах хранения и транспортирования.
Прианализе и оценке надежности какого-либо объекта приходится иметь дело сослучайными событиями и величинами, что заставляет использовать понятия и методытеории вероятности.
Надежностьразрабатываемого устройства определяется безотказностью, достоверностьюфункционирования и характеристиками обслуживаемости, в первую очередьремонтопригодностью (восстанавливаемостью после отказов), восстанавливаемостьюинформации после сбоев и проверкопригодностью. [4]
Обычнооценке стоимости интерфейсной лабораторной установки включают затраты наинтерфейсные блоки, систему электропитания, конструкции и кабели связи.
Дляформирования требований, предъявляемых к лабораторным установкам и стендам,необходимо проанализировать имеющиеся виды интерфейсных лабораторных установоки стендов.
Лабораторныйстенд, представленный на рисунке 1.1 предназначен для исследования параллельногоинтерфейса (ПИ) в ручном режиме.
Лабораторныеустановки с автоматизированным режимом работы предназначена дляавтоматизированного выполнения лабораторных работ. Структурная схемапредставлена на рисунке 1.2 и включает в себя:
- Блок параллельногоинтерфейса (ПИ).
- Тактовый генератор(ТГ).
- Постоянное запоминающееустройство (ПЗУ).
- Контроллерустройства отображения (КУО).
- Устройствоотображения (УО).
Недостаткомэтой лабораторной установки является то, что нет возможности проверить ПИ поотдельным командам, которые необходимы для работы ПИ в отдельных режимах.
Такженедостатком является также то, что при пропуске команды, то есть в случае, еслине успеть зафиксировать результат, то необходимо начинать процедуру проведениялабораторной работы заново. Также нет возможности выполнения лабораторнойработы по этапам, что было возможно в лабораторной установке, рассмотреннойвыше, следовательно, при сбое системы необходимо программу выполнять заново.
Однимиз основных представителей МПК с фиксированным набором команд является К580.[8]
Комплекспредназначен для изучения специфики построения микро-ЭВМ на базе МП БИС сфиксированным набором команд, исследования работы и методов программированияБИС.
/>
Рисунок1.1 — Структурная схема лабораторного оборудования для
исследованияпараллельного интерфейса в ручном режиме
/>
Рисунок 1.2 — Структурная схемалабораторного оборудования для
автоматизированного выполнениялабораторных работ
2. Разработкаэлектрической структурной, функциональной, принципиальной схем учебногокомплекса по интерфейсам ввода-вывода
2.1 Разработкасхемы электрической структурной учебного комплекса по интерфейсам ввода-вывода
Наоснове анализа существующих лабораторных установок и стендов, выдвинутыхтехнических требований к учебному комплексу следует, что разрабатываемыйучебный комплекс должен иметь универсальную структуру.
Учебныйкомплекс, имеющий универсальную структуру, позволяет наглядно иллюстрироватьработу реальной микропроцессорной системы и состоять из нескольких лабораторныхустановок. К лабораторной установке с универсальной структурой можно отнестиУМПК1810, структурная схема которого представлена на (рисунке 2.1). Даннаялабораторная установка позволяет наглядно проследить процессы, протекающие впараллельном интерфейсе, за это отвечает блок параллельного интерфейса (БПИ), атакже блок клавиатуры и дисплея (БКД). Наглядно проследить процессы,протекающие в параллельном интерфейсе, способствует подключение блоказапоминающих устройств (БЗУ) и блока дешифрации адреса (БДА), что также упрощаетсхему.
СхемаБДА построена таким образом, что сигнал разрешения работы системной магистраливыдается тогда, когда ни на резидентной, ни на канальной магистрали нетустройств, распознавших свой адрес, а также текущий цикл не является цикломобработки прерываний.
Всекционируемых микропроцессорных БИС широкое применение получила открытаяструктура устройства. К такому типу лабораторных установок относится УМПК серииК589. [1]
Секционируемыемикропроцессорные БИС представляют собой класс полупроводниковых приборов,позволяющих для каждого конкретного применения строить вычислительныеустройства со структурной схемой.
/>
Рисунок2.1 — Структурная схема лабораторного оборудования
суниверсальной структурой серии 1810
Малаяразрядность микропроцессорных модулей (обычно 2, 4, 8 разрядов) открываетвозможность для одного корпуса БИС формировать большое число информационныхмагистралей, чем в микропроцессорных комплектах с фиксированной разрядностью.Выведенные на внешние контакты микросхем магистрали секционируемыхмикропроцессорных БИС дают возможность разработчикам вычислительных устройствреализовать микро-ЭВМ с архитектурой, учитывающей область ее применения.
Устройствоуправления микро-ЭВМ на секционируемых БИС обычно выполнено в видесамостоятельного блока и может иметь различную структуру в зависимости от решаемыхзадач. Рабочие программы могут вводиться на языке микроопераций, при этомнаилучшим образом учитываются возможности используемых микропроцессорных БИС,однако процесс программирования характеризуется повышенной трудоемкостью.
Дляпрограммирования на командном уровне устройство управления должно обеспечитьреализацию системы команд и специальных команд управления, осуществляющихработу со стековой памятью и режимом прерывания.
/>
Рисунок2.2 — Лабораторное оборудование для исследования
микропроцессорныхсистем серии 589
Структурауниверсальной конструкции, представленной на (рисунке 2.2), содержитоперационный блок (ОБ), представляющий собой 8-разрядный блок обработки данных.Реализован блок на четырех БИС центрального процессорного элемента.Микропрограммное устройство управления (МУУ) входящее в структуру открытойконструкции реализовано на регистрах и обеспечивает последовательность выборкикоманд в соответствии с алгоритмом решаемой задачи, формирует управляющие кодыдля операционного блока и совокупность управляющих сигналов, обеспечивающихсовместную работу блоков при выполнении команд.
Адресныйрасширитель (АР) предназначен для формирования 16-разрядной адресноймагистрали. Шинный формирователь (ШФ) в свою очередь предназначен дляформирования 8-разрядной информационной магистрали.
Вданной лабораторной установке, построенной на основе секционируемых БИС МПКсерии 589, существует возможность использовать в учебном процессе одни и те жевнешние устройства, что и в УМПК580.
Лабораторнаяустановка УМПК589 обладает свойством универсальности, то есть позволяетиспользовать внешние устройства от УМПК1801, УМПК1810. Программное обеспечениеУМПК589 имеет двухуровневую структуру.
Нижнийуровень представляет собой микрокоманды, реализующие систему командоднокристального микропроцессора КР580ВМ80. Верхний уровень программногообеспечения представляет собой управляющую программу, обеспечивающуюсогласованную работу всех блоков микро-ЭВМ процессора KP580BM80.Содержание и структура верхнего уровня программного обеспечения в УМПК589аналогичны по назначению и содержанию управляющей программе УМПК580.Лабораторные установки, имеющие открытую структуру, обладают свойствомуниверсальности.
Куниверсальному типу лабораторных установок, реализованных на основе БИСКМ1816ВЕ48, является УМПК1816.
Выборсерии К1816 в качестве базовой для построения комплекса обусловлен наличием в нейвсех характерных особенностей, хорошим ее развитием, возможностью еесовместного использования с интерфейсами БИС серии К580, простотой реализацииотладочных режимов.
Являясьспецифическим оборудованием, лабораторная установка УМПК1816 удовлетворяет следующимтребованиям:
- Возможностьпроведения экспериментов, с внутренними элементами, изучая их программированиеи исследование различных режимов работы.
- Изучение методовразработки и отладки программного и схемотехнического обеспечения, а такжеметодов отыскания неисправностей.
УМПК1816имеет открытую структуру, позволяющую ей обладать свойством универсальности.[3]
Сучетом необходимости гибкого изменения структуры и программного обеспечения взависимости от целей и задач обучения комплекс построен на основе трех модулей.
Всемодули являются функционально завершенными устройствами, позволяющими решатьзадачи различных этапов изучения построения микроконтроллеров на основеУМПК1816.
Базовыймодуль (БМ) УМПК-48/ВМ, представленный на (рисунке 2.3) включает в свой состав:
- ОднокристальнаяЭВМ (ОЭВМ) КМ1816ВЕ48.
- Схему пошаговоговыполнения программ (СхПВП).
- Линииввода-вывода (ЛВВ).
- Буферымагистралей данных (БМД).
- Буферымагистралей управления (БМУ).
- Схемаформирования магистрали адреса (ФМА) для подключения внешних запоминающихустройств (ЗУ).
Использованиекомплекса УМПК48 в качестве базового оборудования, для проведения учебногопроцесса, позволяет охватить весь круг проблем разработки однокристальных ЭВМ.Учебный процесс можно условно разбить на два этапа.
/>
Рисунок2.3 — Структура конструкции универсального лабораторного оборудования серии1816
На первомэтапе выполняются лабораторные работы, направленные на изучение особенностейсамой однокристальной ЭВМ: структуры, функционирования и программирования ееэлементов (линий ввода-вывода, таймера, счетчика и так далее), временныхдиаграмм работы, системы команд и ориентированных на нее алгоритмов обработкиинформации, организации различных интерфейсных функций (параллельного ипоследовательного ввода-вывода данных, временных интервалов, прерываний и такдалее).
Навтором этапе обучения выполняется цикл работ, направленных на изучение способоврасширения возможностей однокристальных ЭВМ за счет использования комплектовБИС серии 580, внешних ЗУ и тому подобное, организации отладочных режимовработы (пошаговое выполнение программ, эмуляция памяти команд), программногоосвоения разработки схемотехнического и программного обеспечениямикроконтроллеров различных объектов, исследования способов применениякросс-средств при разработке и отладки программ для однокристальных ЭВМ, атакже за счёт изучения методов отыскания неисправностей. В новом вариантекомплекса, все средства, обеспечивающие возможность проведения экспериментов поисследованию функционирования однокристальных ЭВМ, и их наглядность сохранены.
Несмотряна более высокую сложность, базовое оборудование может также применяться вучебном процессе для макетирования устройств сопряжения с объектом илиинтерфейсом, необходимых пользователю.
Учитываятактико-технические требования, и проведенный анализ существующих лабораторныхустановок, определена структура разрабатываемой лабораторной установки, приведеннойна (рисунке 2.4):
- Блокпараллельного-последовательного интерфейса (ППИ).
- Блок тактовогогенератора и синхроимпульсов (ТГиС).
- Узел сброса (УС).
- Блок постоянногозапоминающего устройства (ШУ).
- Контроллерустройства отображения (КУО).
- Блок клавиатуры иотображения (БКО).
- Формировательотдельных команд (ФОК).
Составданного учебного комплекса соответствует тактико-техническим требованиям клабораторным установкам.
В ПЗУзашита программа, которая включает в себя набор заданий для реализацииопределенных процедур. Программа позволяет выполнять задания для исследованияпараллельного интерфейса в ручном и автоматизированном режимах управления.
/>
Рисунок 2.4 — Структурная схемаучебного комплекса для исследования режимов работы параллельного — последовательного
интерфейса
Длявыборки команд из ПЗУ служит блок ТГиС, который включает в себя тактовыйгенератор и схему образования синхроимпульсов. Тактовый генератор служит дляобеспечения тактируемыми импульсами лабораторную установку при ее работе вавтоматизированном режиме. Одиночные синхроимпульсы применяются для работы вручном режиме, при выборе одиночных команд и при работе в режиме с определеннымнабором команд.
БлокППИ включает в себя параллельный и последовательный интерфейс и системуобеспечения его работы.
Контроллерустройства отображения обеспечивает правильное и безошибочное отображениеинформации на индикаторном табло или на светодиодах.
Устройствоотображения предназначено для отображения сигналов и включает в себя два блокаиндикации. Первый блок индикации предназначен для визуального отображениясостояний выходов логических схем. Данный блок содержит две линейкисветодиодов: линейку А и линейку В. Второй блок индикации предназначен дляотображения информации в виде цифр.
Формировательотдельных команд необходим при проведении лабораторных работ, связанных сопределенным типом команд.
Узелсброса позволяет вернуть всю лабораторную установку в исходное, то есть внулевое состояние. Основные узлы лабораторной установки имеют входы,возвращающие их в исходное состояние. Это вызвано несколькими причинами:
- Ошибка операторапри проведении исследований.
- Сброс системы призавершении работы.
- Сброс системы приобнаружении неисправностей в ППИ.
Всостав набора расширительных модулей при необходимости могут быть включенысамостоятельно разработанные устройства сопряжения с различными объектами. Этопозволяет выполнить ряд лабораторных работ по изучению программного исхемотехнического обеспечения специализированных узлов.
Всилу универсальности нового варианта базового оборудования учебной лабораторнойустановки она может одинаково эффективно применяться как в учебном процессе,так и при проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.
Врезультате проведенного анализа, существующих схем лабораторных установок дляисследования режимов работы ППИ, следует:
- Существующие типылабораторных установок имеют универсальную конструкцию.
- На основепроведённого анализа структурных схем лабораторных установок универсальнойконструкции, разработана лабораторная установка, которая удовлетворяет предъявленнымтехническим требованиям к лабораторным установкам.
- Данный учебныйкомплекс должен содержать в своем составе набор блоков, позволяющий ей работатьв автоматизированном и ручном режимах, а так же позволять выполнятьлабораторные работы с определенным набором команд.
Вразработанной структурной схеме центровым элементом является блок ППИ,являющегося основой структурной схемы. В этом блоке ППИ функционируетпостоянно. Расположение блока аргументируется тем, что цель работы заключаетсяв исследовании ППИ.
2.2Разработка схемы электрической функциональной учебного комплекса по интерфейсамввода-вывода
Составструктурной схемы назначение составляющих структурную схему блоков позволяетразработать функциональную схему учебного комплекса. Функционально учебныйкомплекс можно разбить на два блока:
— устройство для исследования режимов функционирования параллельного интерфейса(первый блок);
— устройство для исследования режимов функционирования последовательногоинтерфейса (второй блок).
Изструктурной схемы следует, что основа структурной схемы является устройства дляисследования режимов функционирования параллельного интерфейса является блокпараллельный периферийный адаптер (ППА), в котором он функционирует постоянно.
ВУМПК580 основой модуля является БИС параллельного периферийного адаптера (ППА).Каналы ППА подключены к схемам индикации и наборным полям через регистры ибуфер. Это позволяет отключить их с помощью переключателя и использовать каналыдля сопряжения микро-ЭВМ с устройствами ввода-вывода (УВВ). Функциональнаясхема данного блока приведена на (рисунке 2.5).
Инойподход к этому блоку осуществлен в УМПК1810. Блок параллельного интерфейса,представленный на (рисунке 6), собран на основе БИС КР580ВВ55.
Дляусиления его сигналов используются два буфера и регистр. Схема позволяетпользователю применять каналы А и Б как для ввода, так и для вывода информации.
Проведяанализ первого блока, следует вывод, что в нем учебного для осуществленияисследований режимов работ периферийного
адаптерадостаточно подключить периферийный адаптер через буферы, которые имеют трисостояния. Это вызвано тем, что даётся возможность изменять загружаемость адаптера.При необходимости буферный усилитель отключает канал, неиспользуемый в работе,тем самым разгружает общую шину и увеличивает быстродействие устройства.
/>
Рисунок2.5- Функциональная электрическая схема блока ППА УПМК580
/>
Рисунок2.6- Функциональная электрическая схема блока параллельного интерфейса УМПК 1810
Приработе первого блока в автоматизированном режиме программы на выполнениезаписаны в постоянном запоминающем устройстве в блоке ПЗУ.
ВУМПК580 блок запоминающих устройств, представленный на (рисунке 2.7) содержит:ПЗУ, буфер и схему дешифрации адреса (СхДА).
Дешифраторадреса формирует сигналы выборки ПЗУ. При обращении к ячейкам памяти СхДАвыдает сигнал, открывающий буфер. При замыкании переключателя SA можно запретить работу ПЗУ, напримердля изучения методов отыскания неисправностей или для подключения внешних ЗУ.
Учитываяспецифику работы разрабатываемого устройства, следует, что состав блока ПЗУбудет включать в себя только схему ПЗУ и сигнал выборки от блока ТГиС, так какнет необходимости производить выборку программ. Программы считываются из ОЗУпоследовательно, в порядке, установленном при записи в ПЗУ. В состав блока ТГиСвходит тактовый генератор и схема одновибратора. Состав схемы тактовогогенератора входит два элемента ИЛИ-НЕ, которые связывают кварц ZQ1 с 4-разрядным двоичным счетчиком.
Соединениевходов и выходов счетчика по определенной схеме позволяет иметь информацию оделении частоты кварца на 2, 4, 8 и 16.
Приработе схемы в ручном режиме за синхросигнал отвечает блок синхроимпульсов,входящий в блок ТГиС. За формирование синхроимпульса отвечает схемаодновибратора. В схеме на двух ждущих мультивибраторах с возможностьюперезапуска, свойственно, что в каждом мультивибраторе есть два входа запуска:с активным высоким уровнем и с активным низким уровнем.
Программа,вводимая в ППА, и результаты проведения работы отображаются на индикаторномтабло в блоке устройств отображения. Данный блок состоит из цифрового индикатораи двух линеек светодиодов. Это связано с тем, что необходимо контролироватьвходную и выходную информацию ППА.
Блокиндикации 1 предназначен для визуального отображения состояний входовлогических схем. Светодиоды, содержащиеся в блоке индикации 1 обеих линеек,управляются интегральными микросхемами, содержащими инверторы с открытымколлекторным выходом. В соответствии с этим светодиод будет светиться в томслучае, если на входе инвертора находится логическая “1”. Если на входеинвертора логический “0”, то светодиод не будет светиться. В целях снижениянагрузки на источник питания линейки светодиодов записываются независимо другот друга, а в целях снижения нагрузки шины, светодиоды подключены через буферы,имеющие три состояния.
/>
Рисунок2.7- Функциональная электрическая схема блока ПЗУ УМПК580
Блокиндикации 2 предназначен для отображения информации в виде цифр. Он состоит изполупроводникового сегментного индикатора. Данный индикатор также подсоединен кобщей шине через буферы для разгрузки шины при не использовании индикатора.
Данныйиндикатор может не использоваться при ручном режиме работы.
Заработой индикаторного табло следит блок контроллеров устройства отображения.Данный блок включает в себя регистр с восемью тактируемыми триггерами, так какв цифровом табло восемь входов, и восемью сопротивлениями на выходе дляограничения тока.
Схемасброса представляет собой диодную схему срабатывания при включении питания. Приэтом вырабатывается сигнал, который приводит схему в исходное состояние.
Формировательотдельных команд представляет собой набор переключателей и схему формированиясигналов без дребезга.
Формирователисигналов без дребезга предназначены для формирования «чистых»положительных и отрицательных перепадов напряжения.
2.3Выбор элементной базы
При разработкемикропроцессорных устройств и периферийного оборудования ЭВМ необходимо выбратьИМС определенных серий, которые бы наиболее полно удовлетворяли требованиям,предъявляемым к разрабатываемому устройству. Удачное применение при оценкекачества выбранной серии микросхем нашла методика оценки и выбора ИМС поминимальному критерию качества.
Уровень миниатюризацииявляется количественной мерой совокупности технологических решений,направленных на эффективное использование объема, массы и потребляемойаппаратурой энергией при обеспечении характеристик, определяющих пригодность ееприменения заданному назначению.
Уровень миниатюризацииРЭА являются:
— Соответствиесовременному техническому уровню микроэлектронных изделий.
— Соответствиеприменяемых в РЭА изделий современному уровню миниатюризации аппаратуры.
— Техническаясовместимость других изделий электронной техники с интегральными микросхемами(ИМС).
Развитие микроэлектроникиспособствовало появлению малогабаритных, высоконадежных и экономичныхвычислительных устройств на основе цифровых микросхем. Требование увеличениябыстродействия и уменьшения мощности потребления вычислительных средств привелок созданию серий цифровых микросхем. Серия представляет собой комплектмикросхем, имеющих единое конструктивно-технологическое исполнение. К таким сериямотносятся серии К155, К555.
За годы развития цифровыхмикросхем базовые электронные ключи развивались в следующей последовательности:
— Интегральнаяинжекторная логика (ИИЛ).
— Резисторно-транзисторная логика (РТЛ).
— Резисторно-емкостнаятранзисторная логика (РЕТЛ).
— Диодно-транзисторнаялогика (ДТЛ).
— Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ).
— Эмиттерно-связаннаялогика (ЭСЛ).
— Транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки (ТТЛШ).
Проанализировавсуществующие функциональные узлы различных устройств показал, что:
— Для созданияфункциональной схемы лабораторного оборудования следует опираться наструктурную схему устройства. Каждый блок структурной схемы должен быть разбитна функционально-законченные узлы. Функциональная схема в себя включает: блокПИ, блок ПЗУ, блок выборки программ, тактовый генератор, схему одновибратора,индикаторное табло и линейки светодиодов, диодную схему сброса, формировательсигналов без дребезга.
— Назначениефункциональных блоков должно основываться на режимах работы разрабатываемоголабораторного оборудования и принципах функционирования отдельных ее узлов.
Целесообразно дляразработки устройства использовать ИМС серий К155, К555, совместимых потехническим параметрам с серией К580.
2.4 Разработкасхемы электрической принципиальной учебного комплекса по интерфейсам ввода-вывода
Функционированиемикросхемы КР580ВВ55
Основойразрабатываемой лабораторной установки является параллельный интерфейс.
Асинхронныйпроцесс обмена данными между микро-ЭВМ и внешними устройствами (ВУ), а такжетребования наиболее рационального распределения времени работы микро-ЭВМприводят к разработке интерфейсных устройств необходимых при организации обменаданными.
Задачатаких устройств состоит в приеме данных по сигналам управления, формированиясигналов, указывающих на наличие данных в устройстве, выдаче данных по сигналамуправления, а также формировании сигналов, указывающих на готовность устройствак приему новых данных.
Процессобмена информацией организуется интерфейсным устройством под действием сигналовуправления, поступающих от микро-ЭВМ и ВУ.
Технологиябольших интегральных схем (БИС) позволяет создавать универсальныемногофункциональные интерфейсные устройства ввода-вывода параллельнойинформации.
Такиеустройства могут быть программируемыми и применяться для двунаправленнойпередачи данных и сигналов управления. Микро-ЭВМ информируется о готовностиустройства к обмену данными, как правило, по сигналам прерывания. Обмен даннымиосуществляется путем обращения микро-ЭВМ к устройству ввода-вывода как к адресупамяти или ВУ. Таким образом, интерфейсные устройства ввода-вывода параллельнойинформации позволяют согласовать во времени процесс обмена данными между ВУ имикро-ЭВМ при рациональном использовании времени работы микро-ЭВМ. МикросхемаКР580ВВ55 представляет собой программируемое устройство, используемое дляввода-вывода параллельной информации. Схема позволяет осуществлять обмен8-разрядными данными по трем каналам: А, В, С. Направление обмена и режимработы для каждого канала задается программно. Каналы служат для передачи, какданных, так и управляющих сигналов. Структура микросхемы КР580ВВ55 приведена нарисунке 2.8.
Назначениевыводов:
Д0 — Д7 — двунаправленная магистраль данных для передачи данных, управляющих слов иинформации состояния.
КА 0-КА 7 — двунаправленная магистраль данных канала А.
КВ 0- KB 7 — двунаправленная магистральданных канала В.
КС 0- КС 7 — двунаправленная магистраль данных канала С.
(магистраликаналов передачи данных, управляющих сигналов и сигналов запроса на прерываниеот ВУ и МП БИС).
ВУ — выбор устройства.
Длямикро-ЭВМ схему можно представить состоящей либо из четырех ВУ, либо из четырехадресов памяти.
Дляформирования сигнала выборки устройства, подаваемого на вход ВУ, можноиспользовать шины А 0 — A 15 MA микро-ЭВМ. При обращении к схеме какк четырем ВУ входы Чт и Зп должны быть подключены к шинам Чт. ВВ и Зп. ВВ ВУмикро-ЭВМ.
Приобращении к схеме как к четырем адресам памяти ее входы Чт и Зп должны бытьсоответственно подключены к шинам Чт. ПАМЯТЬ и Зп. ПАМЯТЬ микро-ЭВМ.
Схемавыполняет следующие функции: буферизацию (при асинхронном режиме обменаданными) и преобразование формата данных.
Режимыработы микросхемы КР580ВВ55 задаются при ее начальной установке. Четыре подадресных регистра схемы включают в себя три регистра каналов ввода-выводаданных (А, В, С) и регистр управления. Регистр канала С может быть подразделенна два четырехразрядных регистра ввода-вывода данных, к которым осуществляетсядоступ как к отдельным независимым регистрам (рисунок2.8).
Существуетвозможность подразделения трех каналов на две группы. В этих группах каналы А иВ используются для обмена данными с микро-ЭВМ, а отдельные шины канала С — длязаписи управляющих сигналов.
Режимыработы каналов задаются путем записи управляющего слова в регистр управления.
Существуеттри типа работы схемы:
Тип0. Это простой ввод-вывод данных по трем 8-разрядным каналам, причем канал Сможет быть подразделен на два 4-разрядных канала. Каждый из каналов может бытьиспользован отдельно для ввода или вывода информации. При работе схемы в этомрежиме никаких дополнительных сигналов управления не требуется.
Тип1. Позволяет осуществлять обмен данными по каналам А и В с помощью сигналовуправления, передаваемых по каналу С. Для каналов А и В существует четырекомбинации взаимных направлений передачи данных:
- Каналы А и Вработают в режиме вывода данных.
- Каналы А и Вработают в режиме ввода данных.
- Канал А работаетв режиме ввода, а В — в режиме вывода данных.
- Канал А работаетв режиме вывода, а В — в режиме ввода данных.
/>
Рисунок2.8- Структурная схема КР580ВВ55
Незадействованныедля управляющих сигналов шины канала С могут быть использованы для ввода-выводаинформации. Направление передачи информации по этим шинам определяетсяуправляющим словом, записанным в регистре управления. [5]
Входе рассмотрения существующих типов микросхем можно сделать вывод: анализируясравнительные характеристики микросхем различных серий, среди многообразиятипов и серий микросхем, выявлено, что наиболее подходящими элементами для устройстваявляются микросхемы серий 155, 555, 530, 533, 531, 555. Уровни питающихнапряжений, а также уровни напряжений логических сигналов позволяют применять данныемикросхемы в разрабатываемом учебном комплексе.
Входе анализа существующих типов и серий микросхем постоянной памяти выявлено,что для разрабатываемой лабораторной установки наиболее подходит постояннаяпамять типа РПЗУ серии 573, так как она обладает свойствомперепрограммирования.
Такимобразом, интерфейсные устройства ввода-вывода параллельной информации позволяютсогласовать во времени процесс обмена данными между ВУ и микро-ЭВМ при рациональномиспользовании времени работы микро-ЭВМ. Микросхема КР580ВВ55 представляет собойпрограммируемое устройство, используемое для ввода-вывода параллельнойинформации. Схема позволяет осуществлять обмен 8-разрядными данными по тремканалам: А, В, С. Направление обмена и режим работы для каждого канала задаетсяпрограммно. Каналы служат для передачи, как данных, так и управляющих сигналов.
Заключение
Исходяиз анализа существующих структур лабораторных установок и стендов,функционального состава отдельных блоков, а также многообразия типов и видовмикросхем следует:
1. Разрабатываемыйучебный комплекс должен обладать наилучшими свойствами уже существующих типовлабораторных установок, которые имеют универсальную конструкцию, позволяющуюнаглядно иллюстрировать работу реальной микропроцессорной системы.
2. На основе анализаструктурных схем лабораторных установок универсальной конструкции разработанучебный комплекс, удовлетворяющая предъявленным требованиям, которыми являютсяпростота, малая стоимость, доступность.
3. Первый блокучебного комплекса содержит в своем составе следующие блоки: блок параллельногоинтерфейса (ПИ), блок тактового генератора и синхроимпульсов С ТГиС), узелсброса (УС), блок постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), контроллерустройства отображения (КУО), блок клавиатуры и отображения (БКО),формирователь отдельных команд (ФОК), позволяющей работать в автоматизированноми ручном режимах.
4. Второй блокучебного комплекса содержит в своем составе следующие блоки: блокпоследовательного интерфейса (УСАПП), блок постоянного запоминающего устройства(ПЗУ), контроллер прерываний, формирователь отдельных команд, позволяющиеработать в автоматизированном и ручном режимах.
5. Учебный комплекспозволяет выполнять работы по исследованию режимов функционирования ПИ вслучаях: каналы А и В работают в режиме вывода данных, каналы А и В работают врежиме ввода данных, канал А работает в режиме ввода, а В — в режиме выводаданных, канал А работает в режиме вывода, а В — в режиме ввода данных, а такжеработы по исследованию режимов функционирования УСАПП.
6. Функциональнаясхема, разработанная на основе структурной схемы учебного комплекса, разбита нафункционально законченные узлы и включает: блок ПИ, блок ПЗУ и сигнал выборкипрограмм, тактовый генератор, схему одновибратора, индикаторное табло, линейкисветодиодов, диодную схема сброса, формирователь сигналов без дребезга, блокпоследовательного интерфейса (УСАПП), блок постоянного запоминающего устройства(ПЗУ), контроллер прерываний, формирователь отдельных команд.
7. Анализируясравнительные характеристики микросхем различных серий, среди многообразия всехмикросхем, 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 сигналовпозволяют применять данные микросхемы в разрабатываемом устройстве.
8. В ходе разработкисхемы электрической принципиальной в основу был положен порядок исследования ПИи УСАПП, заключающийся в том, что при проведении лабораторной работы необходимообеспечить исследование всех их режимов функционирования.
Такимобразом, разрабатываемый учебный комплекс должен обладать свойствомуниверсальности, отвечать техническим требованиям, применяемых к лабораторнымустановкам, и позволять исследовать интерфейсы ввода-вывода в режимах ручного иавтоматизированного управления.
СПИСОКИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Балашов Е.П.,Пузаков Д. В. Микропроцессоры и микропроцессорные системы. — М.: Радио и связь.1981.
2. Микропроцессорныекомплекты повышенного быстродействия/ А. И. Березенко, Л. Н. Корягин, А. Р.Назарьян. — М.: Радио и связь, 1981.
3. Березко A.И, Корягин Л.Н., Назарьян А. Р.Микропроцессорные комплекты повышенного быстродействия. — М.: Радио и связь,1981.
4. Каган Б. М… МкртумянИ. Б. Основы эксплуатации ЭВМ. — М.: ЭнергоАтомиздат, 1988, с. 12-13.
5. Микропроцессоры.Кн. 3: Средства отладки. Лабораторный практикум и задачник. / Под ред. Л. Н.Преснухина. — М.: Высшая школа, 1986.
6. Нестеров П. В.Микропроцессоры: Архитектура и ее оценка. / Под ред. Л. Н. Преснухина. — М.:Высшая школа, 1984.
7. Панфилов Д. И. идр. Учебная микро-ЭВМ на основе микропроцессора КМ1810ВМ86 // Микропроцессорныесредства и системы, 1986, № 5,
8. с.16-22.
9. Преснухин Л. Н. идр. Микропроцессорная лаборатория по изучению микропроцессорных комплектов сфиксированным набором команд // Микропроцессорные средства и системы, 1985, с. 77-81.
10. Щелкунов Н.Н. Микропроцессорныесредства и системы. – Москва 1989.