10.2. Построение модулей памяти микропроцессорных систем

Исходными "кирпичиками" при построении модулей памяти служат отдельные БИС статической или динамической оперативной памяти, а также БИС ПЗУ. Выпускаются 1-, 4-, 8- и 16-разрядные БИС памяти. При построении модулей памяти возникают задачи наращивания информационной емкости путем объединения БИС в соответствующую матрицу, а также буферизация шин адреса, данных и управления. Наращивание емкости может производиться двумя путями.

Первый путь – можно расширять разрядность путем параллельного включения БИС. Последние в этом случае объединяются по всем выводам, кроме информационных, которые в совокупности образуют расширенную информационную шину.

Второй путь наращивания информационной емкости – объединение БИС памяти по информационным входам – выходам. Кроме них объединяются все остальные входы за исключением входов (выбор кристалла). Сигналы на этих входах определяют, какой из микросхем необходимо включиться в работу. Максимальное число объединяемых таким образом БИС определяется допустимой емкостной нагрузкой на выходе микросхемы.

ПЗУ, как правило, выпускаются многоразрядными, причем их цоколевка и назначение некоторых выводов совпадают с цоколевкой БИС статических ОЗУ. Таким образом, можно представить себе резервирование на печатной плате посадочных мест под микросхемы памяти с практически идентичной разводкой выводов, куда в зависимости от решаемой задачи можно устанавливать микросхемы ОЗУ и ПЗУ в необходимом соотношении.

Пример схемы включения устройств памяти в микропроцессорной системе показан на рис. 10.2.

Рис. 10.2

В данном случае используются микросхемы ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием типа К573РФ2 и микросхемы статического ОЗУ типа К537РУ9. Каждая из этих микросхем способна хранить 2 кБайта информации, представленной в виде 2048 восьмиразрядных слов. Выбор нужного слова производится с помощью 11 адресных сигналов А0–А10. Кроме того, эти микросхемы имеют входы , на которые подаются сигналы, зависящие от состояния старших разрядов адресной шины микропроцессорной системы А11–А15.

Управление этими входами осуществляется с помощью дешифратора адреса типа К555ИД7. Перевод выходов микросхем памяти в высокоимпедансное состояние производится при подаче логической 1 на входы (разрешение выхода) с шины управления МП. Направление передачи информации в ОЗУ изменяется в зависимости от сигнала на линии шины управления.

При необходимости увеличения объема памяти можно включить дополнительные ПЗУ или ОЗУ, но при этом их входы присоединяются к другим выходам дешифратора.

11. Элементы микропроцессорной техники

В настоящее время широкое распространение в электронных устройствах самого различного назначения нашли микроконтроллеры (МК). Микроконтроллеры объединяют все передовые технологии микропроцессорной техники: использование электрически однократно и многократно программируемого пользователем ППЗУ, минимальное энергопотребление, исключительную производительность, RISC и CISC архитектуру и минимальные размеры корпуса. Эти широкие возможности и низкая стоимость сделали МК лучшим выбором для инженерных применений. Использовать микроконтроллеры рекомендуется во всех случаях, когда критично энергопотребление, габариты и стоимость устройства.

Мировыми лидерами в производстве микроконтроллеров являются корпорации: Microchip, выпускающая МК семейства PIC, и Atmel, выпускающая МК семейства AVR и MCS-51. Семейство MCS-51, реализующее архитектуру процессора XA, стало, по сути дела, прародителем семейств PIC и AVR микроконтроллеров, выполненных по гарвардской архитектуре процессора.

В гарвардской архитектуре разделена память программ и память данных. Обращение к памяти происходит по отдельным шинам адреса и данных, что значительно повышает производительность процессора по сравнению с традиционной архитектурой.

В микроконтроллерах с традиционной архитектурой ядра команды и данные запрашиваются по одной и той же шине. Чтобы выполнить выборку команды, необходимо сделать несколько запросов по 8-разрядной (или кратной 8 разрядам) шине. Затем (если необходимо) запросить данные, выполнить команду и сохранить результат. Как может быть замечено, шина с традиционной архитектурой ядра значительно загружена.

В последние годы, ввиду высоких требований к быстродействию МК при условии их низкой стоимости и энергопотребления, разработки на основе MCS-51 МК выполняются все реже и реже, уступая место разработкам на PIC и AVR микроконтроллерах. Поэтому в данной главе пособия мы рассмотрим основные особенности и применение именно PIC и AVR МК.