
- •Vilniaus gedimino technikos universitetas
- •Mikroprocesoriniai
- •Valdymo įtaisai
- •I dalis mokomoji knyga
- •Vilnius 2008
- •Turinys
- •Žymenys
- •Pratarmė
- •1. Įvadas. Pagrindinės sąvokos ir apibrėžimai
- •2. Mikroprocesoriai. Pagrindinės techninės charakteristikos
- •3. Mikroprocesorinės sistemos organizacija
- •Ir architektūra
- •1 Pav. Mps apibendrinta funkcinė grandinė: cp- centrinis procesorius;
- •2 Pav. Skaitmeninių duomenų pateikimo būdai
- •4. Mps pagrindiniai atminties architektūrų tipai
- •3 Pav. Tipinės atminčių architektūros
- •5. Mps atminties organizavimas
- •4 Pav. Baitinė tiesinės organizacijos atmintis
- •6. Programa, komanda, komandos ciklas
- •5 Pav. Komandos ciklas
- •7. Mp sistemos magistralė (sm). Sm tipai
- •6 Pav. Trijų magistralių mps
- •7 Pav. Dvieju magistralių mps
- •8 Pav. Mps su vietiniais adresų registrais: arg – adreso registras.
- •9 Pav. Mps su bendruoju adresų registru
- •10 Pav. Laikinės funkcionavimo diagramos dviejų magistralių sistemoje
- •8. Sistemos magistralės darbo ciklai
- •9. Sistemos magistralės skaitymo darbo ciklas
- •11 Pav. Trijų magistralių mps skaitymo laikinės
- •12 Pav. Dviejų magistralių mps skaitymo laikinės funkcionavimo diagramos
- •10. Sistemos magistralės rašymo darbo ciklas
- •13 Pav. Trijų magistralių mps rašymo laikinės
- •14 Pav. Dviejų magistralių mps rašymo laikinės
- •11. Sistemos magistralės pertraukties darbo ciklas
- •12. Sistemos magistralės darbo režimai
- •15 Pav. Sm klasikinio asinchroninio darbo režimo laikinės
- •16 Pav. Mažos mps sm asinchroninio darbo režimo laikinės
- •13. Mps tipinės struktūros
- •17 Pav. Apibendrinta magistralinės struktūros funkcinė grandinė: cpm – centrinio procesoriaus modulis; aįm – atminties įrenginio modulis;
- •18 Pav. Magistralinės kaskadinės struktūros funkcinė grandinė: smv – sistemos magistralės valdiklis; vsm – vidinė sistemos magistralė; p0, p1... Pn – portai.
- •19 Pav. Magistralinės radialinės struktūros funkcinė grandinė
- •14. Duomenų įvesties ir išvesties organizavimas
- •14.1. Programiniai duomenų mainai
- •20 Pav. Programiniai besąlyginiai duomenų mainai
- •21 Pav. Įvesties ir išvesties portų funkcinė grandinė
- •22 Pav. Pseudo dvikrypčio porto funkcinė grandinė
- •23 Pav. Įvesties, išvesties ir kvitavimo laikinės diagramos
- •24 Pav. Sąlyginių ciklinių duomenų mainų algoritmas
- •25 Pav. Sąlyginių ciklinių laikinių duomenų mainų algoritmas
- •26 Pav. Sąlyginių neciklinių duomenų mainų algoritmas
- •14.2. Pertrauktiniai duomenų mainai
- •27 Pav. Pertrauktiniai duomenų mainai
- •14.2.1. Radialinė pertraukčių sistema
- •28 Pav. Dinaminė pertraukties signalų priėmimo grandinė
- •29 Pav. Statinė pertraukties signalų priėmimo grandinė
- •30 Pav. Kombinuota pertraukties signalų priėmimo grandinė
- •14.2.2. Išplėstinė radialinė pertraukčių sistema
- •14.2.3. Vektorinė pertraukčių sistema
- •31 Pav. Pertrauktčių valdiklio sujungimo su sm funkcinė grandinė: cp – centrinis procesorius; pv – pertraukčių valdiklis
- •14.3. Tiesioginiai duomenų mainai
- •32 Pav. Tiesioginių duomenų mainų valdiklio sujungimo su sm funkcinė grandinė: cp – centrinis procesorius; tdmv – tiesioginių duomenų mainų valdiklis; pį0 ... PĮn – periferiniai įrenginiai.
- •15. I8085 mikroprocesoriaus mps struktūra
- •33 Pav. I8085 mikroprocesoriaus mps funkcinė grandinė: cp – i8085 centrinis procesorius; arg – adreso registras.
- •16. I8085 mikroprocesoriaus registrų segmentas
- •34 Pav. I8085 mp registrų segmentas
- •17. Bendroji i8085 mp komandų sistemos charakteristika
- •35 Pav. Komandos struktūra
- •36 Pav. Tiesioginio adresavimo komandų formatai: port – porto adresas (1 baitas); adrl – adreso jaunesnysis baitas; adrh – adreso vyresnysis baitas.
- •37 Pav. Tiesioginio registrų adresavimo komandos formatas.
- •38 Pav. Betarpiško adresavimo komandos formatas: db – duomenų baitas; dbh – duomenų vyresnysis baitas; dbl – duomenų jaunesnysis baitas;
- •Aritmetinės ir loginės komandos.
- •Paprogramių komandos.
- •Įvesties ir išvesties bei specialiosios komandos.
- •18. Duomenų perkėlimo (perdavimo) ir dėklo (steko) atminties komandos
- •1 Lentelė. Duomenų perdavimo ir dėklo (steko) atminties komandos
- •19. Aritmetinės ir loginės komandos
- •2 Lentelė. Aritmetinės ir loginės komandos
- •39 Pav. Rlc, ral postūmio į kairę komandų veikimas
- •40 Pav. Rrc, rar postūmio į dešinę komandų veikimas
- •20. Valdymo nukreipimo (perdavimo) komandos
- •3 Lentelė. Valdymo perdavimo (nukreipimo) komandos
- •4 Lentelė.Valdymo perdavimo komandos, kai kontroliuojamas
- •5 Lentelė. Valdymo perdavimo komandų sekos, priklausančios
- •21. Paprogramių komandos
- •6 Lentelė. Kreipimosi į paprogrames ir grįžimo komandos
- •22. Įvesties ir išvesties bei specialiosios komandos
- •7 Lentelė. Įvesties ir išvesties bei specialiosios komandos
- •8 Lentelė. Pertraukčių prioritetinė eilė ir pradiniai (starto) adresai
- •9 Lentelė. Skaitymo rim komanda rezultatas
- •10 Lentelė. Valdymas sim rašymo komanda
- •41 Pav. Rst n komandos formatas:
- •11 Lentelė. Rst n komandos perėjimų (starto) adresai ir
- •23. I8085 mp vidinė struktūra, valdymo signalai
- •42 Pav. Mikroprocesoriaus i8085 sutartinis grafinis ženklas
- •44 Pav. Taktavimo grandinės, naudojant vidinį taktinio dažnio generatorių: a) su zq kvarciniu rezonatoriumi; b) su r – c grandine; c) su l – c grandine.
- •45 Pav. Taktavimo grandinės su išoriniu taktinio dažnio generatoriumi: fT – išorinio taktinio dažnio generatoriaus generuojamų impulsų dažnis.
- •46 Pav. I8085 mp vidinė sinchronizavimo grandinė: ss – sinchronizavimo grandinės stiprintuvas; t – skaitmeninis trigeris; bs1, bs2 – buferiniai stiprintuvai;
- •47 Pav. Išorinė tipinė pradinio nustatymo grandinė
- •24. I8085 mp funkcionavimo laiko ciklai
- •48 Pav. Mikrotaktinis ciklas (taktas)
- •49 Pav. Mikroprocesoriaus funkcionavimo laiko ciklai
- •25. Skaitymo darbo ciklo laikinės funkcionavimo diagramos
- •50 Pav. Skaitymo darbo ciklo laikinės funkcionavimo diagramos
- •26. Rašymo darbo ciklo laikinės funkcionavimo diagramos
- •51 Pav. Rašymo darbo ciklo laikinės funkcionavimo diagramos
- •27. Pertraukties darbo ciklo laikinės funkcionavimo diagramos
- •53 Pav. Laikinės funkcionavimo diagramos, kai pertrauties
- •Vektorius yra rst n komanda
- •28. Tiesioginių duomenų mainų darbo ciklo laikinės funkcionavimo diagramos
- •29. Sustojimo darbo ciklo laikinės funkcionavimo diagramos
- •56 Pav. Sustojimo darbo ciklo laikinės funkcionavimo diagramos
- •30. I8085 mikroprocesoriaus modulis
- •58 Pav. Sistemos valdiklio funkcinė grandinė
- •12 Lentelė. Sistemos valdiklio būsenos
- •59 Pav. I8282/83 tipo registrų sutartinis grafinis ženklas ir
- •Vidinė funkcinė grandinė
- •60 Pav. I8286/87 buferinių formuotuvų sutartinis grafinis ženklas ir
- •Vidinė funkcinė grandinė
- •31. Mps atminties įrenginys
- •61 Pav. Statinės oa kr537ru8a/ru8b sutartinis grafinis ženklas
- •13 Lentelė. Statinės operatyviosios atminties kr537 ru8a/b būsenos
- •14 Lentelė. Loginės grandinės būsenos
- •62 Pav. Signalų sujungimo loginės grandinės
- •63 Pav. Dinaminės oa kr565 ru5 sutartinis grafinis ženklas
- •15 Lentelė. Dinaminės operatyviosios atminties kr565 ru5b/V/g/d būsenos
- •64 Pav. Pastoviosios atminties dig k573 rf5 sutartinis grafinis ženklas
- •16 Lentelė. Pastoviosios atminties kr573 rf5 būsenos
- •32. Įvesties ir išvesties įrenginys
- •32.1. Programuojamasis lygiagretusis periferinis adapteris (pio), struktūra, valdymo signalai
- •65 Pav. I8255 periferinio adapterio sutartinis grafinis ženklas
- •66 Pav. I8255 periferinio adapterio vidinė funkcinė grandinė
- •67 Pav. A, b portų organizacijos grandinė: a) a porto; b) b porto.
- •17 Lentelė. Pio būsenos
- •32.1.1. Pio darbo režimai ir sujungimų funkcinė grandinė
- •18 Lentelė. Pio ms formatas
- •68 Pav. I8255 0 darbo režimas
- •69 Pav. I8255 1 darbo režimas
- •70 Pav. Duomenų mainų signalų kitimas
- •19 Lentelė. Pio bsr formatas
- •71 Pav. I8255 2 darbo režimas
- •72 Pav. Pio sujungimo su sistemos magistrale
- •32.2.Universalusis sinchroninis, asinchroninis imtuvas ir siųstuvas (usart), struktūra, valdymo signalai
- •73 Pav. I8251 adapterio sutartinis grafinis ženklas
- •74 Pav. I8251 adapterio vidinė funkcinė grandinė
- •20 Lentelė. Usart būsenos
- •32.2.1. Usart valdymo bei būsenos žodžiai ir sujungimų funkcinė grandinė
- •21 Lentelė. Usart asinchroninio darbo režimo mi formatas
- •22 Lentelė. Usart sinchroninio darbo režimo mi formatas
- •23 Lentelė. Usart ci žodžio formatas
- •24 Lentelė. Usart sw žodžio formatas
- •75 Pav. Usart sujungimo su sm funkcinė grandinė
- •33. Programuojamasis intervalinis laikmatis (pit), struktūra, valdymo signalai
- •76 Pav. Pit i8253 sutartinis grafinis ženklas
- •77 Pav. Pit i8253 vidinė funkcinė grandinė
- •25 Lentelė. Pit būsenos
- •33.1. Pit darbo režimai ir sujungimų funkcinė grandinė
- •26 Lentelė. Pit cw formatas
- •78 Pav. 0 režimo laikinė diagrama
- •79 Pav. 1 režimo laikinės diagramos
- •80 Pav. 2 režimo laikinė diagrama
- •81 Pav. 3 režimo laikinė diagrama
- •82 Pav. 4 režimo laikinė diagrama
- •83 Pav. 5 režimo laikinės diagramos
- •27 Lentelė. Gate signalo kitimas ir valdymo funkcijos
- •84 Pav. Pit sujungimo su sm funkcinė grandinė Literatūra
9 Lentelė. Skaitymo rim komanda rezultatas
D7 skiltis panaudota įvestam per SID bitui įsiminti, skaitant nuosekliųjų duomenų porto įvesties duomenis.
SIM rašymo komanda atlieka valdymą. Įrašius valdymo duomenis akumuliatoriuje ir vykdant SIM komandą, valdoma pertraukčių sistema ir išvedami duomenys per nuoseklųjų duomenų porto SOD išvadą.
Valdymo duomenys, kuriuos galima įrašyti A registre, pateikti 10 lentelėje.
Kaukės (M7.5, M6.5, M5.5) gali būti keičiamos SIM komanda tik, kai MSEN = 1. Jeigu kaukė yra nustatyta (loginis 1), tai kaukę atitinkanti pertrauktis uždrausta.
D4 bitu galima išjungti RST 7.5 pertraukties reikalavimo signalo dinaminės priėmimo grandinės trigerį.
D6 bitas valdo (leidžia arba draudžia) duomenų bito išvedimą. Išvedamo per SOD išėjimą bito vertė (0 arba 1 loginiai lygiai) įrašoma D7 skiltyje.
RST N specialioji komanda yra CALL ADR komandos sutrumpintas variantas, esant ADR = 8 · N.
10 Lentelė. Valdymas sim rašymo komanda
Ši komanda yra 1 baito, turinti formatą, pateiktą 41 pav.
41 Pav. Rst n komandos formatas:
N2 N1 N0 – N skaičiaus dvejetainis kodas.
RST N komandoje koduojamas perėjimo adresas. Keičiant N, gaunami skirtingi komandų dvejetainiai kodai ir perėjimų (starto) adresai, kurie pateikti 11 lentelėje.
Radialinių pertraukčių reikalavimo signalų (TRAP, RST 7.5, RST 6.5, RST 5.5) inicijuotų pertraukčių veikimo mechanizmas lygiai toks pat, kaip ir RST N komandos. Skiriasi tik perėjimų (startiniai) adresai, todėl radialines pertrauktis galima laikyti RST N komandomis, kurių N skaičius yra (žr. 8 lentelė):
TRAP yra RST 4.5 (N = 4.5, adresas 36D, 24H);
RST 7.5 (N = 7.5, adresas 60D, 3CH);
RST 6.5 (N = 6.5, adresas 52D, 34H);
RST 5.5 (N = 5.5, adresas 44D, 2CH).
Tačiau šias komandas visada iššaukia periferiniai įrenginiai, reikalaujantys pertraukties.
11 Lentelė. Rst n komandos perėjimų (starto) adresai ir
adresų laukai
Komandos kodas |
N |
8ּN perėjimo adresas |
Adresų laukas |
||
D kodas |
H kodas |
D kodas |
H kodas |
||
11000111 |
0 |
0 |
00 00 |
0 – 7 |
0000 – 0007 |
11001111 |
1 |
8 |
00 08 |
8 – 15 |
0008 – 000F |
11010111 |
2 |
16 |
00 10 |
16 – 23 |
0010 – 0017 |
11011111 |
3 |
24 |
00 18 |
24 – 31 |
0018 – 001F |
11100111 |
4 |
32 |
00 20 |
32 – 39 |
0020 – 0027 |
11101111 |
5 |
40 |
00 28 |
40 – 47 |
0028 – 002F |
11110111 |
6 |
48 |
00 30 |
48 – 55 |
0030 – 0037 |
11111111 |
7 |
56 |
00 38 |
56 – 63 |
0038 – 003F |
Ribos |
0 – 7 |
0 – 56 |
0000 – 0038 |
0 – 63 |
0000 – 0037 |
Pertraukčių sistemos panaudojimo programos fragmentas yra:
LXI SP, D16 ;SP ß D16, SP pradinis nustatymas, D16 – 2 baitų TOS adresas
MVI A, CSIM ;A ß CSIM
SIM ;pertraukčių sistemos suderinimas
EI ;pertrauktis leisti
. . . . . . . . . . ;programa
IP: PUSH PSW ;M[SP] ß PSW, pertraukties paprogramės pradžia
PUSH BC ;M[SP] ß BC
PUSH DE ;M[SP] ß DE
PUSH HL ;M[SP] ß HL
. . . . . . . . . . ;paprogramės turinys (kūnas)
POP HL ;HL ß M[SP]
POP DE ;DE ß M[SP]
POP BC ;BC ß M[SP]
POP PSW ;PSW ß M[SP]
EI ; pertrauktis leisti
IG: RET ;PC ß M[SP], pertraukties paprogramės galas
Pagrindinės programos pradžioje suderinama pertraukčių sistema, įrašant į A registrą SIM komandos valdymo žodį (CSIM) ir vykdant SIM komandą. EI komanda leidžia pertrauktis, nes po sistemos paleidimo (įjungus maitinimo įtampą) arba padavus pradinio nustatymo signalą (RESET), visos pertrauktys yra uždraustos (IEN = 0). Taip yra paruošiama pertraukčių sistema.
Bet kuriuo pagrindinės programos vykdymo momentu į MP gali patekti vektorinės ar radialinės pertraukties reikalavimo signalas, pagal kurį pereinama į pertrauktį aptarnaujančios paprogramės pradžią (IP adresas). Pertraukties paprogramė organizuota lygiai taip pat, kaip ir paprasta paprogramė. Vienintelis skirtumas, kad prieš RET grįžimo komandą turi būti įrašyta EI komanda, nes pradėjus pertraukties procesą visos pertrauktys draudžiamos. Programoje gali būti ne viena, bet kelios pertraukčių paprogamės, atitinkančios pertraukčių vektorius.
HLT komanda iššaukia MP sustojimo (HALT, STOP) darbo ciklą, kuriame komandos nevykdomos. Šioje būsenoje MP gali reaguoti į leistas pertrauktis. Laukimo būseną galima panaikinti dviem būdais:
pertrauktimi;
pradinio nustatymo (RESET) signalu.
NOP komanda yra tuščioji komanda (00H kodas), nes ji nevykdo jokios operacijos, tik duoda 4 taktų laiko delsą. Ši komanda naudojama, organizuojant trumpas laiko pauzes arba užpildant panaikintų komandų vietas, kai modifikuojama programa.