- •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
59 Pav. I8282/83 tipo registrų sutartinis grafinis ženklas ir
Vidinė funkcinė grandinė
Registrai atlieka šias funkcijas:
įsimena 8 skilčių (1 baito) duomenis;
padidina apkrovos gebą iki 32 mA, 300 pF;
leidžia išjungti išėjimus.
Registras sudarytas iš 8 D trigerių su statiniais C sinchronizavimo įėjimais. Kiekvienas trigeris turi buferinį stiprintuvą, kurio išėjimas gali būti įjungtas, kai = 0 arba išjungtas, kai = 1. Duomenų baitas paduodamas į DI0 ... DI7 įėjimus, o ji isiminus, atsiranda DO0 ... DO7 išėjimuose. Statinis STB strobavimo signalas valdo duomenų perdavimą iš DI įėjimo į DO išėjimą.
Kai STB = 1 duomenys perduodami su nedidele laiko delsa (nedaugiau 40 ns) iš įėjimo į išėjimą. Registras veikia, kaip buferinis stiprintuvas.
Kai STB = 0 duomenų perdavimas nutrūksta. Registre įsimenamas (fiksuojamas) duomenų baitas, kuris buvo DI įėjime, STB signalo pokyčio iš 1 į 0 loginį lygį laiko momentu. I8283 tipo registras turi invertuotus išėjimus.
BF buferinis formuotuvas leidžia perduoti duomenų baitą abiem kryptimis ir kartu padidina apkrovos gebą. Gali būti naudojami I8286/87 buferiniai formuotuvai, kurių sutartinis grafinis ženklas ir vidinė funkcinė grandinė pateikta 60 pav.
60 Pav. I8286/87 buferinių formuotuvų sutartinis grafinis ženklas ir
Vidinė funkcinė grandinė
Buferiniai formuotuvai atlieka šias funkcijas:
perduoda 8 skilčių (1 baito) duomenis dviem kryptimis;
padidina apkrovos gebą A kanalui iki 16 mA, 100 pF, o B kanalui – 32 mA, 300 pF;
leidžia išjungti išėjimus (įėjimus).
Formuotuvas turi A ir B kanalų buferinius stiprintuvus, sujungtus lygiagrečiai ir priešpriešai. Jis duomenų neįsimena, o tik juos perduoda. Duomenų baito perdavimo kryptis valdoma, keičiant T įėjimo loginį lygį.
Kai T = 0 duomenų perdavimo kryptis iš B kanalo į A kanalą, o esant T = 1 – atvirkščiai iš A į B. A ir B kanalų išvadai vienu metu gali būti įjungti, kai = 0 arba išjungti, kai = 1. I8287 tipo buferinis formuotuvas turi invertuotus B kanalo įėjimus ir išėjimus.
31. Mps atminties įrenginys
MPS AĮ gali būti savistovus modulis (AĮ modulis) arba atskiri dideli integriniai grandynai talpinami MP modulyje.
AĮ skirtas programai, sudarytai iš atskirų komandų ir duomenims, reikalingiems komandoms vykdyti, saugoti. Atmintis susideda iš didelio kiekio bitų, kurie dažniausiai grupuojami į baitus. Tokia atmintis yra vadinama baitinės organizacijos atmintimi. Kiekvienas atminties baitas turi savo adresą.
AĮ sudaro matricų – kaupiklių, t.y. didelių integrinių atminties grandynų rinkinys, kurių kiekis priklauso nuo mikroprocesoriaus adresų linijų skaičiaus ir atminties DIG talpos.
Atminties DIG (matricos – kaupiklio) talpa žymima:
M x n; (3)
čia M = 2m – atminties ląstelių kiekis kristale; m – adreso linijų (įvadų) skaičius; n – saugomų bitų skaičius vienoje ląstelėje (dažniausiai n = 1, 4, 8, 16). Baitinė (n = 8) organizacija būdinga SRAM, o bitinė (n = 1) – DRAM atmintims.
Atminties DIG būna dviejų tipų:
operatyvioji (OA) atmintis;
pastovioji (PA) atmintis.
OA atmintis, išjungus maitinimą, išsitrina, todėl ji vadinama nuo maitinimo šaltinio priklausanti atmintis. OA DIG leidžia duomenis įrašyti ir skaityti. Ji turi santrumpą RAM (angl. Random Access Memory – atsitiktinės kreipties atmintis).
Pagal veikimo principą RAM DIG skirstomos:
statinė (SRAM);
dinaminė (DRAM).
Statinėse RAM vienas bitas saugojamas trigeryje. Trigerį įjungus, bitas įsimenamas, o išjungus – ištrinamas.
Dinaminėse RAM bito įsiminimo elementas yra lauko tranzistoriaus užtūros (užtūros – ištakos) talpa. Šią talpą įkrovus, bitas įrašomas, o iškrovus – ištrinamas. Bet kuri talpa nėra ideali, todėl ir užtūros talpa, dėl nuotėkio stovių, po tam tikro laiko tarpo, išsikrauna. Dinaminėse RAM, kad nedingtų informacija, būtina periodiškai įkrauti užtūrų talpas. Šis procesas vadinamas dinaminės atminties regeneracija. Atmintis turi būti regeneruojama ne rečiau, kaip (1 ... 2) ms. Naudojant sistemoje OA, po maitinimo įtampos įjungimo arba dingus ir vėl atsiradus įtampai, būtina iš naujo programą ir duomenis įrašyti (įkrauti) į atmintį. Tai nėra patogu, todėl naudojama pastovioji atmintis.
PA, išjungus maitinimo, neišsitrina. Tai nuo maitinimo šaltinio nepriklausanti atmintis. Tačiau, sistemos darbo metu, PA leidžia tik informaciją skaityti. Todėl PA santrumpa yra ROM (angl. Read Only Memory – tik skaitoma atmintis). Išjungus maitinimo įtampą arba išsijungus ir vėl įsijungus maitinimo įtampai programos įrašytos į ROM neišsitrina.
Pagal duomenų įrašymo ir trynimo būdą ROM DIG gali būti šių rūšių:
Duomenys įrašomi DIG gamybos metu, naudojant specialius šablonus (kaukes) ir šių duomenų pakeisti negalima.
Duomenis įrašo vartotojas specialiu įtaisu – programatoriumi vieną kartą (srovės impulsais, pradeginant takelius kristale). Šių duomenų pakeisti negalima.
Duomenis galima įrašyti programatoriumi daug kartų. Prieš rašant naujus duomenis, visi senieji išvalomi, švitinant kristalą per specialųjį kvarcinio stiklo langelį, ultravioletiniais (UV) spinduliais. Šios rūšies DIG turi EPROM žymėjimą.
Duomenys įrašomi programatoriumi daug kartų, o trinami elektriškai, naudojant tam tikrus elektros signalus. Šios DIG žymimos EEPROM (EAROM).
PA naudojama valdymo programai ir konstantoms saugoti. Kadangi sutrikus maitinimui, programa išlieka nesugadinta ir atstačius maitinimą, vėl galima sistemą paleisti.
Statinės OA pavyzdys gali būti DIG KR537RU8A/RU8B. Sutartinis grafinis ženklas pateiktas 61 pav
Šios statinės OA talpa 2Kx8. Bendrasis duomenų baito išrinkimo laikas (adresavimas ir skaitymas/rašymas) yra 220 ns KR537RU8A ir 400 ns – KR573RU8B. Suvartojama elektrinė galia nedaugiai 160 mW.
