- •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
32.1.1. Pio darbo režimai ir sujungimų funkcinė grandinė
PIO turi šiuos darbo režimus:
0 režimas – vienkryptis A, B ir C portų duomenų baitų įvedimas ir išvedimas be kvitavimo;
1 režimas – vienkryptis A, B portų duomenų baitų įvedimas ir išvedimas su kvitavimu. Kvitavimo signalams priimti ir perduoti naudojamas C portas.
2 režimas – dvikryptis A porto duomenų baito įvedimas ir išvedimas su kvitavimu. Kvitavimo signalus priima ir perduoda C portas, o B portas gali dirbti 0, 1 darbo režimuose.
Darbo režimas nustatomas programiškai, įrašant specialųjį MS (angl. Mode Selection) valdymo žodį į valdymo žodžio registrą. Darbo režimas gali būti keičiamas PIO darbo metu bet kuriuo laiko momentu. MS baito formatas pateiktas 18 lentelėje.
MS formato požymis yra bitas D7 = 1. Likusieji MS baito bitai skirti atskirai A ir B grupių darbo režimams bei duomenų baito (tetrados) perdavimo krypčiai programuoti.
18 Lentelė. Pio ms formatas
MS baito D7 ... D0 bitai |
|||||||
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
1 |
0 0 0 1 1 X |
0 – išėj. 1 – įėj. |
0 – išėj. 1 – įėj. |
0 1 |
0 – išėj. 1 – įėj. |
0 – išėj. 1 – įėj. |
|
MS po žy mis |
|||||||
A grupės PA |
A grupės PC7 ... PC4 |
B grupės 0, 1 darbo režimas |
B grupės PB |
B grupės PC3 ... PC0 |
|||
A grupės 0, 1, 2 darbo režimas |
|||||||
0 darbo režimą apibūdina grafinė schema, pateikta 68 pav.
68 Pav. I8255 0 darbo režimas
0 darbo režime galima duomenų baitus įvesti arba išvesti be kvitavimo per A, B, C portus. Kadangi C portas suskaidytas į 2 dalis (tetradas), tai iš viso programuojami 4 objektai (PA, PB, PC vyr. tetrada, PC jaun. tetrada), nurodant vieną iš dviejų (įvedimas arba išvedimas) duomenų mainų krypčių ir gaunama iš viso 16 skirtingų duomenų mainų schemų.
Įvedami duomenys portų registruose neįsimenami. Išvedamas duomenų baitas (tetrada), įsimenamas porto registre, todėl išvedami duomenys išlieka PIO išėjime iki kito išvesties arba darbo režimo pakeitimo. Duomenų įvedimas (skaitymas) strobuojamas , o – išvedimas (rašymas) signalu, kintant šiems signalams iš 0 į 1 loginį lygį. Bet kuriuo laiko momentu galima perduoti duomenis tik per vieną portą ir tik viena pasirinkta kryptimi.
1 darbo režimo grafinis vaizdas pateiktas 69 pav.
69 Pav. I8255 1 darbo režimas
1 darbo režime galima duomenų baitus įvesti arba išvesti per A ir B portus, vienu metu tik viena kryptimi su kvitavimu. Įvedami ir išvedami baitai įsimenami vidiniuose A, B portų registruose. Duomenų mainų procesui valdyti naudojamas C portas.
Įvesties procese naudojami šie signalai:
(angl. Strobe) – strobavimo
signalas, naudojamas, įrašant baitą į porto įvesties registrą.
Baitas įsimenamas, kai signalas kinta iš 0 į 1 loginį lygį.
Signalą perduoda išorinis įtaisas, iš kurio įvedami duomenys.
IBF (angl. Input Buffer Full) – signalas (požymis), parodantis, kad duomenų baitas įrašytas į porto įvesties registrą. Nustatomas (IBF = 1), kai keičiasi iš 1 į 0, o išvalomas (IBF = 0), kintant iš 0 į 1 loginį lygį.
INTR (angl. Interrupt) – pertraukties reikalavimo signalas, nustatomas (INTR = 1), kai signalas kinta iš 0 į 1 loginį lygį, o išvalomas (INTR = 0), kintant iš 1 į 0 loginį lygį.
Išvedant, naudojami tokie signalai:
(angl.
Acknowledge) – patvirtinimo signalas, naudojamas, skaitant duomenų
baitą iš porto išvesties registro. Kai
= 0 patvirtinama, kad įšorinis įtaisas baitą priėmė, o
kintant iš 0 į 1 loginį lygį, baitas įrašomas į išorinio
įtaiso registrą.
(angl.
Output Buffer Full) – signalas (požymis), parodantis, kad duomenų
baitas įrašytas į porto išvesties registrą. Šis signalas
išvalomas (
=
0), kai
kinta iš 0 į 1 loginį lygį, o nustatomas (
=
1), kai
keičiasi iš 1 į 0 loginį lygį.INTR (angl. Interrupt) – pertraukties reikalavimo signalas, nustatomas (INTR = 1), kai signalas kinta iš 0 į 1 loginį lygį, o išvalomas (INTR = 0), kintant iš 1 į 0 loginį lygį.
Duomenims įvesti ir išvesti naudojamų signalų kitimo apibendrinta schema pateikta 70 pav. Rodyklėmis parodyta, kaip keičiantis , , , strobavimo signalams pasikeičia INTR, IBF, signalų vertės.
