- •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
25 Lentelė. Pit būsenos
A1 |
A0 |
|
|
|
Operacija |
Skaitymas |
|||||
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
DB ← CT0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
DB ← CT1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
DB ← CT2 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
D Z būsena |
Rašymas |
|||||
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
CT0 ← DB |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
CT1 ← DB |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
CT2 ← DB |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
CW RG ← CW |
DB linijos išjungtos |
|||||
X |
X |
1 |
1 |
0 |
D Z būsena |
X |
X |
X |
X |
1 |
D Z būsena |
Žymėjimai 25 lentelėje: X – bet koks loginis lygis (0 arba 1); DB – duomenų magistralė; CT0, CT1, CT2 – 16 skilčių (2 baitų) skaitikliai; CW – valdymo žodis; CW RG – valdymo žodžio registras; D Z – duomenų magistralės išvadų aukštaomė (išjungta) būsena.
Skaitant, kinta strobavimo signalas ir duomenys patenka iš skaitiklių į duomenų magistralę.
Kintant strobavimo signalui, duomenys rašomi į CT0, CT1, CT2 skaitiklius arba jų CW RG valdymo žodžio registrus.
Kai nurodytas CW RG adresas (A1 = A0 = 1) ir vykdomas skaitymas, tai D linijos išjungiamos, nes valdymo žodžio registrą skaityti draudžiama. Taip pat D linijos išjungiamos, esant = 1 arba, kai = = 1.
33.1. Pit darbo režimai ir sujungimų funkcinė grandinė
PIT neturi pradinio nustatymo signalo įėjimo, todėl vykdomas jo programinis pradinis nustatymas. Įjungus maitinimo įtampą, PIT vidinių elementų būsenos yra neapibrėžtos ir vykdomas jo pradinis nustatymas, įrašant CW valdymo žodį ir 1 arba 2 duomenų žodžio baitus. CW valdymo žodžio formatas pateiktas 26 lentelėje.
26 Lentelė. Pit cw formatas
CW baito D7 ... D0 bitai |
|||||||
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
SC1 |
SC0 |
RL1 |
RL0 |
M2 |
M1 |
M0 |
BCD |
0 0 0 1 1 0 1 1
|
0 0 0 1 1 0 1 1 |
0 0 0 0 0 1 X 1 0 X 1 1 1 0 0 1 0 1 |
0/1 |
||||
0 – B kodas 1 – BCD kodas |
|||||||
0 – CT0 pasirinkimas 1 – CT1 pasirinkimas 2 – CT2 pasirinkimas 3 – neleistinas |
0 – DW įsiminimas 1 – R/W DWL 2 – R/W DWH 3 – R/W DW (DWL, DWH) |
||||||
0 režimas 1 režimas 2 režimas 3 režimas 4 režimas 5 režimas |
|||||||
Žymėjimai 26 lentelėje: X – bet koks loginis lygis (0 arba 1); DW – duomenų žodis; DWH – duomenų žodžio vyresnysis baitas; DWL – duomenų žodžio jaunesnysis baitas; R/W – rašymas, skaitymas; CT0, CT1, CT2 – 0, 1, 2 skaitikliai; CW – valdymo žodis; B – dvejetainis; BCD – dvejetainis dešimtainis.
Kiekvieno skaitiklio pradinis nustatymas vykdomas individualiai.
Skaitikliai gali veikti, kaip B dvejetainiai (angl. Binary) arba BCD (angl. Binary Code Decimal) dvejetainiai dešimtainiai skaitikliai, įrašius atitinkamą CW baito D0 bito vertę.
Bet kuris, iš 6 galimų, darbo režimų (0 režimas …. 5 režimas) nustatomas D3 ... D1 (M2 ... M0) bitais.
D5, D4 (RL1, RL0) bitai naudojami skaitiklio turinio DW duomenų žodžiui įsiminti specialiąjame registre, nestabdant skaitiklio veikimo arba duomenų žodžiui skaityti, nenaudojant šio registro bei DW duomenis rašyti .
Pirmuoju atveju, DW įsimintas RG, skaitomas tuojau pat po CW įrašymo. CW bitai RL1 = RL0 = 0. SC1, SC0 bitais turi būti nurodytas skaitiklis, o kitų bitų vertės gali būti bet kokios.
Antruoju atveju, galima tiesiogiai CW RL1, RL0 bituose nurodyti, kad bus skaitomas (R) ar rašomas (W) DW tik jaunesnysis (DWL), arba tik vyresnysis (DWH), arba visas DW (pradžioje DWL, paskui DWH).
D7, D6 (SC1, SC0) bituose nurodomas skaitiklis, kurio darbo režimas nustatomas, skaitomi ar rašomi duomenys.
Skaitiklių darbo metu bet kuriuo laiko momentu gali būti duomenys skaitomi ir rašomi.
PIT gali veikti šiais režimais:
0 darbo režimas (pertrauktis, pabaigus skaičiavimą);
1 darbo režimas (programuojamasis monovibratorius);
2 darbo režimas (dažnio generatorius);
3 darbo režimas (stačiakampių impulsų generatorius);
4 darbo režimas (programuojama impulso delsa);
5 darbo režimas (aparatūriška impulso delsa).
Skaitiklių formuojamos
laiko trukmės skaičiuojamos pagal šią išraišką:
;
(4)
čia DW– skaitiklio turinio
duomenų žodis (0000H ... FFFFH, 0 ... 65535);
– CLK impulsų dažnis, Hz.
0 režimas vadinamas pertrauktis, pabaigus skaičiavimą. Šio režimo laikinė diagrama pateikta 78 pav.
