2.3.2. Сопряжение микропроцессора с объектами

Основными вариантами использования микропроцессора являются следующие: а) в составе вычислительной микроЭВМ, имеющей устройство ввода с клавиатуры и устройство вывода на печать или индикацию; б) в составе оперативной справочно-информационной системы, когда МП получает информацию с датчиков, установленных на объекте управления, а результаты вычислений выдает на экран дисплея или цифрового и световых индикаторов; в) в составе оперативной управляющей системы, когда МП принимает информацию с датчиков, а результаты вычислений непосредственно используются для управления объектом при помощи предусмотренных для этой цели исполнительных механизмов.

Обобщенная схема микропроцессорной системы приведена на рис. 2.7 и требует пояснений о подключении внешних устройств к МПС. Следует напомнить, что к МП кроме 65536 ячеек памяти могут быть дополнительно подключены порты ввода и вывода информации, выбор которых обеспечивается специальными двухбайтовыми командами IN и ОUТ. Второй байт этих команд указывает адрес устройства, из которого должна быть введена информация в МП или выведена из него. Так как 2-й байт содержит 8 разрядов, то эти команды обеспечивают возможность обращения к 256 портам. Применение дублирования команд IN и ОUТ дополнительными командами ЧТ и ЗП, подаваемыми на порты ввода и вывода, расширило возможности МПС, позволив ей обращаться к 256 портам ввода и 256 портам вывода.

Рис. 2.7. Структура памяти и внешних устройств МПС

К МПС могут подключаться не только дискретные, но и аналоговые датчики, и исполнительные устройства. Для согласования МПС с аналоговыми внешними устройствами применяют аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи (АЦП и ЦАП). Управление работой АЦП и ЦАП осуществляет программно МП.

Большинство МП функционально ограничены и лишь некоторая их часть (KI8I3, KI8I6) содержит память и порты ввода-вывода, которые напрямую соединяют их с датчиками и другой периферией. В большинстве случаев МП функционирует как элемент системы более простой или сложной, чем приведенная на рис. 2.1.

Соединения внутри системы составляют интерфейс. Обычно под интерфейсом понимают совокупность унифицированных технических и программных средств, необходимых для подключения данных устройств к системе или одной системы к другой. Среди прочих свойств интерфейса является решение им задач синхронизации, выбора направления передачи данных и иногда приведение в соответствие уровней или форм сигналов.

Согласно рис. 2.1 очевидно, что шины адресов, данных и управления играют важную роль во взаимных связях элементов системы. Обычно передача данных от МП и в МП через шины осуществляется при:

а) считывании из памяти;

б) записи в память;

в) считывании из устройств ввода;

г) записи в устройство ввода;

д) управления прерыванием или сбросом.

Когда говорят, что данные введены с другого устройства, это означает вступить в отношения с МП. Аналогично вывод данных - это уход из МП. Обычно МП является ядром всех операций, но однако МП в системах иногда оставляют на время управление ША и ШД, чтобы периферийное устройство могло получить доступ к центральной памяти, минуя МП: эта операция называется прямым доступом к памяти (ПДП).

В сложных микропроцессорных системах к шине адресов может быть подключено несколько внешних ЗУ и устройств ввода-вывода (УВВ). Число адресов, к которым может обратиться МП К580 равно 65536, и даже при высокой тактовой частоте поиск требуемой по данному адресу ячейки памяти или внешнего устройства потребует много времени, поэтому в системах с К580 используют произвольную выборку ячейки.

В микропроцессорных системах с небольшим объемом ячеек памяти и УВВ используют поразрядную выборку, когда МП поочередно проходит по всем ячейкам. При большом объеме памяти и ячеек УВВ все адресное пространство разбивается на ряд модулей, например емкостью 4кб, и тогда вся воображаемая память МП К580 (см. рис. 2.7) может быть разделена на 16 модулей. Модуль с адресами от 0000 до OFFF отводится ПЗУ, следующий с адресами от 1000 до 1FFF резервный, модуль от ячейки с адресом 2000 до ячейки 2FFF отводится ОЗУ и т. д.

Для доступа к 4096 ячейкам каждого из 16 модулей требуется 12 линий адресной шины (4096 = 2¹²). Четыре свободных линии ША, обычно старшие A12- A15 используют для управления дешифратором адреса четыре на 16. Для доступа к ПЗУ и считывания из него данных в соответствии с рис. 2.8 МП должен: активизировать линии адреса А0-А11, установить «0», т. е. L-сигнал на линии управления считыванием ОЕ микросхемы ПЗУ, активизировать линии адреса A12-А15 на входе дешифратора адреса, при этом на его выходе «0» должен появиться L, и «1», на всех остальных. Уровень L на входе выбора кристалла СS активизирует микросхемы модуля ПЗУ и на шину данных ШД будет выставлена с выводов Д0-Д7 информация, записанная в ячейке памяти, указанной по адресу А0-А11.

Предположим, что МП нужно обратиться в память по адресу 0000Н, для этого все 12 младших бит А0-А11 должны быть равны нулю. На вход дешифратора также по шинам A12-A15 должны поступить нулевые уровни. Для доступа к ячейке памяти ОЗУ с адресом 2000Н на старших шинах А12-А15 должна быть комбинация 0010H, при этом на выходе 2 дешифратора будет 0 сигнал, а на остальных 1. На рис. 2.8 у дешифратора задействованы условно только 2 вывода из 16.

У микросхем памяти ОЗУ возможны режимы считывания и записи, которые устанавливаются подачей на вход R/W соответственно "1" или "0" с выхода WA микропроцессора. Информация на ШД или с ШД подается на выводы D0 -D7 микросхемы.

Р ис. 2.8. Схема соединения МП с ПЗУ и ОЗУ