3.2. Интерфейс с устройствами «ввода – вывода» данных

Как отмечалось ранее, МПС, выполненная на КР580ВМ80, обеспечи­вает возможность подключения к устройствам ввода - вывода до 256 датчиков и 256 исполнительных механизмов.

Интерфейс ввода - вывода данных в различных МПС может иметь особен­ности, однако можно выделить четыре типа организации интерфейса: адресуемый порт; коммутируемый порт; линейный выбор и обращение к устрой­ству ввода - вывода по аналогии с обращением к памяти (распределение адрес­ного пространства).

3.3. Интерфейс с реальными портами

В микропроцессорном комплекте K580 имеется специальная микросхема КР580ВВ55 для организации обмена информацией между МП и 24 контактными датчиками или 24 исполнительными устройства­ми типа реле или сигнальная лампочка. Микросхема предусматривает объединение этих выводов в три 8-разрядных порта для подключения 8-разрядных двоичных датчиков или ИМ.

Приведенная на рис. 3.2 функциональная схема адресуемого порта может быть реализована на КР580ВВ55, при этом можно будет, кроме рассмотрен­ных примеров подключения клавиатуры в качестве 8-разрядного датчика и семисегментного индикатора, в качестве исполнительного устройства подклю­чить дополнительно любой дру­гой 8-разрядный датчик или ИМ, а можно под­ключить 8 реле или лампочек или контактных датчика.

Рис. 3.2. Функциональная схема адресуемого порта

Рис. 3.2 Функциональная схема адресуемого порта

Для управления микросхемой, как уже отмечалось, необходим селектор адреса, управляемый по линиям А0-А7 ША и системный контроллер КР580ВК28, формирующий сигналы IN и ОUТ.

Адрес датчика или ИМ задается программно по ШД. Цифровые и дискрет­ные датчики и соответственно исполнительные механизмы (ИМ) подключаются прямо к выводам микросхемы или через буферные усилители.

Если датчики или ИМ аналоговые, то необходимо между ними и микро­схемой КР580ВВ55 включать цифро-аналоговые преобразователи ЦАП или ана­лого-цифровые преобразователи АЦП. К АЦП можно подключать цепи контроля напряжения, выходы датчиков освещенности (фотосопротивления), температу­ры (термосопротивления), давления и т. д.

Рассмотрим, например, систему контроля температуры воды в некотором устройстве. Когда температура достигнет заданного значе­ния, на выходе АЦП появится код, например B3₁₆. МП периодически опрашивает выход АЦП и когда на его выходе появится код B3₁₆, то он подаст команду исполнительным устройствам для того, чтобы засветился индикатор или включилось реле, от­ключающее нагревающее устройство и т. д.

Микросхема может работать со многими микропроцессорами, как 8-разрядными, так и с 16-разрядными.

3.3.1. Микросхема кр580вв55

Данная микросхема представляет собой БИС программируемого парал­лельного интерфейса (ППИ) и предназначена для организации параллельного обмена между MП КР580ВМ80А и периферийным оборудо­ванием. Обмен мо­жет происходить как байтами и полубайтами, так и битами информации. Мик­ро­схема используется в качестве элемента ввода - вывода в блоках сопряжения с дисплеем, телетайпом, нако­пителем на магнитных носителях и т. д.

Условное графическое обозначение и структурная схема БИС приведены на рис. 3.3.

а

б

Рис. 3.3. Условное графическое обозначение КР580ВВ55(а) и ее структурная схема (б)

В табл. 3.1 приведено назначение выводов БИС, а ниже даны латинские и русские обозначения выводов и сигналов: ВА - КА, ВВ - КВ, ВС - КС, WR - ЗП, RD - ИТ, CS - BУ, SR - R - RESET.

Назначение выводов БИС КР580ВВ55А Таблица 3.1

Вывод	Обозначение	Тип вывода	Функциональное назначение выводов
1 – 4 37 – 40	ВА3-ВА0 ВА7-ВА4	Входы - выхо­ды	Информационный канал А
5	____ RD	Вход	Чтение информации
6	____ CS	Вход	Выбор микросхемы
7	GND	-	Общий
8, 9 10 - 17	A1, А0 ВС7-ВС4 ВС0-ВС3	Вход Входы - выхо­ды	Младшие разряды адреса Информационный канал С
18-25	ВВ0-ВВ7	Входы - выходы	Информационный канал В
26		-	Напряжение питания + 5 В ± 5%
27-34	D7-D0	Входы - выходы	Канал данных
35	SR	Вход	Установка в исходное состояние
36	_____ WR	Вход	Запись информации

Обмен информацией между магистралью данных системы и микросхемой КР580ВВ55А осуществляется через 8-разрядный двунаправлен­ный трехстабиль­ный канал данных (D). Для связи с периферийными устройствами исполь­зуются 24 линии ввода/вывода, сгруппированные в три 8-разрядных канала ВА, ВВ, ВC, направление передачи инфор­мации и режимы работы которых опре­де­ляются программным способом.

Микросхема может функционировать в трех основных режимах. В режиме 0 обеспечивается возможность синхронной программно-управляемой передачи данных через два независимых 8-разрядных канала ВА и ВВ и два 4-разрядных канала ВС.

В режиме 1 обеспечивается возможность ввода или вывода информации в/или из периферийного устройства через два независи­мых 8-разрядных канала ВА и ВВ по сигналам квитирования. При этом линии канала С используются для приема и выдачи сигналов управления обменом.

В режиме 2 обеспечивается возможность обмена информацией с перифе­рийными устройствами через двунаправленный 8-разрядный канал ВА по сиг­налам квитирования. Для передачи и приема сигна­лов управления обменом ис­пользуются пять линий канала ВС. Выбор соответствующего канала и направ­ление передачи информации через канал определяются сигналами А0, A1 (соеди­няемые обычно с младшими разрядами канала адреса системы) и сигналами RD, WR, CS в соответствии с табл. 3.2.

Режим работы каждого из каналов ВA, BB, ВC определяется содержимым регистра управляющего слова (РУС). Произведя запись управляющего слова в РУС, можно перевести микросхему в один из трех режимов работы: режим 0 – простой ввод - вывод; режим 1 – стробируемый ввод - вывод; режим 2 – двуна­правленный канал.

Таблица состояний Таблица 3.2

Сигналы на входах					Направление передачи информации
AI	АО	___ RD	____ WR	___ CS
Операции ввода (чтение)
0	0	0	1	0	ВА – канал данных
0	1	0	1	0	ВВ – канал данных
1	0	0	1	0	ВС – канал данных
Операции вывода (запись)
0	0	1	0	0	Канал данных – ВА
0	1	1	0	0	Канал данных – ВВ
1	0	1	0	0	Канал данных – ВС
1	1	1	0	0	Канал данных – РУС
Операции блокировки
X	X	X	X	1	Канал данных - третье состояние
1	1	0	1	0	Запрещенная комбинация

Х - состояние входа безразлично

При подаче сигнала SR РУС устанавливается в состояние, при котором все каналы настраиваются на работу в режиме 0 для ввода информации. Режим работы каналов можно изменять как в на­чале, так и в процессе выполнения программы, что позволяет обслуживать различные периферийные устройства в определенном порядке одной микросхемой. При изменении режима работы любого канала все входные и выходные регистры каналов и триггеры состоя­ния сбрасываются. Формат управляющего слова,

определяющего режи­мы работы каналов, приведен на рис. 3.4.

В дополнение к основным режимам работы микросхема обеспечивает воз­можность программной независимой установки в 1 и сброса в 0 любого из разрядов регистра канала ВС.

Если микросхема запрограммирована для работы в режиме 1 или 2, то че­рез выводы ВС0 и ВС3 канала ВС выдаются сигналы, которые могут использо­ваться как сигналы запросов прерывания для микропроцессора. Запретить или разрешить формирование этих сигналов в микросхеме можно установкой или сбросом соответствую­щих разрядов в регистре канала ВС. Эта особенность мик­росхемы позволяет программисту запрещать или разрешать обслуживание лю­бого внешнего устройства ввода - вывода без анализа запроса преры­вания в схеме прерывания системы.

Управляющее слово

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

Разряды 0-3 канала ВС: 1 – ввод 0 – вывод

1

Канал ВВ: 1 – ввод 0 – вывод

Режим работы ВВ и раз­рядов 0-3 ВС: 0 - режим О 1- режим 1

Разряда 4 -7 канала ВС 1 – ввод 0 – вывод

Канал ВА: 1 – ввод 0 – вывод

Режим работы ВА и раз­рядов 4-7 ВС: 00 – режим О 01 – режим 1 IX – режим 2

Рис. 3.4. Формат управляющего слова определения режима работы

При работе микросхемы в режиме 0 обеспечивается простой ввод или вы­вод информации через любой из трех каналов, и сигна­лов управления обменом информацией с периферийным устройством не требуется.

В этом режиме микросхема представляет собой со­вокупность двух 8-разрядных и двух 4-разрядных каналов ввода - вы­вода. В режиме 0 возможны 16 различных комбинаций схем ввода - вы­вода каналов ВА, ВВ, ВС, которые приве­дены в табл. 3.3.

В режиме 1 передача данных осуществляется только через ка­налы ВА и ВВ, а линии канала ВС используются для приема и выда­чи сигналов управления об­меном (сигналов квитирования).

При подаче на ВС4 сигнала SТВRС (стробирующий сигнал приема) низ­кого уровня данные записываются во входной регистр соответствующего ка­на­ла.

Выходной сигнал с вывода ВС5 ASКRS "Подтверждение прие­ма" высо­кого уровня свидетельствует о том, что входные данные записаны во входной регистр канала.

Режимы работы микросхемы КР580ВВ55А Таблица 3.3

Состояние разрядов управляющего слова				Направление передачи информации
DD4	DD3	DD1	DD0	Канал ВА	Канал ВС разряды 7 – 4	Канал ВВ	Канал ВС разряды 3 – 0
0	0	0	0	Вывод	Вывод	Вывод	Вывод
0	0	0	1	Вывод	Вывод	Вывод	Ввод
0	0	1	0	Вывод	Вывод	Ввод	Вывод
0	0	1	1	Вывод	Вывод	Ввод	Ввод
0	1	0	0	Вывод	Ввод	Вывод	Вывод
0	1	0	I	Вывод	Ввод	Вывод	Ввод
0	1	1	0	Вывод	Ввод	Ввод	Вывод
0	1	1	1	Вывод	Ввод	Ввод	Ввод
1	0	0	0	Ввод	Вывод	Вывод	Вывод
1	0	0	1	Ввод	Вывод	Вывод	Ввод
1	0	1	0	Ввод	Вывод	Ввод	Вывод
1	0	1	1	Ввод	Вывод	Ввод	Ввод
1	1	0	0	Ввод	Ввод	Вывод	Вывод
1	1	0	1	Ввод	Ввод	Вывод	Ввод
1	1	1	0	Ввод	Ввод	Ввод	Вывод
1	1	1	1	Ввод	Ввод	Ввод	Ввод

Сигнал на выходе IRQ "Запрос прерывания" на ВС5 может использоваться для прерывания работы микропроцессора. Сигнал IRQ сбрасывается в состоя­ние низкого уровня при чтении информации из соответствующего канала.

Сигнал низкого уровня STB WR на выходе ВС2 (стробирующий сигнал записи) свидетельствует о том, что микропроцессор произвел запись данных в выходной регистр канала.

Сигнал низкого уровня ASК WR на входе BC1 (подтвержде­ние записи) свидетельствует о том, что внешнее устройство при­няло данные, записанные в микросхему.

При работе микросхемы в режиме 2 обеспечивается возмож­ность обмена ин­формацией с периферийными устройствами только по 8-разрядному двунаправленному каналу ВА. Для обеспечения протокола обмена используется пять линий канала ВС.

Рассмотрим, как осуществляется подключение внешних схем к

КР580ВВ55А, если она управляется микропроцессором. Выводы Д0-Д7 у ВА55 имеют ограниченную нагрузочную способность и поэтому к ШД микро­процессора подключаются через буферный ре­гистр микросхемы КР580ВК28. Выводы RD и WR в соответствии с рис. 3.2 также подключены к КР580ВК28 к соответствующим вы­водам RD и WR, вывод R (SР) соединен с выводом SM МП, a выводы А0 и A1 подключены к линиям А0 и А1 ША. Вывод СS соеди­няется с соответствующим выходом селектора адреса, если в МПС KP580BВ55A одна, то ее вывод СS подключают к выводу 0, вторая КР580ВВ55А к выводу 1 и т. д.

К выводам портов А (ВА0 – ВА7), В (ВВ0 – ВВ7) и С (ВС0 – ВС7) можно подключить три 8-разрядных внешних уст­ройства, таких как семисегментные индикаторы или клавиатура, или два 12-разрядных ЦАП и АЦП, для этого слу­чая допускается порт С делить на два канала ВС0 – ВСЗ и ВС4 – ВС7.

Если внешние устройства одноразрядные, то, как отмечалось ранее, их мо­жет быть 24. На рис. 3.5 приведена схема подключе­ния нескольких свето­диодных индикаторов и нескольких контактов (ключей) датчиков (SA1 – SA4).

Так как нагрузочная способность портов вывода A, В и С небольшая, т. е. вы­ходной ток низкого уровня I_OL = 1,9 mА, а светоизлучающие диоды имеют прямой ток в пределах 10 – 50 mА, то их подключают через инвертирующие бу­феры, выполненные на интегральных ТТЛ микросхемах (например К155ЛАЗ) (D1 – D3).

Если, например, на выводе ВА0 будет логическая 1, то на выхо­де буфера бу­дет логический 0 и через светодиод потечет ток, и он будет светиться, для ог­раничения тока через светодиод в це­пи стоит резистор. Вместо светодиода мо­жет быть включена об­мотка реле или лампочка накаливания. Допускается при­менение реле и ламп накали­вания с рабочим напряжением больше + 5 В, для этого выпускаются микросхемы с открытым коллектором, например К155ЛА7, К155ЛА8, KI55JIAI3 и др. Перечисленные микросхемы допускают I_вых = 48 mА и напряжение на открытом коллекторе до 30 В (D4 – D5).

Порт С соединен с ключами, стоящими в контактных датчиках или в пе­ре­ключателях режимов работы установок. При разомкну­тых ключах на входы ВС0 – ВС3 подается + 5 В, т. е. логическая единица, а при замкнутых ключах на входе логический 0. Если на входы ВС подается напряжение не с ключей, а с выхода другой схемы, то применение резисторов R4 – R7 не требуется.

Рис. 3.5. Схема подключения к K580BB55 12-разрядного АЦП (а)

и нескольких индикаторов и контактных датчиков (б)