3. Разработка функциональных схем гпм и остальных программных модулей

Функциональная схема главного программного модуля (ГПМ):

Нет

Да

Нет

Да

Функциональная схема программного модуля №1 (ПМ1):

Нет

Да

Нет

Да

Нет

Да

Нет

Да

Нет

Да

Нет

Да

Нет

Да

Нет

Да

Функциональная схема программного модуля №2 (ПМ2):

Нет

Да

Нет

Да

Нет Да Нет Да

Функциональная схема программного модуля таймера задержки (ПМТ15, ПМТ60):

На схеме изображен таймер задержки на 1 секунду.

Т – счётчик.

Принцип работы подпрограммы:

Изначально переменной Т присваивается значение которое соответствует 30 секундам (или 7 – в зависимости от требуемой задержки).

Значение переменной Т рассчитывалось следующим образом:

Тактовая частота системы 2,5 МГц.

Т/2,5 = t, где t – реальное время, в течение которого будет работать счётчик, в данном случае это 1 секунда. Получается: Т=1*2,5*10⁶ = 2500000

Так как счётчик суммирующий, то это значение записывается со знаком «-». Далее к счётчику прибавляется по 1 до тех пор, пока значение переменной Т не станет = 0. При обнулении счётчика подпрограмма заканчивает работу.

Таким образом, для задержки в 7 секунд: Т = 17 500 000. Для задержки в 30 секунд: Т = 75 000 000.

Разработка и описание функциональной схемы МПС

Схема начальной установки и ГТИ

Тактовые импульсы от ГТИ начинают поступать на микропроцессор сразу же после включения источника питания, но запуск микропроцессора должен делаться только по сигналу начальной установки, который подаётся на специальный вход микропроцессора.

По этому сигналу в программный счётчик команд записывается определённый адрес (чаще всего нулевой), с которого микропроцессор начинает выборку команд программы. В некоторых микропроцессорах по сигналу начальной установки сбрасываются в «0» некоторые внутренние регистры.

ГТИ стабилизируется кварцем и реализуется обычно в виде самостоятельной компоненты микропроцессорного комплекта или же в кристалле микропроцессора. Простейший способ формирования сигнала начальной установки – использование генератора одиночных импульсов (асинхронный RS триггер).

Микропроцессор (КР580ИК80А)

Обозначения на схеме:

Д0 – Д7 – двунаправленная системная шина данных.

А0 – А15 – системная шина адреса.

А – восьмиразрядный аккумулятор.

БР1, БР2, W, Z – восьмиразрядные буферные регистры.

РК – регистр команд.

ДШК – дешифратор команд.

УС – указатель стека (сам стек находится в оперативной памяти).

СК – счётчик команд.

СИА – схема изменения адреса (указатель стека, СК на + 1)

СВР – схема выбора регистра.

РОН: 1) 6 восьмиразрядных регистров общего назначения: B, C, D, E, H, L , которые в зависимости от команды могут использоваться или как самостоятельные регистры, или как регистровые пары: BC, DE, HL. Регистровая пара HL используется для записи адреса ячейки оперативной памяти.

2) Регистры W и Z программно недоступны и используются для приёма двух и трёх байтных команд или для хранения промежуточных результатов.

СДК – обеспечивает работу микропроцессора в десятичной арифметике (в коде 8421). Эта схема по специальной команде может переводить двоичный результат с плавающей запятой в код 8421 (в десятичную систему счисления).

БА – 16 разрядный буфер адреса. Позволяет адресовать к внешней памяти.

БД – восьмиразрядный буфер данных. Служит для обмена микропроцессора с устройствами ввода/вывода через восьмиразрядную системную шину данных.

БА и БД имеют три устойчивых состояния (высокий уровень, низкий уровень и состояние с высоким выходным сопротивлением). Это позволяет отключать микропроцессор от системных шин в режиме прямого доступа к памяти со стороны внешних устройств.

АЛУ – выполняет операции с двоичными операндами и результат поступает или на внутреннюю шину данных или в аккумулятор.

РП – регистр признаков. Результат, полученный в АЛУ после выполнения арифметической операции, вырабатывает следующие признаки:

S – признак знака (S=1, если старший разряд =1),

Z – признак нуля (Z=1, если результат =0),

С – признак переноса (С=1, если возникает перенос),

Р – признак чётности (Р=1, если результат имеет чётное число единиц),

АС – признак дополнительного переноса (АС=1, если возникает промежуточный перенос.

СУМЦ – схема управления машинным циклом. Такая схема реализуется на ПЛМ – программируемых логических матрицах. ПЛМ – матрица вентилей (логических элементов), которые можно аппаратно запрограммировать, создав различную их комбинацию, реализующую функции логических «и» и «или». Схемы «и» («и-не») реализуются обычно на диодах. Схема «или» реализуется на транзисторах.

МПК КР580 очень чувствителен к соотношению временных интервалов.

Все команды в зависимости от типа выполняются за 1-5 машинных циклов, а каждый машинный цикл за 3-5 тактов.

ТАКТ1: Содержимое СК поступает на шину адреса и при этом выдаётся сигнал «синхр» и на внутреннюю шину данных выставляется восьмиразрядное управляющее слово, которое начинает машинный цикл. Это слово содержит восемь признаков, которые характеризуют те действия, которые будут выполняться в данном машинном цикле.

ТАКТ2: Анализируются признаки и сигналы на входе и определяется, в каком режиме находится сам микропроцессор.

ТАКТ3: Микропроцессор принимает (выдаёт) с шины данных информацию. Если выдаёт, то информация передаётся в память или на устройиство вывода.

В первом машинном цикле в ТАКТе3 на РК принимается первый байт команды, по которому ДШК, СУМЦ и устройство управления генерируют необходимые управляющие сигналы y_i .

ТАКТ4, ТАКТ5: В микропроцессоре делаются внутренние пересылки и преобразования. Эти такты могут и отсутствовать, в зависимости от выполняемой команды.

ТАКТ1-3 – это адресация, ТАКТ4-5 – непосредственно команда.

В конце последнего машинного цикла каждой команды анализируется наличие запроса на прерывание на входе микропроцессора. Если такой запрос есть, и прерывание разрешено, то микропроцессор выполняет специальный машинный цикл, в котором содержимое СК не меняется, а формируется признак обработки прерывания и контроллер прерывания посылает в микропроцессор команду, содержащую адрес прерывающей программы.

Самые простые команды выполняются за 1 машинный цикл (3 такта), а самые длинные за 5 циклов (от 18 до 25 тактов).

Выборка команд в 2 или 3 байта производится за 2 или 3 машинных цикла:1 байт поступает на РК, 2 байт – на регистр W, 3 байт – на регистр Z.

Параллельный программируемый интерфейс КР580ВВ55

Используется для организации синхронного и асинхронного обмена, а также для обмена в режиме прерывания программы.

Обозначения на схеме:

ШД – восьмиразрядная двунаправленная шина данных (Д0-Д7).

ША – двухразрядная шина адреса (А0,А1).

ШУ – шина управляющих сигналов (ЧТ, ЗП, сброс).

БД – буфер данных служит для связи внутренней ШД с системной микропроцессорной системы. Через БД передаются не только данные, но и управляющие слова.

ДШ – дешифратор, формирует сигнал выборки микросхемы нужного уровня.

ШР – шина порта.

Обмен информацией между микропроцессором и интерфейсом делается по команде ввода (IN) и по команде вывода (OUT). Кроме того микропроцессор выдаёт программным образом в интерфейс управляющее слово, которое содержит информацию:

- о режиме работы портов,

- о направлении обмена,

- некоторую другую.

Возможны 3 режима ввода/вывода:

РЕЖИМ0: это основной режим, в котором работают все три порта. При этом содержимое аккумулятора по команде вывода записывается в БД, оттуда в соответствующий порт, адрес которого указан в команде. По команде ввода: наоборот, из соответствующих портовв БДàв аккумулятор. Так происходит синхронный обмен между микропроцессором и устройствами ввода/вывода.

РЕЖИМ1: работают только 2 порта А и В. Порт С в этом режиме используется для приёма и формирования управляющих сигналов. Происходит однонаправленная синхронная передача информации между микропроцессором и устройствами ввода/вывода.

РЕЖИМ2: работает только порт А, который используется как буфер двунаправленной шины (ШРА₈). Порт С применяется для формирования сигналов управления этой ШРА₈.

Структура управляющего слова:

7

6

5

4

3

2

1

0

Разряд 0: Порт С(0…3): «1» - ввод, «0» - вывод.

Разряд 1: Порт В: «1» - ввод, «0» - вывод.

Разряд 2: выбор режима: «0» - режим0, «1» - режим1,

Разряд 3:Порт С(4…7): «1» - ввод, «0» - вывод.

Разряд 4: Порт А: «1» - ввод, «0» - вывод.

Разряды 5 и 6: Задание режима: «00» - режим 0, «01» - режим 1, «10» или «11» - режим 2.

Разряд 7:Задание режима «1».

Управляющее слово заносится в регистр управления с помощью команды вывода (OUT) перед основной операцией ввода/вывода. Для изменения режима надо в регистр управления занести новое управляющее слово.

Если интерфейс настроен на работу с прерываниями, то в режимах 1, 2 процедура ввода/вывода инициируется сигналом запроса на прерывание, который поступает из интерфейса в микропроцессор, после чего микропроцессор вызывает подпрограмму обработки запроса на прерывание. Это подпрограмма начинает ввод или вывод информации через порт А (в режиме 2) и через порты А и В (в режиме 1).

При организации микро ЭВМ важна разработка системы адресации и внутреннего интерфейса, которые сводятся к выбору способа обращения к устройствам памяти и ввода/вывода.

Возможны два способа обращения:

- с использованием управляющего слова машинного цикла и регистра признаков,

- с разделением адресов между запоминающими устройствами и устройствами ввода вывода.

В данной работе используется первый способ.

В этом способе ячейка памяти и устройства ввода/вывода могут иметь одинаковые адреса, а выбор устройства (памяти или ввода/вывода) делается с помощью признаков: MEMR (memory), INP (input), OUT (output), управляющего слова машинного цикла. Это управляющее слово в начале каждого машинного цикла выбирается с шины данных и записывается в специальный регистр.