Лекція 7 Робота із зовнішніми пристроями. Паралельний інтерфейс

Мікропроцесор сам по собі, навіть разом із пам'яттю, - це замкнений пристрій, здатний обробляти інформацію, але позбавлений інформаційного контакту із зовнішнім світом. Джерелами інформації, що постачається до мікропроцесора, а також споживачами інформації, обробленою останнім, є зовнішні пристрої (ЗП): клавіатура, дисплей, притер, магнітна пам'ять, АЦП, ЦАП та ін. Зв'язок мікропроцесора з цими ЗП здійснюється через інтерфейси.

Інтерфейс - це сукупність уніфікованих апаратних, програмних та конструктивних засобів, що забезпечують міжмодульний інформаційний обмін між центральною частиною ЕОМ і зовнішніми пристроями.

Обмін може здійснюватися в паралельному форматі (паралельні інтерфейси), коли передача багаторозрядного слова здійснюється одночасно за всіма розрядами, і в послідовному (послідовні інтерфейси), коли передача інформаційного слова виконується за бітами - один біт після одного.

Паралельний формат потребує багаторозрядних шин і застосовується при передачі на невеликі відстані (до кількох метрів). Для послідовного формату достатньо двох провідників і його застосовують, коли відстань між джерелом і приймачем досить велика.

Методи обміну інформацією

Синхронний метод

При синхронному методі джерело інформації (ДЖ) виставляє дані на ПІД на певний проміжок часу період синхронної передачі сигналу. Припускається, що приймач (ПР) уже готовий до сприймання інформації та встановлені дані за період синхронної передачі сигналу встигне сприйняти. Ніяких сигналів попереднього повідомлення від ДЖ до ПР про те, що дані виставлено, немає. Немає також повідомлень від ПР до ДЖ про те, що приймач прийняв дані.

При синхронному методі робота ДЖ і ПР повинна бути суворо узгоджена в часі. Цей метод звичайно застосовується для передачі сигналів усередині ЕОМ або мікропроцесорної системи, де

узгодженням роботою блоків та вузлів управляє керуючий пристрій, а темп роботи задає генератор тактових імпульсів.

Асинхронний метод

Цей метод використовується здебільшого для обміну інформацією між МП та ЗП. Запит від ЗП на обмін інформацією може надійти до МП у будь-який момент часу й тому ЗП має попередньо повідомити МП, щоб той устиг підготуватися до сприймання даних. Це робиться спеціальним сигналом, який має назву запиту джерела.

З іншого боку, якщо джерелом інформації є мікропроцесор, а приймачем ЗП, то мікропроцесор спочатку запитує приймач про його готовність до сприймання даних і одержавши підтвердження видає дані, підтверджує їх стробом і чекає від приймача сигналу, яким той повідомляє, що дані ним сприйнято. Коли такий сигнал надійде, МП знімає дані з ПІД, знімає строб даних і переходить у свій початковий стан. Усю цю процедуру можна зобразити часовою діаграмою (рис. 7.1).

1. Джерело попереджає приймач про передбачувану видачу даних.

2. Дані виставляються на ПІД. Товстою лінією зображено проміжок часу сприймання даних приймачем.

3. Приймач підтверджує, що він прийняв дані (видає, так би мовити, "квитанцію").

4. Джерело знімає строб запиту.

5. Джерело знімає дані.

6. Приймач знімає сигнал підтвердження.

Асинхронно-синхронний метод

Такий метод обміну інформацією є проміжним щодо двох попередніх. Він застосовується звичайно при послідовній передачі даних, коли біти передаваного слова видаються послідовно в часі, один за одним. Цей метод зручний для зв'язку на далекі відстані. Часову діаграму передачі слова за цим методом зображено на рис. 7.2.

За асинхронно-синхронним методом джерело повідомляє за допомогою так званого стартового сигналу про те, що через деякий

Ця ІМС містить 1600 транзисторів, потребує потужність живлення у 0,5 Вт і повністю сумісна з мікропроцесором КР580ВМ80 (входить до комплекту серії КР580), а також із мікропроцесорами типів 8080, 8085, 8086, 80286 та ін. ППА спроможний обслуговувати три зовнішні пристрої через три свої порти А, В, і С, кожний по 8 розрядів. Усі ці порти двоспрямовані, з третім станом. Обмін з мікропроцесором здійснюється за 8 розрядами DO - D7, котрі підключаються до ПІД МП. Інші виводи:

RESET - скидання всіх портів та тригерів ШД МП у нуль.

CS- вибір кристала (CS=1 - ППА відключений, CS= 0 - ППА задіяний).

WR та RD визначають напрямок руху інформації (з погляду мікропроцесора!): WR = 0 - запис від МП в один із портів; RD = 0 -читання з одного з портів до мікропроцесора.¹

АО. А1 - адресні входи; вони визначають, який із портів буде задіяний. Значення комбінацій цих сигналів подано у табл. 7.1.

Структурну схему ППА зображено на рис. 7.4. Порти А, В та С, а також виводи D обладнані двоспрямованими буферними регістрами, які зберігають дані, уведені до ППА або ті, що підлягають виведенню з нього. Порти А і В мають по 8 розрядів. Порт С може програмуватися до роботи у кількох режимах:

а) на 8 розрядів, як і порти А та В;

б) роздільно по дві тетради: старшу С7 - С4 і молодшу СЗ - CO;

в) окремо по кожному біту; цей режим використовується для формування супроводжуючих сигналів при асинхронному обміні та встановлюється заздалегідь програмою.

Адресується ППА однобайтовою адресою. Старші розряди адреси А7 -А2 подаються на дешифратор, подібний до зображеного на рис. 6.7. З його виходу сигнал низького рівня подасться на вхід CS ППА. Два молодші розряди адреси А1 та АО здійснюють вибір порту або РКС.

Режими роботи ППА

ППА може працювати в трьох режимах.

Режим 0 - синхронний режим

Цей режим може здійснюватися по кожному з портів. При передачі даних до зовнішнього пристрою ППА встановлює ці дані на виводах порту (за допомогою буферного регістра цього порту) і

"програмований"). У РКС можна тільки записувати, чигання з РКС неможливе.

підтримує їх доти, доки вони не будуть змінені на інші. Ніякого повідомлення від ЗП про те, що дані ним сприйняті, немає. У режимі сприймання ППА передає дані від порту до МП і ніякого підтвердження про прийняття мікропроцесор також не надає.

Режим 1 - асинхронний режим

Обмін інформацією в асинхронному режимі може вестися тільки через порти А і В. Порт С використовується для передачі службових супроводжуючих (керуючих) сигналів.

Виведення даних до зовнішнього пристрою через порт А зиконується за два кроки (рис. 7.6):

а) запис інформації в буфер порту А від мікропроцесора здійснюється за сигналом WR = 0. ППА виставляє ці дані на вихід юрту А та видає строб запиту OBF через біт С7, повідомляючи ЗП троте, що дані виставлено.

б) ЗП сприймає дані та подає на С6 сигнал АСК, підтверджуючи, що дані ним прийнято. На цьому процедура обміну закінчується, уіожна розпочинати наступний акт обміну.

Аналогічно через біти С2 та СІ здійснюється передача супроводжуючих сигналів при обміні через порт В. Процедури ^енерації та сприймання супроводжуючих сигналів повинні бути шдалегідь закладені в програму робс.и МП.

Процедура сприймання інформації через порт А дещо складніша. Вона складається з трьох кроків (рис. 7.7):

а) на біт С4 надходить від ЗП сигнал STB - строб запиту на сприймання, котрим ЗП повідомляє ППА про початок акту видачі даних і виставляє ці дані на виводи порту А.

б) ППА через біт С5 видає сигнал IBF про те, що дані ним прийнято й записано в буфер порту А та в буфер шини даних і поки що нових даних подавати не можна. Товстою лінією зображено проміжок часу, протягом якого здійснюється приймання даних.

в) сигналом INTR через біт СЗ ППА запитує в мікропроцесора дозвіл на переривання (на вхід INT мікропроцесора). Мікропроцесор сигналом INTA дає згоду на переривання та зчитує дані з ППА.

Аналогічно через біти С2 - CO виконується керування процедурою асинхронного сприймання через порт В.

Режим 2 - асинхронний дуплексний ( двоспрямований)

У режимі 1 при зміні напрямку передачі інформації доводиться повністю перепрограмовувати ППА. Режим 2 дозволяє здійснювати асинхронний обмін інформацією як в один, так і в інший бік без перепрограмовування ППА. Такий режим має назву дуплексного.

Обмін інформацією в режимі 2 може вестися тільки через порт А. Напрямок і процедура обміну керується супроводжуючими сигналами через біти С7 - СЗ таким самим чином, як і в режимі 1.

Керуюче слово та програмування ППА

Для того, щоб скористатися ППА, його треба спочатку запрограмувати, тобто приписати кожному з портів функції, котрі він має виконувати: працювати на введення чи на виведення, указати в якому режимі мають працювати ці порти: у синхронному (0), асинхронному (1) або асинхронному дуплексному (2). Уся ця інформація повинна міститися в керуючому слові - однобайтовому, кожний біт якого має певний зміст і визначає певну функцію ППА. Керуюче слово складається програмістом, записується ним у програму, потім видається мікропроцесором і приймається в спеціальний регістр ППА - регістр керуючого слова (РКС). Інформація, записана до РКС, керує роботою ППА доти, аж поки до РКС не буде записане інше керуюче слово.

Цей метод керування роботою окремих ІМС, що входять до складу мікропроцесорних систем шляхом програмування їх через керуюче слово, вельми поширений у мікропроцесорній техніці й ми зустрінемося з ним не один раз надалі. Якщо потрібна інформація не вміщується в однобайтовому керуючому слові, використовують два або навіть три керуючих слова, які послідовно вводяться до керованої ІМС мікропроцесором. У ППА вдається обмежитись одним керуючим словом, структура якого й зміст його окремих бітів подано на рис. 7.9.

Усі порти ППА поділяються на дві групи: групу порту А до якої крім самого порту А входить також старша тетрада порту С і групу порту В, до якої, крім порту В, входить молодша тетрада СЗ - CO. Старший біт керуючого слова D7 дорівнює одиниці. Біти D6 і D5 визначають режим портів групи А: синхронний, асинхронний або дуплексний. Біт D4 визначає напрямок руху даних через порт А - на введення їх від ЗП чи на виведення до ЗП. Те саме робить біт D3 щодо тетради С7 - С4. Аналогічні функції для групи порту В виконують біти D2, D1 та DO.

Керуюче слово записується програмою цо акумулятора командою MVI А й виводиться командою OUT ADR, де під ADR розуміють адресу керуючого слова ППА. Як видно з табл. 7.1, адреса РКС є найстаршою з чотирьох адрес, за якими звертаються до ППА.

Наведемо приклад складання керуючого слова. Нехай порт А та Сет працюють на виведення в синхронному режимі, а порт В і Смол -на введення в асинхронному'. Тоді керуюче слово матиме вигляд 10000111В = S7H. Якщо адресами ППА будуть Е8 - ЕВ, то програмування ППА здійснюється командами

MVI А, 87 OUT EB

Дані, що мають бути виведені, також засилаються спочатку до акумулятора й далі виводяться командою OUT через обраний порт. Так. наприклад, якщо бажано вивести число А8Н, яке знаходиться в робочому регістрі В, через порт А, то це виглядатиме так:

MOV А,В - OUT E8

Якщо ж дані сприймаються через порт В (у синхронному режимі) та мають бути розміщені за адресою 8050, то це виконується таким фрагментом програми:

MVI А,82 OUT EB

IN E9 STA8050

Оскільки ми працюємо лише з портом В, то тут біти D6 - D3 та DO керуючого слова можуть бути довільними й ми заповнили їх нулями; IN - команда введення, Е9 - адреса порту В; STA - команда пересилання з акумулятора за вказаною в команді адресою.

Окремим питанням є програмування порту С за окремими бітами. Виведення таких окремих бітів використовується для супроводження передачі інформації у асинхронному режимі (режими 1 або 2).

Після того, як тетрада порту С, в якій знаходиться бажаний біт, запрограмована на виведення, до акумулятора запису; ть нове керуюче слово і його надсилають до РКС. Воно складається за схемою, зображеною на рис. 7.10.

До найстаршого біта записується 0 - цим дане керуюче слово відрізняється від попереднього. Біти D6 - D4 можуть бути довільними. У розряди D3 - D1 записується у двійковому коді номер обраного біта порту С, а до DO записується те значення ,яке бажано записати в цей біт.

Так, наприклад, якщо слід записати одиницю до біта С5, то це потрібно зробити таким чином:

MVI А, 0В OUT EB

Ці команди мають бути записані в загальній програмі на тому місці, де виникає потреба побітного програмування порту С. Зауважимо, що при новому побітному програмуванні порту С зроблене раніше побітне програмування не зберігається.