Лабораторная работа № 2

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ восьмиразрядных МИКРОПРОЦЕССОРОВ (Z80)

Цель работы – ознакомиться с функционированием восьмираз­рядных микропроцессоров на примере выполнения команд микро­процессором Z80.

2.1. Общие сведения

Микропроцессор Z80 является типичным представителем серии восьмиразрядных однокристальных микропроцессоров, предназначен­ных для построения различных вычислительных и управляющих уст­ройств.

Рис. 2.1

Схема расположения выводов Z80 показана на рис. 2.1. Здесь D0–D7 – восьмиразрядная шина данных; A0–A15 – шестнадцатиразрядная шина адреса; M1 – (машинный цикл 1) низкий уровень указывает, что процессор находится в состоянии выборки кода операции; MREQ, IORQ – состояния машинного цикла (операции чтения/записи памяти M или внешних устройств IO); RD – управление чтением; WR – управление записью; WAIT – вход сигнала, низкий уровень которого задерживает работу процессора на целое число циклов; BUSRQ – вход сигнала запроса исполь­зования шин адреса и данных; BUSAK – выход сигнала, высокий уровень которого указывает, что процессор перевел шины в состояние высокого импеданса; INT, NMI – входы сигналов прерываний; HALT – выходной сигнал, указывающий на то, что выполнена команда останова; RESET – вход сигна­ла сброса (уста­нав­ливает счетчик ко­манд в нуль и сбрасывает триггеры разрешения прерывания и подтверж­дения захвата); RFSH – выход сигнала, ука­зы­ва­ю­щего на то, что младшие 7 разрядов адресной шины несут адрес регенерации ОЗУ; CLK – вход для подключения внешнего генератора; V_CC – питание + 5 В; GND – земля.

2.2. Описание лабораторного стенда

Рис. 2.2

Схема стенда представлена на рис. 2.2. Здесь CPU – микропроцессор Z80, линии шины данных которого D0–D7 через резисторы R1–R8 подсоединены к шине питания + 5 В. Высокий уровень на входных линиях CPU (BUSRQ, WAIT, RESET, NMI, INT) также получен путем подсо­единения их через резисторы к шине питания. Вывод М1 подведен к клемме “СИНХР.” для синхронизации осциллографа. Сигнал тактовой частоты от генератора G подан на вход CLK микропроцессора. Сброс CPU может осуществляться нажатием кнопки К (подача нулевого уровня на вход RESET).

2.3. Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться со схемой стенда.

2. Подать напряжение на вход U_пит стенда.

3. Клемму “СИНХР.” стенда подключить ко входу синхронизации осциллографа. Последний должен находиться в режиме внешней синхронизации.

4. Ручками синхронизации добиться устойчивого изображения на экране осциллографа. При этом щуп осциллографа необходимо установить на выход М1, а для запуска процессора – нажать кнопку RESET.

5. Выбрать чувствительность вертикального отклонения осциллографа таким, чтобы амплитуды наблюдаемых импульсов имели значение 3–4 см.

6. Выбрать скорость развертки такой, чтобы на всем экране наблюдался только один командный цикл.

7. Снять временные диаграммы сигналов на выходах процессора CLK, M1, RD, WR, RFSH, а также на линиях шины данных D0–D7 и шины адреса А0–А15.

8. Построить временные диаграммы сигналов по п. 7, соблюдая временные соотношения между фронтами этих сигналов.

2.4. Требования к отчету

Отчет должен содержать:

• описание микропроцессора Z80;

• описание функциональной схемы контрольно-измерительного стенда;

• временные диаграммы снятых сигналов и их анализ.

Список литературы

Рафикузаман М. Микропроцессоры и машинное проектирование микропроцессорных систем. М.: Мир, 1988.

Королев В. Ф. Микропроцессор Zilog Z*80. М.: Аргус-Мастер, НТЦ “Элис”, 1992.

Лабораторная работа № 3

РАБОТА ПРОГРАММНО-УПРАВЛЯЕМОГО ТАЙМЕРА

Цель работы — изучение работы программно-управляемого таймера (ПТ) на примере устройства КР580ВИ53.

3.1. Общие сведения

Программно-управляемые таймеры/счетчики предназначены для формирования сигналов с различными временными характерис­тиками или для подсчета числа импульсов в заданном временном интервале. ПТ на базе большой интегральной схемы серии КР580ВИ53 представляет собой однокристальное програм­ми­руе­мое устройство, включающее в себя три независимых 16-разрядных вычитающих счетчика СТ0, СТ1, СТ2, именуемых канала­ми 0, 1, 2 (рис. 3.1). Каждый из каналов имеет два входа (счетный – CLK и разрешения – GATE) и один выход – OUT. Загрузка счетчиков осуществляется с внутренней восьмиразрядной шины – ВШ, которая связана с шиной данных микро­процессорной системы D0 – D7 через двуна­прав­ленный буфер – БШД. Аналогично считывается содержимое счетчиков. Счетчики выполняют вычитание в двоичном или двоично-десятичном коде со скоростью до 2 МГц (скорость определяется частотой сигнала на входе CLK). Каждый из каналов может работать в одном из шести режимов, задаваемом предварительной записью управляющих слов в регистр управляющего слова (РУС). Формат управляющего слова показан на рис. 3.2. Сигналы WR, RD поступают от микропроцессорной системы (МПС) в схему управления (Сх.УПР) ПТ, определяют моменты загрузки счетчиков и управляющих слов, а также чтения содержимого счетчиков (чтение РУС производиться не может). Сигналы адреса А0, А1 выбирают для чтения (записи) соответствующий счетчик или РУС. Сигналом CS МПС выбирает данный ПТ для обмена информацией.

Рис. 3.1

Из рис. 3.2 видно, что три бита управляющих слов D3, D2, D1 определяют режимы работы счетчиков; два старших бита D7, D6 показывают, какому из счетчиков присваивается данный режим; бит D0 определяет тип кода исчисления.

Рис. 3.2

Биты D5–D4 задают режим чтения или загрузки счетчиков. Запись управляющего слова, содержащего два нуля в этих битах, не влияет на работу счетчиков, а только осуществляет перезапись содержимого счетчика в буферный регистр, из которого затем оно может быть прочитано. Такой режим называется “чтение на лету”.

Можно коротко охарактеризовать особенности работы микросхемы в каждом режиме.

Режим 0.

После выполнения операции установки режима (загрузка байта в РУС) на выходе соответствующего счетчика OUT устанавливается напряжение логического нуля “0”. Загрузка счетной величины не меняет состояние на выходе. При подаче на разрешающий вход GATE напряжения логической единицы “1” счетчик начинает счет. По окончании счета на выходе устанавливается “1”. Во время работы вход GATE разрешает (“1”) или запрещает (“0”) счет. Загрузка новой счетной величины изменяет выходной сигнал на “0” и запускает новый цикл счета.

Режим 1.

В этом режиме таймер формирует отрицательные импульсы длительностью Т_т. иn, где Т_т. и – период тактовых импульсов по входу CLK; n – число, загруженное в счетчик. Установка выходного сигнала в “0” и начало счета происходят после прихода положительного фронта на вход GATE соответствующего таймера. Каждый положительный фронт запускает счет или перезапускает его сначала, если цикл счета не был завершен до конца.

Режим 2.

Канал ПТ в этом режиме работает как делитель входной частоты f_т. и на n (n – число, загруженное в счетчик), причем на выходе OUT с частотой f_т. и /n устанавливается “0” на время одного периода сигнала CLK (на входе GATE должна быть “1”). Подача “0” на вход GATE устанавливает выход в “1” и останавливает счет. Если затем вновь подать на GATE “1”, работа возобновится и отсчет будет вестись от начального значения счета.

Режим 3.

Таймер в этом режиме функционирует, в целом, аналогично режиму 2, за исключением того, что длительность положительного и отрицатель­ного полупериодов выходного сигнала для четных чисел будет равна Т_т. иn/2, а для нечетных – положительный полупериод будет равен Т_т. и(n + 1)/2, а отрицательный Т_т. и(n  1)/2. (В режиме 3 каналы не выполняют свои функции при записи в счетчики числа n = 3.)

Режим 4.

В этом режиме по окончании отсчета числа, загруженного в счетчик, на выходе OUT на время одного периода сигнала CLK устанавливается напряжение логического нуля, а затем – снова напряжение логи­чес­кой единицы. Сигнал GATE = “1” – счет разрешается, GATE = “0” – счет запрещается. Загрузка нового числа запускает цикл счета заново, перезагрузка счетчика во время счета приводит к следующему:

• загрузка младшего байта не влияет на текущий счет;

• загрузка старшего байта запускает новый цикл счета.

Режим 5.

По выходному сигналу аналогичен режиму 4, по действию сигнала GATE – режиму 1, т. е. запуск счета осуществляется положительным фронтом сигнала GATE. Счетчик в этом режиме является перезапускаемым.