Электроника Ч2

Информация к микропроцессору и от него передается по шинам. Ши- ны данных в соответствии с длиной слова состоят из восьми линий, а адрес- ная шина – из 16 линий. Адресная шина однонаправленная, а шины данных двунаправленные. Управляющая шина состоит из 13 линий, причем, пять линий ведут к БУС, а восемь линий выходят из него. По линиям шины дан- ных передаются управляющие и тактирующие сигналы. Они определяют взаимодействие между функциональными узлами микропроцессора, а также между микропроцессором и другими блоками микрокомпьютера.

Рассмотрим назначение функциональных узлов микропроцессора.

232

Счетчик команд. Программа микропроцессора представляет опреде- ленную последовательность команд, хранящихся в памяти. Счетчик команд

считывает команды так, чтобы микропроцессор мог выполнять их в за-

данной последовательности. Именно в этом заключается главная функция счетчика команд.

Процедура считывания усложняется тем, что программы, как правило,

содержат подпрограммы. Подпрограмма – это последовательность команд,

предназначенных для выполнения определенной задачи. Она может быть вы-

звана в любой момент времени выполнения основной программы. Когда в программе появляется команда вызова подпрограммы, выполнение основ- ной программы должно быть остановлено, а ее очередную команду необхо- димо загрузить в какой – либо регистр памяти. Это необходимо для того, чтобы микропроцессор мог вернуться в основную программу после завер- шения подпрограммы. Одновременно в счетчик команд необходимо заслать адрес первой команды подпрограммы.

Стек. Операция загрузка адреса последующей команды, как правило,

выполняется с помощью безадресной памяти. Такую память называют сте- ковой, или просто стек. Стек содержит набор последовательно организован- ных регистров. Загрузка (или извлечение) всегда производится в (из) самый верхний регистр, при этом содержимое остальных регистров сдвигается на один регистр вниз (или вверх). Команда вызов подпрограммы выполняется так, что адрес очередной команды основной программы сдвигается в стеке на один шаг вниз, а в верхний регистр загружается адрес первой команды подпрограммы.

Подпрограмма может содержать ряд последующих подпрограмм. При каждом переходе к очередной подпрограмме адреса, загруженные в стек, будут смещаться вниз на один регистр. Число подпрограмм, которые можно загрузить без потери первоначального адреса, определяется информацион-

233

ной емкостью стека. Глубина загрузки фиксируется в указателе стека. Ука- затель стека показывает адрес верхнего незанятого адреса стека.

Регистр адреса данных содержит адрес данных для команд, обра- щающихся к памяти, адрес порта для команд ввода / вывода или адрес оче- редной команды для перехода к подпрограмме.

Регистр команд используется для записи команд, запрашиваемых из памяти и подлежащих дешифрации.

Регистры общего назначения представляют собой блок сверхопера- тивной памяти, состоящей из пятнадцати восьмибитовых регистров. Такая память предназначена для временного хранения адресов и данных, которые можно извлечь со значительно большей скоростью, чем информацию, со- держащуюся в оперативной памяти. Адреса каждого из пятнадцати регист- ров представляют собой 4 - битовые коды от 0000 до 1110. Регистр 0000 на- зывается аккумулятором и участвует во всех арифметических и логических операциях. Он содержит одно из чисел (операнд) перед выполнением опера- ции и получает результат после ее завершения.

Обращение к любому регистру общего назначения осуществляется при помощи R – селектора. Через r – селектор доступны только регистры 0000, 0001, 0010. Задание несуществующего регистра 1111 используется как указание на то, что нужно обратиться к байту памяти по 16 – разрядному адресу.

АЛУ предназначено для выполнения арифметических и логических операций. Два входа АЛУ представляют собой две восьмибитовые шины. Одна из них идет от аккумулятора (регистр 0000), а другая – от R – селекто- ра, который выбирает один из регистров общего назначения от 0000 до 1110 или ячейку памяти, если задана косвенная адресация. Третий вход в АЛУ представляет собой линию от триггера переноса С. Триггер переноса участ- вует в некоторых арифметических и логических операциях.

234

Выходами АЛУ являются восьмибитовая шина и две линии – Z и N. По выходной восьмибитовой шине передаются результаты из АЛУ в акку- мулятор. По выходным линиям в блок управления и синхронизации переда- ется информация о наличии или отсутствии двух особых условий:

–аккумулятор содержит нули (линия Z),

–старший разряд аккумулятора равен 1 (линия N).

Триггер переноса, а также линии Z и N называются флажками и ис- пользуются в командах условного перехода.

Блок управления и синхронизации получает сигналы от дешифрато-

ра, из АЛУ (Z, N) и от триггера переноса (С). В зависимости от состояния входов БУС вырабатывает сигналы управления и синхронизации, необхо- димые остальным функциональным узлам для выполнения команды. С по- мощью тринадцати внешних линий реализуется интерфейс устройства управления с другими модулями микрокомпьютера.

3. СЕКЦИОНИРОВАННЫЕ МИКРОПРОЦЕССОРЫ

Микропроцессор – это, как правило, модуль в составе микропроцес- сорной системы или микрокомпьютера. Для достижения большей гибкости микропроцессор может быть разбит на подмодули. Например, часть микро- процессора, обрабатывающая данные, отделяется от части, обрабатывающей команды и управляющей последовательностью их выборки. В свою очередь первая из выделенных частей дополнительно разбивается еще на несколько подмодулей. Каждый такой подмодуль называется микропроцессорной сек- цией и состоит из АЛУ и различных регистров определенной разрядности.

Обобщенная структурная схема микропроцессорной секции приведена на рис. 34.2. Схема содержит АЛУ для выполнения действий с четырехраз-

236

титься к любому из шестнадцати слов независимо от обращений через дру- гие порты. Порты А и В предназначены для чтения из рабочей памяти, а порт С – для записи в нее. Управляют записью данных линии “разрешение записи” и “синхр”. Запись слова происходит по заднему фронту синхроим- пульса, если на линии “разрешение записи” присутствует логическая 1.

Порты А и В обеспечивают АЛУ двумя словами, над которыми вы- полняются действия, а порт С получает результат. Вместо слова А в АЛУ может быть передано слово D от внешних источников. Переключение от А к D осуществляется селектором на два направления, при Е = 1. Выходные ли- нии отображают слово А.

Таким образом, микропроцессорная секция выполняет операции над данными, хранящимися в рабочей памяти, а также поступающими от внеш- них источников. Выполняемая операция, источники слов и адрес, куда по- мещается результат, определяются входящими в секцию по управляющим линиям сигналами. Поэтому внешние схемы, формирующие эти сигналы, могут управлять операциями в микропроцессорной секции. Следовательно, одну и ту же микропроцессорную секцию можно использовать в микроком- пьютерах с различной структурой и функциями. В этом и заключается большая гибкость и универсальность микропроцессорных секций по срав- нению с одномодульными микропроцессорами.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

34.1.Приведите определение микропроцессора.

34.2.Чем микрокомпьютер отличается от микропроцессора?

34.3.Какое свойство микропроцессора позволяет применять его к решению широкого класса задач?

34.4.Раскройте понятия: команда, операнд, байт.

237

34.5.Почему в микропроцессорах адресная шина состоит из шестнадцати линий?

34.6.Какие функции в микропроцессоре выполняет счетчик команд?

34.7.Что представляет собой стековая память, и какой показатель определяет ем-

кость стека?

34.8.Какие функции в микропроцессоре выполняют регистры общего назначения?

34.9.С какой целью применяется секционирование микропроцессора?

34.10.В чем проявляются преимущества микропроцессорных секций над однокристальными микропроцессорами?

238

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с учебной программой в курсе лекций ЭЛЕКТРОНИКА рассмотрены типовые полупроводниковые приборы, ана- логовые и цифровые устройства, программируемые устройства. К сожале- нию, очень кратко рассмотрены свойства специальных типов полупровод- никовых приборов, а такие вопросы, как аналоговые преобразователи и ум- ножители напряжений, коммутаторы аналоговых сигналов, модуляторы и демодуляторы электрических сигналов, активные преобразователи сопро- тивлений и ряд других вопросов остались за рамками учебной программы.

Курс построен так, что студент, усвоивший материал лекций, стано- вится подготовленным к самостоятельному усвоению упомянутых вопросов. Большую помощь в этом ему окажет рекомендованная литература.

При работе с рекомендованной литературой основное внимание сле- дует уделить наиболее перспективному направлению – микропроцессорной технике. Применение современных микропроцессоров, контроллеров и мик- роконтроллеров позволяет совершенствовать и автоматизировать практиче- ски любые технологические процессы без отключения технологического оборудования и без затрат на изменение проекта систем управления. Имен- но применение микропроцессорной техники наиболее наглядно реализует тезис о том, что электроника – это ключ к автоматизации процессов произ- водства.

Знания, полученные как в процессе изучения лекций, так и в процессе самостоятельной работы с литературой, будут неоднократно востребованы в учебном процессе (при освоении прикладных дисциплин, при выполнении курсовых и дипломных проектов) и в практической деятельности выпускни- ка.

239

ОТВЕТЫ К ЗАДАЧАМ

18.7. nn / n = 2,4·108. 18.8. !φ0 = 0,445 В.

18.9. !φ2 = 0,298 В, Iдиф = 0,32 мА, I ≈ 0,219 мА. 18.10. U = 0,178 В.

19.11. а), режим насыщения, б), активный режим, в), режим отсечки.

19.12. Uкб = 9,6 В.

19.13. α = 0,990099, Iэ = 1,00495 мА, Iб = 4,95·10-6 А, Iкэо = 505·10-6 А.

19.14. а), А – коллектор, В – база, С – эмиттер, б), β = 50.

21.6. Rб ≈ 202 кОм. 21.7. R1 ≈ 18,1 кОм, R2 ≈ 262 Ом.

21.8. Rвх ≈ 238 Ом, Rвых ≈ 166 Ом, КU ≈ 70.

21.9. Rвх ≈ 12,7 кОм, КU ≈ 0,79. 21.10. КU = 307. 21.13. fв ≈ 16 кГц.

22.7. ωс ≈ 12, 98 р-1, Кф0 = 1,41, Кф(ωс) = 1,0. 22.8. Са = Св ≈ 0,38·10-6 Ф.

22.10. f0 = 1,0 кГц, Кф0 = 0,33.

23.6. Рн = 0,035 Вт, η = 0,28. 23.10. Рн = 0,25, η = 0,786.

25. 4. R1 ≤ 8,3 кОм, R2 ≤ 30 кОм, Rк ≈ 1,0 кОм.

25.5. U0 = 0. 25.6. С = 0,1·10-6 Ф. 25.7. С = 10-9 Ф.

25.9. |Iвх| > |Iб|, τи ≥ τр + τп + τрег.

26.3. τи = 69·10-6 С, τп = 138·10-6 С, Т = 207·10-6 С, Q = 3, F = 4,83 Гц.

26.4. R1 ≈ 4,3 кОм. 26.9. R4. 26.10. Не влияет. 26.11. Rвх →∞ .

26.13. R3 увеличить, R4 уменьшить.

27.6. n21 ≈ 0,54. 27.7. I0 = ≈ 11,1 мА. 27.12. СФ = 200·10-6 Ф, S = 1,57.

240

27.15. Rогр = 162 Ом. 27.16. Uвх. макс = 30 В, Uвх мин = 16,5 В.

29.3. а), 1011110001, б), 0111 0101 0011. 29.7. F = ВС + АС.

29.8. F = ABD + ADD + ACD. 29.9. F = A + BC.

30.2. Q1 = х1х3х5х7х9, Q2 = х2х3х6х7, Q3 = х4х5х6х7, Q4 = х8х9.

30.3. F6 = х1 х2 х3 х4 + х1 х2 х3 х4 + х1 х2 х3 х4 + х1 х2 х3 х4 + х1 х2 х3 х4 ,

F9 = х1 х2 х3 х4 + х1 х2 х3 х4 + х1 х2 х3 х4 + х1 х2 х3 х4 .

30.4. Si = Ai Bi Pi + Ai Bi Pi + Ai Bi Pi + Ai Bi Pi ,

Pi+1 = Ai Bi + Ai Pi + Bi Pi .

30.5. F = х0 А1 А2 А3 + х1 А1 А2 А3 + х2 А1 А2 А3 + х3 А1 А2 А3 + х4 А1 А2 А3 +

+ х5 А1 А2 А3 + х6 А1 А2 А3 + х7 А1 А2 А3 .

30.6. F3 = хА1 А2 А3 , F5 = хА1 А2 А3 , F7 = хА1 А2 А3.

31.5. Первая строка.

31.9. Исключает воздействие помех на интервале синхроимпульса.

31.10. Функции Т триггера.

32.3. 0, 1, 2, 3, 12, 13, 14, 15, 8, 9, 10, 11, 4, 5, 6, 7.

32.5. Делитель на 12.

32.6. Можно, если увеличить в n раз частоту СС при считывании.

32.8. CS и CEO – низкий, WR / RD – высокий.

33.3. Uкв = 0,0625 В, Uвых = 0,625 В. 33.4. Iвых = 10 мА.

n

33.5. m = ent n/2, M = (2 m − 1) 2m . 33.8. fд = !U / Uкв.