9.12.2. Микропроцессорные системы

Ранее рассмотренные нами цифровые устройства выполняют только один ранее заданный набор операций. В отличие от них микропроцессор (МП) выполняет операции по заданной программе, которую можно менять, т.е. микропроцессор обладает «гибкой» логикой.

Микропроцессор (МП) – программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки информации.

Уровень интеграции в современной микроэлектронике позволил реализовать МП на одном чипе.

Выполнение заданной программы осуществляется в микропроцессорной системе (МПС). Основными составными частями МПС являются микропроцессор, память, устройства ввода/вывода, интерфейсные схемы.

Как видно из обобщенной схемы, показанной на рис. 9.39, типичная микропроцессорная система имеет магистрально-модульную структуру. МПС содержит

центральное процессорное устройство (ЦПУ, англ. CPU),

оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, англ. RAM),

постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, англ. ROM),

порт ввода – вывода (Port I/O, Port Input/Output).

Рис. 9.39. Обобщенная структурная схема микропроцессорной системы

Кроме этих основных модулей МПС имеет группу магистралей (шин). Для того чтобы процессор мог управлять МПС, он соединен со всеми модулями шинами. Шина – это набор параллельных проводников, число которых определяет разрядность передаваемого цифрового сигнала. Термин «шина» применяется как синоним термина «интерфейс». В МПС имеется три основные шины: шина адреса ША, шина данных ШД и шина управления ШУ. Англоязычный эквивалент их названий – AB (Address Bus), DB (Data Bus), CB (Control Bus).

По ША передается цифровой код адреса ячейки памяти или номер порта ввода/вывода, к которому в данный момент обращается процессор.

Шина данных ШД предназначена для передачи данных от процессора к периферийным устройствам, а также и в обратном направлении – от периферийного устройства к процессору.

Для управления процессами обмена информации в МПС имеется специальный набор линий, объединенных в шину управления ШУ. По ним передаются, например, сигналы чтения (RD), записи (WR), инициализации ОЗУ, ПЗУ (MREQ), портов ввода/вывода (IORQ). Активным уровнем обычно является логический ноль. Например, при работе процессора с памятью сигнал на выходе MREQ активный – равен лог. 0. На шину адреса из процессора сначала поступает адрес нужной ячейки. При работе оперативная память получает управляющий сигнал чтения или записи, которые указывают требуемое направление передачи данных между ОЗУ и процессором. Постоянная память используется только для чтения и в подобных сигналах не нуждается.

При работе с памятью сигналы чтения-записи также поступают и на порты ввода/вывода. Однако порты на него не реагируют т.к. сигнал IORQ равен лог. 1. Для обмена данных с портами подают сигнал IORQ равным лог. 0 (MREQ равен лог. 1), и операция чтения/записи в порт происходит аналогично операциям чтения/записи ОЗУ.

10. Линейные цепи с распределенными

ПАРАМЕТРАМИ

10.1. Общие сведения о длинной линии

С целью увеличения объема передаваемой информации, с требованием повышения качества, надежности, информативности каналов связи возникает необходимость в освоении более высокочастотных диапазонов. Например, если в начале развития телевидения использовался лишь метровый диапазон волн, то в 80-тые годы прошлого ХХ века освоили дециметровый диапазон волн, а затем получило развитие и спутниковое телевидение, работающее в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ).

Простейшим примером цепи с распределенными параметрами является двухпроводная длинная линия, состоящая из двух параллельных проводов, длиной, сравнимой с длиной волны, и расстоянием между проводами значительно меньше длины волны.

Так как расстояния между проводниками значительно меньше длины волны, то длинную линию можно рассматривать как электрическую цепь с распределенным характером элементов вдоль одного направления (вдоль координаты ). В любом сколь угодно малом участке линииимеются переменные электрическое и магнитное поля, что свидетельствует о наличии емкостного и индуктивного элементов. В участке линии также происходят омические потери, характеризуемые активным сопротивлением проводников, а также имеется утечка тока между проводами из-за неидеальности изоляции, которая характеризуется проводимостью. Для характеристики длинной линии вводят понятияпогонных параметров – ,,,_, приходящихся на 1 метр. Если погонные параметры одинаковые по длине и постоянны во времени, то длинная линия называется однородной. Данные электрические параметры равномерно распределены по всей длине линии, что порождает в свою очередь и некоторые распределения тока и напряжения в ней, поэтому ее рассматривают как цепь с распределенными параметрами. Ее отличительной особенностью является то, что на ее конечном отрезке не выполняются законы Кирхгофа, поэтому точный расчет такой цепи можно провести либо методами электродинамики, либо путем применения законов теории цепей к бесконечно малому отрезку линии.