литература / Пухальский Проектирование микропроцессорных систем 2001

мости использовать не только все адресное пространство ввода-вывода, но и все адресное про­ странство памяти. Выгода же очевидна — уменьшаются аппаратные затраты на реализацию дешифрации адресов портов ввода-вывода.

Для устройств ввода-вывода можно использовать и независимый адресный дешифратор 1533ИД7. Так, каждый выход дешифратора, изображенного на рис. 1.36, будет селектировать

Заметим, что в интерфейсных БИС применяются и более изощренные способы адресации внутренних регистров, чем их прямая адресация с помощью шины адреса. Например, одна часть байта, поступающего от МП в интерфейсную БИС, может содержать адрес регистра, адругая часть — данные. Такой способ адресации (по шине данных) используется с целью уменьшения числа адресов портов, занимаемых БИС в адресном пространстве ввода-вывода. Применяется также и способ адресации регистров БИС с помощью внутреннего цифрового автомата, изменяющего свои состояния в строго соблюдаемой последовательности при каждой записи в нее байта данных. Каждое же состояние автомата адресует определенный регистр. Таким образом, интерфейсные БИС могут иметь значительно большее число регистров памяти, доступных микропроцессору, чем непосредственно адресуемое командами IN port и OUT port.

М одульность построения МП-систем. Рассматриваемый микроконтроллер выполнен на трех небольших печатных платах, на каждой из которых имеется свой приемопередатчик для системной шины данных:

плата 1 — центральное процессорное устройство на МП 8085А (см. рис. 1.10) или МП 8080А (см. рис. 1.32), память и интерфейсные БИС (рис. 1.33 и 1.34), матричный шифратор 16-клавишной клавиатуры (см. рис. 1.37) и 5-разрядный 7-сегментный дисплей (см. рис. 1.38);

плата 2 — программатор EPROM 573РФ2/573РФ5, выполненный на программируемом параллельном интерфейсе 580ВВ55А (см. рис. 3.16);

плата 3 — контроллер 64-клавишной клавиатуры и 16-разрядного алфавитно-цифрового дисплея (см. рис. 3.144 и 3.145), который может использоваться параллельно или вместо мат­ ричного шифратора клавиатуры и 5-разрядного 7-сегментного дисплея.

Приведенное разбиение микроконтроллера на платы демонстрирует модульность по­ строения МП-систем — плата 1 уже представляет собой законченный микроконтроллер, спо­ собный воспринимать команды, вводимые оператором с клавиатуры, и выводить результат выполнения программ на дисплей (функционирование платы 1 не зависит от наличия или от­ сутствия плат 2 и 3). С помощью таймера 580ВИ53 на его выходе OUTx можно получить метки времени 1 с из сигнала ф2, частота которого равна 2 11 кГц, если два канала таймера запрограм­ мировать на коэффициенты деления 2й и 103. Контроллер прерываний обеспечивает выполне­

ние операций ввода-вывода в реальном масштабе времени с обслуживанием 8 внешних уст­ ройств. В частности, по запросам прерываний сигналом OUTx - 1R-, программным способом можно организовать счет времени в минутах и часах с выводом текущего времени на дисплей.

При подключении плат расширения функциональных возможностей микроконтроллера следует обеспечить, чтобы при выполнении операций ввода данных в МП они могли поступать только от одного из приемопередатчиков, установленных на печатных платах (включая и пла­ ту 1). Сигналы выбора кристалла GS30 и CS38, формируемые на плате 1, управляют интер­ фейсными БИС 580ВВ55А, 580ВВ79 и соответствующими им приемопередатчиками, располо­ женными на платах 2 и 3, что экономит аппаратные затраты на дешифраторы адресов. В связи с этим приемопередатчиком 1533АП6 на плате 1 (рис. 1.33) должны управлять сигналы

Ш = ДАis v ВАН v (CS38 v CS30) 1/OR и Т = MEMR v I/OR

включения приемопередатчика (ОЕ) и указания направления передачи данных (Т). Значение сигнала ОЕ = 1 (приемопередатчик выключен) при обращении к внешним устройствам, селек­ тируемым сигналами CS38 = 0 или GS30 = 0 при их чтении (IIOR - 0). Таким образом, данный приемопередатчик обслуживает адресное пространство памяти 0000 3FFF/; и адресное про­ странство портов ввода-вывода 00 2Fh.

Матричный контроллер клавиатуры. На рис. 1.37, а приведен пример внешнего уст­ ройства ввода данных с помощью любого из двух методов: программного метода ввода с кви­ тированием (используется флаг IBF — см. § 2.3) или метода ввода по прерыванию (использу­ ется сигнал IRQ — см. § 2.4). Данное внешнее устройство представляет собой матричный кон­ троллер клавиатуры, содержащий 17 клавиш. Выход IRQ можно подключить к входу IR0 кон­ троллера прерываний 580ВН59А (рис. 1.33) или к входу RST 7.5 микропроцессора 8085.

Принцип работы контроллера клавиатуры основан на сканировании матрицы из 16 кла­ виш с помощью синхронного 4-разрядного двоичного счетчика 561ИЕ11 и 8-канального муль- типлексора-демультиплексора 561КП2 (M UX -DM X ; см. § 6.5 в книге [5]). Выходные сигналы трех младших разрядов счетчика бг-о поданы на адресные входы каналов MUX-DMX. Эти сиг­ налы поступают на его внутренний дешифратор D C 3 x 8 , который обеспечивает периодиче­ ское сканирование (опрос) линий возврата /?L7_o (Return Line) матрицы. Вертикальные сигналь­ ные линии матрицы периодически переключаются внешним дешифратором DC 1 х 2, выдаю­ щим на них сигналы Q3 и <2зЗначения выходных сигналов этих двух дешифраторов однознач­ но определяют текущее состояние счетчика. Поэтому при нажатии клавиши к = 0 ... 15 выход­ ной сигнал Scan ИС 564КП2 примет значение 1 в момент времени, когда счетчик 561ИЕ11 на­ ходится в состоянии к = QiQiQiQu (рис. 1.37, б). Это приведет к получению значения сигнала Р0 = 1, которое блокирует дальнейшие изменения его состояний. Изменение сигнала Р и с 0 на 1 вызывает срабатывание триггера, выдающего сигналы IBF/IRQ, информирующие МП о готов­ ности кода нажатой клавиши. Пока клавиша нажата, счет будет заторможен, и на буфер дан­ ных 561JIH3 счетчик будет выдавать число к. Далее будем считать, что микроконтроллер по­ строен на основе МП 8085А и используется метод ввода данных по прерыванию.

В ответ на значение сигнала IRQ - 1 микропроцессор вызывает подпрограмму обслужива­ ния прерывания, которая выполняет чтение состояния буфера данных

D7D6D5D4 О зВД О о = Ш Shift хх Q3Q2Q 1Q0,

где х — неопределенные значения разрядов; Shift — дополнительная 17 клавиша (“пассивная”), удваивающая число кодов основных 16 клавиш.

После ввода байта данных МП должен выполнить команду OUT С.уОО д л я сброса триггера, формирующего сигналы IBF/IRQ, в исходное состояние. При отпускании клавиши сигнал Р 0 установится в 0, и счетчик продолжит счет — сканирование клавиатуры возобновится.

я ш гш и и и Ш ___ rlTLn_JbrLruTJui_n_r

IBF/IRQ

Рис. 1.37. Матричный контроллер клавиатуры

Задача 1. Написать программу ввода по прерыванию кода нажатой клавиши. Записать принятый код в ячейку памяти с символическим именем Key. Решение:

Для уменьшения потребляемой мощности контроллер клавиатуры выполнен на КМОП ИС. Если необходимо построить 64-клавишный контроллер клавиатуры, то вместо 4-разряднго счетчика и дешифратора DC 1 х 2 следует взять 6-разрядный счетчик и дешифратор DC 3 х 8 и на его адресные входы подать сигналы с трех старших разрядов счетчика (вместо двух верти­ кальных линий в сканируемой матрице будет восемь линий). Следует заменить также 6-разрядный буфер данных 561ЛНЗ 8-разрядным буфером. Остальная часть схемы контроллера останется без изменений.

Период сканирования 16-клавишной клавиатуры равен 16 • Гн, где 7V— период тактового сигнала Н, вырабатываемого генератором, выполненном на триггере Шмитта 561TJT2. Чем ни­ же частота этого генератора, тем надежнее исключается “дребезг” контактов клавиш. При час­ тоте генератора 7 кГц дребезг в 64-клавишной клавиатуре надежно устраняется даже при ис­ пользовании не высококачественных клавиш.

5-разрядный 7-сегментный дисплей. В качестве дисплея в МП-системе можно исполь­ зовать 7-сегментные светоизлучающие индикаторы [8]. На рис. 1.38, а показана структура 5-разрядного 7-сегментного индикатора AJIC328B, на рис. 1.38, б — расположение и обозначе­ ния сегментов, на рис. 1.38, в — внешний вид индикатора и на рис. 1.38, г — его условное гра­ фическое обозначение (СТ — Cathode). Прямой постоянный ток через сегмент = 5 мА.

Принципиальная схема контроллера дисплея, содержащая два порта вывода для управле­ ния сегментами и катодами индикатора в мультиплексном режиме, изображена на рис. 1.38, д. Временные диаграммы, показанные на рис. 1.38, е, наглядно поясняют работу схемы. Для ис­ ключения мигания индикатора частота развертки выбирается не менее 50 Гц. Для мультип­ лексной развертки разрядов индикатора следует использовать унитарный код для представле­ ния значений катодов СТ5_{ (табл. 1.18). Таблицу кодов управления катодами можно хранить в ПЗУ (А — адрес ПЗУ). Преобразование 16-ричных чисел X = 0, 1, ..., 9, А, В, ..., F и некоторых символов в 7-сегментный код У = Yc Yf YeY0 YcYbYa проще всего выполняется табличным спосо­ бом (табл. 1.19). Для этого все используемые символы должны быть пронумерованы числами X. Коды Y должны храниться в ПЗУ по адресам, возрастающим в порядке увеличения числа X. Это позволяет достаточно просто по числу X вычислить адрес кода Y и вывести его в регистр

Задача 2. Написать программу управления 5-разрядным 7-сегментным дисплеем с вы­ водом информации по прерыванию. Решение: