3.3 Подключение озу и пзу к системной шине

Внешняя оперативная память доступна МК по командам пересылки МОVХ А, @R и МOVX @R,А , которые по косвенному адресу (регистры R0 и R1) выполняют операции передачи байта между ВПД и аккумулятором. Сигналом ALE косвенный адрес, выводимый по шине BUS, фиксируется в многорежимном буферном регистре МБР. Сигналы WR и RD определяют режим работы БИС ОЗУ. Так как косвенный адрес имеет формат байта, то схема на рисунке 8 обеспечивает адресацию 256 ячеек ОЗУ в дополнение к 64 ячейкам резидентной памяти данных МК48.

Рисунок 11 – Подключение внешней памяти данных и программ к ОМЭВМ К1816ВЕ48

Внешняя постоянная память подключаются к шине BUS своими информационными выходами. Младший байт адреса по сигналу ALE фиксируется на внешнем буферном регистре.

Схема подключения внешней памяти данных и команд представлена на рисунке 11. Для обращения к памяти данных и к памяти программ используются одни и те же шина адреса и шина данных, но разные управляющие сигналы. Для чтения памяти программ вырабатывается сигнал PSEN, а для чтения памяти данных вырабатывается сигнал RD. Для записи информации в память данных вырабатывается сигнал WR. То есть память программ доступна только для чтения, а память данных доступна и для чтения и для записи любой информации, записанной в двоичном коде.

3.4 Многорежимный буферный регистр к589ир12

Для подключения дополнительных микросхем ПЗУ и ОЗУ выберем многорежимный буферный регистр (МБР) К589ИР12.

Корпус микросхемы пластмассовый прямоугольный типа 239.24-2.

Основные параметры микросхемы приведены в таблице 6. Условное обозначение микросхемы К589ИР12 представлена на рисунке 13.

Рисунок 12 – Структурная схема БИС К589ИР12

Таблица 6 – Основные параметры микросхемы К589ИР12

Название параметра	Значение параметра
Напряжение источника питания	5 В ± 5%
Диапазон рабочих температур	-10 ... +70 °С
Предельное напряжение источника питания (кратковременно в течение 5 мс), не более	7 В
Предельное напряжение источника питания, не более	6 В
Предельное напряжение на выходе (закрытой ИС), не более	5,25 В
Предельное входное напряжение, не более	5,5 В
Предельный ток на входе, не менее	-5 мА

Рисунок 13 – Условное обозначение БИС К589ИР12

Структурная схема многорежимного буферного регистра приведена на рисунке 12.

МБР предназначен для буферизации данных, временного и электрического со­гласования параллельных шин, выполне­ния функций прерывающих каналов вво­да/вывода информации.

В ее состав входят: триггер запроса прерывания (Г), 8-разрядный парал­лельный регистр (RG); выходной буфер данных; логические схемы для выработки сигналов управления.

Описание выводов МБР приведено в таблице 7.

Таблица 7 – Назначение выводов

Обозначение вывода	Номер контакта	Назначение вывода
D1-D8	22; 20; 18; 16; 9; 7; 5; 3	8-разрядная парал­лельная входная ши­на данных
Q1-Q8	21; 19; 17; 15; 10; 8; 6; 4	8-разрядная парал­лельная выходная шина данных
EW	11	Вход строба
MD	2	Вход выбора режима
CS1, CS2	1; 13	Входы выбора кристалла
CLR	14	Вход установки нуля
INP	23	Выход запроса прерывания

Запись данных в RG из шины D1(7 — 0) происходит положительным по­тенциалом на входе С, описываемым выражением.

.

Чтение информации в шину DO (7 — 0) производится высоким потенциалом сиг­нала . Сигнал за­проса прерывания вырабатывается низ­ким потенциалом при комбинации сигналов , где Q -данные на прямом плече триггера Г.

Установка триггера производится по низкому потенциалу асинхронно при комбинации сигналов . Сброс триггера про­изводится отрицательным фронтом сиг­нала на входе STB.

4 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ВВОДА/ВЫВОДА

4.1 Аналогово-цифровой преобразователь

В качестве устройство ввода информации выбран аналогово-цифровой преобразователь К1113ПВ1.

Полупроводниковая БИС функционально завершенного АЦП типа К111ЗПВ1 предназначена для применения в электронной аппаратуре в составе блоков аналогового ввода. Микросхема выполняет функцию аналого-цифрового преобразования однополярного или биполярного входного сигнала с представлением результатов преобразования в параллельном двоичном коде. Она содержит все функциональные узлы АЦП. Выходные каскады позволяют считывать результат преобразования непосредственно на шину данных МП. Несколько АЦП могут обслуживать один МП и наоборот. По уровням входных и выходных сигналов АЦП сопрягается с цифровыми ТТЛ ИС.

Микросхемы представляют собой функционально законченный 10-разрядный АЦП, сопрягаемый с микропроцессором. Обеспечивает преобразование как однополярного напряжения (вывод 15 соединяется с выводом 16) в диапазоне 0...9,95 В, так и биполярного напряжения в диапазоне -4,975...+4,975 В в параллельный двоичный код. В состав ИС входят ЦАП, компаратор напряжения регистр последовательного приближения (РПП), источник опорного напряжения (ИОН), генератор тактовых импульсов (ГТИ), выходной буферный регистр с тремя состояниями, схемы управления. Выходные каскады с тремя состояниями позволяют считывать результат преобразования непосредственно на шину данных микропроцессора. По уровням входных и выходных логических сигналов сопрягаются с ТТЛ схемами. В ИС выходной ток ЦАП сравнивается с током входного резистора от источника сигнала и формируется логический сигнал РПП. Стабилизация разрядных токов ЦАП осуществляется встроенным ИОН. Тактирование РПП обеспечивается импульсами встроенного ГТИ с частотой следования 300...400 кГц. Установка РПП в исходное состояние и запуск его в режим преобразования производится по внешнему сигналу "гашение и преобразование". По окончанию преобразования АЦП вырабатывает сигнал "готовность данных" и информация из РПП поступает на цифровые входы через каскады с тремя состояниями. Корпус К1113ПВ1(A-B) типа 2104.18-1, масса не более 2,5 г, 1113ПВ1(A-B) типа 238.18-1, масса не более 2,5 г.

Условное графическое изображение представлено на рисунке 14.

1 - девятый разряд; 2 - восьмой разряд; 3 - седьмой разряд; 4 - шестой разряд; 5 - пятый разряд; 6 - четвертый разряд; 7 - третий разряд; 8 - второй разряд; 9 - первый разряд; 10 - напряжение питания U_п1; 11 - гашение и преобразование; 12 - напряжение питания -U_п2; 13 - вход аналоговый; 14 - аналоговая "земля"; 15 - управление сдвигом нуля; 16 - цифровая "земля"; 17 - готовность данных;18 - десятый разряд (младший)

Рисунок 14 – Микросхема К1113ПВ1

Функциональная схема АЦП приведена на рисунке 15. Электрические параметры указаны в таблице 8.

Таблица 8 – Электрические параметры БИС К1113ПВ1

Название параметра	Значение параметра
1	2
Номинальное напряжение питания Uп1	5 В 5 %
Номинальное напряжение питания Uп2	-15 В 5 %
Выходное напряжение низкого уровня	не более 0,4 В
Выходное напряжение высокого уровня	не менее 2,4 В
Напряжение смещения нуля в однополярном и биполярном режимах от полной шкалы	0,3%

Продолжение таблицы 8

1	2
Ток потребления     от источника питания Uп1     от источника питания Uп2	не более 10 мА не более 18 мА
Входной ток высокого (низкого) уровня	40 мкА
Ток утечки на выходе	40 мкА
Время преобразования	не более 30 мкс
Нелинейность от полной шкалы	0,075%
Абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы от полной шкалы	0,4%

1 – компаратор; 2 – схема управления сдвигом нуля; 3 – 10-разрядный ЦАП; 4 – ИОН; 5 – схема гашения; 6 – 10-разрядный РПП; 7 – формирователь тактовой частоты; 8 – формирователь; 9 – 18 – буферные устройства; 19 – генератор тактовой частоты.

Рисунок 15 – Структурная схема микросхемы К1113ПВ1

4.2 Параллельный интерфейс

Для расширения портов ввода/вывода воспользуемся БИС КР580ВВ55.

БИС КР580ВВ55 применяется в микропроцессорной технике в качестве элемента ввода/вывода общего назначения для подключения интерфейсных устройств (клавиатуры, принтера, накопителя на магнитной ленте и так далее) к магистралям данных. Условное графическое изображение микросхемы показано на рисунке 16, а ее структурная схема - на рисунке 27. Данные о назначении выводов приведены в таблице 9.

Рисунок 16 – Условное обозначение БИС КР580ВВ55

Рисунок 17 – Структурная схема БИС КР580ВВ55

Таблица 9 – Назначение выводов

Обозначение вывода	Номер контакта	Назначение вывода
D(7 – 0)	27; 28; 29; 30; 31; 32; 33; 34	Вход/выход данных
RD	5	Чтение; L-уровень сигнала разрешает считывание информации с регистра, адресуемого по входам А0, А1 на шину D(7 – 0)
WR	36	Запись; L-уровень сигнала разрешает запись информации с шины D(7 – 0) в регистр ППИ, адресуемый по входам А0, А1
A0, A1	9; 8	Входы для адресации внутренних регистров ППИ
RESET	35	Сброс; Н-уровень сигнала обнуляет регистр управляющего сигнала и устанавливает все порты в режим ввода
CS	6	Выбор микросхемы; L-уровень сигнала подключает ППИ к системной шине
PA(7 – 0)	37; 38; 39; 40; 1; 2; 3; 4	Вход/выход канала А
PB(7 – 0)	15; 24; 23; 22; 21; 20; 19; 18	Вход/выход канала В
PC(7 – 0)	10; 11; 12; 13; 17; 16; 15; 14	Вход/выход канала С
UCC	26	Напряжение питания (+5 В)
GND	7	Напряжение питания (0 В)

Обмен информацией между магистралью данных системы и микросхемой KР580BB55A осуществляется через 8-разрядный двунаправленный канал данных (D). Для связи с периферийными устройствами используются 24 линии ввода/вывода, сгруппированные в три 8-разрядных канала БА, ВВ и ВС, режимы работы которых и направление передачи информации определяются программным способом.

Микросхема имеет три режима работы. В режиме 0 обеспечивается синхронная, программно-управляемая передача данных через два независимых 8-разрядных канала ВА и ВВ и два 4-разрядных канала ВС.

В режиме 1 обеспечивается ввод или вывод информации "в" или "из" периферийного устройства через каналы ВА и ВВ по специальным сигналам. При этом линии канала С используются для приема и выдачи сигналов управления обменом информацией.

В режиме 2 обеспечивается возможность обмена информацией с периферийными устройствами через двунаправленный 8-разрядный канал ВА по специальным сигналам. Для передачи и приема сигналов управления обменом используются пять линий канала ВС. Выбор соответствующего канала и направление передачи информации через канал определяется сигналами А0, А1 (обычно соединяется с младшими разрядами канала адреса системы), RD, WR, CS в соответствии с таблицей 10.

Режим работы каждого из каналов ВА, ВВ и ВС определяется содержимым регистра управляющего слова (РУС). Записав в него управляющее слово, микросхему можно перевести в один из трех режимов работы: режим 0 - простой ввод/вывод, режим 1 - стробируемый ввод/вывод, режим 2- двунаправленный канал.

При подаче сигнала SR регистр управляемого слова устанавливается в состояние, при котором все каналы настраиваются в режиме 0 для ввода информации. Режим работы каналов можно изменять не только в начале, но в самом процессе выполнения программы. Благодаря этому одна микросхема может в определенном порядке последовательно обслуживать несколько различных периферийных устройств. При изменении режима работы любого канала все входные и выходные регистры каналов и триггеры состояния сбрасываются. Режимы работы каналов представлены на рисунке 18.

Таблица 10 - Режимы работы К580ВВ55

Сигналы на входах						Направление передачи информации
А1	А0	Р0	Р	С
Операция ввода (чтение)
0	0	0	1	0	ВА – канал данных
0	1	0	1	0	ВВ – канал данных
1	0	0	1	0	ВС – канал данных
Операция вывода (запись)
0	0	1	0	0	Канал данных – ВА
0	1	1	0	0	Канал данных – ВВ
1	0	1	0	0	Канал данных – ВС
1	1	1	0	0	Канал данных – РУС
Операция блокировки
Х	Х	Х	Х	1	Канал данных – третье состояние
1	1	0	0	0	Запрещенная комбинация

Рисунок 18 – Режимы работы каналов

4.3 Блок индикации

Для индикации выбраны светодиодные индикаторы АЛС321А.

Светодиодные индикаторы серий АЛС321 имеют хорошие светотехнические характеристики, но в номинальном режиме потребляют довольно большой ток - для каждого элемента около 20 мА. При динамической индикации амплитудное значение тока в несколько раз больше.

4.4 Дешифратор К514ИД1

Микросхемы К514ИД1 представляют собой многорежимный буферный регистр. Корпус микросхем пластмассовый прямоугольный типа 239.24-2.

Параметры микросхемы К514ИД1 приведены в таблице 11, условное графическое изображение – на рисунке 19.

Таблица 11 – Параметры дешифратора К514ИД1

Название параметра	Значение параметра
Напряжение источника питания	5 В ± 5%
Диапазон рабочих температур	-10 ... +70 °С
Предельное напряжение источника питания, не более	6 В
Предельное напряжение на выходе (закрытой ИС), не более	5,25 В
Предельное входное напряжение, не более	5,5 В
Предельный ток на входе, не менее	-5 мА

Рисунок 19 – Условное графическое изображение К514ИД1

Назначение выводов:

Х0-Х3 – входы разрядов, A-G – вход управления сегментами, U_cc – питание, GND – общий, BI – вход модуляции.

4.5 Подключение индикаторов к микроконтроллеру

Для подсоединения индикаторов к микропроцессору между ними необходимо вставить дешифратор К514ИД1 (рисунок 20).

Рисунок 20 – Подсоединение индикатора АЛС321А к дешифратору К514ИД1

В качестве преобразователей двоично-десятичного кода в семиэлементный промышленность выпускает дешифраторы К514ИД1.

4.6 Контроллер прерываний, программируемый таймер

Контроллер прерываний и таймер входят в состав однокристальной микроЭВМ К1816ВЕ48. Следовательно, включение дополнительных устройств в структурную схему управляющей микроЭВМ не требуется.

4.7 Логические элементы «ИЛИ-НЕ»

Дополнительными элементами для разрабатываемого устройства являются 2 логических элемента «ИЛИ-НЕ», реализуемых в микросхеме К555ЛА3, структурная схема которой представлена на рисунке 21. Данная микросхема представляет собой 4 элемента ИЛИ-НЕ, соединенные параллельно.

Рисунок 21 – Структурная схема микросхемы К555ЛА3

Данная микросхема была выбрана по параметрам питания: +5В, а также по параметру энергопотребления данная микросхема является одной из самых экономичных среди своих аналогов.

По результатам сделанного подбора микросхем начертим функциональную схему управляющей микроЭВМ (приложение А).