1.10. Интерфейс мпсу с изолированной системой шин

Интерфейсом называется совокупность аппаратных и программных средств, позволяющих организовать обмен информацией между МП и внешними устройствами, в том числе и с ИМС памяти.

Между аппаратными и программными средствами МПСУ существует тесная взаимосвязь. Команды МП могут исполняться только в той аппаратной среде, которая поддерживает входящие и выходящие сигналы МПСУ по циклам и тактам в соответствии с диаграммами, приведенными на рис.1.20 и рис.1.26. Для этого аппаратная часть структурно должна выглядеть так, как приведено на тех же рисунках.

Классификация подключаемых к МП устройств на ИМС памяти и ВУ предопределяет не только различие схем подключения, но и использование различных команд информационного обмена между МП и устройствами. В соответствии с этим делением устройств, подключаемых к МПСУ, интерфейс строится с изолированной и общей системой шин для ИМС памяти и ВУ.

Характеристики МПСУ с изолированной системой шин:

- для работы с внешними устройствами используются команды OUT и IN - вывода и ввода информации;

- для работы с памятью используются все остальные команды МП;

- адресные пространства ИМС памяти и ВУ изолированы друг от друга, поэтому адреса ИМС памяти и ВУ могут даже совпадать.

Достоинства интерфейса с изолированной системой шин:

- простота принципиальной электрической схемы МПСУ, особенно в части дешифрации адресов, и во многих случаях вообще не нужны дешифраторы;

- адресное пространство используется на 100%.

Недостатки интерфейса с изолированной системой шин:

- для работы требуется максимальный набор управляющих сигналов: , , , и ;

- усложняется программа, в которой производятся логические и арифметические операции над данными, связанными с ВУ, так как используемые две команды для работы с ВУ выполняют лишь простой ввод и вывод информации;

- всего можно адресовать 256 устройств ввода и вывода, так как размер адреса ВУ составляет 8 бит (в командах OUT и IN операнд однобайтный).

Характеристики МПСУ с общей системой шин:

- для работы с ВУ используются все те же команды, которые применяются для работы с ИМС памяти;

- адресное пространство ВУ и памяти общее и поэтому адреса ВУ и ячеек памяти должны быть различными.

Достоинства интерфейса с общей системой шин:

- для работы требуется сокращенный набор управляющих сигналов: , и ;

- упрощается программа, в которой производятся логические и арифметические операции над данными, связанными с ВУ;

- можно адресовать 65536 устройств ввода и вывода, так как размер адреса ВУ составляет 16 бит.

Недостатки интерфейса с общей системой шин:

- усложняются дешифраторы адреса ВУ;

- большие потери адресного пространства, которые можно уменьшить, значительно усложнив дешифраторы адресов.

Принципиальная схема МПСУ с изолированной системой шин при обслуживании одного ВУ приведена на рис.1.29а. Внешними устройствами ввода являются кнопки П ("Пуск") и С ("Стоп") с регистром RG, внешним устройством вывода – катушка контактора К с D-триггером Т. Релейный вариант исполнения системы управления контактором приведен на рис.1.28.

На рис.1.29а прямое подключение контактора К к триггеру нужно считать условным. Схемы выходных каскадов, обеспечивающих усиление по мощности, рассмотрены на рис.1.68…1.70. Синхроимпульсом записи информации (бита данных) является сигнал , который поступает по проводу 29. Бит, предназначенный для записи в триггер, является битом D0 шины данных.

Сигналы, снимаемые с кнопок П и С, являются двухстабильными, что делает невозможным их прямое подключение к ШД. Они подключены к ШД МП через регистр RG, выход которого является трехстабильным. Запись в регистр RG сигналов состояния кнопок П и С происходит по сигналу SYNC, который поступает на вход STB регистра и который появляется в каждом машинном цикле выполняемой команды (рис.1.20 и рис.1.26). Чтение регистра RG осуществляется по сигналу , который поступает по проводу 28 на ножку .

Память содержит только одну ИМС ПЗУ. Вход этой ИМС заземлен, и ИМС получается выбранной постоянно. Такое решение оправдано тем, что выбор единственной ИМС памяти лишен смысла. Открывается ПЗУ для чтения сигналом , поступающему по проводу 26 на ножку .

В ПЗУ записана программа управления контактором К с помощью кнопок П и С. Алгоритм управления приведен на рис.1.29а, на нем даны все пояснения. Программа управления, составленная в соответствии с приведенным алгоритмом, приведена на рис.1.30 (все коды 16-ричные).

Адрес	Код команды				Метка	Мнемокод	Комментарии
0000	DB	00			М1	IN 00	Чтение состояния кнопок П и С
0002	E6	01				ANI 01	Выделить бит состояния кнопки С
0004	C2	15	00			JNZ М4	Если С нажата, то К выключить
0007	DB	00			М2	IN 00	Чтение состояния кнопок П и С
0009	E6	02				ANI 02	Выделить бит состояния кнопки П
000B	C2	00	00			JNZ М1	Если П нажата, то К включить
000E	3E	01			М3	MVI A, 01	В аккумулятор код включения К
0010	D3	00				OUT 00	Вывод бита D0=1 в D-триггер
0012	C3	00	00			JMP М1	Возврат в начало программы
0015	3E	00			М4	MVI A, 00	В аккумулятор код выключения К
0017	D3	00				OUT 00	Вывод бита D0=0 в D-триггер
0019	C3	00	00			JMP М1	Возврат в начало программы
Рис.1.30. Программа управления контактором

Приведем расширенные комментарии, акцентируя внимание на состоянии элементов принципиальной схемы МПСУ и прохождении сигналов в ней.

Команда IN 00. Ввод байта из RG в аккумулятор А. К регистру RG подключены кнопки П и С.В команде IN указан произвольный номер 00 внешнего устройства ввода – регистра RG. Это оправдано тем, что ВУ ввода единственное и для его выбора достаточно сигнала , который появляется в процессе выполнения команды IN.

Команда ANI 01. Выполняется операция логического умножения аккумулятора, в котором содержится данные о состоянии кнопок П и С, и константы 01Н=0000.0001В. В результате умножения бит 0 аккумулятора остается таким же, каким он был при вводе из RG, а остальные биты аккумулятора подавятся – обратятся в 0. Эта операция называется маскированием байта умножением. Бит 0 аккумулятора отражает состояние кнопки С. Если кнопка С не нажата, то после маскирования в аккумуляторе окажется код 0000.0000В=00Н и установится значение Z=1 флага нуля , а при нажатой кнопке С – код 0000.0001В=01Н и установится значение Z=0 флага нуля.

Команда JNZ M4. Проверяется флаг Z нуля. Если Z=0 (кнопка С нажата и разомкнута), то переход на метку M4 программы. Иначе выполняется следующая записанная по программе команда.

Команда IN 00. Ввод байта из RG в аккумулятор А.

Команда ANI 02. Маскированием выделяется состояние бита 1 аккумулятора. Бит 1 отображает состояние кнопки П. Если кнопка П не нажата, то после маскирования в аккумуляторе окажется код 0000.0010В=02Н и установится значение Z=0 флага нуля , а при нажатой кнопке П – код 0000.0000В=00Н и установится значение Z=1 флага нуля.

Команда JNZ М1. Проверяется флаг Z нуля. Если Z=0 (кнопка П не нажата и не замкнута), то переход на начало программы – метку М1. Иначе выполняется следующая команда.

Команда MVI A, 01. Прямая загрузка в аккумулятор А константы 01Н=0000.0001В, в которой 0-й бит равен 1.

Команда OUT 00. Вывод содержимого аккумулятора в ВУ – D-триггер. На вход D триггера поступает сигнал нулевого бита байта данных с ШД, а на вход С триггера поступает единичный строб, полученный инверсией нулевого строба , поступившего с провода 29. Так как содержимое нулевого бита аккумулятора равно 1, то D-триггер установится в состояние 1 и контактор К включится.

Команда JMP М1. Безусловный переход на начало программы.

Команда MVI A, 00. Прямая загрузка в аккумулятор А константы 00Н= 0000.0000В, в которой 0-й бит равен 0.

Команда OUT 00. Вывод содержимого аккумулятора в ВУ – D-триггер. Так как содержимое нулевого бита аккумулятора равно 0, то D-триггер установится в состояние 0 и контактор К выключится.

Команда JMP М1. Безусловный переход на начало программы.

Коды приведенной программы должны быть перенесены в ПЗУ. Таблица прошивки ПЗУ приведена на рис.1.31.

Принципиальная схема МПСУ с изолированной системой шин при обслуживании нескольких ВУ приведена на рис.1.29б. Внешними устройствами ввода являются кнопки П ("Пуск") и С ("Стоп") с регистром RG, внешним устройством вывода – катушка контактора К с D-триггером Т (эти подключения такие же как и на рис.10.1а и, поэтому, не показаны).

Адрес	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	A	B	C	D	E	F
0000	DB	00	E6	01	C2	15	00	DB	00	E6	02	C2	00	00	3E	01
0010	D3	00	C3	00	00	3E	00	D3	00	C3	00	00
Рис.1.31. Таблица прошивки ПЗУ

При обслуживании нескольких ВУ может потребоваться значительный объем памяти для размещения программ управления. Поэтому ИМС ПЗУ может быть несколько. На схеме показана только одна из ИМС блока ПЗУ, в котором размещена программа управления контактором К. Примем следующие условия работы:

1). До и после программы управления контактором К существуют программы управления другими ВУ.

2). Блок ПЗУ состоит из однотипных ИМС с объемом памяти каждой 211=2048 ячеек или 2Кбайт.

3). Стартовый адрес программы управления контактором равен 2036Н.

4). ВУ ввода и вывода имеют одинаковый адрес – 47Н.

При наличии множества корпусов ИМС памяти и нескольких ВУ требуются дешифраторы, с помощью которых будет производиться выбор корпуса ИМС памяти и ВУ.

Для дешифрации адреса 47Н=0100.0111В внешних устройств применены 4 инвертора и 1 логический элемент 8И-НЕ. По схеме дешифратора проверяется, что при коде 0100.0111В на выходе элемента 8И-НЕ установится сигнал 0.

Для дешифрации адреса 2036Н=0010.0000.0011.0110В определим порядковый номер ИМС, в которой записана программа управления контактором К, в блоке памяти из однотипных ИМС. Так как емкость одной ИМС типа КР573РФ2 составляет 204810 байт (индекс 10 указывает на десятичную запись числа), то порядковый номер ИМС, в которой используется ячейка с адресом 2036Н=826410, равен: 8264/2048=4,035=4 (округление результата). Для дешифрации ИМС блока ПЗУ используем биты А13, А12 и А11 адреса, выставляемого на ША, так как биты А10…А0 адреса заводятся напрямую на адресный порт ИМС памяти. В коде 2036Н биты А13, А12 и А11 образуют код 100В. На схеме биты А13, А12 и А11 заведены на вход дешифратора DC типа КР555ИД7. При коде 100В активным будет вывод 4, что совпало с расчетом порядкового номера ИМС ПЗУ с адресом 2036Н. Следовательно, если на ША будет выставлен адрес 2036Н, то на вход ИМС ПЗУ поступит сигнал 0, которым будет выбрана требуемая ИМС. На входах остальных ИМС блока памяти в это же время будут сигналы 1 и все эти ИМС будут отключены от ШД МП.

Алгоритм управления приведен на рис.1.29б, на нем даны все пояснения. Особенность алгоритма в том, что после совершения действий по включению или выключению контактора К возврата на начало этой программы нет, а выполняется команда управления другим ВУ. Вход в программу управления контактором К осуществляется извне после завершения программы управления другим ВУ.

Программа управления, составленная в соответствии с алгоритмом, приведена на рис.1.32 (все коды 16-ричные).

Адрес	Код команды				Метка	Мнемокод	Комментарии
2036	DB	47			М1	IN 47	Чтение состояния кнопок П и С
2038	E6	01				ANI 01	Выделить бит состояния кнопки С
203А	C2	4В	20			JNZ М4	Если С нажата, то К выключить
203D	DB	47			М2	IN 47	Чтение состояния кнопок П и С
203F	E6	02				ANI 02	Выделить бит состояния кнопки П
2041	C2	4F	20			JNZ Конец	Если П нажата, то К включить, иначе выйти из программы
2044	3E	01			М3	MVI A, 01	В аккумулятор код включения К
2046	D3	47				OUT 47	Включить контактор К
2048	C3	4F	20			JMP Конец	Выйти из программы
204B	3E	00			М4	MVI A, 00	В аккумулятор код выключения К
204D	D3	47				OUT 47	Выключить контактор К
204F					Конец		1-я команда управления другим ВУ
Рис.1.32. Программа управления контактором

При выводе информации в ВУ дешифратор адреса при коде 47 выдает сигнал 0, из которого логическим элементом 2ИЛИ-НЕ совместно с сигналом формируется единичный строб для записи данных в D-триггер.

При вводе информации из ВУ дешифратор адреса при коде 47 выдает сигнал 0, из которого логическим элементом 2ИЛИ совместно с сигналом формируется единичный строб для считывания данных из регистра RG.

Рассмотрим подробно на сигнальном уровне выполнение команды OUT 47, расположенной по адресу 204DН.

После завершения выполнения команды MVI A, 00, расположенной по адресу 204ВН, в счетчике команд МП будет находиться адрес следующей команды – 204DН=0010.0000.0100.1101В. Этот адрес МП выставит на ША и будет выполнен цикл М1. Биты А13…А11 адреса образуют код 100В, по которому на выходе 4 дешифратора DC установится сигнал 0 и которым будет выбрана ИМС ПЗУ. Битами А10…А0 ША будет выбрана ячейка памяти в ПЗУ. При выполнении цикла М1 сформируется сигнал и в такте Т3 (рис.1.20) байт из ПЗУ перепишется в регистр команд МП. Этот байт имеет код D3 и является КОП. По завершении считывания байта счетчик команд инкрементируется и в нем установится адрес 204ЕН.

МП, используя прошивку дешифратора команд ДШК, установит, что команда с КОП D3 является двухбайтной, и будет выполняться за 3 цикла. Поэтому МП выставит взятый из счетчика команд адрес 204ЕН= 0010.0000.0100.1110В на ША и будет выполнять цикл М2. Битами А13…А11 адреса через дешифратор будет выбрана снова ИМС ПЗУ, остальными битами – выбрана ячейка памяти внутри ИМС ПЗУ. При выполнении цикла М2 сформируется сигнал и в такте Т3 байт из ПЗУ перепишется во временный регистр МП. Этот байт имеет код 47 и является операндом команды OUT 47. По завершении считывания байта счетчик команд инкрементируется и в нем установится адрес 204FН.

Далее, во исполнение результатов расшифровки КОП, будет выполняться 3-й цикл М3 – цикл записи байта в ВУ. На ШД МП, которая переключена на вывод, установится код 00Н, взятый из аккумулятора, а на ША МП выставит код 47Н. По этому коду наборным дешифратором сформируется на выходе сигнал 0. При выполнении цикла М3 сформируется сигнал =0 и в такте Т3 логическим элементом 2ИЛИ-НЕ, на входе которого присутствуют два нулевых сигнала, сформируется единичный сигнал, который поступит на вход С синхронизации D-триггера. На информационный вход D этого триггера уже поступает нулевой бит (так как предыдущей командой MVI A, 00 в нулевой бит аккумулятора был записан 0) с ШД МП, и по синхросигналу С в D-триггер запишется 0.

Команда OUT 47 выполнена до конца. Было 2 обращения к ПЗУ и одно – к ВУ. Эти обращения на уровне прохождения сигналов поддержаны схемой МПСУ.

Далее будет выполняться команда, записанная по адресу 204FН.