Лабораторна робота № 1 структура, архітектура, організація й режими роботи лабораторного стенда (мікротренажера) мт1804

Мета роботи: вивчення й дослідження структури, архітектури (алгоритму функціонування схеми стенда при виконанні мікрокоманд), організації (ідеології побудови блоку), часових діаграм і режимів роботи лабораторного стенда, дослідження й придбання практичних навичок реалізації схем електронного обрамлення мікропроцесорних БІС.

Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи

Загальний порядок роботи на лабораторному стенді МТ1804 полягає в наступному.

1. Зробити зовнішній огляд стенда й візуально переконатися у відсутності яких-небудь ушкоджень або дефектів.

2. Підключити до клем ХР1 (виключено) джерело живлення +5В с навантажувальною здатністю не менш 2.5А, звернувши особливу увагу на дотримання полярності джерела живлення, який підключається, і клем живлення стенда. При подачі на клеми живлення стенда напруги другої полярності прилад вийде з ладу

3. При необхідності до клем ХР4 підключити зовнішній генератор прямокутних сигналів (f ≤ 2Мгц) з використанням відповідного кабелю. Електричні параметри сигналів і навантажувальна здатність зовнішнього генератора повинні відповідати стандарту ТТЛ-логіки.

4. Завантажити в мікропрограмну пам'ять (МПП) мікропрограму (МП) реалізованого алгоритму.

Для завантаження МП у мікропрограмну пам'ять перемикач SA14 необхідно встановити в положення ЗАВАНТАЖЕННЯ, на перемикачах SA11-SA8 установити адресу записуваної МК, на перемикачах SA7-SA4 набрати двійковий код поточної тетради, яка записується в МК, перемикачами SA3-SA1 установити номер цієї тетради в МК (номер кристала МПП, у який буде записуватися тетрада) і один раз натиснути кнопку SB1. Для запису наступної тетради МК у МПП необхідно на перемикачах SA3 - SA1 установити її номер у МК і на SA7-SA4 двійковий код цієї тетради. Після однократного натискання SB1 тетрада (SA7-SA4) буде записана в наступний кристал МПП по тій же адресі (SA11-SA8). Повторюючи ці операції, у МПП у такий спосіб можна завантажити всі тетради МК. Для запису інших МК на перемикачах SA11-SA8 необхідно встановити адресу цієї МК, а потім за допомогою перемикачів SA7-SA4 й SA3-SA1 і кнопки SB1 послідовно завантажити тетради цієї МК, що залишилися.

5. Запустити мп на виконання.

Для запуску МП у загальному випадку (при реалізації програм розгалуження) необхідно зробити початкову установку РМК (ініціалізацію РМК) шляхом запису в РМК стартової мікрокоманди мікропрограми. Із цією метою після закінчення завантаження мікропрограми в МПП на перемикачах адреси SA11-SA8 (додаток 3) необхідно встановити стартову адресу МП й один раз натиснути кнопку SB2 у положенні ЗАВАНТАЖЕННЯ перемикача SA14. У результаті в РМК буде записана МК, що відповідає стартовій адресі мікропрограми. Для послідовного виконання другї і наступних МК мікропрограми перемикач SA14 необхідно перевести в положення РОБОТА. Після цього в режимі КРОК перемикача SA15 після кожного натискання кнопки SB2 у РМК буде записуватися й виконуватися чергова МК. Якщо перемикач SA15 після ініціалізації РМК установити в положення АВТОМАТ, то шляхом однократного натискання кнопки SB2 автоматично будуть виконуватися всі МК мікропрограми, яка записана в мікропрограмну пам'ять (до команди «ОСТАНОВ» МП).

6. Виключити джерело живлення +5В и від’єднати його від стенда.

Стан і перемикання окремих логічних елементів у розглянутих режимах роботи стенда показані на рис. 1.1 - 1.11. Склад мікрокоманд й операцій пристрої наведені в табл. 1.1 - 1.10.

Активні елементи керуючої частини (рис. 1.1) принципової схеми стенда (додаток 3) при завантаженні й контролі МК (табл. 1.1-1.10) показані на рис. 1.3-1.8. На рис. 1.3 показана робота схеми стенда при завантаженні МК у кристали (DD3-DD10) МПП.

Всі вісім кристалів МПП (7-0) постійно перебувають в обраному стані ( ), тому сигнали на шині є потенційними й стан шини МПП завжди відповідає змісту тієї МК, адреса якої встановлена на виході ВУ1. У зв'язку із цим за допомогою перемикачів SA3-SA1 (рис. 1.8) у довільний момент часу можна видати на індикатори VD8-VD5 значення кожної тетради (активної на даний момент на виході МПП), адреса якої в режимі ЗАВАНТАЖЕННЯ (SA14) перебуває на перемикачах SA11-SA8.

Запис тетради МК, установленої на перемикачах SA7-SA4, здійснюється в осередок кристала, номер (адреса) якого встановлена на перемикачах SA11-SA8. Стан SA11-SA8 транслюється на адресний вхід (А) МПП. Трансляція SA11-SA8 на вихід ВУ забезпечується установкою коду S0S1 = 11 на входах ВУ1 (рис. 1.11), що формується MS DD27 при Q34 = 1, шляхом передачі на виходи 1-2 MS DD27 стану його вхідних сигналів 1В1=1 й 1В2=1. При цьому DC DD2 є активним ( ) у результаті передачі на 3-й вихід MS DD27 стану входу 1В3=0 сигналом Q34=1 (SA14 = ЗАВАНТАЖЕННЯ). Активізація одного з виходів DC DD2 (формування негативного імпульсу ( )) відбувається при натисканні кнопки SB1, яка підключена на його -вхід. При однократному натисканні кнопки SB1 «негативний» імпульс дозволу запису ( ) формується на вході одного із кристалів МПП, номер якого вказується перемикачами SA3-SA1 на D-входах DC DD2. Шляхом установки перемикачів SA3-SA1 у необхідне положення забезпечується запис тетради SA7-SA4 у довільний кристал МПП.

Варто звернути увагу, що при цьому на виході SA7 – SA9 формується зворотний код записуваної в МПП тетради ( ) з метою одержання на інверсному виході МПП прямого двійкового коду тетради.

Для ініціалізації в регістрі мікрокоманд (РМК) стартової МК у кристалах МПП блокується режим запису інформації. Для цього перемикач SA14 встановлюється в положення ЗАВАНТАЖЕННЯ (рис. 1.3) і тригер Q34.2 переводиться в нульове положення (Q34.2 = Ø). При цьому на S-вході MS DD27 встановлюється нуль ( Ø ) і на його третьому виході встановлюється ØА3 = 1. Після цього входи D DC DD2 блокуються ( =1) і сигнали на входах всіх кристалів від Ø до 7 встановлюються в пасивний стан ( = = …….... = = 1. У результаті дії =1 кнопка запису інформації в МПП SB1 блокується й кристали МПП переходять у режим зберігання й видачі інформації, тобто записаних раніше в МПП МК. На - виходах МПП формується МК із адресою SA11 – SA8. При ініціалізації РМК перемикач SA15 установлюється в положення КРОК (рис. 1.4), що забезпечує на вході МS DD37 формування сигналу S = 1, що, у свою чергу, передає на Т-вихід MS DD37 вхід 1ВØ на Q34.1. У результаті, при виключеній кнопці SB2 на виході Q34.1 і на тактовому вході Т РМК як завгодно довго зберігається одиничний стан й, отже, D-тригера РМК будуть перебувати як завгодно довго в режимі зберігання. При однократному натисканні SB2 на виході Q34.1 формується “негативний” імпульс ( ) і по його задньому фронті ( ) у РМК записується стан шини МПП. Таким чином, тригер Q34.1 у цьому режимі, фактично, виконує функції генератора одиночних імпульсів (ГОІ).

Варто звернути увагу на те, що при перекладі SA15 у положення АВТОМАТ ( при SA14 = РОБОТА) на вході S DD37 формується нуль ( Ø ) і на вхід Т DD37 підключається вхід OА (рис. 1.5), тобто генератор тактових “негативних” імпульсів ( ГТІ ). Отже, при SA15 = АВТОМАТ запис шини МПП (МК) у РМК буде відбуватися періодично в кожному такті роботи ГТІ (по перепаду Ø 1). Безпосередньо, “включення” тактових імпульсів (ТІ) виробляється виходом тригера Q33 (рис. 1.6). У режимі КРОК (SA15) цей тригер утримується в нульовому стані, тому що керуючий вхід DD37 S=1 і на - входах тригера Q33 формуються сигнали установки в нуль: = 1B1 = 1 й =1B2 = Ø. Мультиплексор DD31 при Q33= Ø і ГТІ= Ø на виході А формує код А=АØ= Ø, а на виході В – код ВØ = Ø. У результаті на входах DD31 формуються коди: А2А3 = ØØ; В2У3 = ØØ. При Q33=Ø і ГТІ = 1 входи керування DD31 перемикаються в стани S2S1=1Ø і виходи АВ DD31 приймають стани: А=А2=Ø, В=В2=Ø. Таким чином, при Q33=Ø незалежно від стану ГТІ Ø ( або 1) маємо = Ø = const і ТІ = 1 = const. У стані РОБОТА ( SA19) при перемиканні в режим АВТОМАТ ( SA15 ) Q33 переходить із нульового в одиничний стан Ø  1 і код керування S2S1 DD31 (рис. 1.6) при роботі ГТІ приймає стан або Ø1, або 11. У зв'язку із цим, на виході DD31 одержимо В= В1 = 1 або В = В3 = 1. Отже, вихід У приймає стан Q33 = 1 в обох випадках. Входи А2А3 DD31 також приймають стан 1. У результаті на виході А ( ) при роботі ГТІ під впливом керуючих сигналів S2S1 = Ø1 (11) періодично буде формуватися сигнал або А1 = Ø, або А3 = 1. Таким чином, відбудеться включення тактових імпульсів ТІ. При цьому на виході А буде починатися з паузи (Ø ), а на виході DD33.1 з одиничного рівня, тобто на виході DD33.1 перший імпульс буде формуватися як “негативний” імпульс.

Видача цих “негативних” імпульсів буде тривати до вимикання Q33 (Q33 : = Ø), тобто до установки режиму КРОК (SA15). При цьому, тригер буде перемикатися в нуль (Ø) асинхронно (рис. 1.5), а вихід В DD31 (рис. 1.6) буде приймати нульовий стан строго синхронно із сигналом ГТІ - тільки при ГТІ = Ø, тому що при ГТІ = 1 й Q33 = Ø на виході DD31 маємо А = А2 = 1 й В = В2 = 1. Отже, тривалість = 1 і ТІ = Т = Ø (негативного імпульсу сигналу Т) не буде визначатися фронтом сигналу при перемиканні SA15 у стан КРОК. Дотримання цієї умови гарантує необхідний час підготовки ( ) на синхронних входах тригерних схем стенда й, отже, стійку його роботу при зміні режиму роботи стенда в довільний момент часу ( КРОК  АВТОМАТ, АВТОМАТ  КРОК).

Схема керування стендом передбачає також контроль стану кожної тетради (кристала) РМК (рис. 1.7) і довільної тетради всіх МК МПП (рис. 1.8). При цьому даний контроль стану виходів окремих кристалів РМК (DD18 – DD11) повинен здійснюватися в режимі зберігання інформації в РМК. Для цього, кнопка SB2 повинна бути віджата ( тому що Т = SB2) і ТІ (Т) – виключений (SA14=РОБОТА, SA15 = КРОК, SB2 = ВІДЖАТА). Виходи необхідного кристала РМК ( тетради) підключаються до світлодіодів VD4 – VD1 індикатора з використанням “провідного” АБО виходів Y всіх кристалів РМК ( із трьома станами). Залежно від положення перемикача номера кристала РМК (тетради) SA3 – SA1 DC DD1 формує на одному з виходів DD1 активний сигнал (Ø ) “Вибір кристала” (ВК), вихід Y ( ) відповідного кристала ( DD11 – DD18) приймає двійковий стан і встановлює відповідним чином індикатори VD4 – VD1.

Для індикації однієї з тетрад МК МПП (стану одного із кристалів МПП) стенд повинен перебувати в режимі ЗАВАНТАЖЕННЯ (SA14) і кнопка SB1 повинна бути віджата. Тоді сигнали керування ВУ1 приймають значення SOS1=11 й, отже вихідна шина Y ВУ1 й адресні входи кристалів МПП (DD10 - DD3) будуть еквівалентними й визначатися положенням перемикачів SA11 - SA8.

У результаті на виходах кристалів DD10 - DD3 буде сформована МК, адреса якої встановлена на перемикачах SA11 - SA8. Номер (адреса) контрольованої тетради (тетради на входах індикаторів VD8 - VD5) задаються перемикачами SA3 - SA1, які підключені до адресних входів MS DD25, DD24, DD26 й DD21 (додаток 3). При цьому молодші розряди довільної тетрады (кристала), на виході МПП виставляються завжди на VD5, а старші - на VD8.

Операційна частина стенда (мал.1.2) включає центральний процесорний елемент (DD29), регістр стану (РС) прапорів (DD32), мультиплексор (DD38) формування коду умови (СС), мультіплексори DD30 й DD35 для організації операцій зсуву РОН й PQ (акумулятора) ВР1 (DD29).

Мультіплексор DD35 формує вхідні сигнали PQ3 й PR3 при записі інформації в РОН або PQ ВР1 зі зсувом коду праворуч (3 Ø). Із цією метою, при виконанні цієї операції у ВР1 виходи DD35 переводяться з високоімпедансного стану HZ у двійковий стан. Для цього використається сигнал I7, що при зсувах праворуч завжди дорівнює нулю (табл. 1.5). При цьому керуючі сигнали MS2 й MS1 МК (табл. 1.1) на входах S2S1 DD35 забезпечують необхідні коди на входах PQ3 й PR3 (відповідно до табл. 1.7). Клеми PQ3, PR3 при виконанні у ВР1 операцій зсуву праворуч будуть перебувати в режимі прийому стану виходів АВ DD35, а клеми PQØ й PRØ – у режимі видачі інформації відповідно з нульового розряду зсувника РОН і зсувача PQ. Аналогічним чином також працює MS DD30 при виконанні у ВР1 операцій запису інформації в РОН або ( і ) PQ зі зсувом коду ліворуч ( 3  Ø ). При виконанні цих зсувів I7 = 1 ( =0), тому DD30 активізується сигналом .

У регістр стану (РС) прапорів (DD32) запис інформації здійснюється в режимі РОБОТА (SA14) у покроковому режимі (SA15 = КРОК) при одноразовому натисканні кнопки SB2 ( мал. 1.10). Блокування запису в РС прапорів здійснюється тільки при виконанні мікрокоманд умовного переходу по стану РС прапорів. Для цього ознака умовного переходу Q7(Q7 = 1) на виході DD23 (РЕЗ) подається на вхід керування РС. Тому, хоча комутація прапорів РС на вихід мультиплексора DD38 у вигляді коду умови (СС) здійснюється молодшими розрядами поля Р3 - РO поточної МК, умовний перехід у мікропрограмі буде відбуватися за значенням одного із прапорів, сформованого попередньою МК.