2.6. Центральный процессор на базе бис серии кр580

Схема ЦП на базе БИС серии КР580 приведена на рис. 2.17 [23, 53]. В простейшем случае она может содержать только три кристалла: МП КР580ВМ80, генератор тактовых импульсов КР580ГФ24 и системный контроллер КР580ВК28/ВК38, применение которых гарантирует компактность ЦП при полном сохранении всех функциональных возможностей МП.

Рис. 2.17. Схема центрального процессора на базе серии КР580

Чтобы выполнить функцию начальной установки МП, необходимо ко входу RESIN ГТИ подключать RC-цепочку. Наличие гистерезиса на входе RES1N (см. рис. 2.9, а) гарантирует быстрое переключение схемы в момент достижения порога переключения. Постоянная времени RC-цепочки рассчитывается из требований, накладываемых на длительность сигнала RESET.

Период следования синхросигналов Ф1, Ф2 микропроцессора КР580ВМ80 определяется кварцевым резонатором ZQ1. При выборе и установке кварцевого резонатора следует обеспечить минимальное сопротивление внешней цепи генератора XTAL2—XTAL1. Со стороны кварцевого резонатора генератор представляет индуктивный элемент, приводящий к снижению рабочей частоты. Для компенсации данного эффекта рекомендуется последовательно с кварцевым резонатором со стороны вывода XTAL2 включить конденсатор небольшой емкости. Для кварцевого резонатора частотой 18 МГц емкость 15—30 пФ. При повышении частоты может потребоваться уменьшение емкости конденсатора.

Кроме синхросигналов Ф1, Ф2 генератор формирует также системный сигнал CCLK (ток нагрузки I_0L ≤ 15 мА) и сигнал системного сброса INIT (I_0L ≤ 15 мА). Сигнал INIT предназначен для начальной установки системы в исходное состояние. Он реализуется при наличии сигнала, формируемого RC-цепочкой на входе генератора. Применяемые в схеме на рис. 2.17 элементы обеспечивают длительность сигнала сброса 0,35 с.

Сигнал подтверждения ХАСК используется при работе с медленными модулями памяти и ВВ. Он может быть задействован также для организации ожидания ЦП некоторого внешнего события. Микропроцессор КР580ВМ80 будет переведен в состояние ожидания WAIT, если сигнал ХАСК окажется неактивным в момент первой его проверки (начало второй трети такта Т2). В зависимости от размера и характеристик системы сигнал подтверждения может быть организован одним из двух способов.

В больших системах линия подтверждения ХАСК обычно выполняется с низким уровнем активности, что обеспечивает асинхронный способ доступа к модулям памяти и ВВ. Для этого перед входом RDYIN генератора следует поставить дополнительный инвертор. После того как выбранное устройство получит строб чтения или записи, оно генерирует сигнал подтверждения, формируемый на линии ХАСК по схеме с открытым коллектором. Для максимальной производительности системы ее модули должны возвращать сигнал подтверждения до его первой проверки.

В малых системах с быстродействующими устройствами рекомендуется использовать линию ХАСК с высоким уровнем активности. Процессор работает в синхронном режиме без тактов ожидания с максимальной для него скоростью. Следовательно, в устройствах, успевающих выполнить операцию в синхронном режиме, можно опустить логику подтверждения обмена, тем самым упростив их.

В схеме на рис. 2.17 использован системный контроллер типа КР580ВК38. От контроллера КР580ВК28 он отличается тем, что формирует упрежденные стробы и (см. рис. 2.12), рассчитанные на периферийные приборы второго поколения. В контроллере КР580ВК28 эти стробы представляют собой задержанный на 4—45 нс строб WR микропроцессора КР580ВМ80, который генерируется за время такта Т3, т. е. уже после первой проверки сигнала подтверждения ХАСК.

Как показано на рис. 2.12, все командные стробы КР580ВК38 связаны со стробом STSTB и задержаны относительно его начала на 20—60 нс. Так как STSTB опережает на Т/3 фазу Ф2 такта Т2, то до момента первой проверки сигнала ХАСК еще остается 4Т/9—60 нс. При Т = 400 нс это время примерно равно 120 нс, что вполне достаточно для сброса сигнала ХАСК. Временная диаграмма работы ЦП приведена на рис. 2.18.

Рис. 2.18. Временные диаграммы циклов чтения (а) и записи (б) центрального процессора

Таким образом, применение контроллера КР580ВК28 возможно либо в системах с синхронным обменом, либо в системах асинхронного доступа с инверсной линией ХАСК. В МС, допускающих оба протокола обмена, рекомендуется использовать микросхему КР580ВК38. Во всех случаях нагрузочная способность командных линий , , и следующая: I_0L ≤ 10 мА, C_L ≤ 100 пФ. Допустимый ток I_0L и емкость C_L линии равны 5 мА и 100 пФ.

Системный контроллер обеспечивает также двунаправленную буферизацию шины данных МП без инверсии, доводя I_0L до 10 мА и C_L до 100 пФ. Дополнительная задержка в шине данных около 30 нс.

Удобно, но не обязательно системную шину данных DAT7—DAT0 подключать к источнику питания +5 В через резисторы 10 кОм. Это практически не скажется на нагрузочной способности шины. С другой стороны, чтение команды из несуществующей области памяти приведет к выполнению команды RST 7, это может быть использовано в отладочных и диагностических целях.

Адресная шина МП ВМ80 обеспечивает ток нагрузки I_0L = 1,8 мА и емкость нагрузки C_L до 100 пФ. Этой нагрузочной способности достаточно для построения одноплатного МК закрытого типа. В открытых для расширения МС требуется дополнительная буферизация адресной шины, которая может быть выполнена с помощью двух буферных регистров КР580ИР82 без инверсии. Буферизация адреса позволяет увеличить максимальные значения I_0L до 32 мА и C_L до 300 пФ. Вместе с этим в шине появляется дополнительная задержка 35 нс.

Возможна реализация адресного буфера на других микросхемах, например КР580ИР83, КР580ВА86/ВА87, К589ИР12, К589АП16/АП26 и т. д. Они имеют другие нагрузочные и временные характеристики и могут приводить к инверсии адреса.

Три сигнала ЦП—запрос на захват шины HOLD, подтверждение захвата HLDA (I_0L = 1,8 мА) и разрешение шины BUSEN—служат для организации доступа к магистрали со стороны других активных модулей системы. Частным случаем такого модуля является устройство с прямым доступом к памяти, управляемое БИС КР580ВТ57. Для запуска ЦП в системах, которые не имеют других активных модулей кроме ЦП, необходимо установить перемычки 1-2, 3-4.