Проектирование микропроцессорной системы

 

 

 

• ПИУ - программируемое интерфейсное устройство;
• К - клавиатурная часть ПИУ;
• Д - дисплейная часть ПИУ;
• БК - буфер клавиатуры;
• БД - буфер дисплея;
• БДх - буфер шины данных;
• ДА - дешифратор адреса;
• БУ - буфер шины упраления.

2.5.2.  Выбор элементной базы модуля  интерфейса пользователя

В микропроцессорном  комплекте серии К580 программируемым  интерфейсным устройством является МС К580ВВ79. Она предназначена для  ввода и вывода информации в системах, выполненных на основе микропроцессоров К580ВМ80 и К1810ВМ86. Функциональное назначение выводов МС К580ВВ79 приведено в  таблице 10.

Таблица 10

Вывод	Обозначение	Тип вывода	Функц. назначение выводов
8,7,6,5,2, 1,39,38	RET7-RET0	Вход	Входы линий возврата
36	SH	Вход	Сигнал сдвига
37	V/-STB	Вход	Сигнал управления
10	R	Вход	Сигнал чтения
11	W	Вход	Сигнал записи
21	NS/-D	Вход	Управление записью/чтением
22	CS	Вход	Выбор микросхемы
3	CLK	Вход	Тактовые импульсы
9	CLR	Вход	Установка в исходное состояние
19,18,17,16 15,14,13,12	D7-D0	Вход/Выход	Канал данных
24-27	DSPA3-DSPA0	Выход	Канал А
28-31	DSPB3-DSPB0	Выход	Канал B
23	BD	Выход	Гашение отображения L-уровня
35,34,33,32	S3-S0	Выход	Сканирование клавиш клавиатуры или  набора датчиков и дисплея
4	INT	Выход	Прерывание
40	UCC	-	Напряжение питания +5В
20	GND	-	Общий

Микросхема  состоит из двух частей: клавиатурной и дисплейной.

Клавиатурная часть обеспечивает ввод информации в микросхему через  “линии возврата” RET7-RET0  с клавиатуры, а также ввод по стробирующему сигналу. Для хранения вводимой информации в микросхеме предусмотрен обратный механизм - оперативное запоминающее устройство ( ОМ-ОЗУ ) емкостью 8 байт. Последний работает по принципу “первый вошел - первый вышел”.

При наличии  информации в ОМ-ОЗУ микросхема вырабатывает сигнал “Запрос прерывания” INT, а в случае ввода или чтения более восьми символов- сигналы (флаги ) переполнения или переопустошения.

В клавиатурной части микросхемы предусмотрен специальный  режим обнаружения ошибок при  замыкании двух и более клавиш, а также введена схема устранения дребезга при замыкании (размыкании) клавиш.

Дисплейная  часть может сопрягаться с 8- и 16- разрядными цифровыми или алфавитно-цифровыми  дисплеями. Вывод информации происходит по двум 4-разрядным каналам DSPA3-DSPA0 и DSPB3-DSPB0 в виде двоичного кода.

Для хранения  информации, подлежащей отображению, в  микросхеме имеется ОЗУ отображения  объемом 16 слов* 8 разрядов.

Микросхема  обеспечивает также формирование кодированных или дешифрированных интерфейсных сигналов сканирования S3-S0 клавиатуры и дисплея, а также сигнала для межразрядного гашения -BD информации на дисплее.

Применение  МС К580ВВ79 в системах позволяет полностью  освободить МП от операции сканирования клавиатуры и регенерации отображения.

Дешифратор  адреса модуля можно построить на базе МС К556РТ4. Функциональное назначение выводов МС приведено в таблице 11.

 

Таблица 11

Выводы	Обозначение	Назначение
5,6,7, 1-4,15	А0-А2, А6-А3,А7	Адресные входы
9,10,11,12	D3-D0	Выходы
13	CS1	Выбор микросхемы
14	CS2	Выбор микросхемы

В качестве буфера клавиатуры можно использовать микросхему К555АП6 (двунаправленный  восьмиразрядный буфер).

Буферную  схему клавиатуры можно реализовать  на микросхемах К555АП5 (однонаправленный восьмиразрядный буфер).

В качестве индикаторов дисплея выберем  светодиодные индикаторы АЛС324.   Индикатор   АЛС324   имеет   красный   цвет   свечения,  силу  света 0,15 мкд, постоянное прямое напряжение (U_ПР) 2.5 В, постоянный прямой ток(I_ПР) 20 мА. Клавиатуру можно выполнить на базе клавишных механических датчиков типа ПКН125.

Остальные    элементы   выберем   и   опишем   в   процессе   разработки принципиальной схемы.

2.5.3. Разработка принципиальной схемы  модуля интерфейса пользователя

Разработку  принципиальной схемы модуля интерфейса пользователя (рис. 9) начнем с заполнения карты прошивки  МС К556РТ4.

Отведем модулю интерфейса пользователя адреса  18h и 19h в адресном пространстве устройств ввода вывода (разряд А0 определяет работу схемы управления вводом /выводом). При выставлении на шину адреса одного из этих адресов МС ПЗУ должна выдать “лог.0” на входы -CS МС ККР580ВВ79 и -ЕО МС К555АП6 (буфер данных). Микросхема также должна определять уровень сигнала -AEN.

Таким образом карта прошивки ПЗУ будет иметь вид:

 

Таблица 12

Адрес								Выход
Разряды:								Разряды:
А0	А1	А2	А3	А4	А5	А6	А7	D0	D1	D2	D3
0	0	1	1	0	0	0	1	0	Х	Х	Х
Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	0	1	Х	Х	Х
Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	1	Х	Х	Х

где Х - 0 или 1.

Для включения  сегментов индикаторов дисплея  используются выводы DSPA3-DSPA0 и DSPB3-DSPB0 микросхемы КР580ВВ79, при этом сегментный код, задающий определенную цифру или букву будет задаваться программно.

Нагрузочную способность выходов DSPA3-DSPA0 и DSPB3-DSPB0 необходимо повысить, так как дисплей состоит из 12-ти индикаторов, у которых одноименные выводы А-H объединены. Для этого эти выводы подключаются к соответствующим выводам ПИУ через буфер К555АП5.

Помимо этого  необходимо ограничить ток через  сегменты, для этого последовательно  выходам буфера К555АП5 включаются сопротивления  величиной 220 Ом.

Включение конкретного  индикатора, одного из 12-ти, будет выполняться  с помощью дешифратора 4*16. Его 12 первых выходов в зависимости от кода на выходах ПИУ S0-S3 будут включать соответствующие индикаторы подачей на выводы 3,9,14 напряжения питания.

В качестве такого дешифратора можно использовать К155ИД3. Микросхема  имеет  четыре  входа  и  шестнадцать выходов, а также два входа -СЕ (входы блокировки).

Если выходы данного дешифратора напрямую через  буферы К555АП3 подключить к анодам индикаторов, то индикаторы, обладая достаточно большой мощностью для ТТЛ-серии, могут вывеси из строя МС буферов.

 

 

 

Схема включения  отдельного индикатора должна выдерживать  прямой ток 20 мА. В качестве такой  схемы можно использовать транзисторный  ключ, подключающий напряжение питания  к аноду индикатора. Каждый ключ будет управляться одним из 12-ти выходов дешифратора.

В качестве таких ключей, выдерживающих необходимый  ток, можно взять МС К564КТ3. Микросхема состоит из четырех ключей. Управление ключом осуществляется по входу V (выводы 13,5,6,12): при наличии на входе V низкого уровня напряжения ключ закрыт, в противном случае - открыт. МС К564КТ3 предназначена для коммутации цифровых и аналоговых сигналов с током коммутации до 30 мА.

Для управления работой дисплея также используется сигнал “Гашение дисплея” (-BD). Сигнал -ВD необходимо проинвертировать, используя МС К555ЛН1, и подать на входы -ЕО МС К555АП5 - буфера дисплея. Гашение дисплея можно осуществить программным или аппаратным путем (на вход SR МС  КР580ВВ79  подается сигнал  RES,  получаемый инвертированием сигнала

-RES на МС К555ЛН1).

Теперь перейдем к разработке клавиатурной части  модуля интерфейса пользователя. Клавиатура подключается к входам RT0-RT7 МСКР580ВВ79. Поскольку клавиатура состоит из 12 клавиш, она должна быть разбита на две части по 8 и 4 клавиши.

Для усиления сигналов с клавиш необходимо использовать буфер. Выберем для этого МС К555АП5.

Для выбора одной из двух частей клавиатуры можно  использовать два из четырех оставшихся свободных выхода дешифратора К155ИД3. Данные выходы подключаются ко входам -ЕО буферов клавиатуры.

Каждый из клавишных датчиков должен иметь  подпитку от U_ПИТ = 5В через сопротивление 15 кОм.

Клавиша RESET подключается к ГТИ.

Шина данных микропроцессорной системы подключается через двунаправленный восьмиразрядный  буфер К555АП6 ко входам D0-D7 МС К580ВВ79. Управление МС К555АП6 осуществляется двумя сигналами: -CS от МС К556РТ4 и -IOR с шины управления микропроцессорной системы. При этом  при низком уровне сигнала -CS МС К555АП6 переходит в рабочее состояние. Направление передачи будет зависеть от уровня сигнала -IOR на входе TF.

На микросхему К580ВВ79 необходимо подать сигналы CLK (тактовые импульсы)  на  вход  CLK,  RES  (аппаратный сброс) на вход SR, -IOW на вход

-WR и -IOR на вход -RD, а также младший разряд адреса А0 на вход I/D.

Непосредственное  подключение клавиатуры и дисплея  осуществляется через разъем ГРПМ61. 

 

 

2.6.    Проектирование модуля интерфейса  связи

 

2.6.1.  Разработка функциональной схемы  модуля интерфейса связи

Согласно  заданию на курсовой проект необходимо разработать модуль интерфейса связи  с внешним (периферийным) устройством. Предусмотреть возможность  обмена  данными   в   режиме   прерываний.   Тип интерфейса -

ИРПР-М.

Интерфейс ИРПР-М  служит для подключения в первую очередь печатающих устройств или  других периферийных устройств, имеющих  тот же интерфейс. Он включает в себя 17 линий, связывающих между собой  модуль интерфейса и внешнее устройство.

Учитывая  простоту интерфейса, не требующего сложных  преобразований, для его реализации потребуется всего пять устройств ввода-вывода.

Во-первых, порт данных. Порт должен быть доступен для  записи и для чтения. Данный порт можно реализовать в виде отдельных  портов ввода данных и вывода данных.

Во-вторых, порт управления, который предназначен для  хранения и ввода сигналов управления интерфейса ИРПР-М: -STROBE, AUTOFEED, INIT, SLKT и передачи их в МПС по шине данных. Порт управления разбивается на два порта: порт ввода управляющих сигналов и порт вывода управляющих сигналов.

В-третьих, порт состояния, который предназначен для  считывания сигналов ввода: ERROR, SLKT, PE, ACKNLG, BUSY.

Обмен информацией  должен производиться в режиме прерывания. Для этого нужна схема формирования запроса прерывания.

Для программного управления модулем интерфейса необходимо использовать дешифратор адреса.

Таким образом  функциональная схема модуля интерфейса связи будет иметь вид ( рис. 10).

           ПС

 

 

ВУ     ПвывУ         ПвывД    ВУ

   

         ПввУ        ПввД

  IRQ

  СФП  ДА  БД

Системная шина   

    ç==========================================è     Рис. 10

 

• ПС - порт состояния
• ПввУ и ПвывУ - порты ввода/вывода управляющих сигналов
• ПввД и ПвывД - порты ввода/вывода данных
• СФП - схема формирования прерывания
• ДА - дешифратор адреса
• БД - буфер данных

2.6.2.   Выбор элементной базы модуля  интерфейса связи

В качестве дешифратора адреса модуля можно  использовать простой логический элемент  ИЛИ. На него подаются разряды SA2-SA7 шины адреса и сигнал -AEN. Выберем микросхему К555ЛА2. В микросхеме К555ЛА2 будут использоваться семь входов. На восьмой вход следует подать сигнал высокого уровня. Микросхема К555ЛА2 будет управлять работой всего модуля.

Для включения  элементов (портов) модуля используется МС К555ИД4. МС К555ИД4 - сдвоенный дешифратор-мультиплексор 2*4 с общими входами дешифрируемого кода и раздельным управлением шинами разрешения. Входы данного дешифратора  используются для подключения к  разрядам SA0, SA1 шины адреса. Эти разряды будут определять к которому из портов модуля идет обращение.

В качестве буферного регистра шины данных можно  использовать буфер К555АП6 (двунаправленный  восьмиразрядный буфер).

В качестве порта ввода данных необходимо использовать регистр для хранения данных и  вывода их на принтер. Выберем МС К555ИР23. Данная МС представляет собой  синхронный восьмиразрядный регистр с начальной  установкой. Регистр построен на восьми D-триггерах. Выходы имеют три состояния.

Порт вывода данных можно выполнить на микросхеме К555АП5. Суть действия порта заключается  в том, что при необходимости  чтения данных из модуля интерфейса дешифратор адреса вырабатывает сигнал управления, который открывает буфер АП5, тем самым передавая информацию на выход модуля.

Согласно  формату команды управления, представленному  на рис. 11, порт управления должен хранить  и передавать 5-разрядную команду  в интерфейс ИРПР-М.