Проектирование универсальной микро-ЭВМ

Рисунок 1.2.4 – УГО тактового генератора i8284

 

Таблица 1.2.2 – Назначение выводов тактового генератора i8284

Вывод	Обозначение	Функциональное назначение выводов
1	CSN	Синхронизация, = 1 – генератор  остановлен, = 0 – работает.
2	PCLK	Выход синхронизации периферийных устройств
3		Адрес готовности шины 1.
4	RDY1	Сигнал готовности шины 1 из адресуемого устройства.
5	RDY	Готовность.
6	RDY2	Сигнал готовности шины 2 из адресуемого устройства.
7		Адрес готовности шины 2.
8	CLK	Выход тактирования i8088 с и скважностью 3.
9	GND	Общий.
10	RES	Выход управления сбросом  микропроцессора.
11		Вход не нормированного импульса сброса.
12	OSC	Мультивибратор c частотой .
13		Выбор источника частоты: = 1 – генератор используется в качестве опорных  внешних ТТЛ импульсов, поступающих на вход EFI; = 0 – генератор тактируется кварцевым резонатором или LC-контуром.
14	EFI	Внешняя частота.
15	N.C.	Вывод подключения внешнего LC-контура, обеспечивающего генерацию опорных сигналов синхронизации.
16, 17	X1, X2	Выводы подключения кварцевого резонатора. С резонансной частотой .
18	Vcc	Напряжение питания.

 

 

Тактовый сигнал CLK образуется путём  деления на три частоты мультивибратора или EFI. Скважность импульса CLK равна 3, амплитуда около    4,5 В, длительность фронта менее 10 нс. Перечисленные параметры тактового сигнала необходимы для эффективного управления микропроцессором, другими МОП- и ТТЛ-устройствами, непосредственно соединёнными с местной процессорной шиной.

В качестве источника частоты в  микросхеме используется кварцевый  резонатор, подключаемый к выводам X1 и X2 мультивибратора (при этом на входе F/C должен быть сигнал низкого уровня), либо внешний ТТЛ-сигнал, поступающий на вход EFI (на входе F/C – сигнал высокого уровня). Выбранный источник должен генерировать на трёхкратной частоте тактового сигнала CLK, требуемой для МП. То есть частота источника F_и(min) в нашем случае должна быть равна 36 МГц.

Резонатор следует располагать  в непосредственной близости от выводов  микросхемы X1 и X2 с обеспечением минимального сопротивления соединяющих проводников. В качестве кварцевого резонатора выбираем РК169МА-10ДТ. Это резонатор всеклиматического исполнения, который имеет металлический корпус и малые габаритные размеры, диапазон частот от 20 до 50 МГц с точностью настройки ±75х10^-6, интервал рабочих температур -60...+85°С с максимальным изменением частоты ±40х10^-6.

Выбираем СБИС ОЗУ типа СЗУПВ с триггерными элементами хранения информации, необходимой для загрузки выполняемой программы. В качестве СБИС СЗУПВ выбираем TC5588P фирмы Toshiba, так как её время доступа t_д = 25нс < 166 нс. Микросхема представляет собой 65K битную быструю КМОП статическую память с произвольным доступом с организацией   8 Kслов 8 и работающую от напряжения +5В. Входы и выходы СБИС ТТЛ-совместимы.

Условное графическое  обозначение схемы ОЗУ ТС5588Р  показано на рисунке 1.2.5. Назначение её выводов представлено в таблице 1.2.3.

Рисунок 1.2.5 – УГО микросхемы СЗУПВ TC5588P

Таблица 1.2.3 – Описание выводов  СЗУПВ ТС5588Р

Номер вывода	Обозначение	Описание
2-10, 21, 23-25	A0-A12	Адресные входы.
11-13, 15-19	I/O1-I/O8	Ввод/вывод данных.
14	GND	Земля.
20, 26	CE1, CE2	Разрешение работы микросхемы.
22	ОЕ	Разрешение вывода данных.
27	WE	Разрешение записи.
28	Ucc	Питание +5В 10%.

Выбираем СБИС ПЗУ для  долговременного хранения программ и константных значений данных.  В связи с тем, что по заданию объём ПЗУ должен составить 16 Kслов, было решено выбрать две микросхемы КР556РТ16 с объёмом памяти равным 8 Kслов. Её время выборки адреса t_в = 85нс < 166 нс. Микросхема представляет собой ППЗУ с организацией 8Kслов 8 и работающую от напряжения +5В. Входы и выходы СБИС ТТЛ-совместимые, двунаправленные. Потребляемая мощность не более 1000мВт.

Условное графическое  обозначение схемы ППЗУ показано на рисунке 1.2.6. Назначение её выводов и основные характеристики представлены в таблице 1.2.4.

Рисунок 1.2.6 – УГО микросхемы ПЗУ КР556РТ16

Таблица 1.2.4 – Назначение выводов микросхемы КР556РТ16

Номер вывода	Обозначение	Описание
1-8, 18, 19, 21-23	A0-A12	Адресные входы для  считывания адресуемой ячейки
9-11, 13-17	DО0-DO7	Вывод данных
12	GND	Земля
20	#CS	Выбор микросхемы
24	Ucc	Напряжение питания +5В  5%

Интерфейсы памяти и ввода-вывода связаны с логикой управления шиной. Между ней и интерфейсами находятся только электрические проводники шины; следовательно, интерфейсы должны быть спроектированы для передачи и приёма сигналов, совместимых с логикой управления шиной и ее временной диаграммой.

Главные функции интерфейсов  сводятся к преобразованию сигналов между системной шиной и устройствами ввода/вывода и реализации буферов, необходимых для удовлетворения двух наборов временных ограничений. Значительная часть функций интерфейсов может выполняться специальной БИС, называемой контроллером ввода-вывода, но иногда функции этого блока могут быть разбросаны по нескольким приборам. Очевидно, что лучше использовать некоторую БИС ввода-вывода, которая полностью будет определять все основные способы взаимодействия системы с устройствами ввода-вывода.

В качестве БИС параллельного  программируемого интерфейса ввода/вывода используем отечественную микросхему КР580ВВ55А. Она позволит нам организовать 2 порта вывода с аппаратным квитированием, путём соответствующей программной настройки.

БИС КР580ВВ55А представляет собой однокристальное программируемое устройство ввода-вывода информации в параллельном формате (программируемый периферийный интерфейс). Она помещена в корпус с 40 выводами, из которых 24 образуют 3 8-разрядных порта ввода-вывода: РА, РВ и РС. Управление передачи и тип передаваемой информации определяются набором сигналов на управляющих входах БИС. Эти управляющие сигналы будут вырабатываться микропроцессором. Каждый из 3 портов имеет собственные отличительные черты и особенности, обеспечивающие гибкость применения БИС. Входы и выходы данной микросхемы ТТЛ-совместимые.

Условное графическое  обозначение микросхемы КР580ВВ55А  показано на рисунке 1.2.7. Назначение её выводов и основные характеристики представлены в таблице 1.2.5.

Таблица 1.2.5 – Описание выводов  микросхемы КР580ВВ55А

Номер вывода	Обозначение	Описание
1-4, 37-40	BA0-BA7	Двунаправленная магистраль данных канала А
5	RD	Разрешение чтения данных из каналов
6	CS	Выбор микросхемы
7	GND	Земля
8, 9	A0, A1	Выбор канала А, B или C
10-17	BC0-BC7	Двунаправленная магистраль данных канала C
18-25	BB0-BB7	Двунаправленная магистраль данных канала B
26	Ucc	Напряжение питания +5В  5%
27-34	D0-D7	Канал данных
35	RES	Начальная установка микросхемы
36	WR	Разрешение записи данных в схему

Рисунок 1.2.7 – УГО микросхемы параллельного интерфейса КР580ВВ55А

В качестве БИС последовательного  программируемого интерфейса ввода/вывода используем отечественную микросхему КР580ВВ51А. Она позволит нам организовать асинхронный последовательный интерфейс со скоростью 600 бит/с, 7 битный без контроля на чётность, путём соответствующей программной настройки.

Микросхема КР580ВВ51А –  универсальный синхронно-асинхронный  приёмопередатчик (УСАПП), предназначенный  для аппаратной реализации последовательного  протокола обмена между микропроцессором и каналами последовательной передачи дискретной информации. Микросхема УСАПП  преобразует параллельный код, получаемый от центрального процессора, в последовательный поток символов со служебными битами и выдаёт этот поток в последовательный канал связи с различной скоростью, а также выполняет обратное преобразование: последовательный поток символов – в параллельное 8-разрядное слово.

Микросхема УСАПП может  работать в двух режимах: синхронном и асинхронном. Программирование на тот или другой режим работы выполняется записью в соответствующие регистры слов инструкции режима, служебных синхросимволов и инструкции команды. Передаваемая и принимаемая информация при необходимости может контролироваться на чётность (нечётность). Максимальная скорость приёма/передачи данных по последовательному каналу будет обеспечена до 64К бод, минимальная не ограничена и будет определяться внешними устройствами (ВУ).

Условное графическое  обозначение микросхемы КР580ВВ51А  показано на рисунке 1.2.8. Назначение её выводов и основные характеристики представлены в таблице 1.2.6.

Рисунок 1.2.8 – УГО микросхемы последовательного интерфейса КР580ВВ51А

Таблица 1.2.6 – Описание выводов микросхемы КР580ВВ51А

Номер вывода	Обозначение	Описание
1, 2, 5-8, 27, 28	D2-D7, D0, D1	Канал данных – обмен  информацией между микропроцессором и микросхемой.
3	RxD	Приёмник микросхемы.
4	GND	Земля.
9	TxC	Синхронизация передачи.
10	WR	Запись информации.
11	CS	Выбор микросхемы.
12	CO/D	Управление/данные.
13	RD	Чтение информации.
14	RxRDY	Готовность приёмника.
15	TxRDY	Готовность передатчика.
16	SYN/BD	Двунаправленный трёхстабильный программируемый вход/выход.
17	CTS	Готовность внешнего устройства принять данные.
18	TxEND	Конец передачи.
19	TxD	Передатчик микросхемы.
20	CLK	Синхронизация.
21	RES	Установка исходного состояния.
22	DSR	Готовность внешнего устройства передать данные.
23	RTS	Запрос приёмника внешнего устройства на приём данных.
24	DTR	Запрос передатчика внешнего устройства на передачу данных.
25	RxC	Синхронизация приёма.
26	Ucc	Напряжение питания +5В  5%.