Проектирование универсальной микро-ЭВМ

Функциональная схема  последовательного асинхронного интерфейса, настроенного на вывод, приведена на рисунке 2.10.

Рисунок 2.10 – Функциональная схема последовательного асинхронного интерфейса

Разработка клавишного устройства и устройства отображения.

Логика клавиатуры и индикации  в разрабатываемой микроЭВМ будет  сосредоточена вокруг БИС программируемого контроллера клавиатуры и индикации  КР580ВВ79. Этот микроконтроллер будет  отвечать за сканирование клавиш, кодирование матрицы клавиатуры и обновление элементов индикации (7-сегментных светодиодных индикаторов).

Контроллер КР580ВВ79 занимает 2 порта в адресном пространстве ввода/вывода МП, и, поскольку он также сопрягается с младшим байтом шины данных (D0-D7), оба порта будут иметь чётные адреса FFF2h и FFF0h. Функционирование микросхемы будет определяться адресным битом A1, сигналами , , согласно таблице 2.10. Тактирование микросхемы КР580ВВ79 будет осуществляться от PXCLK = CLK/16= 0,768 МГц.

 

 

Таблица 2.10 – Управление портами БИС КР580ВВ79

Сигналы на входах				Направление передачи информации
	A1
1	X	X	X	Канал данных à третье состояние
0	0	0	1	Чтение ОЗУ дисплея  или клавиатуры
0	0	1	0	Запись в ОЗУ дисплея
0	X	1	1	Запрещение любой операции
0	1	0	1	Чтение состояния
0	1	1	0	Запись команды

Программирование режимов  работы БИС, запись чтение информации ОЗУ дисплея, чтение внутреннего  состояния осуществляется по внутренней шине данных при подаче соответствующих  управляющих сигналов. Коды команд поступают в БИС по шине данных от МП. Команда записывается по положительному фронту сигнала , затем она декодируется и выполняется. Синхронизация осуществляется счётчиком синхронизации, который состоит из предварительного делителя частоты и 10-разрядного двоичного счётчика. Делитель частоты предназначен для выработки базовой частоты синхронизации. Его коэффициент деления программируется в пределах от 2 до 31. Этот коэффициент должен быть выбран таким образом, чтобы обеспечить базовую частоту синхронизации не более 100 кГц. Базовая частота делится 10-разрядным счётчиком для получения соответствующих периодов сканирования матриц дисплея. Счётчик сканирования вырабатывает сигналы сканирования индикаторов дисплея (S0-S3) и может работать в двух режимах.

Режим кодированного сканирования. В этом режиме обеспечивается выдача на выходы S0-S3 двоичного кода 4 младших разрядов счётчика синхронизации, который необходимо дешифрировать внешним дешифратором для получения сигналов сканирования матриц дисплея и клавиатуры.

Режим дешифрированного сканирования. В этом режиме дешифрируется внутри контроллера 2 младших разряда счётчика синхронизации и обеспечивается выдача на выходы S0-S3 дешифрированных сигналов.

Клавиатурная часть обеспечивает ввод информации в микросхему через  “линии возврата” RET7…RET0 c клавиатуры (клавиатурная матрица объемом 8 слов ´ 8 разрядов). Для хранения вводимой информации в МП предусмотрен обратный магазин – оперативное запоминающее устройство (ОМ-ОЗУ) ёмкостью 8 байт. В клавиатурной части предусмотрен специальный режим обнаружения ошибок при замыкании двух и более клавиш, а также введена схема устранения дребезга при замыкании/размыкании клавиши.

Основные команды управления контроллером описаны в таблице 2.11.

Таблица 2.11 – Команды  режимов КР580ВВ79

Управляющее слово													Режимы
D7		D6		D5	D4		D3	D2	D1		D0
Установка режимов работы клавиатуры и дисплея
0	0		0		0	0		X		X		X	8-символьный, 8-битный дисплей,  левый вывод
0	0		0		0	1		X		X		X	16-символьный, 8-битный дисплей,  левый вывод
0	0		0		1	0		X		X		X	8-символьный, 8-битный дисплей,  правый вывод
0	0		0		1	1		X		X		X	16-символьный, 8-битный дисплей,  правый вывод
0	0		0		X	X		0		0		0	Кодированное сканирование клавиатуры с обнаружением 2-клавишных  сцеплений
0	0		0		X	X		0		0		1	Декодированное сканирование клавиатуры с обнаружением 2-клавишных  сцеплений
0	0		0		X	X		0		1		0	Кодированное сканирование клавиатуры с обнаружением N-клавишных сцеплений
0	0		0		X	X		0		1		1	Декодированное сканирование клавиатуры с обнаружением N-клавишных сцеплений
0	0		0		X	X		1		0		0	Кодированное сканирование матрицы датчиков
0	0		0		X	X		1		0		1	Декодированное сканирование матрицы датчиков
0	0		0		X	X		1		1		0	Стробированный ввод, кодированное сканирование
0	0		0		X	X		1		1		1	Стробированный ввод, декодированное сканирование
Программирование синхронизации
0	0		1		P	P		P		P		P	PPPPP – коэффициент деления от 1 до 31
Чтение ОМ ОЗУ датчиков
0	1		0		A1	X		A		A		A	A1 – флаг автоинкремента; AAA – адрес ячейки ОЗУ датчиков
Чтение ОЗУ дисплея
0	1		1		A1	A		A		A		A	A1 – флаг автоинкремента; AAAA – адрес ячейки ОЗУ дисплея
Запись в ОЗУ дисплея
1	0		0		A1	A		A		A		A	A1 – флаг автоинкремента; AAAA – адрес ячейки ОЗУ дисплея

Информация на дисплей  может выводиться двумя способами: слева направо без сдвига или  справа налево со сдвигом.

Программируемый интерфейс  клавиатуры/дисплея микросхемы допускает одновременное выполнение в микрокомпьютерных системах операций с клавиатурой и дисплеем. Переход микросхемы из одного режима в другой осуществляется соответствующим кодом команды и не требует предварительного аппаратного или программного сброса.

Продолжение таблицы 2.11 –  Команды режимов КР580ВВ79

Управляющее слово													Режимы
D7		D6		D5	D4		D3	D2	D1		D0
Команда сброс
1	1		0		1	0		X		X		1	Начальный код в ОЗУ  дисплея 00h
1	1		0		1	1		0		X		1	Начальный код в ОЗУ  дисплея 20h
1	1		0		1	1		1		X		1	Начальный код в ОЗУ  дисплея FFh
1	1		0		X	X		X		1		0	Опустошение ОМ ОЗУ датчиков
Сброс прерывания
1	1		1		1	X		X		X		X	Сброс сигнала IRQ в режиме сканирования матрицы датчиков и установление специального режима обнаружения ошибок в клавишном режиме

На рисунке 2.11 показана функциональная схема клавиатурная и дисплейная часть разрабатываемой микроЭВМ с использованием микросхемы КР580ВВ79.

Для разработанной системы  клавиатуры и индикации необходимо запрограммировать контроллер на 8-символьный, 8-битный дисплей, левый вывод, кодированное сканирование клавиатуры с обнаружением 2-клавишных сцеплений. Для этого команда установки режимов работы будет 00000000h = 00h. Рассчитаем по формуле (2.11) коэффициент деления K для обеспечения времени сканирования клавиатуры и индикаторов T_скан.= 0,6 мс.

 

Поэтому команда установки  коэффициента синхронизации будет 00111101b = 3Dh.

Так как устанавливается режим кодированного сканирования клавиатуры, то выходы S1-S3 представляют собой двоичный код. Дешифратор DD12 преобразует этот код для обеспечения 8 сигналов возбуждения одного из восьми выходных линий, которые используются для разрешения отдельных 7-сегментных индикаторов: DA1-DA8. Восьмибитовый код, определяющий, какие сегменты индикатора должны гореть, поступает с выходов DSPB0-DSPB3, DSPA0-DSPA3 контроллера (“0” зажигает соответствующий сегмент индикатора).

Выводы 1 и 2 дешифратора DD11 также  используется для обеспечения сигнала  сканирования 2 рядов матрицы клавиатуры. Выходы с матрицы клавиатуры поступают на входы RET0-RET7 в унарном инвертированном коде, представляя восемь колонок клавиш. Поэтому клавишное устройство представляет собой матрицу 2 8 ключей-клавиш. При нажатии клавиши во время сканирования ряда разрешается соответствующая колонка за счёт дешифратора DD11. БИС КР580ВВ79 использует значение бита разрешённой колонки и значение сканируемого ряда для генерации восьмибитового кода. Этот код сохраняется в очереди ОЗУ клавиатуры.

Диоды VD1 и VD2 необходимы для  задания направления тока при  замыкании каждого ключ клавиатурной матрицы.

Также для правильной работы матрицы клавиатуры предусмотрены  подтягивающие резисторы, подключённые к источнику питания +5В.

Рисунок 2.11 – Функциональная схема клавиатурной и дисплейной части микроЭВМ

2.4 Разработка системного интерфейса

Системный интерфейс будет  содержать линии, приведённые в таблице 2.12. В этой же таблице описано и назначение данных линий.

Таблица 2.12 – Описание линий  системного интерфейса

Название линии	Описание назначения
А19…А0	Шина адреса. Адресация  ОЗУ, ПЗУ и устройств ввода/вывода
D7…D0	Шина данных
	Сигнал обращения к  памяти/порту ввода/вывода
	Сигнал чтения из памяти
	Сигнал записи в память
	Сигнал чтения из устройств  ввода/вывода
	Сигнал записи в устройства ввода/вывода
	Разрешение анализа готовности
READY	Сигнал готовности
PXCLK	Сигнал тактирования периферийных БИС
RES	Сигнал очистки устройств  микроЭВМ
-	Сигналы выборки периферийных устройств
CSram	Сигнал выборки ОЗУ
CSrom	Сигнал выборки ПЗУ
ALE	Строб записи в Регистр

Временные диаграммы работы МП представлены на рисунке 2.12.

Цикл начинается с формирования в такте T1 сигнала определяющего тип устройства (ЗУ или ВУ), к которому производится обращение для пересылки данных. Длительность сигнала IO/M равна длительности цикла шины, и он используется для селекции адреса устройства. В такте и в начале такта МП выставляет адрес ЗУ на линии и либо адрес ВУ на линии . Одновременно с этим МП выдаёт строб адреса , по спаду которого адрес фиксируется во внешних регистрах-защёлках. На выходах этих регистров адрес сохраняется в течении всего цикла шины (до записи нового значения).

В такте  происходит переключение шин: на линии поступают сигналы состояния , которые сохраняются до конца такта . В дальнейшем значения этих сигналов зависят от вида выполняемого действия (чтение или запись).

В цикле чтения в такте  линии переводятся в третье состояние до появления данных от адресного устройства. В тактах вырабатывается сигнал чтения , который указывает этому устройству на необходимость выдачи данных. Для управления буферами данных, которые обычно подключаются к линиям, в тактах формируется сигнал DE, разрешающий передачу данных. Направление передачи данных при чтении определяет сигнал , действующий в течение всего цикла.

После выполнения чтения и установления сигнала  МП заканчивает такт следующим образом: линии находятся в высокоомном состоянии, сигналы , , , неактивны, буферы данных отключены от канала.

В цикле записи в такте  адрес на линиях заменяется данными, предназначенными для записи в адресуемое устройство. Данные остаются действительными до середины такта Т4 и сопровождаются сигналом , который используется в качестве строба для записи данных в устройство. Сигнал появляется уже в такте и используется для подготовки буферов к передачи данных. Сигнал , переключающий буферы на передачу данных в направлении к МП, удерживается на протяжении всего цикла записи. После установления такт заканчивается так же, как и при выполнении цикла чтения.

Временная диаграмма работы параллельных портов в режиме 1, вывода приведена на рисунке 2.13.

Рисунок 2.13 – Временная диаграмма работы параллельных 8-разрядных портов на вывод

Временная диаграмма работы в режиме асинхронной последовательной передачи показана на рисунке 2.14.

Рисунок 2.14 – Временная  диаграмма работы последовательного  асинхронного интерфейса в режиме передачи

Временные диаграммы работы контроллера индикатора и клавиатуры в режиме записи команд и данных показаны на рисунке 2.15, а при чтении данных и слова состояния –  на рисунке 2.16.