2. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ УСТРОЙСТВА

Целью курсового проекта является построение автоматической системы управления на базе процессора КР580ВМ80, имеющей 40 килобайт динамического ОЗУ, 10 килобайт репрограммируемой памяти, 5 килобайт программируемой памяти.

В основу системы положен микропроцессор КР580ВМ80 , имеющий 8-ми разрядную шину данных, 16-разрядную шину адреса. Тактовые импульсы и некоторые другие сигналы формируются генератором тактовых импульсов. ПЗУ содержит необходимые программы начальной инициализации микроконтроллеров, обеспечивающих ввод/вывод. Модуль ОЗУ Содержит контроллер динамической памяти, чтобы регенерировать информацию в микросхемах памяти, принимать запросы от ЦП и выдавать ему требуемое; есть шинные формирователи для приема информации с шины и гарантии согласования по уровням.

Центральный процессорный модуль включает в себя микропроцессор, предназначенный для выполнения роли центрального устройства управления и устройства арифметико-логического преобразования данных. В качестве устройства управления он генерирует последовательности синхронизирующих и логических сигналов, которые определяют последовательность срабатывания всех устройств и компонентов схемы. Микропроцессор задаёт и последовательно осуществляет микрооперации извлечения команд программы из памяти системы на расшифровку и исполнение, тем самым осуществляя реализацию принципа программного управления. В состав ЦПМ также входят:

генератор тактовых импульсов (ГТИ);

шинные формирователи (ШФ);

системный контроллер.

Генератор тактовых импульсов предназначен для выработки тактовых синхросерий, управляющих работой МП и сигналов начальной установки и готовности, синхронизироанные тактовыми импульсами, а также сигнал для фиксации слова-состояния МП, формирования сигналов, управляющих памятью и внешними устройствами и буферизации шины данных. Шинные формирователи используются для повышения нагрузочной способности микросхем. В качестве шинного формирователя может также использоваться буферный регистр. Логика выборки кристаллов ОЗУ/ПЗУ позволяет сохранить число корпусов на плате и стандартизировать монтажную схему независимо от распределения физической памяти в адресном пространстве. Память микропроцессора физически реализуется в виде иерархической структуры, состоящей из ряда уровней. Верхние уровни строятся на основе полупроводниковых постоянных и оперативных запоминающих устройств, а также - на основе магнитных внешних запоминающих устройств. Полупроводниковые постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) предназначены для хранения заранее записанных данных и используются только в режиме чтения информации. Они энергонезависимые, т.е. сохраняют информацию при выключении питания и имеют высокую скорость работы. Полупроводниковые оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) работают в режимах оперативной записи и чтения данных в темпе микропроцессора. Полупроводниковые ОЗУ энергозависимы, то есть теряют информацию при выключении питания.

В простейших случаях устройства ввода-вывода подключаются к шинам через порты, а в более сложных - с помощью специальных устройств, называемых интерфейсом. В узком смысле слова под интерфейсом понимают устройство сопряжения (согласования) модулей микроЭВМ. При использовании сложных периферийных устройств, он выполняет роль переводчика с одного языка программирования на другой, согласовывает форматы данных, осуществляет синхронизацию обмена данными. Помимо этого, интерфейс выполняет функции портов - производит дешифрацию адреса, обеспечивает двунаправленность работы шины данных. Программируемый параллельных адаптер предназначен для организации параллельного обмена данными между МПС и внешними устройствами (клавиатура, индикатор). В зависимости от вида взаимодействия МП, памяти и устройства ввода-вывода различают три способа обмена данными:

программный;

с прерыванием программы;

с помощью прямого доступа к памяти.

Способ обмена данными с прерыванием программы может возникнуть при эксплуатации ЭВМ в условиях повышенного риска (медицина, авиация и т.д.), когда требуется немедленная передача данных в МП для внеочередной их обработки и выработки управляющих сигналов, нормализирующих обстановку. Для обеспечения этого режима используется контроллер прерываний, предназначенный для фиксации запросов на прерывание, установления приоритетов запросов на прерывание, выдачи на ШД последовательно 3-х байт команды вызова подпрограммы обработки прерываний - Call, опроса внешних устройств (ВУ) и маскирование запросов на прерывание. Несколько контроллеров прерывания могут соединяться каскадно для расширения числа уровней прерывания до заданного.

Третий способ обмена данными осуществляется с помощью режима прямого доступа к памяти, при котором данные между внешним устройством и памятью обмениваются напрямую, минуя микропроцессор. Этот режим реализуется при помощи контроллера прямого доступа к памяти.

Связь между устройствами МПС осуществляется через информационные магистрали, функционально состоящие из магистралей (шин) адресов, данных и управления.

Шина адреса. В простых устройствах МПС, в которых все устройства, кроме микропроцессора, являются пассивными, только микропроцессор может вырабатывать адреса передаваемой в системе информации. Поэтому в таких МПС шина адреса (ША) - однонаправленная: МП генерирует сигналы кода адреса, а остальные устройства, подключённые к ША, могут только воспринимать их, выполняя непрерывно микрооперацию опознания кода адреса. Количество линий связи в ША совпадает с разрядностью передаваемого кода адреса.

Шина данных. По ШД передаются данные, которыми обмениваются устройства МПС (МП, ОЗУ, дисплеи и др.). Для обеспечения обмена данными между различными устройствами системы ШД реализуются двунаправленными. Разрядность ШД определяется разрядностью МП. Если в МП обрабатываются данные по программам двойной разрядности, то слова двойной длины пересылается в два цикла, т.е. имеется временное мультиплексирование.

Шина управления. По ШУ передаются управляющие сигналы, предназначенные для синхронизации и определения операций в устройствах МПС. Эти сигналы передаются по совокупности линий связи, в целом образующих шину сигналов управления. Все сигналы управления в МПС согласованы с системными сигналами синхронизации. Эти сигналы задают начало и последовательность срабатывания различных устройств системы, а также различных блоков и узлов внутри всех кристаллов БИС. Для задания главной последовательности синхронизирующих импульсов применяется внешний кварц или генератор на его основе. Выдаваемые микропроцессором сигналы синхронизации бывают однофазными, реже двухфазными. Каждый МП имеет уникальную систему сигналов управления, поэтому конкретное описание всех шин ШУ как и цоколевки выводов корпуса, даётся в технической документации на конкретный МП.