Знакомство с простейшими техническими средствами организации интерфейса микропроцессорных систем

В большинстве микропроцессорных систем обмен информацией между МП и периферийными устройствами осуществляется через специальные схемы сопряжения (интерфейсные схемы), выполненные на основе ИС малой и средней степени интеграции или в виде специальных БИС. В простейшем случае функции устройства сопряжения между МП и устройством ввода/вывода реализуются с помощью регистра, часто называемого портом. Работу подобного порта на стенде можно изучить с помощью четырехразрядного дисплея, в состав которого входят четыре восьмиразрядных регистра (порта) с соответствующими схемами управления и четыре семисегментных индикатора. К системным шинам стенда четырехразрядный дисплей подключается через внешний разъем. Восьмеричные адреса каждого из портов A0, A1, A2 и A3 указаны на рис. 4.3.

s0

A0 = 373

s6

s5 s1 A1 = 374

s3

A2 = 375

s4 s2

A3 = 376

Адреса

портов A3 A2 A1 A0

Рис. 4.3. Кодирование отдельных сегментов семисегментных индикаторов и

адреса портов четырехразрядного дисплея

Семисегментные индикаторы позволяют отображать все десятичные цифры и ряд букв русского и латинского алфавитов. Для поджига i -го сегмента s _i (рис. 4.3) необходимо на соответствующий вход индикатора подать сигнал лог. 1. Кодирование отображаемого символа осуществляется восьмиразрядным двоичным кодом b7b6b5b4b3b2b1b0, в котором значения бит b _i соответствуют сигналам управления сегментами s _i светодиодного индикатора. Например, цифре 0 соответствует код 00111111. Запись управляющего кода в соответствующий порт индикатора осуществляется при выполнении команды ОUT port. В частности, для индикации 0 на индикаторе А0 необходимо записать семисегментный код цифры 0 в аккумулятор, например командой MVI A, 00111111, а затем командой OUT 373 загрузить содержимое аккумулятора в регистр этого индикатора.

В общем случае в качестве буферного устройства сопряжения между МП и устройствами ввода/вывода используют БИС программируемого параллельного интерфейса КР580ВВ55 (ППИ), входящую в состав микропроцессорного комплекта К580. БИС КР580ВВ55 представляет собой набор из трех 8-разрядных двунаправленных портов (каналов) А, В и С, предназначенных для подключения периферийных устройств к системным шинам (рис. 4.4).

Структурная схема ППИ включает в себя двунаправленный буфер ШД, три информационных регистра каналов А, В, С, схему выбора канала и управления, которая содержит регистр управляющего слова. Связь БИС с системной ШД осуществляется через тристабильный 8-разрядный буфер ШД. Входы A0 и A1 подключаются к одноименным линиям шины адреса и используются для выбора внутреннего регистра ППИ (табл. 4.2).

Старшие разряды шины адреса через дополнительный внешний дешифратор соединяются с входом ВК (выбор кристалла). Вход СБРОС использу-ется для подключения одноименного сигнала, устанавливающего БИС К580ВВ55 в исходное состояние, при котором регистр управляющего слова обнуляется, а все порты (каналы А,В,С) переводятся в режим вывода. На входы ЧТ и ЗАП поступают управляющие сигналы, формируемые системным контроллером при выполнении команд IN port и ОUT port. Эти сигналы обеспечивают считывание или запись информации в адресуемый порт.

Режим работы каналов программируется с помощью записываемого в регистр управления управляющего слова (рис. 4.5).

ППИ реализует три режима обмена:

– режим 0 — основной режим ввода-вывода, позволяющий организовать синхронный обмен информацией между МП и внешним устройством по трем каналам, т. е. через регистры А, В и С. Вывод информации осуществляется по команде OUT port с фиксацией выводимой информации в регистрах канала. Ввод информации осуществляется по команде IN port без запоминания информации;

– режим 1 — режим асинхронного обмена информацией или обмена по готовности данных между МП и ВУ по двум каналам А и В;

– режим 2 — режим стробируемого двунаправленного обмена, в котором можно осуществлять двунаправленную передачу информации только по одному каналу А.

Программирование ППИ КР580ВВ55 осуществляется командой ОUT port. В ее адресной части указывается двоичный код адреса регистра управления хххххх11. Если в исследуемой системе используется несколько БИС параллельного интерфейса, то код хххххх является кодом номера соответствующей БИС КР580ВВ55.

Обмен данными при использовании ППИ выполняется командами ввода IN port и вывода ОUT port, в которых значение port является адресом соответствующего регистра ППИ.

Изучение программируемого параллельного интерфейса КР580ВВ55 выполняется на стенде с помощью дополнительных внешних устройств, в качестве которых используются блоки статической и динамической индикации и модель дорожного светофора. Упрощенные структурные схемы блоков статической и динамической индикации представлены на рис. 4.6 и 4.7.

В состав блока статической индикации входят две БИС КР580ВВ55.. Каждый из шести семисегментных индикаторов подключается к системной шине с помощью отдельного канала (регистра) ППИ. Адреса каналов указаны на рис. 4.6. Для отображения выводимой информации достаточно с помощью команды OUT port записать в соответствующий регистр требуемые данные. Правильная работа блока индикации обеспечивается при предварительной инициализации ППИ, в которой программно задаются режимы работы каналов. Инициализация производится один раз в начале программы вывода информации и в процессе дальнейшей работы блока индикации не повторяется. Настройка на режим синхронного вывода осуществляется следующей последовательностью команд:

MVI A, 200

OUT 003

OUT 007

При использовании статической индикации аппаратные затраты пропорциональны объему отображаемой информации

Для заданного числа индикаторов аппаратную реализацию блока индикации можно упростить, если для отображения информации использовать принцип динамической индикации. Этот принцип основывается на инерционности человеческого зрения. Если отображаемую информацию предъявлять наблюдателю с определенной периодичностью, то у него создается впечатление постоянно включенного (немигающего) изображения.

Благодаря этому свойству индикаторы можно подключать к источнику информации не постоянно, а с определенной периодичностью на некоторое фиксированное время, при этом в промежутках между подключениями индикаторов по одним и тем же информационным линиям можно передавать коды управления другим индикаторам. Естественно, при реализации динамической индикации программная поддержка блока индикации усложняется. В блоке динамической индикации (рис. 4.7) шесть семисегментных индикаторов подключены к выходам регистров каналов А и В БИС ППИ.

Код индицируемого символа, формируемый на выходе канала А при выполнении команды OUT port, параллельно поступает на входы сегментов всех шести индикаторов. Выбор адресуемого индикатора осуществляется с помощью дешифратора, включенного на выходе регистра канала В. Для адресации индикатора в порт В необходимо занести соответствующую информацию (реализуется командой OUT port). Адреса индикаторов указаны на рис. 4.7. Как и при использовании статической индикации, ППИ блока динамической индикации предварительно должен быть проинициализирован.

Примером простейшей микропроцессорной системы в лаборатории является система управления макетом дорожного светофора. Упрощенная структурная схема подключения макета светофора к системной шине с указанием адресов портов приведена на рис. 4.8.

Инициализация ППИ светофора осуществляется аналогично инициализации ППИ блока динамической индикации. Кодирование выводимой информации (код управления включением ламп светофора) реализуется в соответствии с рис. 4.9.

b7	b6	b5	b4	b3	b2	b1	b0
х	х	х		Зел	Желт	Кр

Рис. 4.9. Кодирование выводимой информации (код управления включением ламп светофора)

Результаты исследования однокристального МП с фиксированным списком команд представьте в виде отчета. Содержание отчета определено в прил. 4.