Проектирование микропроцессорной системы

 

где    ГТИ - генератор тактовых импульсов,

МП - микропроцессор,

БС - буферные схемы,

СК - системный контроллер.

 

 

 

 

 

2.3.2.  Выбор  элементной базы центрального  процессора

 

В пункте 2.2  курсового проекта был произведен выбор МП и МПК на его основе.

В МПК серии К580 процессор вместе с устройством управления реализован в виде отдельной БИС и имеет фиксированные разрядность и систему команд, “зашитую” в БИС МП.

Функциональное назначение выводов МП К580ВМ80 приведено в таблице 1.

                                                                                                           Таблица 1

Вывод	Обозначение	Тип вывода	Функц.   назначение выводов
1,25-27, 29-40	А10, А0-А2, А3-А9, А15, А12-А14, А11	Выходы	Канал адреса
2	GND	-	Общий
3-10	D4-D7, D3-D0	Входы  (выходы)	Канал данных
11	UIO	-	Напряжение питания -5 V
12	RESET	Вход	Установка в начальное состояние
13	HOLD	Вход	Захват
14	INT	Вход	Запрос прерывания
15,22	C1, C2	Входы	Тактовые импульсы
16	INTE	Выход	Разрешение прерывания
17	DBIN	Выход	Прием информации
18	-WR	Выход	Выдача информации
19	SYNC	Выход	Сигнал синхронизации
20	UCC1	-	Напряжение питания +5 V
21	HLDA	Выход	Подтверждение захвата
23	RDY	Вход	Сигнал “Готовность”
24	WAIT	Выход	Сигнал “Ожидание”
28	USS2	-	Напряжение питания +12 V

 

Для синхронизации работы микропроцессора необходим ГТИ. В МПК серии К580 данную функцию выполняет МС КР580ГФ24. Этот генератор формирует две фазы С1, С2 с положительными импульсами, сдвинутыми во времени, амплитудой 12В и частотой 0.5-3.0 Мгц.

Функциональное назначение выводов МС КР580ГФ24 приведено в таблице  2.

 

 

 

 

 

 

 

   Таблица 2

Вывод	Обозначение	Тип вывода	Функц. Назначение выводов
1	SR	Выход	Установка в исходное состояние микропроцессора и системы
2	-RESIN	Вход	Установка 0
3	RDYIN	Вход	Сигнал “Готовность”
4	RDY	Выход	Сигнал “Готовность”
5	SYNC	Вход	Тактовый сигнал синхронизации
6	C	Выход	Тактовый сигнал синхронизации с фазой С2
7	-STB	Выход	Стробирующий сигнал состояния
8	GND	-	Общий
9	UCC2	Вход	Напряжение питания +12 В
10	C2	Выход	Тактовые сигналы - фаза С2
11	C1	Выход	Тактовые сигналы - фаза С1
12	OSC	Выход	Тактовые сигналы опорной частоты
13	TANK	Вход	Вывод для подключения колебательного контура
14,15	XTAL1, XTAL2	Вход	Выводы для подключения резонатора
16	UCC1	Вход	Напряжение питания +5 В

 

Согласно функциональной схеме  ЦП в его структуру входит системный контроллер. Системный контроллер в МПК серии К580 (КР580ВК28) выполняет функции формирователя управляющих сигналов и восьмиразрядного буфера МД.

Функциональное назначение выводов МС КР580ВК28 приведено в таблице 3.

Таблица 3

Вывод	Обозначение	Тип вывода	Функц. назначение выводов
1	-STB	Вход	Стробирующий сигнал состояния
2	HLDA	Вход	Подтверждение захвата
3	-WR	Вход	Выдача информации
4	DBIN	Вход	Прием информации
5,7, 9,11,13,16, 18,20,6,	DB4,DB7, DB3,DB2,DB0,DB1 DB5,DB6	Выход/ Вход	Канал данных системы
6,8,10,12, 15,17,19,21	D4,D7,D3,D2, D0,D1,D5,D6	Вход/ Выход	Канал данных микропроцессора
14	GND	-	Общий
22	-BUSEN	Вход	Управление передачей данных и выдачей сигналов
23	-INTA	Выход	Подтверждение запроса прерывания
24	-MEMR	Выход	Чтение из ЗУ
25	-IOR	Выход	Чтение из УВВ
26	-MEMW	Выход	Запись в ЗУ
27	-IOW	Выход	Запись в УВВ
28	UCC	Вход	Напряжение питания

 

В виду малой нагрузочной способности  магистралей микро-ЭВМ в схеме необходимо использовать буферные элементы. В качестве буферов МА выберем МС К555АП5, в качестве буферов МУ - К555АП3.

Функциональное назначение выводов данных МС приведено в табл. 4    и  в табл. 5 соответственно.

 

    Таблица 4

Вывод	Обозначение	Тип вывода	Функц. назначение выводов
1,19	-ЕО	Вход	Управление передачей данных
2,4,6,8, 11,13,15,17	А0-А3 А0-А3	Вход/ Выход	Канал адресов микропроцессора
3,5,7,9, 12,14,16,18	В0-В3 В0-В3	Вход/ Выход	Канал адресов системы

 

 

    Таблица 5

Вывод	Обозначение	Тип вывода	Функц. Назначение выводов
1,19	-ЕО	Вход	Управление передачей данных
2,4,6,8, 11,13,15,17	А0-А3 А0-А3	Вход	Канал управления
3,5,7,9, 12,14,16,18	В0-В3 В0-В3	Выход	Канал управления

 

 

Таким образом в схему ЦП будут входить: микропроцессор КР580ВМ80, генератор тактовых импульсов КР580ГФ24 (с элементами схемы включения), системный контроллер КР580ВК28, буферы МА и МУ.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3.3. Разработка принципиальной  схемы центрального процессора

 

Разработку схемы (рис. 3) начнем с определения соединения микропроцессора КР580ВМ80 с ГТИ КР580ГФ24.

Для работы ГТИ потребуется его собственная схема включения, которая содержит кварцевый резонатор и схему установки нуля. Схема кварцевого резонатора состоит из последовательно соединенных конденсатора С1 емкостью 10пФ и кварца BQ1, работающего с частотой 18,5 МГц. Кварцевый резонатор подключается к выводам XTAL1 и XTAL2   микросхемы КР580ГФ24. Схема установки нуля содержит параллельно соединенные диод D1 и резистор R1 сопротивлением 100 кОм.

Генератор формирует:

• две фазы С1 и С2 с положительными импульсами, сдвинутыми во времени. Эти сигналы далее идут на одноименные входы микропроцессора;
• тактовые сигналы опорной частоты, которые с выхода OSC идут на схему буфера АП3 и далее на МА. Сигнал OSC используется  при необходимости в микропроцессорной системе.
• стробирующий сигнал состояния -STB при наличии на входе SYNC напряжения высокого уровня, поступающего с выхода микропроцессора в начале каждого машинного цикла. Сигнал -STB используется для занесения информации состояния микропроцессора в микросхему КР580ВК28 для формирования управляющих сигналов.

Для согласования работы микропроцессора  с другими устройствами сигнал RDYIN , поступающий на вход ГТИ с шины управления , синхронизируется по фазе С2 на выходе RDY.

 

Выходной сигнал SR используется для установки в исходное состояние микропроцессора и других микросхем в системе.

Схема установки нуля, подключенная ко входу -RESIN генератора, управляется сигналом RESET, поступающим с МУ.

Далее определим схему включения системного контроллера. Системный контроллер состоит из двунаправленной буферной схемы данных, регистра состояния и дешифратора управляющих сигналов. Восьмиразрядная параллельная  буферная схема данных принимает информацию с канала данных микропроцессора по выводам  D0-D7 и передает в регистр состояния информацию состояния; в цикле записи по сигналу -WR, поступающему от МП, по выводам DB0-DB7 выдает данные на системный канал данных; в цикле чтения по сигналу микропроцессора DBIN принимает данные с системного канала по выводам DB0-DB7 и передает по выводам D0-D7 на канал данных микропроцессору.

Регистр состояния по входному сигналу -STB, поступающему от ГТИ, фиксирует информацию состояния микропроцессора  в такте Т1 каждого машинного цикла МП.

Дешифратор управляющих сигналов формирует один из управляющих сигналов в каждом машинном цикле: при чтении ЗУ - сигнал -MEMR, при записи в ЗУ - сигнал -MEMW, при чтении из УВВ - сигнал  - IOR, при записи в УВВ - сигнал -IOW, при подтверждении запроса прерывания - сигнал -INTA.

Асинхронный сигнал -BUSEN управляет выдачей данных с буферной схемы и управляющих сигналов с дешифратора.

Таким образом схема включения МП и системного контроллера будет определяться их взаимодействием, одноименные выводы необходимо объединить напрямую.

Далее определим подключение оставшихся выводов микропроцессора КР580ВМ80.

16-разрядный  канал адреса МП необходимо  подключить к  МА микропроцессорной  системы. Подключение осуществляется  через два адресных буфера: младшие 8 разрядов подключаются на первую  микросхему АП5, старшие 8 разрядов - на вторую.