Проектирование микропроцессорной системы

Для выбора одной из двух частей клавиатуры можно использовать два из четырех оставшихся свободных выхода дешифратора К155ИД3. Данные выходы подключаются ко входам -ЕО буферов клавиатуры.

Каждый из клавишных датчиков должен иметь подпитку от UПИТ = 5В через сопротивление 15 кОм.

Клавиша RESET подключается к ГТИ.

Шина данных микропроцессорной системы подключается через двунаправленный восьмиразрядный буфер К555АП6 ко входам D0-D7 МС К580ВВ79. Управление МС К555АП6 осуществляется двумя сигналами: -CS от МС К556РТ4 и -IOR с шины управления микропроцессорной системы. При этом  при низком уровне сигнала -CS МС К555АП6 переходит в рабочее состояние. Направление передачи будет зависеть от уровня сигнала -IOR на входе TF.

На микросхему К580ВВ79 необходимо подать сигналы CLK (тактовые импульсы) на вход CLK, RES (аппаратный сброс) на вход SR, -IOW на вход

-WR и -IOR на вход -RD, а также младший разряд адреса А0 на вход I/D.

Непосредственное подключение клавиатуры и дисплея осуществляется через разъем ГРПМ61. 

 

 

 

 

2.6.    Проектирование модуля  интерфейса связи

 

2.6.1.  Разработка функциональной  схемы модуля интерфейса связи

 

Согласно заданию на курсовой проект необходимо разработать модуль интерфейса связи с внешним (периферийным) устройством. Предусмотреть возможность  обмена  данными   в   режиме   прерываний.   Тип интерфейса -

ИРПР-М.

Интерфейс ИРПР-М служит для подключения в первую очередь печатающих устройств или других периферийных устройств, имеющих тот же интерфейс. Он включает в себя 17 линий, связывающих между собой модуль интерфейса и внешнее устройство.

Учитывая простоту интерфейса, не требующего сложных преобразований, для его реализации потребуется всего пять устройств ввода-вывода.

Во-первых, порт данных. Порт должен быть доступен для записи и для чтения. Данный порт можно реализовать в виде отдельных портов ввода данных и вывода данных.

Во-вторых, порт управления, который предназначен для хранения и ввода сигналов управления интерфейса ИРПР-М: -STROBE, AUTOFEED, INIT, SLKT и передачи их в МПС по шине данных. Порт управления разбивается на два порта: порт ввода управляющих сигналов и порт вывода управляющих сигналов.

В-третьих, порт состояния, который предназначен для считывания сигналов ввода: ERROR, SLKT, PE, ACKNLG, BUSY.

Обмен информацией должен производиться в режиме прерывания. Для этого нужна схема формирования запроса прерывания.

Для программного управления модулем интерфейса необходимо использовать дешифратор адреса.

Таким образом функциональная схема модуля интерфейса связи будет иметь вид ( рис. 10).

           ПС

 

 

ВУ     ПвывУ         ПвывД    ВУ

   

         ПввУ        ПввД

  IRQ

  СФП  ДА  БД

Системная шина   

    ç==========================================è     Рис. 10

 

где  ПС - порт состояния

ПввУ и ПвывУ - порты ввода/вывода управляющих сигналов

ПввД и ПвывД - порты ввода/вывода данных

СФП - схема формирования прерывания

ДА - дешифратор адреса

БД - буфер данных

 

2.6.2.   Выбор элементной базы  модуля интерфейса связи

 

В качестве дешифратора адреса модуля можно использовать простой логический элемент ИЛИ. На него подаются разряды SA2-SA7 шины адреса и сигнал -AEN. Выберем микросхему К555ЛА2. В микросхеме К555ЛА2 будут использоваться семь входов. На восьмой вход следует подать сигнал высокого уровня. Микросхема К555ЛА2 будет управлять работой всего модуля.

Для включения элементов (портов) модуля используется МС К555ИД4. МС К555ИД4 - сдвоенный дешифратор-мультиплексор 2*4 с общими входами дешифрируемого кода и раздельным управлением шинами разрешения. Входы данного дешифратора используются для подключения к разрядам SA0, SA1 шины адреса. Эти разряды будут определять к которому из портов модуля идет обращение.

В качестве буферного регистра шины данных можно использовать буфер К555АП6 (двунаправленный восьмиразрядный буфер).

В качестве порта ввода данных необходимо использовать регистр для хранения данных и вывода их на принтер. Выберем МС К555ИР23. Данная МС представляет собой  синхронный восьмиразрядный регистр с начальной установкой. Регистр построен на восьми D-триггерах. Выходы имеют три состояния.

Порт вывода данных можно выполнить на микросхеме К555АП5. Суть действия порта заключается в том, что при необходимости чтения данных из модуля интерфейса дешифратор адреса вырабатывает сигнал управления, который открывает буфер АП5, тем самым передавая информацию на выход модуля.

Согласно формату команды управления, представленному на рис. 11, порт управления должен хранить и передавать 5-разрядную команду в интерфейс ИРПР-М.

 

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

 “0”         STROBE

          AUTO FEED

          INIT

          SLCT IN

          IRQ

       Рис. 11

Для этих целей удобно использовать регистр К555ТМ9. МС К555ТМ9 представляет собой шесть D-триггеров с общим входом сброса.

Для чтения содержимого порта управления можно использовать буферный регистр К555АП3 и элемент К555ЛП8. МС К555ЛП8 представляет собой однонаправленный шинный формирователь.

Порт состояния только считывает информацию от принтера. Формат команды порта представлен на рис. 12 

“0”

 

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

        ERROR

        SLCT

        PE

        ACKNLG

        BUSY

       Рис. 12

Для реализации порта управления достаточно буфера К555АП3 и элемента ЛП3. Управление портом осуществляется сигналом, поступающим с дешифратора адреса.

Схема формирования запроса прерывания проста и реализуется на элементе ЛП8.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.6.3.   Разработка принципиальной  схемы модуля интерфейса связи

 

Зададим в первую очередь адреса программно доступным элементам модуля интерфейса связи. Порт данных имеет адрес  FCh, порт состояния - FDh, порт управления - FEh. Старшие шесть разрядов адреса подаются на дешифратор адреса К555ЛА2, а младшие два, проходя через дешифратор К555ИД4, управляют работой модуля. Дешифратор адреса, учитывая уровень сигнала -AEN, вырабатывает сигнал -EN , который открывает буфер шины данных.

Порт ввода данных К555ИР23 будет использоваться в двух режимах: передачи  и считывания, поэтому на вход регистра необходимо подать сигнал GND. Вход же строба ИР23 подключается через инвертор ЛН1 к управляющему сигналу WRD c дешифратора адреса. Выходы регистра К555ИР23 подключаются к шине данных интерфейса ИРПР-М DATA0- DATA7.

Для записи в порт управления (микросхему ТМ9) команды управления используется сигнал WRY, поступающий с дешифратора адреса на вход С этой микросхемы через инвертор ЛН1. Записав команду управления в порт управления, будем иметь на его выходах комбинацию сигналов управления принтером. Данные сигналы поступают на шину интерфейса, проходя через мощные инверторы К555ЛН3.

Микросхема К555ЛН3 имеет выходы с открытым коллектором, поэтому выходы МС необходимо подключить к +5В через резисторы 15К.

Чтение порта управления производится по сигналу RDY, который поступает на входы -ОЕ МС К555АП3 и К555ЛП8 и переводит их из третьего состояния в режим передачи.

Порт состояния управляется сигналом RDS, поступающим с дешифратора адреса, который заведен на входы управления -ОЕ буферных схем.

Схема формирования запроса прерывания реализована на элементе ЛП8. Вход -ЕО данного элемента подключается к выходу RSD (разрешение прерывания ) порта управления с использованием инвертора. Ко входу D ЛП8, также через инвертор, подключается сигнал -ACKNLG, поступающий от принтера. Если оба сигнала выставлены, то на выходе ЛП8 будет выставлен сигнал запроса прерывания.

Принципиальная схема модуля интерфейса связи приведена на рис. 13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.7.   Проектирование модуля  связи с объектом

 

2.7.1.  Разработка функциональной  схемы модуля связи с объектом

 

Согласно заданию необходимо разработать модуль, обеспечивающий выдачу аналогового сигнала в виде одиночного импульса формы трапеции периодом 100 мс.

Основным элементом модуля связи с объектом является цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который  преобразовывает цифровые коды, поступающий с шины данных микропроцессорной системы в аналоговый сигнал.

Для согласования по нагрузке модуля с шиной данных необходим  регистр, который  выполняет функцию управляемого буфера.

Модуль связи с объектом работает в режиме прямого доступа к памяти. Для генерации запросов ПДП, поступающих затем в модуль контроллера ПДП, необходим генератор.

Для управления буферной схемой , а также генератором запросов ПДП необходим дешифратор управляющих сигналов -DACK, -AEN, -IOW.

Аналоговый сигнал на выходе ЦАП изменяется ступенчато вследствие дискретной обработки данных в МП-системе. Это вызывает появление гармоник в аналоговом сигнале. Для сглаживания ступенек, т.е. подавления высокочастотных гармоник, в схеме необходим фильтр низкой частоты. Частота среза фильтра определяется низкочастотной составляющей спектра выводов данных на входе ЦАП. Для усиления аналогового сигнала на выходе модуля также понадобится усилитель.

Таким образом получаем функциональную схему модуля (рис. 14)

 

 

      БР  ЦАП        Ф                  У

      Аналоговый

           выход

 

ç===========================================è

 

Системная магистраль

 

Рис. 14

 

 

 

 

 

 

 

2.7.2.   Выбор элементной базы  модуля связи с объектом

 

Целесообразно в качестве ЦАП  использовать микросхему КР572ПА1А. МС КР572ПА1А  совместима с микропроцессорной серией К580 и другими микропроцессорными комплектами. Микросхема принимает 8-разрядный код с шины данных микропроцессорной системы и преобразует его в аналоговое напряжение. Типовая схема включения данного ЦАП приведена в [ 6 ]. Схема содержит операционный усилитель К140УД14А и схему регулирования опорного напряжения ЦАП.

В качестве буферного регистра шины данных можно использовать регистр К580ИР82. Данная МС представляет собой 8-разрядный параллельный регистр, который используется в схемах фиксации, буферизации и мультиплексирования в МПС на базе МП К580ВМ80. На выходе МС генерируются неинвертированные входные данные. Функциональное назначение выводов МС К580ИР22 приведено в таблице 13.

 

Таблица 13

Вывод	Обозначение	Тип вывода	Функц. назначение выводов
1,2,3,4,5, 6,7,8	D0-D7	Вход	Вход данных
19,18,17,16,15,14,13,12	Q0-Q7	Выход	Выход данных
9	OE	Вход	Сигнал разрешения ввода
20	UCC	-	Напряжение питания +5 В
10	GND	-	Общий
11	STB	Вход	Сигнал стробирования

 

Дешифратор управляющих сигналов в виду его простоты можно построить на логических элементах.

Генератор запроса прерывания может быть построен по стандартной схеме на логических элементах ИЛИ-НЕ. Частота генерации сигналов устанавливается выбором элементов схемы (R и C).

Если по запросу DRQ0 ПДП передача была разрешена сигналом DACK0, то сигнал DRQ0 должен быть сброшен после этого в ноль, чтобы подготовить контроллер ПДП к следующей ПДП-передаче. Для этого используется триггер К555ТМ2. МС К555ТМ2 представляет собой двойной D-триггер, выполненный на основе двух двухступенчатых триггеров с записью информации в первую ступень и перезаписью во вторую ступень.