Блок центрального процессора.

Введение

Эта микропроцессорная система выполнена на комплекте КР580. Микропроцессорный комплект серии КР580 содержит набор БИС для построения микропроцессорных систем относительно невысокого быстродействия, работающих в с тактовой частотой до 2,5 МГц. В основном на комплекте данной серии строятся микропроцессорные системы (МПС), решающие задачи, связанные с управлением разнообразными технологическими процессами. В этом комплекте предусмотрена БИС центрального процессора - КР580ВМ80А, содержащая в одной микросхеме операционное и управляющее устройство. Это существенно упрощает построение МПС. Кроме того, из соображений упрощения программирования для управления микросхемами МПС применяется фиксированный набор команд.

Микропроцессор КР580ВМ80А был выпущен в1974 году. С тех пор появилось большое количество более мощных микропроцессоров, но долгое время микропроцессор КР580ВМ80А был самым распространенным и применяется до сих пор в тех случаях, когда его производительности достаточно и использование более мощных микропроцессоров неоправданно. Кроме того, структура этого микропроцессора, принципы его работы, система команд, в определенной степени являются универсальными и отражают общие принципы функционирования микропроцессоров. Микропроцессор КР580ВМ80А представляет собой однокристальный восьмиразрядный процессор с фиксированным набором команд. Он предназначен для построения микропроцессорных систем обработки цифровой информации и систем управления в различных областях техники, где не предъявляется высоких требований по быстродействию.

Функционирование МПС сводится к следующей последовательности действий: получение данных от различных периферийных устройств, обработка данных и выдача результата обработки на периферийные устройства. При этом данные от периферийного устройства, подлежащие обработки могут поступать и в процессе их обработки. Для выполнения этих процессов в МПС предусматриваются следующие устройства: блок центрального процессора, выполняющий обработку информации; оперативная память, предназначенная для хранения и выдачи по запросам команд программ, определяющих работу микропроцессоров, различных данных.

 

 

Особенности МПС

 

Все микросхемы, входящие в состав комплекта КР580, выполнены по nМДП технологии, однако входные и выходные сигналы соответствуют уровням логических схем ТТЛ-технологии. Это упрощает переходы между микросхемами серии КР580 и микросхемами ТТЛ-технологии любых серий. Следовательно, не возникает трудностей, если при построении микропроцессорной системы используются также некоторые микросхемы ТТЛ-технологии, имеющие широкое применение.

Микросхемы комплекта КР580 характеризуются следующими параметрами:

· температурный диапазон: -10...+70 градусов по Цельсию;

· потребляемая мощность: £0,7 Вт;

· напряжение питания: КР580ВМ80А +5В, +12В, -5В, остальные БИС +5В;

· допустимое отклонение напряжения: +5%, -5%;

· нагрузочная способность каждого элемента БИС - один вход элемента ТТЛ;

· время спада и нарастания входных напряжений на выводах БИС £30нс.

Основным элементом этого комплекта является БИС микропроцессора - КР580ВМ80А. Основные характеристики этого микропроцессора следующие:

1. Разрядность - 8 бит (1 Байт).

2. Максимальная тактовая частота f=2,5МГц, что соответствует быстродействию - 625000 опер./сек.

3. Объём адресуемой памяти V=65536 байт=64 килобайт. Разрядность шины адреса N_Ш.А.=16 бит.

4. Технология изготовления - nМОП. БИС микропроцессора выпускается в прямоугольном корпусе с 40 выводами с двухсторонним расположением выводов (типа DIP). На кристалле расположено 5000 транзисторов.

5. Система команд - 78 базовых команд или 244 кода.

6. Число подключаемых УВВ - 256.

7. Потребляемая мощность Р_ПОТР=750мВт.

8. Уровни сигналов входов и выходов микропроцессора (за исключением входов тактовой частоты) соответствуют стандартным ТТЛ уровням.

9. Выходы микропроцессора являются маломощными и могут быть нагружены только одним стандартным ТТЛ входом.

10.Шина данных и шина управления совмещены. Этот микропроцессор не обладает готовой шиной управления, эта шина организуется с помощью дополнительной внешней схемы, называемой системным контроллером, которая использует байт состояния иуправляющие сигналы.

 

Организация МПС.

Центральная шина.

В центральную шину входят шина адреса, шина данных и шина управления.

Шина адреса — 16-разрядная, направленная от микропроцессора шина, которая выполняет 2 функции:

· передачу адреса ячейки памяти при обращении к памяти, максимально возможный объём которой составляет 2¹⁶=65536 байт.

· передачу адреса внешнего устройства при выполнении команд IN и OUT. В этом случае 8-разрядный УВВ появляется на выводах A0 - A7 и дублируется на выводах A8 - A15. Фактически для передачи адреса УВВ используется только 8 разрядов, поэтому можно адресовать 256 различных внешних УВВ.

Шина данных — 8-разрядная шина, которая выполняет 2 функции:

· передачу управляющего слова

· обмен данными между регистрами микропроцессора и блоками МПС.

Шина управления состоит из 4 линий. По этим линиям передаются сигналы: MEMW — запись в память, MEMR — чтение памяти, INIT — сброс или начальная установка, CLK — последовательность импульсов, снимаемая с выхода Ф1 тактового генератора. Сигналы MEMW и MEMR указывают также на чтение или запись реистров периферийных БИС.

Модуль памяти.

КА573РФ1         A         0            PROM  DI/DO         1                                         0         2                                         1         3                                         2         4                                         3         5                                         4         6                                         5         7                                         6         8                                         7         9         CS         WR/RD   Рисунок E

КМ132РУ8А         0         1             RAM   DI/DO         2                                      11         3                                      12         4                                      13         5                                      14         6         7         8         9         CS         WR/RD   Рисунок F

Данная МПС содержит ОЗУ объёмом 2КБ и ПЗУ 2КБ. Причём 1КБ ПЗУ используется под дешифратор адреса для УВВ. Используется страничный метод организации памяти. ОЗУ использует страницы 30 и 41, ПЗУ выполнено на БИС КА573РФ1 с организацией 1К*8, а ОЗУ — на БИС КМ132РУ8А с организацией 1К*4. Условное обозначение БИС КА573РФ1 и КМ132РУ8А показано на Рисунок E и Рисунок F соответственно.

 

Подключение УВВ

&      1                 1      1   Рисунок H

 Для выбора устройства по конкретному адресу необходим дешифратор адреса. Этот дешифратор может быть построен несколькими способами:

1) На логических элементах(Рисунок H). УВВ выбирается подачей на его вход CS логического нуля. Адрес, по которому должен появиться ноль, с шины адреса подают входы логического элемента И-НЕ, с проинвертированными разрядами, в которых должны быть нули. При появлении на шине адреса нужного адреса нужного адреса на выходе элемента ИЛИ-НЕ появляется ноль. Этот выход и подключается к входу CS.

К555ИД7                                  D                 0         0     DC 1         1                  2         2                  3                                  4         v                 5         0                  6         1                  7         2   Рисунок I

2) На ИМС дешифратора(Рисунок I). Входы CS устройств подключаются к выходам дешифратора, выходы при этом должны быть с инверсией. А входы дешифратора подключаются к шине адреса. При появлении на шине адреса нужного адреса активизируется один из выходов дешифратора и выбирается устройство подключенное к этому выходу.

A         0            PROM  DI/DO         1                                         0         2                                         1         3                                         2         4                                         3         5                                         4         6                                         5         7                                         6         8                                         7         9         CS         WR/RD   Рисунок J

3) На основе ПЗУ(Рисунок J). Входы CS устройства подключаются к информационным выходам ИМС ПЗУ. В ячейке ПЗУ по адресу, соответствующему адресу устройства, должно быть записано число, при обращении к которому на разряде информационного выхода, к которому подключено УВВ, должен появиться ноль.

В этом курсовом проекте используются периферийные БИС КР580ВИ53 и КР580ВВ55. БИС КР580ВИ53 — это программируемый интервальный таймер. Он предназначен для организации работы МПС в режиме реального времени:

КР580ВИ53      CLK0 PIT D0      CLK1        D1      CLK2        D2                             D3      GATE0      D4      GATE1      D5      GATE2      D6                             D7      A0      A1              OUT0                             OUT1      CS              OUT2      RD      WR   Рисунок K

1) Для формирования сигналов, с различными и временными и частотными характеристиками.

2) Для формирования стробирующих сигналов.

3) Для управления работой различных управляющих устройств.

Выходы OUT0 - OUT2 остаются свободными, ним должны подключаться устройства, использующие сигналы формируемые этой БИС.

Условное графическое обозначение показано на Рисунок K.

 

Заключение.

В этом курсовом проекте был получена МПС на комплекте КР580. Комплект КР580 содержит набор БИС для построения микропроцессорных систем относительно невысокого быстродействия, работающих с тактовой частотой 2,5 МГц. В основном на комплекте данной серии строятся микропроцессорные системы, решающие задачи, связанные с управлениями разнообразными технологическими операциями. В этот комплект входит микропроцессор с фиксированным набором команд, что облегчает составление программ, а также повышает быстродействие по сравнению с микропрограммируемыми микропроцессорами. Данная МПС позволяет подключать устройства, которые требуют динамического изменения временных и частотных характеристик их входных сигналов. Это реализуется с помощью установленного таймера КР580ВИ53. Присутствие в этой МПС программируемого параллельного интерфейса КР580ВВ55 предусматривает 3 канала, к которым можно подключать устройства ввода-вывода, обменивающихся 8-разрядными словами, а также позволяет гибко манипулировать этими каналами, изменяя их предназначение.

 

Литература.

1. Методическое пособие: ”Теоретическое пособие по изучению МП КР580ВМ80А”, Нижегородский технический колледж, Нижний Новгород 1997 год.

2. “Справочник разработчика и конструктора РЭА”

3. Калачиков Б. А.: ”Микропроцессорры и их применение в системах передачи и обработки сигналов”.

Введение

Эта микропроцессорная система выполнена на комплекте КР580. Микропроцессорный комплект серии КР580 содержит набор БИС для построения микропроцессорных систем относительно невысокого быстродействия, работающих в с тактовой частотой до 2,5 МГц. В основном на комплекте данной серии строятся микропроцессорные системы (МПС), решающие задачи, связанные с управлением разнообразными технологическими процессами. В этом комплекте предусмотрена БИС центрального процессора - КР580ВМ80А, содержащая в одной микросхеме операционное и управляющее устройство. Это существенно упрощает построение МПС. Кроме того, из соображений упрощения программирования для управления микросхемами МПС применяется фиксированный набор команд.

Микропроцессор КР580ВМ80А был выпущен в1974 году. С тех пор появилось большое количество более мощных микропроцессоров, но долгое время микропроцессор КР580ВМ80А был самым распространенным и применяется до сих пор в тех случаях, когда его производительности достаточно и использование более мощных микропроцессоров неоправданно. Кроме того, структура этого микропроцессора, принципы его работы, система команд, в определенной степени являются универсальными и отражают общие принципы функционирования микропроцессоров. Микропроцессор КР580ВМ80А представляет собой однокристальный восьмиразрядный процессор с фиксированным набором команд. Он предназначен для построения микропроцессорных систем обработки цифровой информации и систем управления в различных областях техники, где не предъявляется высоких требований по быстродействию.

Функционирование МПС сводится к следующей последовательности действий: получение данных от различных периферийных устройств, обработка данных и выдача результата обработки на периферийные устройства. При этом данные от периферийного устройства, подлежащие обработки могут поступать и в процессе их обработки. Для выполнения этих процессов в МПС предусматриваются следующие устройства: блок центрального процессора, выполняющий обработку информации; оперативная память, предназначенная для хранения и выдачи по запросам команд программ, определяющих работу микропроцессоров, различных данных.

 

 

Особенности МПС

 

Все микросхемы, входящие в состав комплекта КР580, выполнены по nМДП технологии, однако входные и выходные сигналы соответствуют уровням логических схем ТТЛ-технологии. Это упрощает переходы между микросхемами серии КР580 и микросхемами ТТЛ-технологии любых серий. Следовательно, не возникает трудностей, если при построении микропроцессорной системы используются также некоторые микросхемы ТТЛ-технологии, имеющие широкое применение.

Микросхемы комплекта КР580 характеризуются следующими параметрами:

· температурный диапазон: -10...+70 градусов по Цельсию;

· потребляемая мощность: £0,7 Вт;

· напряжение питания: КР580ВМ80А +5В, +12В, -5В, остальные БИС +5В;

· допустимое отклонение напряжения: +5%, -5%;

· нагрузочная способность каждого элемента БИС - один вход элемента ТТЛ;

· время спада и нарастания входных напряжений на выводах БИС £30нс.

Основным элементом этого комплекта является БИС микропроцессора - КР580ВМ80А. Основные характеристики этого микропроцессора следующие:

1. Разрядность - 8 бит (1 Байт).

2. Максимальная тактовая частота f=2,5МГц, что соответствует быстродействию - 625000 опер./сек.

3. Объём адресуемой памяти V=65536 байт=64 килобайт. Разрядность шины адреса N_Ш.А.=16 бит.

4. Технология изготовления - nМОП. БИС микропроцессора выпускается в прямоугольном корпусе с 40 выводами с двухсторонним расположением выводов (типа DIP). На кристалле расположено 5000 транзисторов.

5. Система команд - 78 базовых команд или 244 кода.

6. Число подключаемых УВВ - 256.

7. Потребляемая мощность Р_ПОТР=750мВт.

8. Уровни сигналов входов и выходов микропроцессора (за исключением входов тактовой частоты) соответствуют стандартным ТТЛ уровням.

9. Выходы микропроцессора являются маломощными и могут быть нагружены только одним стандартным ТТЛ входом.

10.Шина данных и шина управления совмещены. Этот микропроцессор не обладает готовой шиной управления, эта шина организуется с помощью дополнительной внешней схемы, называемой системным контроллером, которая использует байт состояния иуправляющие сигналы.

 

Организация МПС.

Блок центрального процессора.

Главным элементом блока центрального процессора (БЦУ) является микропроцессор КР580ВМ80А. Этот микропроцессор представляет собой 8-разрядный процессор, в котором совмещены операционные и управляющие устройства. Управляющая память недоступна пользователю, в ней уже в процессе изготовления БИС записываются микропрограммы операций. Таким образом, предусматривается использование некоторой фиксированной системы команд, в которую пользователь не может внести изменений. В связи с этим данный микропроцессор относится к числу немикропрограммируемых.

КР580ВМ80А         D0                           A0         D1         CPU     A1         D2                           A2         D3                           A3         D4                           A4         D5                           A5         D6                           A6         D7                           A7                                              A8         READY                  A9         HOLD                     A10         INT                         A11                                              A12         Ф1                           A13         Ф2                           A14                                              A15         RESET                   HLDA                                              INTE                                              DBIN                                              WR                                              SYNC                                              WAIT   Рисунок A

Выполнение каждой команды производится микропроцессором в строго определенной последовательности действий, которая определяется кодом команды и синхронизируется сигналами Ф1 и Ф2 тактового генератора. Цикл команды - это время выполнения команды. За это время: команда выбирается из памяти, дешифрируется код команды, формируются управляющие сигналы для выполнения команды, завершается воздействие управляющих сигналов. Цикл команды разбивается на машинные циклы - это время, требуемое для обращения к памяти или к устройствам ввода - вывода. Цикл команды состоит из стольких машинных циклов, сколько обращений к памяти или к УВВ потребуется для выполнения этой команды. Команды этого микропроцессора могут содержать от 1 до 5 машинных циклов. В свою очередь каждый машинный цикл состоит из тактов - наименьший промежуток времени, необходимый для выполнения одного элементарного действия в микропроцессоре. Такт равен 1 периоду тактовых импульсов тактового генератора. Машинный цикл может состоять от 3 до 5 тактов. Первые три такта требуются для организации обмена с памятью, а второй и третий такты - для выполнения внутренних операций в микропроцессоре. Отсчет тактов ведется от положительных фронтов импульсной последовательности Ф1. При выполнении любой команды сначала считывается первый байт команды из памяти. Простые команды выполняются за один машинный цикл; сложные команды - за 5 машинных циклов с восемнадцатью тактами.

Для формирования управляющих сигналов искусственно мультиплексируют шину данных, то есть в начале каждого машинного цикла на шину данных микропроцессор выставляет 8 управляющих сигналов, называемых байтом состояния. Байт состояния указывает, какой из машинных циклов выполняется в текущий момент, то есть к какому из внешних устройств происходит обращение. Байт состояния выставляется на шину данных по переднему фронту сигнала Ф2 в первом такте и снимается с шины данных по переднему фронту Ф2 во втором такте. Для того, чтобы показать, что идет процесс передачи байта состояния, используется выход SYNC микропроцессора: при выводе байта состояния на выходе SYNC =1. Сигнал SYNC=1 позволяет выделить байт состояния из информации передаваемой по шине данных. Байт состояния выдаётся на шину данных в интервале SYNC=1, а используется на протяжении всего машинного цикла. Поэтому байт состояния запоминается в специальном регистре слово-состояния. Запись производится с использованием сигналов SYNC =1 и Ф2=1. Дешифратор преобразует байт состояния требуемые для текущего машинного цикла системные управляющие сигналы. При формировании этих управляющих сигналов для согласования блоков МПС по временным характеристикам используются выходные сигналы микропроцессора DBIN и WR. Регистр слова-состояния и дешифратор, обеспечивающие формирование системных управляющих сигналов, называются системным контроллером.

Условное графическое обозначение микропроцессора приведено на Рисунок A.

 

 

Назначение выводов микропроцессора.

Сигнал	Назначение
D0 - D8	Двунаправленная 8-разрядная шина данных, которая выполняет: передачу управляющего слова; обмен данными между регистрами микропроцессора и блоками МПС.
A0-A15	Направлення от микропроцессора 16 - разрядная шина, которая выполняет: передачу адреса ячейки памяти при обращении памяти; передачу адреса внешнего устройства. В этом случае 8-разрядный адрес УВВ появляется на выводах А0 - А7 и дублируются на линиях А8 - А15.
Сигналы управления шиной данных.
DBIN	Выходной сигнал “Прием”. Если DBIN=1, то шина данных настроена на прием данных в микропроцессор из памяти или УВВ. Если DBIN=0, то шина данных настроена на вывод информации из микропроцессора.
WR	Выходной сигнал “Выдача данных”. Если WR=0, то микропроцессор зафиксировал на шине данных 8-разрядный код, который должен быть воспринят памятью или УВВ.
Сигналы управления вводом-выводом
READY	Входной сигнал “Готовность” от УВВ или памяти. Если READY=1, то УВВ или память готовы к обмену данными с микропроцессором. Если READY=1, то УВВ или память не готовы к обмену данными с микропроцессором. В этом случае микропроцессор входит в режим “Ожидание”.
WAIT	Выходной сигнал “Ожидание”. Если WAIT=1, то микропроцессор находится в режиме “Ожидание”.
INT	Входной сигнал “Запрос прерывания” от УВВ. Если INT=1, следовательно, одному из УВВ требуется обслуживание.
INTE	Выходной сигнал “Разрешения прерывания”. Этот сигнал информирует УВВ о возможности или невозможности обслуживания микропроцессором запросов на прерывание. Если INTE=1, то прерывания разрешены. Если INTE=0,  то прерывания запрещены.
HOLD	Входной сигнал “Запрос захвата шин” от УВВ. Если HOLD=1, значит, одно из УВВ требует обмена по прямому доступу к памяти.
HLDA	Выходной сигнал “Подтверждение захвата шин”. Если HLDA=1, то микропроцессор отключился от системных шин и “отдал” их в распоряжение УВВ и памяти
Сигналы синхронизации.
Ф1,Ф2	Входные сигналы от тактового генератора.
SYNC	Выходной сигнал “Синхронизация”. Если SYNC=1, то на шину данных микропроцессор выставил восемь управляющих сигналов.
RESET	Входной сигнал “Сброс”. Сигнал начальной установки микропроцессора. Если RESET=1 в течение 3 - 4 периодов тактовой частоты, то микропроцессор прекращает свою работу, обнуляет счетчик команд и бездействует. Как только RESET=0, микропроцессор начинает выполнять команду, записанную по адресу 0000Н.

 

D0              Q0      D1  RG Q1      D2              Q2      D3              Q3      D4              Q4      D5              Q5      D6              Q6      D7              Q7      OE     STB Рисунок B

Так как выходы микропроцессора могут быть нагружены только на 1 ТТЛ-вход, то для согласования шин микропроцессора с памятью и внешними устройствами необходимы шинные формирователи.В этой МПС в качестве шинного формирователя шины адреса используются буферные регистры КР580ИР82. Шина адреса имеет 16 разрядов, итак как этот регистр имеет 8 разрядов, для построения буфера потребуется 2 микросхемы. Одна микросхема формирует буфер для разрядов шины адреса А0 - А7, а другая — А8 - А9. Для записи в регистр информации необходимо подать логическую единицу на вход строба записи STB. Чтобы этот регистр постоянно передавал данные с выходной шшины микропроцессора на внешнюю шину на вход STB необходимо постоянно подавать высокий уровень. С этой целью вход STB подключается к +5В.

Условное графическое обозначение показано на Рисунок B.