Проектирование микропроцессорной системы

                                                                    Системная 

                 шина 

         МИС   МКН          МСО 
 

      Рис. 1.    Обобщенная структура микропроцессорной системы 

где    ЦП - центральный процессор на основе микропроцессора;

      ЗУ - полупроводниковая память (ОЗУ,ПЗУ);

      МИП - модуль интерфейса пользователя;

      МКН - модуль контроллеров прерываний и  ПДП;

      МИС - модуль интерфейса связи;

      МСО - модуль связи с объектом;

Системная шина включает в себя три магистрали: адреса, данных и                   управления. 
 

      Магистраль  адреса (МА) служит для передачи кода адреса , по которому проводится обращение к устройствам памяти, ввода-вывода и другим внешним устройствам, подключенным к микропроцессору. Обрабатываемая информация  и результаты вычислений  передаются по магистрали данных (МД). Магистраль управления (МУ) передает управляющие сигналы на все блоки микро-ЭВМ, настраивая на нужный режим устройства, участвующие в выполняемой команде.

      Использование в микро-ЭВМ трех магистралей  обеспечивает высокое быстродействие и упрощает процесс вычислений. Возможно построение микро-ЭВМ с одной или двумя магистралями, по которым последовательно передаются код адреса и обрабатываемая информация, но при этом увеличивается время выполнения команды и усложняется организация обмена между узлами. 
 
 
 

2.2.  Выбор микропроцессора 

      Одним из основных критериев при выборе МП является  быстродействие. Так  как к проектируемой системе  не предъявляются высокие требования, то можно выбрать микропроцессор со средним быстродействием. Выберем  микропроцессор из МПК серии КР580.

      Микропроцессорный комплект серии КР580 является одним из распространенных комплектов БИС, позволяющий создавать эффективные вычислительные устройства, ориентированные на реализацию вычислительных задач и устройств управления. Основу комплекта  составляет    однокристальный   МП    КР580ВМ80. Кроме МП в состав серии КР580 входит большое число БИС, позволяющих относительно просто подключать к МП различные устройства, организовывать быстрый обмен информацией между блоками ЭВМ. Изучение особенностей построения микро-ЭВМ на МПК серии КР580 позволит легко освоиться с работой других аналогичных МПК.

      Микропроцессорный комплект  КР580 включает в себя микросхемы:

1. Микропроцессорная БИС. 2. Программируемое устройство ввода-вывода параллельной информации различного формата КР580ВВ55.   

3. Программируемый блок приоритетного прерывания КР580ВН59.        

4. Программируемое устройство прямого доступа к памяти КР580ВТ57.   

5. Интегральный  таймер КР580ВИ53. 6. Универсальный  синхронно-асинхронный программируемый  приемопередатчик КР580ВВ51. 7. Программируемый контроллер клавиатуры КР580ВВ79. 8. Системный контроллер КР580ВН28.

      Схемы выполнены по n-МОП технологии, входные и выходные сигналы соответствуют уровням работы ТТЛ-схем. Микро-ЭВМ, построенная на базе комплекта, работает с тактовой частотой до 2 МГц. Схемы программируются с помощью фиксированного набора команд МП БИС КР580ВМ80.

      Микропроцессорная БИС КР580ВМ80 представляет собой однокристальный 8-разрядный МП с двумя магистралями: однонаправленной 16-разрядной адресной магистралью (МА), двунаправленной 8-разрядной магистралью данных (МД), и 12 сигналами управления ( шесть входных и шесть выходных ). МП применяется в качестве центрального процессора в устройствах обработки данных и управления. Канал адреса обеспечивает прямую адресацию внешней памяти объемом до 65535 байт, 256 устройств ввода и 256 устройств вывода.

      Микропроцессорная БИС рассчитана на выполнение логических и арифметических операций  с 8-разрядными числами в двоичной  и десятичной системах счисления, а также операций с двойной разрядностью ( с 16-разрядными числами ). 
 
 
 

2.3.  Проектирование центрального  процессора 

2.3.1.  Разработка функциональной  схемы центрального  процессора 

      Основным  элементом модуля центрального процессора является микропроцессор. Однако отдельный микропроцессор не может выполнить возложенные на него функции. МП выполняет команды по машинным циклам, которые в свою очередь выполняются по машинным тактам. Таким образом необходимо устройство, которое генерирует эти такты с определенной частотой. Этим устройством является генератор тактовых импульсов (ГТИ).

      Обмен информацией между МП и другими  устройствами организуется с помощью  трех магистралей: МА, МД и МУ. Ввиду  малой нагрузочной способности, а также ограниченного числа  выводов МП необходимо использовать дополнительные схемы для организации этих магистралей. Эти функции могут взять на себя буферные схемы, к которым можно отнести также системный контроллер. Он помимо согласующих функций выполняет функцию формирования дополнительных сигналов управления. Таким образом из полученных функциональных блоков можно составить функциональную схему центрального процессора  (рис. 2 ).  
 

      

                           ГТИ                                  МП

        
 
 

                                           БС                                  СК

        
 

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

                Системная магистраль 

      Рис. 2.    Функциональная схема центрального процессора 

      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

 

      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

 

      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