Проектирование микропроцессорной системы

 

      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

 
 

                                                                Таблица 5

 
 

      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.

      Выводы  WAIT и INTE остаются незадействованными.

      Далее определим работу буфера МУ. Микросхема АП3 всегда находится в активном состоянии, так как на ее входы  -EO подан “логический 0”. Микросхема обеспечивает прием с шины управления сигналов: -RDYIN, -INT, -HOLD, AEN и выдачу в схему ЦП сигналов RDYIN, INT, HOLD, -AEN, а также прием управляющих сигналов из ЦП : OSC, CLK, RES, HLDA и выдачу на магистраль управления сигналов OSC, CLK, -RES, -HLDA. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.3.4. Временные диаграммы  обмена данными  по системной шине  центрального процессора 

                                    Запись 

                                       Чтение 

 

            Рис. 4 

      Аналогично  строятся временные диаграммы для  сигналов -IOW и -IOR, но на шину адреса выставляются разряды SA0-SA7. 
 
 
 
 
 
 
 

2.4.  Разработка модуля  памяти 

2.4.1.  Разработка функциональной  схемы модуля памяти 

      Согласно  заданию необходимо разработать  модуль памяти со следующими характеристиками:

      объем ПЗУ - 32К, адреса 0000h-7FFFh,

      объем ОЗУ - 24К. адреса 8000h-dFFFh.

Все адресное пространство микропроцессора К580ВМ80 ( 64 килобайта ) можно разбить на 8 сегментов по 8 килобайт каждый (рис. 5). 

 

                                                            Рис. 5

      Первые  четыре сегмента будет занимать микросхемы ПЗУ , следующие три - микросхемы ОЗУ.

      Так как объем отдельных микросхем, составляющих модуль ЗУ, меньше объема всего модуля, то в схеме необходим дешифратор адреса, который дешифрирует старшие разряды шины адреса, и осуществляет выбор конкретной МС модуля.

      Микросхемы  модуля ЗУ создают большую нагрузку на системную магистраль микро-ЭВМ, поэтому в схеме необходимы буферные элементы.

      Таким образом получаем функциональную схему  модуля памяти.

      (рис. 6). 

            ПЗУ                         ОЗУ