МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н. Э.Баумана

А. Н. Аксёнов, В. И. Виноградов, С. Б. Спиридонов

Лабораторная работа № 1

по курсу "Микропроцессоры в управляющих системах"

Москва 2013 г.

Исследование многорежимного буферного регистра.

Цель работы: Ознакомиться с особенностями функционирования многорежимного буферного регистра 589ИР12 в процессах приема и выдачи информации, освоить методику выбора и кодирования требуемого режима работы регистра.

Краткие теоретические сведения:

Исследуемый в данной работе многорежимный буферный регистр (МБР), входит в состав микропроцессорного комплекта, выполненного на основе транзисторно-транзисторной логики с диодами Шоттки (ТТЛШ). Все микросхемы этой серии совместимы с ТТЛ ИС, что обусловливает их широкое применение.

Многорежимный буферный регистр (МБР) является 8-разрядным устройством с вентильными каскадами, имеющими три устойчивых состояния, и логикой для управления и выборки кристалла. В состав МБР входит также триггер прерываний (ТП), предназначенный для выработки сигналов прерывания в МП.

МБР размещен в корпусе с 24 выводами. Внешние его выводы имеют следующее назначение:

Д1 - Д8 — входная 8-разрядная шина данных;

Q1- Q8 — выходная 8-разрядная шина данных;

ВК1 и ВК2 — входы выборки кристалла;

ВР - вход, сигнал на котором определяет режим работы МБР;

С - вход для подачи сигнала строба;

ЗПр — выход запроса на прерывание;

R - вход для сброса МБР в нуль;

+5 - вход для подачи напряжения питания +5 В;

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Корпус—вход для подключения отрицательного вывода источника

питания (Земля).

Функциональная схема МБР К589ИР12 приведена на рис. 2.1. Он включает 8 триггеров D-типа (Т1—Т8), сбрасываемых нулевым сигналом на входе R и принимающих информацию с входной шины Д по внутреннему управляющему сигналу ПР. Выдача информации на выходную шину Q производится по внутреннему сигналу Выд. При нулевом значении этого сигнала вентили с тремя состояниями находятся в состоянии высокого сопротивления.

Входные сигналы ВК1, ВК2, ВР и С предназначены для управления выборкой кристалла, приемом данных со входной шины, выдачей данных на выходную шину и работой триггера прерываний (ТП).

Выборка кристалла производится при нулевом сигнале на входе ВК1 и единичном на входе ВК2. При этом открываются выходные вентили, и информация, хранящаяся в МБР, появляется на выходной шине. Одновременно устанавливается триггер прерываний.

Сигнал на входе ВР управляет как приемом информации в МБР, так и ее выдачей. При единичном сигнале ВР (режим вывода) выходные вентильные схемы открыты, а прием информации зависит от того, выбран ли данный МБР по входам BK1 и ВК2; если выбран, то данные с входной шины записываются в МБР. При нулевом сигнале ВР (режим ввода) прием информации происходит по сигналу С, а выдача при выборке МБР - по входам BK1 и ВК2.

Вход С используется для управления приемом данных в МБР в режиме ввода (ВР = 0), а также для сброса триггера прерываний.

Рис. 2.1

Примеры применения МБР К589ИР12 при организации микропроцессорных систем на базе МПК К580ИК80 представлены на рис. 2.2.

На рис.2.2а МБР используется в качестве вентиля-буфера. Нулевой сигнал на входе ВР и единичный на входе С обеспечивают постоянную запись в МБР информации с входной шины.. Выдача информации осуществляется при выборке кристалла (BK1 = 0, ВК2 = 1). Применение МБР в качестве вентиля-буфера значительно увеличивает нагрузочную способность шины данных, поскольку входной ток К589ИР12 равен 0,25 мА, а выходной 15 мА.

Рис. 2.2

Два МБР могут управлять направлением передачи информации по двунаправленной шине (рис. 2.2, б). Сигнал управления шиной (УШ) определяет, какой из двух МБР будет открыт, а какой будет находиться в состоянии высокого сопротивления.

Hа рис. 2.2в МБР используется в качестве интерфейсного устройства ввода (ИУВв), которое взаимодействует с МП в режиме прерывания. Когда УВв готово к выдаче информации в МП, оно посылает сигнал строба на вход С МБР; при этом сбрасывается в нуль ТП и на вход ЗАПР МП поступает запрос на прерывание. В результате МП входит в прерывающую программу, по которой устанавливает источник запроса, и путем выработки сигналов BK1 = 0 и BK2 = 1 принимает данные от УВв.

К589ИР12 может также использоваться для передачи в МП команды RST, по которой в МП осуществляется переход к одной из восьми возможных прерывающих программ (см. рис. 4.18, г). При появлений запроса на прерывание МП вырабатывает признак INTA, стробирующий по входу ВК2 передачу на шину данных микро-ЭВМ жестко установленного на входной шине МБР кода команды RST. Вход BK1 обычно заземляется, хотя может использоваться для мультиплексирования на шину данных микро-ЭВМ кодов команд RST с различными адресами прерывающих программ.

На рис. 2.2д представлена схема применения МБР в качестве интерфейсного устройства вывода (ИУВыв). Устройство вывода с помощью сигнала строба указывает на окончание вывода предыдущего слова. МБР по сигналу С генерирует запрос на прерывание МП. МП входит в прерывающую программу, по которой передает в МБР очередное слово, подлежащее выводу. Выбор ИУВыв выполняется по входам ВК1 и ВК2.

Описание работы многорежимного буферного регистра

Условием выдачи данных является открывание выходных буферов сигналом Выд. Этот сигнал появляется либо при установке режима ВР=1, либо при выборе кристалла ВК=1, либо при выполнении этих условий совместно.

Запись данных в информационные триггеры производится подачей сигнала ПР на входы С триггеров Т1 – Т8.

Активный сигнал запроса прерывания (ЗПр=0) появляется при установке в 0 триггера ТП сигналом строба С. При выборе кристалла сигнал ВК=1 восстанавливает высокий уровень на выходе этого триггера, но сигнал запроса прерывания сохраняется, так как еще до восстановления триггера сигнал ВК=1 поддерживает низкий уровень сигнала ЗПр. Таким образом, запрос прерывания появляется как при подаче строба, так и при выборе кристалла.

Логические соотношения, определяющие работу МБР, могут быть представлены в следующем виде:

1.Выдача данных: ВК+ВР, где ВК = (ВК1=0)*ВК2

2.Приём данных: С*(ВР=0)+ВК*ВР

3.Установка запроса прерывания: ВК+С*(ВК=0)

4.Сброс запроса прерывания: ВК=0

5.Сброс триггера прерывания: С*(ВК=0)

6.Установка триггера прерывания: ВК

7.Запрет выдачи данных: (ВК=0) * (ВР=0)

Порядок выполнения работы:

Задание 1.

Исследовать работу МБР в режиме входного порта.

1. Сформировать последовательность управляющих и информационных сигналов для приема через МБР даты выполнения работы, оформив ее в виде следующей таблицы:

Номер шага	Входные управляющие сигналы	Входные данные	Режим работы	Выходные данные	Запрос прерывания
	С ВК1 ВК2 ВР R	Д8……Д1		Q8…….Q1	ЗПр

1.	0 1 1 0 1	00011101	Установка входных данных	Состояние высокого импеданса	1

2.	Далее самостоятельно		Запись входных данных

3.			Считывание данных

4.			Снятие запроса на прерывание

2.Включить схему. Реализовать последовательность управляющих сигналов в соответствии с подготовленной таблицей. Проконтролировать прием данных с помощью логических пробников. Откорректировать таблицу.

Задание 2.

Исследовать работу МБР в режиме выходного порта. Исследование провести аналогично заданию 1. Оформить соответствующую таблицу.

Задание 3.

Исследовать работу МБР в режиме стробируемого буфера.

1.Предложить такую комбинацию управляющих сигналов на входах МБР, чтобы при ВК2=0 информационные входы МБР находились в третьем состоянии, а при выборе кристалла сигналом ВК=1 данные с информационных входов передавались на выходы.

2. Проверить работу регистра в режиме стробируемого буфера. Оформить результаты в виде соответствующей таблицы.

Вопросы для самопроверки:

Какие триггеры используются в МБР, с потенциальным или динамическим управлением?

Для каких целей предусмотрено наличие третьего состояния на информационных выходах?

Что дает введение не одного, а двух сигналов выбора кристалла?

Можно ли обеспечить одновременно прием и выдачу данных?

Для каких целей может использоваться сигнал С на входе МБР?

Постройте алгоритм работы МБР в режиме входного/выходного порта.

Для каких целей можно использовать сигнал ЗПр с выхода МБР?

Интерфейс двунаправленных шин и анализ их работы.

Цель: Собрать и настроить устройства ввода–вывода в программе Electronics Workbench. Объяснить принцип работы.

Краткие сведения:

В процессе работы микропроцессорной системы требуется обмен данными между:

1. МП и ВУ;

2. МП и ЗУ;

3. ВУ и ЗУ (без участия МП, т. н. прямой доступ в память - ПДП);

Например, обмен данными между МП и ВУ производится по схеме: ВУ---» МП ---» ВУ, а между ВУ и ЗУ – по схеме: ВУ ---» МП ---» ЗУ, т. е., всегда (если это не режим ПДП) в обмене данными участвует МП, используя свой главный накопительный регистр АКК (аккумулятор) в качестве промежуточного при передаче данных.

В простейших МПС устройства ввода-вывода это набор адресуемых буферных регистров, т. н. портов ввода и портов вывода. Управляет операциями ввода и вывода микропроцессор, переводя свою двунаправленную шину данных в нужное направление: в режиме Ввод – по направлению к процессору, в режиме Вывод – по направлению от процессора. Рассмотрим эти две операции по шагам:

Вывод данных:

Шаги:

1. МП: Адрес порта ---» ША (Шина адреса), Дешифратор адреса ---» выдает сигнал ВК (активный). Т. е., выбор порта произведен, но порт пока пассивен, не открылся.

2. МП: Данные ---» ШД (Шина данных). Предварительно ШД переводится в режим Вывод.

3. МП: сигнал Запись, Данные ---» порт вывода (записаны).

Ввод данных:

Шаги:

1. МП: Адрес порта ---» ША, Дешифратор адреса ---» выдает сигнал ВК (выбор порта; данные в нем уже должны быть).

2. МП (DBIN): ШД ---» в режим Ввод.

3. МП: выдает сигнал Чтение;

По сигналу Чтение: Данные ---» ШД ---» АКК.

Задание.

1.Синтезировать и отладить схему взаимодействия микропроцессора с устройствами ввода и вывода.

Технические данные:

1) ШД – 4-разрядная;

2) ША – 4-разрядная;

3) Рекомендуемые к использованию компоненты:

Микросхемы – 7442 (Дешифратор 4 на 10), многорежимный буферный регистр (MBR-D4, подсхема), D - триггеры.

Стандартные логические элементы, буфер с тремя состояниями.

2. Схему продемонстрировать в двух режимах:

1) Ввод данных: из порта ввода через ШД в аккумулятор микропроцессора. Для ввода данных в порт ввода использовать переключатели.

2) Вывод данных: из аккумулятора через ШД в порт вывода. Для ввода данных в аккумулятор использовать переключатели.

Указания:

1.Все необходимые точки, индикаторы, клавиши и т. д. подписывать.

Рекомендации по синтезу схемы взаимодействия микропроцессора с устройствами ввода и вывода.

1.Схема должна содержать следующие компоненты: аккумулятор МП (АКК), регистр адреса (РА), двунаправленные шины данных (ШД), однонаправленные шины адреса (ША), дешифратор адреса (ДШ), одно устройство ввода (УВв) и одно устройство вывода (УВыв). (См. рис. 3.)

Рис. 3.

2. Аккумулятор строить на D-триггерах. Для выдачи данных из аккумулятора на двунаправленные шины данных использовать шинные формирователи.

3. Предусмотреть возможность занесения данных в аккумулятор МП как с шин данных, так и из внутренних регистров МП, в качестве внутренних регистров МП использовать переключатели.

4. Для управления шиной данных (шинными формирователями) использовать переключатель режима «Ввод/Вывод» ( «Чтение/Запись»).

5. Для построения регистра адреса использовать D-триггеры. Синхронизировать их сигналом С (Строб) от МП. Для занесения адреса в регистр адреса использовать переключатели. Дешифрацию адреса выполнить дешифратором 7442 (Дешифратор 4 на 10) из стандартного набора компонентов Electronics Workbench.

6. Интерфейсные устройства ввода и вывода строить на многорежимных буферных регистрах MBR-4D (подсхемы 4-х разрядного буферного регистра). Вход ВК2 многорежимных буферных регистров подключить к источнику напряжения +5 В, вход ВР (выбор режима) заземлить.

7. В качестве устройства ввода использовать переключатели. Устройство вывода имитировать световой сигнализацией (пробниками).