Проектирование микропроцессорной системы

 

Примечание: М - Любая комбинация уровней или сигналов, отличная от -CS1=L, CS2=H.

 

Для выбора конкретной МС в модуле памяти потребуется дешифратор. Для этой цели выберем МС К555ИД7.

Данная микросхема представляет собой  дешифратор 3*8 с инверсией по выходу.

  В виду малой  нагрузочной способности  системной магистрали в схеме  необходимы буферные элементы. Выберем  МС К555АП6.

Данная МС представляет собой двунаправленный восьмиразрядный буфер.

 

2.4.3.  Разработка принципиальной  схемы модуля памяти

 

В модуль памяти будут входить две МС ПЗУ, три МС ОЗУ, дешифратор, два элемента “ИЛИ”, три буфера (два на шину адреса и один на шину данных)  (рис. 7).

Поскольку число разрядов в слове модуля и в слове ИС ЗУ совпадает, то необходимо объединить одноименные информационные входы (выходы) всех ИС ЗУ и сделать их соответствующими входами (выходами) модуля. Одноименные адресные входы всех ИС следует объединить и сделать их младшими адресными входами модуля. Оставшиеся старшие адресные входы модуля следует подать на входы дешифратора выбора ИС, число входов которого в нашем случае равно трем, а число выходов - восьми (кол-во сегментов по 8 килобайт).

В нашем модуле памяти используются ПЗУ емкостью 16 килобайт, поэтому 1 и 2, 3 и 4 выходы дешифратора необходимо объединить по “И” и полученные сигналы подать на входы -CS ИС ПЗУ. Выходы 5,6,7 дешифратора необходимо подать на входы -CS1  ИС ОЗУ.

Сигналы SA14 и SA15 шины адреса можно пустить в обход буфера адреса сразу на дешифратор, так как они сильно не нагружены. Освободившиеся два разряда можно использовать   для   сигналов -MEMR и

-MEMW шины управления.

Сигнал -MEMR подается на входы -СЕО  ИС ОЗУ и ПЗУ, а также на вход TF буфера шины данных.

Сигнал -MEMW  подается на входы -WR/RD ИС ОЗУ.

Сигнал   Лог. “1” подается на входы: TF буферов шины адреса, SE1 дешифратора, UPR МС ПЗУ, CS2 МС ПЗУ.

Сигнал  GND (“земля”) подается на входы -EO буферов, -SE2 и -SE3 дешифратора, А14 МС ПЗУ.

 

2.5.   Проектирование модуля  интерфейса пользователя

 

2.5.1. Разработка функциональной  схемы модуля интерфейса пользователя

 

Согласно варианту задания необходимо разработать модуль интерфейса пользователя со следующими характеристиками:

количество клавиш в клавиатуре - 32;

    количество знакомест дисплея - 12.

Модуль интерфейса пользователя должен обеспечивать ввод информации с клавиатуры и вывод информации на дисплей . Выполнение этих функций   должно  взять  на  себя  программируемое интерфейсное устройство ( ПИУ ). Микросхема должна состоять из двух функционально автономных частей: клавиатурной и дисплейной.

Модуль интерфейса пользователя занимает определенный адрес в адресном пространстве устройств ввода-вывода. Для определения обращения микропроцессора к модулю в схеме необходим дешифратор адреса.

Для согласования по нагрузке МС ПИУ с системной шиной, клавиатурой и дисплеем потребуются соответствующие буферные схемы.

Таким образом получаем функциональную схему (рис. 8):

  Клавиатура

    К   БК

 

            ПИУ       Дисплей

          БД

     Д

 

 

       БДх        ДА           БУ

  Системная шина

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

Рис. 8

где    ПИУ - программируемое интерфейсное устройство;

К - клавиатурная часть ПИУ;

Д - дисплейная часть ПИУ;

БК - буфер клавиатуры;

БД - буфер дисплея;

БДх - буфер шины данных;

ДА - дешифратор адреса;

БУ - буфер шины упраления.

2.5.2.  Выбор элементной базы  модуля интерфейса пользователя

 

В микропроцессорном комплекте серии К580 программируемым интерфейсным устройством является МС К580ВВ79. Она предназначена для ввода и вывода информации в системах, выполненных на основе микропроцессоров К580ВМ80 и К1810ВМ86. Функциональное назначение выводов МС К580ВВ79 приведено в таблице 10.

Таблица 10

Вывод	Обозначение	Тип вывода	Функц. назначение выводов
8,7,6,5,2, 1,39,38	RET7-RET0	Вход	Входы линий возврата
36	SH	Вход	Сигнал сдвига
37	V/-STB	Вход	Сигнал управления
10	R	Вход	Сигнал чтения
11	W	Вход	Сигнал записи
21	NS/-D	Вход	Управление записью/чтением
22	CS	Вход	Выбор микросхемы
3	CLK	Вход	Тактовые импульсы
9	CLR	Вход	Установка в исходное состояние
19,18,17,16 15,14,13,12	D7-D0	Вход/Выход	Канал данных
24-27	DSPA3-DSPA0	Выход	Канал А
28-31	DSPB3-DSPB0	Выход	Канал B
23	BD	Выход	Гашение отображения L-уровня
35,34,33,32	S3-S0	Выход	Сканирование клавиш клавиатуры или набора датчиков и дисплея
4	INT	Выход	Прерывание
40	UCC	-	Напряжение питания +5В
20	GND	-	Общий

 

Микросхема состоит из двух частей: клавиатурной и дисплейной.

Клавиатурная часть обеспечивает ввод информации в микросхему через “линии возврата” RET7-RET0 с клавиатуры, а также ввод по стробирующему сигналу. Для хранения вводимой информации в микросхеме предусмотрен обратный механизм - оперативное запоминающее устройство ( ОМ-ОЗУ ) емкостью 8 байт. Последний работает по принципу “первый вошел - первый вышел”.

При наличии информации в ОМ-ОЗУ микросхема вырабатывает сигнал “Запрос прерывания” INT, а в случае ввода или чтения более восьми символов- сигналы (флаги ) переполнения или переопустошения.

В клавиатурной части микросхемы предусмотрен специальный режим обнаружения ошибок при замыкании двух и более клавиш, а также введена схема устранения дребезга при замыкании (размыкании) клавиш.

Дисплейная часть может сопрягаться с 8- и 16- разрядными цифровыми или алфавитно-цифровыми дисплеями. Вывод информации происходит по двум 4-разрядным каналам DSPA3-DSPA0 и DSPB3-DSPB0 в виде двоичного кода.

Для хранения  информации, подлежащей отображению, в микросхеме имеется ОЗУ отображения объемом 16 слов* 8 разрядов.

Микросхема обеспечивает также формирование кодированных или дешифрированных интерфейсных сигналов сканирования S3-S0 клавиатуры и дисплея, а также сигнала для межразрядного гашения -BD информации на дисплее.

Применение МС К580ВВ79 в системах позволяет полностью освободить МП от операции сканирования клавиатуры и регенерации отображения.

Дешифратор адреса модуля можно построить на базе МС К556РТ4. Функциональное назначение выводов МС приведено в таблице 11.

 

Таблица 11

Выводы	Обозначение	Назначение
5,6,7, 1-4,15	А0-А2, А6-А3,А7	Адресные входы
9,10,11,12	D3-D0	Выходы
13	CS1	Выбор микросхемы
14	CS2	Выбор микросхемы

 

В качестве буфера клавиатуры можно использовать микросхему К555АП6 (двунаправленный восьмиразрядный буфер).

Буферную схему клавиатуры можно реализовать на микросхемах К555АП5 (однонаправленный восьмиразрядный буфер).

В качестве индикаторов дисплея выберем светодиодные индикаторы АЛС324.   Индикатор   АЛС324   имеет   красный   цвет   свечения,  силу  света

15. мкд, постоянное прямое напряжение (UПР) 2.5 В, постоянный прямой ток

(IПР) 20 мА. Клавиатуру можно выполнить на базе клавишных механических датчиков типа ПКН125.

Остальные    элементы   выберем   и   опишем   в   процессе   разработки

принципиальной схемы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5.3. Разработка принципиальной  схемы модуля интерфейса пользователя

 

Разработку принципиальной схемы модуля интерфейса пользователя (рис. 9) начнем с заполнения карты прошивки  МС К556РТ4.

Отведем модулю интерфейса пользователя адреса  18h и 19h в адресном пространстве устройств ввода вывода (разряд А0 определяет работу схемы управления вводом /выводом). При выставлении на шину адреса одного из этих адресов МС ПЗУ должна выдать “лог.0” на входы -CS МС ККР580ВВ79 и -ЕО МС К555АП6 (буфер данных). Микросхема также должна определять уровень сигнала -AEN.

Таким образом карта прошивки ПЗУ будет иметь вид:

 

Таблица 12

Адрес								Выход
Разряды:								Разряды:
А0	А1	А2	А3	А4	А5	А6	А7	D0	D1	D2	D3
0	0	1	1	0	0	0	1	0	Х	Х	Х
Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	0	1	Х	Х	Х
Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	1	Х	Х	Х

где Х - 0 или 1.

 

Для включения сегментов индикаторов дисплея используются выводы DSPA3-DSPA0 и DSPB3-DSPB0 микросхемы КР580ВВ79, при этом сегментный код, задающий определенную цифру или букву будет задаваться программно.

Нагрузочную способность выходов DSPA3-DSPA0 и DSPB3-DSPB0 необходимо повысить, так как дисплей состоит из 12-ти индикаторов, у которых одноименные выводы А-H объединены. Для этого эти выводы подключаются к соответствующим выводам ПИУ через буфер К555АП5.

Помимо этого необходимо ограничить ток через сегменты, для этого последовательно выходам буфера К555АП5 включаются сопротивления величиной 220 Ом.

Включение конкретного индикатора, одного из 12-ти, будет выполняться с помощью дешифратора 4*16. Его 12 первых выходов в зависимости от кода на выходах ПИУ S0-S3 будут включать соответствующие индикаторы подачей на выводы 3,9,14 напряжения питания.

В качестве такого дешифратора можно использовать К155ИД3. Микросхема  имеет  четыре  входа  и  шестнадцать выходов, а также два входа

-СЕ (входы блокировки).

Если выходы данного дешифратора напрямую через буферы К555АП3 подключить к анодам индикаторов, то индикаторы, обладая достаточно большой мощностью для ТТЛ-серии, могут вывеси из строя МС буферов.

 

 

 

Схема включения отдельного индикатора должна выдерживать прямой ток 20 мА. В качестве такой схемы можно использовать транзисторный ключ, подключающий напряжение питания к аноду индикатора. Каждый ключ будет управляться одним из 12-ти выходов дешифратора.

В качестве таких ключей, выдерживающих необходимый ток, можно взять МС К564КТ3. Микросхема состоит из четырех ключей. Управление ключом осуществляется по входу V (выводы 13,5,6,12): при наличии на входе V низкого уровня напряжения ключ закрыт, в противном случае - открыт. МС К564КТ3 предназначена для коммутации цифровых и аналоговых сигналов с током коммутации до 30 мА.

Для управления работой дисплея также используется сигнал “Гашение дисплея” (-BD). Сигнал -ВD необходимо проинвертировать, используя МС К555ЛН1, и подать на входы -ЕО МС К555АП5 - буфера дисплея. Гашение дисплея можно осуществить программным или аппаратным путем (на вход SR МС КР580ВВ79 подается сигнал RES, получаемый инвертированием сигнала

-RES на МС К555ЛН1).

Теперь перейдем к разработке клавиатурной части модуля интерфейса пользователя. Клавиатура подключается к входам RT0-RT7 МСКР580ВВ79. Поскольку клавиатура состоит из 12 клавиш, она должна быть разбита на две части по 8 и 4 клавиши.

Для усиления сигналов с клавиш необходимо использовать буфер. Выберем для этого МС К555АП5.