Проектирование узлов цифровой техники (967610), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Таблица Таблица

истинности состояний

Рис. 18

Задание 3 состоит в проектировании микропроцессорной сис­темы в программной ее части. Составить программу — это запи­сать последовательность команд для действий микропроцессора.

Нужно ввести через один из портов установленные внешними устройствами сигналы. Применяя пересылки, сдвиговые и логи­ческие операции выполнить в младшем разряде действия согласно уравнению (2). Полученный результат выдать через другой порт на выход. Такой подход к составлению программы называют компи­ляцией.

Можно в некоторую область памяти заранее записать таблицу выходных сигналов для всех сочетаний входных. Программу дей­ствия составить как нахождение необходимой строки этой табли­цы по входному сигналу. Такой подход называют интерпретацией. Выяснить, какой подход лучше, можно по критериям быстродей­ствия и объема программы.

Бесконечный цикл выполнения для микропроцессорных про­грамм является основным. При этом можно ввести цикл ожида­ния прихода сигнала, разрешающего выполнить некоторые дей­ствия.

Перед написанием программы необходимо составить ее алго­ритм. Вначале следует изобразить исходный алгоритм, в котором записать блоки задания — что нужно сделать. Далее его детализи­руют до уровня отдельных команд. Такой алгоритм уже указывает последовательность команд — как выполнить задание.

На основе алгоритма написать программу. Оптимальный вари­ант для данного задания — написать программу на языке ассемб­лера. Затем она транслируется в коды — байты команд.

Для расчета быстродействия при написании программы необ­ходимо ввести графу, в которую нужно записывать количество тактов, необходимых микропроцессору на выполнение каждой команды.

С точки зрения программирующего, микропроцессор — это набор регистров и счетчиков. Для микропроцессора КРБ80ВМ80 — это восьмиразрядные регистры A, F, В, С, D, E, H, L, a PC — про­граммный счетчик и SP — указатель стека являются шестнадцати­разрядными счетчиками (рис. 19). Действия над их содержимым определяются командами.

В списке команд этого микропроцессора их 244. Почти все действия выполняются в арифметико-логическом устройстве (АЛ У). Всеми операциями управляет первичный управляющий автомат (ПУА) в непрерывающемся переходе от выполнения од­ной команды к следующей. Составленную программу как после­довательность байтов следует записывать в память. Если она неиз­менная, то ее байты записывают в постоянную память, выполнен­ную на БИС ППЗУ. Такие микропроцессорные системы называют контроллерами.

После импульсного сигнала СБР программный счетчик обну­ляется, т.е. PC = 0000H Начинается выполнение программы. Со­держание PC появляется на магистрали адресов и сопровождается соответствующим сигналом чтения памяти от системного кон­троллера (рис. 20). Первый байт передается из БИС памяти в мик­ропроцессор и выполняется.

В процессе выполнения команд при обработке каждого их байта кроме основных действий происходит увеличение содержа­ния программного счетчика на единицу. Так подготовляется адрес для выборки следующего байта в двух- или трехбайтных командах или байта следующей команды. Выполняется линейный алгоритм построения программы.

Существуют команды занесения в PC адреса, указываемого в составе самой команды. Она оказывается в этом случае трехбайтной. По этим командам выполняются заданные алгоритмом пере­ходы по программе, в частности организуются циклы.

Фиксированные, заранее известные адреса можно занести в PC командами RSTN, где N от 0 до 7. Эти команды однобайтовые. Их удобно использовать при прерываниях.

Прерывания инициируются внешним устройством, подающим на микропроцессор сигнал запроса прерывания (ЗПР). Приняв запрос на прерывание, микропроцессор после завершения выпол­нения текущей команды должен получить код команды RSTN. Выполняя ее, он перейдет к реализации фрагмента программы, обслуживающего это прерывание, который записан с соответству­ющего адреса памяти.

Необходимая команда RSTN подготовляется аппаратно. В ал­горитме программы ее нет. В состав микропроцессорной системы вводится регистр прерывания, в котором записывается код этой команды. Приняв сигнал ЗПР, микропроцессор через системный контроллер сигналом подтверждения прерывания (ППР) выводит выход этого регистра из высокоомного состояния. Содержащийся в нем код поступает по магистрали данных в микропроцессор и команда выполняется.

Программа обслуживания прерываний завершается командой RET, возвращающей микропроцессор к выполнению прерванной программы.

После сигнала СБР и приема сигнала ЗПР прерывания запре­щены, т.е. не будут восприняты микропроцессором. Существуют команды, разрешающие и запрещающие прерывания.

Условные ветвления в алгоритме программы — это переходы по указываемому в команде адресу в соответствии со значением ДА флага. По значению НЕТ команда условного перехода игнори­руется, т.е. выполняется только PC — PC + 1.

Флагами являются отдельные разряды регистра флагов F. Фла­ги устанавливаются при выполнении команд, влияющих на них. Каждый из флагов фиксирует значение одного из признаков вы­ходного сигнала АЛУ после выполнения команды (см. рис. 19). Например, флаг Zнулевого результата равен единице, если выход­ной сигнал данных нулевой по всем восьми разрядам, и Z= 0, если сигнал не нулевой. Флаг СУ является по существу девятым разря­дом выходного сигнала АЛУ. Его значение СУ = 1 указывает на переполнение разрядной сетки при выполнении операции сумми­рования, либо принимает значение бита, попадающего в него при выполнении сдвиговой операции. Если команда не влияет на фла­ги, то их значения сохраняются.

Рис. 19

Рис. 20, а

Рис. 20, б

Запись данных в оперативную память микропроцессорной си­стемы и их считывание может осуществляться командами с непос­редственным указанием любого из адресов ОЗУ. Для обращения к оперативной памяти также можно использовать стековую ее орга­низацию. Стековая область памяти — это, как правило, последние адреса реально используемых БИС оперативной памяти. Запись и считывание в эту область происходит по текущему содержанию указателя стека SP.

Такое использование оперативной памяти организует доступ к ячейкам памяти при записи и считывании только по очереди. Реа­лизуется принцип: первым вошел при записи, последним вый­дешь при считывании. Это программно более компактно, а при выполнении программы реализуется с большим быстродействием.

Каждая команда характеризуется: кодом команды — 1 байт (первый байт двух- или трехбайтных команд), общим количеством байт в команде, мнемоническим описанием команды, являющим­ся ее названием, описанием выполняемых по этой команде дей­ствий, влиянием на флаги и количеством тактов выполнения ко­манды. При выполнении команды ее код, полученный микропро­цессором по магистрали данных, устанавливается на входе пер­вичного управляющего автомата. По тактам с частотой 2 МГц этот автомат выдает сигналы, управляющие всеми операциями в мик­ропроцессоре. При этом выполняются действия, определенные этой командой.

Схема электрическая принципиальная микропроцессорной системы на основе комплекта БИС КР580 в конфигурации, соот­ветствующей поставленной в задании задаче управления, пред­ставлена на рис. 20.

БИС ГФ24 - генератор, ВМ80 - микропроцессор, ВК38 - сис­темный контроллер образуют процессор управляющей системы. Реальные возможности такого процессора шире требуемых для выполнения задания, поэтому есть неиспользуемые выводы этих БИС. Они на схеме не указаны.

В условных обозначениях всех микросхем не указаны номера выводов.

Память в системе образуется двумя БИС. Постоянная память для записи программ выполнена на БИС КР556РТ17 — ППЗУ с пережигаемыми перемычками, организация 512x8. Оперативная память для записи и считывания промежуточных данных выпол­нена на БИС КР535РУ8 - ОЗУ с организацией 1Кх8. Для ее акти­визации в качестве сигнала ВМ используется бит адресного сигна­ла А9.

RLC

RAL

RRC

RAR

Рис. 21

Для ввода и вывода данных из микропроцессорной системы используется БИС ВВ55 — интерфейс ввода-вывода. После вклю­чения напряжения питания по сигналу СБР все внутренние регис­тры этой БИС обнуляются. Для начала работы по передаче данных ее каналы А, В и С, обладающие свойствами двунаправленных ре­гистров, необходимо настроить на направление передачи. Занесе­ние в РУС — регистр управляющего слова (порт 03) слова данных 98Я настраивают канал А (порт 00) на ввод, канал В (порт 01) на вывод, младшие четыре бита канала С (порт 02) на вывод, стар­шие — на ввод.

При обращении к ВВ55 по адресному сигналу и соответствую­щим сигналам ЧТВВ или ЗПВВ она активизируется сигналом ВМ, образуемым их конъюнкцией.

В качестве регистра прерывания использован регистр ИР82. На его входе, как указано на рис. 21, образован код команды RST4. В каждом конкретном случае составления программы необходимо выбрать наиболее подходящую команду RSTN и в схеме указать образование ее кода.

Внешний сигнал начальной установки воспринимается как СБРВ — входной сброс, поступающий на генератор. В микропро­цессор он попадает синхронизированным с тактовыми сигналами.

Таблица кодирования ППЗУ — это перечень полученных в ре­зультате трансляции байтов команд с указанием адресов, по кото­рым они располагаются.

Таблица формируется по строкам, указывающим адрес перво­го в строке байта, затем самих байтов, которых в строке 16. Эти ад­реса, так же как и байты, выражаются числами в шестнадцатеричной системе счета: 0000, 0010, 0020, 0030 и т.д.

Объем программы в байтах указывается десятичным числом.

8. КОМАНДЫ МИКРОПРОЦЕССОРА КР580ВМ80

При описании команд используются обозначения (табл. 3):

N(**) — порт ввода или вывода, фактически адресный сигнал, 1 байт;

D8 — операнд двухбайтной команды, записывается програм­мирующим как некоторое число, 1 байт;

D16 — операнд трехбайтной команды, записывается програм­мирующим;

D8CT — старший байт;

D8MJI — младший байт;

ADR — адрес в составе трехбайтной команды, 2 байта;

R — регистр;

RP — регистровая пара ВС, DE, HL;

PSW — слово состояния, фактически регистровая пара AF;

M(RP) — ячейка памяти микропроцессорной системы, адрес которой находится в RP.

Таблица 3

ОПИСАНИЕ КОМАНД

Характеристики

Список файлов книги