Реферат: Микропроцессор AonZ80
Порт ввода-вывода
Реализована на БИС КР580ВВ55А (D10), управление выборкой БИС - на К555ЛЛ1 (элемент D8.4).
Микросхема КР580ВВ55А - программируемое устройство ввода/вывода параллельной информации, позволяющее сопрягать различные типы внешних устройств (индикаторы, клавиатуры, датчики, формирователи и др.) с шиной данных АОНа.
| Вывод | Назначение |
| АО, А1 | Адресные входы выбора каналов |
|
DO-D7 |
Входы-выходы данных |
|
CS |
Выбор кристалла |
|
RD |
Чтение (вход) |
|
WR |
Запись (вход) |
|
BА0-ВА7 |
Информационный канал A |
|
ВВ0-ВВ7 |
Информационный канал B |
|
ВС0-ВС7 |
Информационный канал C |
|
RESET |
Сброс |
|
Ucc |
Напряжение питания |
|
GND |
Общий |
Таким образом, БИС обеспечивает возможность построения современных систем цифровой обработки аналоговых сигналов.
Обмен информации с микропроцессором осуществляется по 8-разрядной двунаправленной шине данных. Для связи с периферийными устройствами используется 24 линии ввода/вывода, сгруппированные в три 8-разрядных канала A, B, C, направление передачи информации и режимы работ которых определяются программным способом. Выбор соответствующего канала и направление передачи информации через канал определяются сигналами АО, Al, RD, WR, CS в соответствии с таблицей истинности.
При подаче сигнала RESET рычаг управления устанавливается в состояние, при котором все каналы настраиваются на работу в режиме ввода.
| Сигналы на входах БИС | Направление передачи информация | ||||||||
| A1 | A0 | RD | WR | CS | |||||
| Операции ввода (чтение) | |||||||||
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | BB - Шина данных | ||||
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | ВС - Шина данных | ||||
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | ВС - Шина данных | ||||
| Операции ввода (запись) | |||||||||
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | Шина данных – ВА | ||||
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | Шина данных – BB | ||||
| 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | Шина данных – ВС | ||||
| 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | Шина данных – Рг. управления | ||||
| Операции блокировки | |||||||||
| X | X | X | X | 1 | Шина данных - третье состояние | ||||
| 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | Запрещенная комбинация | ||||
Узел сброса
Формирует сигнал сброса на ЦП, заставляя его начать выполнение программы с адреса 0000Н. Узел сброса состоит из следующих элементов:
R15, R18, С15, VD8, VD9 (рис. 3.16).
Сигнал сброса - RESET: активен низким («0») состоянием.
Сигнал формируется в двух случаях:
1. Аппаратный сброс - при включении питания. Ток, протекая от источника питания через R15, заряжает конденсатор С15. Время заряда определяет продолжительность нахождения ЦП в нерабочем состоянии: вся магистраль данных находится в высокоомном состоянии, шины адреса — 0000Н, управляющие сигналы не вырабатываются. Задержка в работе ЦП необходима для окончания всех переходных процессов в элементах и узлах схемы, что способствует уверенному запуску всей системы. В связи с этим, продолжительность импульса сброса не должна быть менее 1 мс, а верхняя граница - превышать нескольких десятков мс, чтобы при кратковременном пропадании напряжения не осложнялся повторный запуск и восстановление работоспособности ЦП. При этом С15=10-100 mf, R15=l-30 кОм (20 кОм).
2. Программный сброс - каждые 3 минуты в процессе работы, как защита от возможного «зависания». Источником этого сигнала является выход 1-го канала (OUT 1) таймера. Сигнал активен низким («0») потенциалом.
При формировании программного сброса, ток протекает от источника питания через R18-VD9 на OUT1. R18 и VD9 образуют делитель напряжения, поэтому для надежной работы номинал R18 должен быть гораздо больше сопротивления прямого перехода VD9 -100 Ом.
R18 = 100 Ом * 100 = 10 кОм (с запасом - 20 кОм)
Диод VD8 служит для блокировки разряда конденсатора С15 (начала формирования аппаратного сброса) при выполнении программного сброса.
Условия формирования сигнала сброса ЦП (RESET) объединены в монтажное «или», логика работы которого приведена ниже:
| Аппаратный сброс | Программный сброс | Reset |
| + | + | + |
| + | - | + |
| - | + | + |
| - | - | - |
«+» - сигнал формируется;
«-» - сигнал
отсутствует.
Задающий генератор
Задающий генератор (ЗГ) предназначен для формирования сигналов синхронизации:
CLC1 - частотой 4 MHz для работы ЦП;
CLC2 - частотой I MHz для обеспечения работы таймера.
Схема состоит из тактового генератора на элементах Dl.l, D1.2, кварцевом резонаторе Q1, резисторах Rl, R2 и делителе частоты, на счетчике D2 и резисторе R16 (рис 3.17).
Схема тактового генератора - классическая, собрана на двух инверторах, работающих в аналоговом режиме, и на кварцевом резонаторе (для обеспечения наибольшей стабильности по частоте сигналов синхронизации)
Делитель частоты позволяет получить из сигнала задающего генератора необходимые сигналы синхронизации - CLC1 и CLC2. На рис.3.17 приведены две основные схемы. Они отличаются лишь используемой ИМС. К555ИЕ5 - в одном случае, К555ИЕ7 - в другом. Соответственно различны и схемы подключения. Функции, которые выполняют обе эти микросхемы, полностью идентичны. Параметры получаемых на выходе сигналов, по большому счету, никак не зависят от типа используемой ИМС. Микросхема К555ИЕ7, на момент создания этого варианта, была более доступна широкому кругу радиолюбителей.
Обратите внимание на то, что в задающем генераторе могут использоваться различные кварцевые резонаторы - на 16 MHz и на 8 MHz, поэтому для правильного функционирования необходимо установить (перерезать) указанные перемычки.
Узел выборки ОЗУ
Выборка ИМС со стороны ЦП осуществляется сигналом CS, который формируется этим узлом из сигналов управления.
| A13 | MREQ | CS | Действие |
|
0 |
0 |
1 |
|
|
0 |
0 |
1 |
Нет выбора |
|
1 |
1 |
1 |
ОЗУ |
|
1 |
0 |
0 |
Выбор ОЗУ |
Реализован на элементах: D1.4, VD22, VD23, R39, VT3, VD34, R47, С14, C15, VD4, VD3 GB1.
Этот узел собран на дискретных элементах и относится к одному из самых «узких» мест в конструкции АОНа.
На этот узел возлагаются три основные функции:
/. Формирует сигнал CS по заданным сигналам управления.
2. Обеспечивает сохранность информации.
При отключении источника питания заряженный по цепи I конденсатор С 15 начинает разряжаться (II) на ОЗУ, тем самым поддерживая необходимый потенциал (min 2,5V) для хранения информации (рис. 3.18):
При использовании конденсаторов с малыми токами утечки или большой емкости время хранения информации может составлять от нескольких часов до нескольких суток. Батарея питания позволяет полностью исключить возможность пропадания информации ОЗУ, поддерживая потенциал питания ИМС ОЗУ при пропадании питающего напряжения. Следует отметить, что каскад батарей должен обеспечивать напряжение не менее 2,5V Обычно устанавливают 2 батареи по 1,5V, соединяя их последовательно.
3. Предотвращает выход из строя ОЗУ. Микросхема ОЗУ К537РУ10 обладает одним плохим свойством, если на входе CS продолжительное время присутствует логический «0» при поданном напряжении питания (т.е. ИМС выбрана), то ОЗУ быстро выходит из строя. Поэтому, подключение дополнительного источника к коллектору VT5 через резистор R7 исключает возможность выхода из строя ИМС (внешнее проявление - сильный разогрев корпуса). Без этого технического решения не удавалось обеспечить удовлетворительную надежность работы ИМС ОЗУ в схеме АОНа.
Остановимся более подробно на работе отдельных элементов этого узла.
| 1 случай | MREQ = «0» |
| A13 = «0» |
Работа каскада формирования выборки ОЗУ определяется протеканием тока по цепи II: Ucc-R39-VD17-A13. На выходе инвертора - высокий потенциал, поэтому ток I не оказывает влияния на работу узла. Потенциал на базе VT3, определяемый II составляет 0,5-0.7 V в зависимости от типа диода (германиевые - 0,5-0,6; кремниевые - 0,6-0,7). При использовании диода в эмиттерной цепи VT3 (как правило, кремниевого) потенциала между базой и эмиттером VT3 (0-0,2 V) недостаточно, чтобы ток I открыл транзистор VT3, следовательно, транзистор закрыт, на его коллекторе протеканием тока. И устанавливается потенциал логической «1». Выбора ОЗУ не происходит (CS = «1»). Рекомендуем в базу VT3 устанавливать германиевые диоды (типа Д9) - VD16 и VD17 (при их использовании диод в эмиттерной цепи VT3 может и не понадобиться), в случае установки кремниевых диодов - установка кремниевого диода типа КД521 (КД522) VD22 – обязательна. Суть рекомендации в том, что диод VD22 обеспечивает надежное запирание транзистора VT3. К этому необходимо прибегать, учитывая, что используемые кремниевые диоды в цепи базы имеют большое сопротивление прямого р-n перехода и создаваемое за счет этого большое падение напряжения при отсутствии VD22 становится достаточным для открывания VT3 и ложного формирования сигнала выборки ОЗУ Считанные данные накладываются на данные, которые в настоящее время считываются из других источников - происходит сбой.
| 2 случай | MREQ = «1» |
| A13 = «0» |
Основной ток, определяющий потенциал базы VT3, содержит две составляющие: ток, протекающий по цепи I (Ucc-R39-VDl6 - выход инвертора D1-4) и ток, протекающий по цепи II (Ucc-R39-VD17-A13). Суммарный ток задает потенциал базы VT3 0,5-0,7V (разность потенциалов б-э VT3 недостаточна для открывания транзистора). На коллекторе VT3 - напряжение близкое к Ucc, поэтому сигнал «Выборка ОЗУ» не формируется (CS = «1»).
| 3 случай | MREQ = «1» |
| A13 = «1» |
Основной ток будет протекать по I: Ucc-R39-VD16-выход инвертора D1.4, задавая потенциал базы VT3 0,5-0.7 V (разность потенциалов б-э VT3 недостаточна для открывания транзистора) - на коллекторе VT3 напряжение близкое к Ucc - сигнал «Выборка ОЗУ» не формируется (CS = «1»).
| 4 случай | MREQ = «0» |
| A13 = «1» |
MREQ («0») после инверсии на элементе D1.4 - «1». A13 также «1». Следовательно, высокий потенциал будет и на базе VT3 (в общей точке соединения диодов VD16 и VD17 собрана монтажная схема «И»), который сформирует ток V (Ucc-R6-6-э VT3 - VD22 - «земля»), открывая транзисторный ключ на VT3. Протекающий через него транзисторный ток I (Ucc-к-э VTЗ-VD22-«земля») сформирует низкий потенциал на коллекторе VT3 (около 0,5V). CS=0 - это означает, что происходит выбор ОЗУ.
