Реферат интерфейсы микропроцессорных систем

Обновлено: 02.07.2024

2. Интерфейсы с последовательной передачей информации.

3. Преобразователи интерфейсов

4. Пример построения интерфейса(как вариант RS 232)

При последовательной передаче информация передается по одной линии связи разряд за разрядом. Для этого необходимо преобразование данных из параллельного кода в последовательный (при передаче) и обратное преобразование из последовательного кода в параллельный (при приеме). Расстояние, на которое может передаваться информация последовательным способом, уже не ограничено волновыми свойствами сигналов и проводников. Оно определяется лишь мощностью передатчика. В частности, во всех информационных сетях передача осуществляется в последовательном коде.

Прием и передача данных в устройствах микропроцессорной системы осуществляется через специальные буферные узлы, называемые портами. Порты могут быть параллельными и последовательными. Микропроцессоры, предназначенные для использования в системах управления, обычно имеют оба типа портов.

Синхронный и асинхронный способы обмена. Существует два основных способа обмена: синхронный и асинхронный. При синхронном обмене темп выдачи информации определяет источник, который сопровождает выдачу импульсами синхронизации. Приемник информации при этом должен принимать данные в темпе, задаваемом источником. Если приемник не успел принять информацию, она будет потеряна, так как между источником и приемником нет обратной связи. Поэтому темп передачи данных должен учитывать быстродействие приемника и рассчитывается на наихудший случай.

Если интерфейс одним и тем же набором шин обеспечивает работу множества устройств микропроцессорной системы во главе с микропроцессором, его называют системным, а шины — системными. Набор системных шин, обеспечивающих работу интерфейса, называют магистралью. В интерфейсах с магистральной структурой все шины являются шинами коллективного пользования и к ним подключены все устройства системы. В микропроцессорных системах обычно используется магистральный интерфейс. Для реализации обмена к шинам одновременно может подключаться только два устройства — приемник и источник. Порядок использования общей магистрали для организации обмена между множеством различных устройств определяется контроллером магистрали.

Интерфейсы и интерфейсные БИС

С ростом разрядности и быстродействия микропроцессоров изменялись и соответствующие характеристики интерфейсов. С появлением ПЭВМ IBM PC/AT стал применяться интерфейс (шина) ISA, шина EISA (extended — расширенная) стала применяться с появлением микропроцессоров 80386. В настоящее время наиболее перспективной является шина PCI, хотя на материнских платах ПЭВМ обеспечивается возможность работы и с шиной EISA. Тактовая частота современных системных шин составляет сотни МГц.

В маркировке первых интерфейсных БИС первыми были цифры 82, после которых стояли еще две цифры, обозначающие вид конкретной схемы. При описании функциональных возможностей и структуры современных интерфейсных БИС обычно идет перечисление ранее разработанных БИС семейства 82ХХ, структурно входящих в современную БИС. Например, о современном периферийном контроллере 82С206 сказано: содержит две ИС 8259, две ИС 8237, одну ИС 8254 и др. Более того, даже в библиотеках схемных решений новейших СБИС программируемой логики присутствуют структуры традиционных БИС 82ХХ.

Для связи с системной шиной данных внешних устройств, работающих с параллельными кодами, используются контроллеры ввода/вывода параллельной информации — параллельные периферийные адаптеры.

Вопросы для самопроверки

1. Какие недостатки имеет параллельный способ передачи информации?

2. В чем заключаются особенности последовательной передачи информации?

3. Приведите пример построения интерфейса

Вариант контрольного задания выбирается в соответствии с двумя последними цифрами учебного шифра.

Задача 1. Получить минимальную форму и построить принципиальную схему для четырехвходовой логической функции, заданной таблицей 1. Для построения принципиальной схемы использовать только элементы И-НЕ: К155ЛА1 и К155ЛА3.

Интерфейс - это аппаратное и программное обеспечение (элементы соединения и вспомогательные схемы управления, их физические, электрические и логические параметры), предназначенное для сопряжения систем или частей системы (программ или устройств). Под сопряжением подразумеваются следующие функции:

· выдача и прием информации;

· управление передачей данных;

· согласование источника и приемника информации.

По способу передачи информации интерфейсы подразделяются на параллельные и последовательные. В параллельном интерфейсе все биты передаваемого слова (обычно байта) выставляются и передаются по соответствующим параллельно идущим проводам одновременно. В PC традиционно используется параллельный интерфейс Centronics, реализуемый LPT-портами, шины ATA, SCSI и все шины расширения. В последовательном интерфейсе биты передаются друг за другом, обычно по одной (возможно, и двухпроводной) линии. Эта линия может быть как однонаправленной (например, в RS-232C, реализуемой СОМ-портом, шине Fire Wire, SPI, JTAG), так и двунаправленной (USB).

Важное значение имеют также следующие технические характеристики интерфейсов:

· вместимость (максимально возможное количество абонентов, одновременно подключаемых к контроллеру интерфейса без расширителей);

· пропускная способность или скорость передачи (длительность выполнения операций установления и разъединения связи и степень совмещения процессов передачи данных);

· максимальная длина линии связи;

Трудно найти область человеческой деятельности, где бы не использовались, в той или иной форме, микропроцессоры и разнообразные устройства на их основе: начиная от сложнейших систем автоматического управления вплоть до простейших датчиков. Системы на их основе представляют собой автоматизированные микропроцессорные комплексы управления и контроля. Они разрабатываются и применяются в программных комплексах диагностики, контроля и управления в различных отраслях. Программно-технический комплекс диагностики и контроля позволяет получать исчерпывающую информацию о состоянии устройств, подключенных к микропроцессорной системе и выдавать управляющие сигналы. В последние годы промышленностью налажен выпуск программного обеспечения и специальных сменных плат, позволяющих превращать компьютер в высококачественную измерительную и испытательную систему. Компьютеры, оснащенные подобным образом, могут использоваться в качестве запоминающих цифровых осциллографов, устройств сбора данных, многоцелевых измерительных приборов. Применение компьютеров в качестве контрольно-измерительных приборов более эффективно, чем выпуск в ограниченных количествах специализированных приборов с вычислительными блоками.

№ п/п – номер варианта - 44;

№										Порт	Примеч
44	16	128	500mA	24V	LPT

– количество дискретных или аналоговых объектов управления;

– количество двухпозиционных объектов контроля (кнопок или пар контактов) или объектов измерения (аналоговых);

– максимальный ток, потребляемый дискретным объектом управления;

– напряжение включения объекта управления (напряжение срабатывания реле, питания ламп или других источников нагрузки);

– максимальный потребляемый ток аналогового источника нагрузки,;

– диапазон напряжений для аналоговых объектов управления;

– допустимая абсолютная погрешность по управлению;

– диапазон измеряемых напряжений для аналоговых объектов контроля;

– допустимая абсолютная погрешность по контролю;

Порт – необходимость применения интерфейса с указанным в этом поле портом;

Примеч. – дополнительные условия по использованию определенной элементной базы при создании УСО;

Базовый адрес порта ввода - вывода для варианта №44 определяется следующим образом:

В двоичной системе исчисления: 010001100000

Функционально УС состоит из следующих основных компонентов:

· Шина управления (ШУ): 5-ти разрядная, однонаправленная (от ПК к УСО)

· Канал входной информации (КВИ): 5-ти разрядный, однонаправленный (от УСО к ПК)

· Блока питания 5V для питания интерфейсных схем;

· Источник питания 24V для обеспечения индикации.

Функциональная схема работы устройства сопряжения компьютера через стандартный периферийный параллельный порт обеспечивает передачу данных на устройство сопряжения по трем шинам:

шина данных (ШД)-8 разрядная однонаправленная (от ПК к УСО);

шина управления (ШУ)- 4 разрядная однонаправленная (от ПК к УСО);

канал входной информации (КВИ)- 5 разрядный однонаправленный (от УСО к ПК).

сигналы по шинам данных поступают на интерфейсную плату, которая обеспечивает взаимодействие с платами управления индикацией.

Для построения принципиальной схемы необходимо подобрать элементную базу и сформировать основные узлы устройства

1. К555АП6

Микросхема представляет собой восьмиразрядный двунаправленный приемопередатчик с тремя состояниями на выходе и без инверсии входной информации, применяется в качестве интерфейсной схемы в системах с магистральной организацией обмена информации, в системах цифровой автоматики и микропроцессорных устройствах

Режим работы определяется комбинацией сигналов на двух входах управления - Е и SED0. При низком уровне напряжения на входе управления третьим состоянием Е, направление передачи определяется логическим уровнем на входе SED, а при высоком уровне напряжения на входе Е выходы микросхемы переводятся в высокоимпедансное состояние.

В разрабатываемой схеме микросхема будет использоваться в качестве шинного формирователя, задача которого - обеспечение необходимого уровня мощности сигналов, а также для защиты интерфейса LPT от высокого потенциала в случае пробоя одного из транзисторов схемы управления индикацией.

2. К155ИР13

Микросхема представляет собой универсальный восьмиразрядный сдвиговый регистр с выходом на три состояния и может применяться в качестве буферного запоминающего устройства для временного хранения данных, для преобразования данных из параллельной формы в последовательную и наоборот или для задержки информационных сигналов

Возможны 4 режима работы: параллельная загрузка, сдвиги вправо (от D1 к D8) и влево (от D8 к D1),блокировка.

Примечание: 0 – низкий уровень, 1 – Высокий уровень, х - любое состояние, ↑ - положительный перепад. Qnп – предыдущее значение n выхода.

3. К155ИД3

Микросхема представляет собой дешифратор четырехзначного двоичного кода. По входам Е0 и Е1 подаются сигналы разрешения выходов, чтобы устранять текущие выбросы, которыми сопровождается дешифрация кодов, появляющихся не строго синхронно (например, поступающих от счетчика пульсации). Чтобы разрешить прохождение данных на выходы, на входы Е0 и Е1 следует дать напряжение низкого уровня. Когда на входах Е0 и Е1 присутствуют напряжения высокого уровня, то на выходах 0-15 появляются также высокие уровни.

Дешифратор К155ИДЗ потребляет ток 56 мА. Время задержки распространения сигнала для цепи "вход А – выход" составляет 36 нс. Внешний вид и обозначения контактов приведены на рис. 4.5.

С выхода DD1 усиленный по уровню сигнал подается на микросхему DD4 – регистр данных, куда они записываются по управляющему сигналу (С1) из порта и хранятся до подачи нового управляющего сигнала. С выхода DD4 данные поступают прямиком на регистры DD5-DD6 данных выбранной группы устройств.

Программа формирует следующий пакет данных, отвечающих за выбор микросхемы на платах управления, в которую будут записаны переданные ранее данные. Снова происходит посылка в порт, и данные через DD1 попадают одновременно на входы регистра данных DD4, по управляющему сигналу (С0) данные записываются в регистр. Регистр DD4 разрешает запись в один из двух регистров данных (DD5-DD6), которые идут с регистра DD4.

Информация с регистров DD5 – DD6 подается на транзисторы VT1-VT16. При подаче на эти транзисторы напряжения высокого уровня они открываются.

При контроле состояния объектов данные, сформированные компьютером, поступают через порт на DD1 - шинный формирователь, а с него на дешифраторы DD7-DD8, которые подключены к горизонтальным линейкам матрицы объектов. Вертикали подключены к шинному формирователю DD3 (через который осуществляется контроль) с одной стороны, а с другой стороны на них подается +5В (логическая 1).

Для разработки программного обеспечения для обеспечения функций управления и контроля воспользуемся средой Delphi. В среде разработки создадим форму и добавим на неё 3 объекта типа TEdit и 2 объекта типа TButton:

Для управления регистрами LPT порта будем использовать библиотеку inpout32.dll. Необходимо в заголовке программы, в секции uses поместить прототипы функций Out32 и Inp32 со специальной директивой компилятора external, говорящей откуда нужно эти функции брать:

function Inp32(PortAdr: word): byte; stdcall; external 'inpout32.dll';

function Out32(PortAdr: word; Data: byte): byte; stdcall; external 'inpout32.dll';

Создадим обработчик кнопки "Считать", код которого будет реализовывать считывание данных по адресу, указанному в поле Edit1 и вывод считанных данных в поле Edit2:

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);

Out32($37A, 12); //разрешаемдешифрацию DD7

Data:= Inp32($379); //считываем с регистра управления

Out32($37A, 4); //запрещяем выполнение каких-либой действий

Создадим обработчик кнопки "Записать", код которого будет реализовывать запись указанных данных (0-255) по указанному адресу (0-15):

procedure TForm1.Button2Click(Sender: TObject);

Out32($378, StrtoInt(data)); //Записываем в регистр DD5

Out32($37A ,6); //разрешаем запись в DD5

Out32($37A, 4); //запрещяем выполнение каких-либой действий

Out32($378, StrtoInt(adress)); //Записываем в регистр DD4

Out32($37A, 5); //разрешаем запись DD4

Out32($37A, 4); //запрещяем выполнение каких-либой действий

Out32($37A, 0); //разрешаем дешифрацию DD6

Out32($37A, 4); //запрещяем выполнение каких-либой действий

Расчет базового адреса порта

В двоичной системе исчисления: 0000 0100 0110 0000

1.Меркулов, А. В., Микропроцессорная система управления на базе интерфейсов персонального компьютера[Текст]:: Учеб. пособие. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2004. – 70 с.: ил.

3. Якубовсий, С.В. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы[Текст]: Справочник / С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И. Кулешова и др. – М.: Радио и связь, 1089. – 496 с.

4. "Интегральные микросхемы: Справочник" / Б. В. Тарабин, Л.Ф. Лунин, Ю. Н. Смирнов и др.; под ред. Б. В. Тарабрина. – М.: Радио и связь, 1984 – 528с., ил.

Изучение особенностей интерфейсов ввода и вывода, которые на сегодняшний день широко используются в микропроцессорных системах. Характеристика различных семейств микроконтроллеров, применяемых в современных микропроцессорных системах управления.

Рубрика	Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид	доклад
Язык	русский
Дата добавления	09.03.2015
Размер файла	35,7 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ: ФИЗИКО - ТЕХНИЧЕСКИЙ

КАФЕДРА: ЭЛЕКТРОНИКА И АВТОМАТИКА ФИЗИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Выполнили: студент группы 0712

система микропроцессорный управление

В данном реферате речь будет идти о различных интерфейсах ввода/вывода, которые на сегодняшний день широко используются в микропроцессорных системах и не только, а также о различных семействах микроконтроллеров, которые используются в микропроцессорных системах управления.

Операцией ввод/вывод называется взаимодействие между обработчиком информации и внешней средой, например человеком или другим обработчиком информации.[1]

Ввод означает сигнал или данные, полученные системой, а вывод - сигнал или данные, посланные ею. Устройства для взаимодействия между компьютерами, как модемы и сетевые карты, обычно служат устройствами ввода и вывода одновременно.

Интерфейс ввода/вывода требует управления процессом каждого устройства. Интерфейс обязан иметь соответствующую логику для интерпретации адреса устройства, генерируемого процессором. Установление контактов должно быть реализовано интерфейсом при помощи определенных команд, чтобы процессор мог взаимодействовать с устройством ввода/вывода через интерфейс.

Шина - состоит из множества параллельно идущих через всех потребителей данных проводников. Основной характеристикой шины данных является ее ширина в битах.

Микропроцессор -- устройство, выполняющее алгоритмическую обработку информации, и, как правило, управление другими узлами компьютера или иной электронной системы. Представляет собой цифровую интегральную схему выполняющую последовательность инструкций -- программу.

Различают универсальный и специализированный процессоры. Универсальный процессор имеет такую архитектуру, систему команд и конструктивно-технологическое управление, которое позволяет ему решать огромный круг задач и использоваться в различных условиях. Специализированный процессор, наоборот, создается специально для определенного круга задач, например, для логических операций.

Подсистема ввода-вывода в микропроцессорной системе

PCI также является интерфейсом ввода/вывода для подключения различных периферийных устройств к компьютеру через материнскую плату. Однако данный интерфейс является более современным и используется до сих пор, в отличие от ISA. Данный интерфейс имеет максимальную скорость передачи данных составляет до 132 Мбайт/с на частоте 33 МГц для 32-х разрядной шины и 528 Мбайт/с для 64-х разрядных данных на частоте 66 МГц. Строение разъема PCI интерфейса представляет собой две подряд расположенные секции, где в каждой отдельной части расположены 64 контакта. Вторая секция обладает специальной перегородкой для правильной установки платы в разъеме. Также как и ISA интерфейс PCI предназначен для подключения различных периферийных устройств.

PCI Express или PCI-E представляет собой модифицированную шину PCI. Данный интерфейс был выпущен организацией PCI Special Interest Group в 2002 году, однако начат он был еще компанией Intel. Интерфейс PCI-E является своего рода пакетной сетью с топологией типа звезда и взаимодействует между собой через специальную среду, которая образована коммутаторами, с помощью которыми соединяются различные устройства по типу точка-точка. Также по сравнению с предыдущим интерфейсом PCI Express поддерживает горячую замену карт, гарантированную полосу пропускания, управление энергопотреблением и контролирует целостность передаваемых данных. Пропускная способность интерфейса примерно составляет 2.5 Гбит/с.

IDE является параллельным интерфейсом и предназначен только для подключения различных накопителей и жестких дисков. В данном интерфейсе имеется специальный контроллер, поддерживающий два разъема IDE. К каждому данному разъему можно подключить по два устройства, где одно - ведущее, а второе - ведомое, или наоборот. Параллельный IDE интерфейс обладает пропускной способностью до 66 Мбайт/с.

Как и предыдущий интерфейс SATA является последовательным интерфейсом, предназначенного для обмена данными с различными накопителями информации. Данный интерфейс основан на 7-контактном разъеме, к которому подключается специальный кабель. Такой SATA-кабель является более устойчивым к многократным подключениям за счет своей формы, имеющую меньшую площадь и, таким образом, упрощает разводку проводов внутри системного блока компьютера. Сам же разъем SATA подает три напряжения питания: +12 В, +5 В и +3.3 В, но зачастую некоторые современные устройства работают и без третьего напряжения на +3.3 В. Максимальная пропускная способность SATA интерфейса составляет до 6 Гбит/с.

На сегодняшний день USB является самым распространенным интерфейсом передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств для персональных компьютеров и не только. Практически во всех электронных гаджетах, компьютера и даже в телевизорах существует такой разъем. Сейчас существуют все возможные модификации USB интерфейса: microUSB, miniUSB, USB 2.0, USB 3.0 и т.д. В основном они отличаются только размерами и скоростью передачи данных. Также к одному USB каналу есть возможность подключения до 127 различных внешних устройств. Передача данных по USB интерфейсу осуществляется в пакетном режиме. При использовании данного интерфейса передача данных осуществляется со скоростью до 10 Гбит/с. В USB присутствуют два провода питания, что позволяет подключать различные периферийные устройства без собственного источника питания, а также два провода для приема и передачи данных.

Profibus является открытой промышленной сетью, разработанной компанией Siemens AG для своих промышленных контроллеров Simatic. Данная сеть основывается на международных стандартах IEC 61158 и EN 50170 и широко применяется в машиностроении, автоматике и управлением промышленным оборудованием. С использованием Profibus можно объединить разрозненные устройства автоматизации в единую систему на уровне датчиков и приводов. Возможен обмен данными как между ведущими и ведомыми устройствами, так и между несколькими ведущими устройствами.

Микроконтроллеры микропроцессорных систем управления

Также данное семейство микроконтроллеров имеет нововведения, такие как:

два 16-разрядных таймера-счетчика;

аппаратный последовательный дуплексный порт;

двухуровневая система прерываний;

В данном семействе микроконтроллеров преобладает ускоренная работа с внешней памятью программ, данных и различными прерываниями, так же размер адресного пространства внешней памяти программ и данных стал 128 Кбайт. Также появились 16-разрядные регистры счетчика команд и указателя данных, что дало возможность напрямую обращаться ко всему диапазону адресов.

В дальнейшем MCS-51 модифицировали относительно многих параметров:

появился полностью статический дизайн;

3- и 5-вольтовые версии кристаллов;

широкий спектр встроенных периферийных устройств;

максимальная тактовая частота - 24 мГц; для отдельных групп кристаллов - 33 мГц.

Несмотря на то, что семейство микроконтроллеров MCS-51 достаточно устарело, они до сих пор широко используются в сравнительно простых встроенных системах управления.

Система команд данных микроконтроллеров очень хорошо развита и насчитывает около 133 различных инструкций. Большинство таких команд выполняется за один такт. Различное множество команд микроконтроллеров AVR принято разбивать на несколько групп по назначению:

команды логических операций;

команды арифметических операций и команды сдвига;

команды операции с битами;

команды пересылки данных;

команды передачи управления;

команды управления системой.

Управление периферийными устройствами осуществляется через адресное пространство данных.

PIC является микроконтроллерами, имеющую гарвардскую архитектуру, основанную на RISC-ядре. Изначально PIC предназначались для расширения возможностей ввода-вывода 16-битных микропроцессоров CP1600. Данные микроконтроллера широко применяются в различных областях электроники и автоматики за счет того, что являются очень удобными для программирования, а также они дешевле тех же AVR-микроконтроллеров.[2]

Также семейство PIC-микроконтроллеров имеет базу фирменных программаторов-отладчиков, таких как IC PROG, ICD-2, ICD-3, REAL ICE, Pickit, PicKit2, Pickit3, с помощью которых можно не только прошить микроконтроллер, но также выполнить и пошаговую отладку.

ARM представляет собой семейство 32-битных и 64-битных RISC-процессоров, разработанных компанией ARM Limited. Семейство ARM-процессоров на сегодняшний день являются самыми распространенными по использованию в различной электронике, в такой как КПК, мобильных телефонах, цифровых носителях и плеерах, портативных игровых консолях, калькуляторах и компьютерных периферийных устройствах и многом другом. Данные процессоры имеют низкое энергопотребление, что позволило их использовать в различной портативной технике.[2]

Семейство ARM-процессоров имеет архитектуру типа RISC, которая имеет следующие особенности:

Архитектура загрузки или хранения;

Поддержка нелинейного доступа к памяти, но не во всех моделях;

16х32-битный регистровый файл;

Фиксированная длина команд (32 бита) для простоты декодирования из-за снижения плотности кода;

Во многих процессорах семейства ARM присутствует шина PCI, а также существует возможность для работы с внешней динамической памятью, а также контроллеры шин USB, I2C, различные устройства для работы с флэш-носителями, контроллер последовательного порта и многое другое. Все процессоры имеют линии ввода-вывода общего назначения.

В настоящее время значимыми являются несколько семейств процессоров ARM, такие как ARM7, ARM9, Cortex A и Cortex M.

Современные интерфейсы ввода/вывода обеспечивают высокие скорости пересылки данных, необходимые для передачи видеофильмов, огромного количества расчетов, обработки различных математических моделей и т.д. С течением времени модернизируются старые интерфейсы и создаются новые, чтобы обеспечить необходимые условия для комфортной и нормальной работы. Также можно сказать, что каждый интерфейс имеет свои особенности и применения. Какие-то интерфейсы применяются в основном в персональных компьютерах, а какие-то в производстве. Однако они все предназначены для приема и передачи данных. И с каждым выходом нового, модернизированного интерфейса скорость передачи растет, что способствует хорошей и быстрой передачи данных для решения поставленной задачи.

То же самое можно сказать и о различного рода микроконтроллерах и микропроцессорах, которые применяются в электронике и автоматике. Прогресс не стоит на месте, все движется и изменяется. Такую фразу можно применить и к процессорах различных семейств. Одни хороши для микропроцессорных систем управления, другие - для электроники. Но все они со временем улучшаются, становятся производительнее, быстрее, их размеры уменьшаются, что способствует их применению в различных портативных устройствах. Модернизация различного рода процессоров создает огромную пользу для людей, которые занимаются в разных видах деятельности, например, программистам, электронщикам и автоматчикам, что хорошо сказывается на применении различных микропроцессорных систем управления в производстве.

Ливенцов С. Н., Вильнин А. Д., Горюнов А. Г. Основы микропроцессорной техники: учебное пособие - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2007. - 118 с.;

Веприк В. Н., Афанасьев В. А., Дружинин А. И., Земсков А. А., Исаев А. Р., Малявко О. В. Микроконтроллеры семейства MCS-51: Учебное пособие. - Новосибирск.

Подобные документы

Микросхема КР 580 ВВ55А как программируемое устройство ввода/вывода параллельной информации, его внутренняя структура и функциональные особенности, сферы практического применения. Методика и этапы настройки контроллера для его нормальной работы.

методичка [157,1 K], добавлен 24.06.2015

Анализ функционирования установок для исследования режимов работы компонентов с СЭВМ. Разработка схем микропроцессорных устройств и периферийного оборудования ЭВМ для учебного комплекса по интерфейсам ввода-вывода. Функционирование микросхемы КР580ВВ55.

курсовая работа [2,5 M], добавлен 20.05.2011

Основные причины применения микропроцессорных централизаций на станциях. Преимущества применение микропроцессорной и компьютерной техники, показатели и нормы их безопасности. Принципы построения программного обеспечения микропроцессорных централизаций.

презентация [1,8 M], добавлен 13.06.2014

Цифровые технологии получения рентгенографических изображений. Усовершенствование модуля ввода/вывода данных в цифровом рентгенографическом аппарате Sire Mobil Compact для улучшения качества фильтрации и изображения путем внедрения новых технологий.

курсовая работа [732,4 K], добавлен 10.11.2010

Последовательность этапов разработки микропроцессорных систем управления и стадий выпуска конструкторской документации. Анализ алгоритмов, определяющих логическую структуру микропроцессорной системы управления, последовательность выполнения операций.

реферат [224,5 K], добавлен 09.08.2011

Проектирование модуля вывода дискретных и ввода аналоговых сигналов для систем управления различным технологическим оборудованием. Моделирование схемы модуля в ССМ Multisim. Разработка печатной платы модуля. Разработка принципиальной и структурной схем.

курсовая работа [1,8 M], добавлен 03.11.2014

Разработка расширителя портов ввода-вывода и особенности его применения. Программируемая логическая интегральная схема CPLD. Плис CoolRunner-II, главные функции. Листинг модулей на языке Verilog. Временная диаграмма, внутреннее содержание модуля.

Добро Пожаловать на Aim.Uz

Referatlar to'plami

Barcha fanlardan o'zbek tilida referatlar mega to'plami, arxiv mutlaqo bepul.

Интерфейсы микропроцессорных систем.

План:

1. Интерфейсы микропроцессорных систем.

2.Интерфейсы в системе MULTIBUS .

3. Параллельная локальная магистраль.

4.Магистраль многоканального в/в MSN .

5.Магистраль локального в/в SBX .

6.Магистраль связи BITBUS .

7. Параллельная системная магистраль.

1. Интерфейсы микропроцессорных систем.

Интерфейсы предназначены для организации взаимодействия между микросхемами организующими функциональные модули при построении вычислительной системы. Для организации взаимодействия между вычислительной машиной при организации вычислительных комплексов. Интерфейсы регламентируют правило взаимодействия между всеми функциональными модулями микропроцессорной системы, устанавливают взаимодействие и определяют протоколы и порядок обмена информацией.

Конфигурации интерфейсов разработаны исходя из следующих требований:

получение нужного быстродействия и организации стандартного обмена информацией между блоками вычислительной системы независимо от их быстродействия;
простота наращивания структуры многопроцессорного комплекса и возможность доступа для диагностики;
широкая область применения.

Электрические соединения между выводами микросхем выполняются электрическими связями или линиями. Эти линии сгруппированы по определенному функциональному назначению образуют шину адреса, шину данных и шину управления. Совокупность шин образует магистраль. В зависимости от функционального назначения интерфейсы классифицируются по следующим принципам:

- по способу создания функциональных модулей;

- по способу передачи данных – параллельный, последовательный и последовательно-параллельный ;

- по режиму передачи данных –односторонние, 2-х сторонние, одновременная или поочередная передача.

- по принципу обмена информацией – синхронный и асинхронный.

2.Интерфейсы в системе MULTIBUS .

Предназначены для организации микропроцессорных модулей. На базе МП К1810 разработаны 2 разновидности интерфейсов – I и II

Интерфейс в системе MULTIBUS состоит из 5-ти магистралей:

- параллельная локальная магистраль LBX ;

- многоканальная магистраль в/в MSW ;

- локальная в/в SBX ;

- управляющая последовательная магистраль – BITBVS ;

- Последовательная системная магистраль – SSB ;

Параллельная локальная магистраль.

LBX предназначена для подключения к вычислительной системе дополнительных блоков или модулей памяти. С ее помощью можно подключить от 2-х до 5-ти модулей памяти.

Функциональные возможности: может позволить организовать по ней обмен информацией в режиме прямого доступа к памяти. Линии этого интерфейса стандартизованы, образуют 60-ти проводниковый жгут и имеют следущее функциональное назначение:

AB 0- AB 23 – линия шины адреса;

DB 0- DB 15 – линия шины данных;

TRAP – разряд проверки четности;

BHEN – разрешение на передачу старшего байта.

ASTB – строб сопровождения информации об адресе;

R / W - сигнал записи / чтения;

XACK - подтверждение передачи в устройство;

LOCK – блокировка магистрали;

SHRA – запрос на переход в режим прямого доступа к памяти;

SMACK - ответ на переход в режим прямого доступа к памяти.

CN 0 - линия заземления.

Магистраль работает в режиме чтения/ записи данных. Информация об адресе сопровождается сигналом ASTB , а данных DSTB . Подтверждение приема сопровождается сигналом XACK , обмен информацией происходит в параллельном коде.

4. Магистраль многоканального в/в MSN .

Предназначена для освобождения системной магистрали от операции в/в при обращении к внешним устройствам. С помощью этой магистрали можно подключить до 16-ти внешних устройств передающих 8 либо 16 разрядные данные со скоростью 8 Мбайт/с. Максимальная длинна этой магистрали до 15 метров. Выполняется в виде стандартного 60-контактного жгута, линии которого имеют следующее функциональное назначение:

AD 0- AD 15 – мультиплексированная шина адреса/ данных;

GND - линия заземления;

PB ,* PB – дифференциальные сигналы дополнения данных до четности.

R / W ,* R / W – дифференциальные сигналы чтения /записи.

A / D ,* A / D –Дифференциальные сигналы управления адресом/данными;

DRDY ,* DRDY – дифференциальные сигналы готовности информации на шине А/ D ;

AACC – признак приема адреса исполнителем;

DACC – ответ исполнителя при приеме данных;

STQ – завершение процедур обмена;

SRQ – запрос состояния устройства для передачи информации;

SA – готовность передатчика информации.

5.Магистраль локального в/в SBX .

Предназначена для подключения к одноплатным вычислительным машинам дополнительные платы сопроцессора. Подключается плата с расширенной 2-й системой, арифметикой, графикой. Магистраль имеет 60-ти проводную структуру, линии которой имеют следующее назначение:

MA 0- MA 2 –младшие разряды адреса, задающие адрес порта при подключении сопроцессора;

MCS 0- MCS 1 – сигналы выбора микросхем в плате микропроцессора;

MD 0- MDF – 16 линий данных;

IORD – сигнал сопровождения адреса при выдаче информации из сопроцессора;

IOWRT – сигнал сопровождения адреса при выдаче информации в сопроцессор;

RESET – сброс линии или начальная установка;

MWAIT – ожидание сигнала сопровождения процедуры обмена сопроцессора;

MDRQT – запрос режима прямого доступа к памяти у ЦП;

MDACK – подтверждение прямого доступа к памяти;

TDMA – сигнал завершения работы каналов прямого доступа к памяти;

MCLK – сигнал синхронизации для сопроцессора;

MPST – признак наличия модуля расширения, сопроцессора.

С помощью магистрали можно подключить 8 сопроцессоров со скоростью передачи информации не более 10 Мбайт /с.

6.Магистраль связи BITBUS .

Последовательная управляющая магистраль предназначенная для передачи информации в режиме синхронной передачи до 30 метров, в режиме асинхронной передачи до нескольких километров. В режиме синхронной передачи скорость может быть 500 Кбит/с либо 2,4 Мбит/с.

В режиме асинхронной передачи скорость может быть – 62,5 Кбит/с либо 375 Кбит/с.

Магистраль предназначена для регистрации локальных сетей. Физически она представляет собой 9-ти канальный жгут проводов, имеющий функциональное назначение.

DATA ,* DATA – дифференцированная сигнальная пара – линия для передачи данных.

DCLK / RTS , * DCLK / RTS – дифференциальная пара – сигнальная, синхронизации управления.

GND , +12 D – общая линия управления

ZGND – 3-е состояние

Обмен информацией по этой магистрали выполняется кадрами, которые имеют следующий формат:

7. Параллельная системная магистраль.

Предназначена для подключения к центральному процессору для подключения устройств (до 20-ти устройств).

Внешние прерывания бывают:

маскируемые, поступающие по входу INTR ;
немаскируемые, поступающие по входу NMI . На запросы на немаскируемые прерывания МП обрабатывает всегда независимо от состояния флага прерывания;

Процедура обслуживания внешних прерываний выполняется с помощью специального контроллера прерываний КР1810ВН59.

Микросхема представляет собой программируемый контроллер прерываний позволяющий одновременно обслуживать 8 внешних устройств. Может работать с К1810 и К580. Функциональные возможности микросхемы допускают каскадирование (можно обслуживать до 64 внешних устройств).

IRQ 0- IRQ 7 – запросы на прерывания. Если программируемым путем не произведено перераспределение приоритетов, то IRQ – маскируемый приоритет.

A 0 – дресный вход для подключения младшей линии адреса.

С S – выбор микросхемы.

WR – запись информации в микросхему.

INTA – подтверждение прерывания.

D 0– D 7 – входы данных (для программирования микросхемы). Подключаются к младшему байту шины данных.

INT – вход прерывания.

CAS 0- CAS 2 – входы для каскадирования микросхем.

Микросхема может работать в режимах программирования и режиме обслуживания переферии. Режим программирования задается CS =0.

Микропроцессорные системы содержат основные устройства, подразделяемые на четыре класса: процессоры, память, периферийные устройства (дисплеи, принтеры, сканеры, клавиатура, мышь) и интерфейсы. Интерфейсы объединяют различные устройства в систему.

Интерфейс - логическая или физическая структура, соединяющая устройства с разными логическими протоколами или конструкциями и служащая для передачи информации между устройствами, нередко разнородными. Интерфейс может быть определен более кратко как совокупность средств, обеспечивающих взаимодействие компонентов системы или сети.

Физический интерфейс - термин, определяющий совокупность механических и электрических средств, а также физических сред. Такая совокупность служит физической основой для создания логического интерфейса.

Логический интерфейс - термин, охватывающий все логические протоколы.

Логический протокол - совокупность правил передачи кодированной информации между устройствами, узлами или элементами системы.

Канал связи - совокупность передатчика, линии связи и приемника, обеспечивающая передачу информации в одном направлении.

Линия связи - техническое устройство (пара проводов, кабель, оптоволокно) или луч в физической среде, используемые для пропускания сигналов.

Группа линий - набор линий, служащих для выполнения родственных функций.

Магистраль - совокупность групп линий, служащих для передачи данных и управляющих сигналов. Магистраль соединяет все станции в крейте.

Параллельная магистраль - магистраль, к которой обслуживаемые устройства присоединены параллельно и в которой передача битов происходит параллельно во времени во всех линиях.

Последовательная магистраль состоит из одной линии с последовательной во времени передачей битов. Обслуживаемые устройства могут быть присоединены параллельно.

Передатчик - устройство, начинающее передачу запросом магистрали или посылкой запроса в канал.

Приемник - устройство, принимающее задание от передатчика и отвечающее ему.

Крейт - каркас для установки модулей, неотъемлемой частью которого являются магистраль или каналы, предназначенные для передачи данных и управляющих сигналов, а также проводники питания.

Модуль - сменный блок, использующий линии магистрали или канала в соответствии со стандартом и занимающий в крейте одну или более станций.

Станция - позиция в крейте для разъема, служащего для соединения модуля с магистралью или каналом.

Интерфейс с периферийными устройствами

USB - быстрый, двунаправленный, динамически подключаемый последовательный интерфейс, совместимый с основными требованиями различных платформ ПК.

Основные отличительные особенности архитектуры шины USB:

- легкость в использовании для расширения числа периферийных устройств ПК до 127;

- простота работы для конечного пользователя;

- дешевизна контроллеров, кабелей и оборудования;

- возможность подключения различных устройств со скоростями работы от нескольких Кбит/с до нескольких Мбит/с;

- поддержка скоростей передачи 12Мбит/с и 1,5Мбит/с;

- поддержка передачи в реальном масштабе времени голоса, звука, и сжатого видео; при изохронных передачах обеспечивается гарантируемое требование по быстродействию и малое время оклика;

- поддержка как изохронных, так и асинхронных типов передачи данных по одним и тем же проводам;

- совместимость с различными конфигурациями ПК и с существующими интерфейсами операционных систем;

- возможность динамически присоединять, идентифицировать и реконфигурировать периферийные устройства;

- высокая степень загрузки шины;

- широкий диапазон размеров пакета и встроенное в протокол управление потоком данных при буферной обработке;

- согласование скоростей передачи данных, размеров буферизируемого пакета и время отклика;

- встроенный в протокол механизм восстановления при ошибках и обработки неисправностей. Поддержка обнаружения и отключения отказавших устройств.

Шина USB соединяет USB-устройства с USB-хостом. В любой USB-системе может быть только один хост-контроллер (Host). На физическом уровне топология USB представляется в виде многоуровневой звезды (рис. 1.5). Устройства USB могут подключаться непосредственно к хосту, но так как число устройств может быть велико, предусмотрено подключение через специальные концентраторы (hubs), которые расположены в центре каждой звезды. Корневой концентратор (root hub) обычно интегрирован внутрь хост-системы, чтобы обеспечивать одну или большее число точек подключения. Каждый сегмент провода - двухточечное соединение между хостом и концентратором или функцией, или концентратором, соединенным с другим концентратором или функцией.

Рис. 1.5. Топология USB-шины

USB-xoст взаимодействует с USB-устройствами через хост-контроллер и отвечает за:

- обнаружение подключения и удаления USB-устройств;

- управление управляющим (Control) потоком между хостом и USB-устройствами;

- управление перенумерацией и конфигурирование подключенных USB-устройств;

- управление потоком данных между хостом и USB-устройствами;

- сбор статистики о состоянии и активности USB-устройств;

- обеспечение подачи питания ограниченной мощности на подключенные USB-устройства.

Существует два главных класса USB-устройств: устройства-концентраторы и устройства-функции. Устройства-концентраторы (hubs) обеспечивают дополнительное присоединение USB-узлов, а устройства-функции (functions) - подключение функциональных устройств. В одном USB-устройстве могут объединяться возможности устройств-функций и устройств-концентраторов для подключения других функций (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Пример объединения концентраторов и функций

Устройство-функция USB - устройство, которое способно передать или получить данные или управляющую информацию по шине. Функция обычно выполняется как отдельное периферийное устройство с кабелем, который подключается к порту концентратора (например, мышь, клавиатура). Каждая функция содержит информацию о конфигурации, которая описывает ее параметры и требования к ресурсам. Прежде чем устройство-функция будет использовано, оно должно быть сконфигурировано хостом. Такая конфигурация включает в себя распределение пропускной способности USB-шины и выбор специфических настроек конфигурации функции.

Каждая конечная точка имеет характеристики, и их необходимо знать клиентскому программному обеспечению для определения типа соединения:

- требования к частоте доступа и времени отклика на USB-шине;

- требования по пропускной способности канала связи с этой точкой;

- уникальный номер конечной точки;

- особенности реакции при обнаружении ошибок;

- максимальный размер пакета, с которым работает конечная точка;

- тип передачи для данной конечной точки;

- направление передачи данных - для блочных и изохронных передач.

Вся пропускная способность USB-шины может быть распределена среди множества различных потоков данных. Это позволяет широкому диапазону разноскоростных устройств присоединиться к USB-шине. USB-хост резервирует некоторую пропускную способность для конкретного канала только после его установления. Для USB-устройств, требующих большой пропускной способности, следует продумать вопросы буферизации, т.е. выделить большие по размеру буферы и обеспечить, чтобы аппаратная задержка буферизации не превышала нескольких миллисекунд.

Если при распределении дополнительного канала произойдет нарушение существующей пропускной способности или изменение времен отклика, USB блокирует распределение пропускной способности, и дальнейшее распределение каналов отклоняется или блокируется. Когда канал закрыт, выделенная ему пропускная способность освобождается и может быть перераспределена на другой канал.

Как определено в спецификациях USB 1.0 и 1.1, имеются два режима передачи сигналов, которые могут использоваться на одной шине благодаря динамическому переключению скоростей. Полноскоростной режим передачи информации по USB-шине со скоростью 12 Мбит/с и низкоскоростной режим передачи сигналов в 1,5 Мбит/с, который имеет ряд функциональных ограничений и позволяет работать при меньшем уровне защиты от электромагнитных помех (EMI) и который определен, чтобы поддерживать ограниченное число низкоскоростных устройств (типа мыши), так как включение большого числа низкоскоростных устройств значительно снижает пропускную способность шины.

Определение скоростных характеристик устройства и самого факта включения его на шину производится благодаря имеющимся в устройстве pull-up-резисторам, подключенным к линиям D+ или D-. Подключение резистора к линии D+ сигнализирует подключение полноскоростного устройства, к линии D- - низкоскоростного.

Для подключения внешних устройств USB позволяет иметь кабельный сегмент длиной до 5 м. USB-кабель состоит из 4 проводов:

- Vbus - линия для передачи питания +5 вольт при максимальном токе в 500 мА;

- D– - первый провод витой пары для передачи данных;

- D+ - второй провод витой пары для передачи данных;

Проводники Vbus и GND служат для подводки питания (+5 В) к устройствам, которые запитываются от шины. Любое подключенное устройство может или использовать свое питание (self-powered), или получать питание от хоста или хаба (bus-powered). Отметим, что системное программное обеспечение USB-хоста управляет энергосбережением в сети, посылая устройствам команды войти или выйти из режима энергосбережения.

Передача данных и сигналов управления происходят между программным обеспечением хоста и особой конечной точкой в USB-устройстве. Хост USB обрабатывает связь с любой конечной точкой USB-устройства независимо от любой другой конечной точки. Такие соединения между программным обеспечением хоста и конечной точкой устройства USB называются каналами. Например, USB-устройство может иметь одну конечную точку, которая будет поддерживать канал для передачи данных в USB-устройство, и другую конечную точку, которая поддерживает канал для передачи данных из USB-устройства.

Стандарт USB определяет четыре типа передачи: Control, Interrupt, Bulk, Isochronous. Каждый тип передачи определяет различные характеристики потока связи:

- свой формат кадров данных для обмена по USB;

- ограничения на размер пакета;

- ограничения на доступ к шине;

- требуемую последовательность пакетов данных.

Передача типа Управление (Control) - пакетная, непериодическая передача управляющих сигналов. Прием операнда из памяти хоста использует этот тип передачи в режиме запрос-ответ для инициализации, настройки конфигурации USB-устройства или получения информации о статусе USB-устройства. Control-данные доставляются без потерь, так как хост резервирует часть каждого USB-кадра для передачи Control-информации.

Передача типа Bulk – непериодическая. Применяется для обмена большими массивами информации для данных, которые могут использовать любую доступную пропускную способность, не используемую другими типами передач в данный момент, и могут быть задержаны, пока не будет доступна нужная пропускная способность. Надежный обмен данными обеспечивается на аппаратном уровне, с использованием обнаружения ошибок на аппаратном уровне и автоматической повторной перепосылки поврежденных данных, но только ограниченное число раз.

Изохронные (Isochronous) или потоковые (Streaming) передачи - передачи данных в реальном времени, которые занимают заранее оговоренную пропускную способность USB-шины с заранее оговоренным временем отклика. Таким образом, это периодическая, непрерывная связь между хостом и устройством, которая обычно используется для передачи потоковой, критичной ко времени информации, такой как аудио или видеоинформация.

Изохронные данные могут быть чувствительны к скорости и задержкам доставки, так как их поток непрерывен и требует обработки и передачи в реальном масштабе времени. Чтобы поддержать необходимую синхронизацию, изохронные данные должны передаваться по шине со скоростью их поступления. Если скорость доставки потоков этих данных не поддерживается на определенном уровне, то в потоке произойдут сбои из-за переполнения или обнуления буферов.

USB разработана с целью минимизации задержки изохронных передач данных. Для этого изохронные потоки данных в USB занимают выделенную часть пропускной способности USB-шины, а это гарантирует, что данные могут доставляться с нужной скоростью. При изохронной передаче любая ошибка на физическом уровне не исправляется аппаратно путем повторений. Но эта проблема решается за счет того, что средняя частота передачи ошибочных битов в USB-шине достаточно мала. Определение ошибок происходит только на уровне согласования CRC16 контрольной суммы. Изохронная передача не использует механизм переключения флажков DATA0/DATA1 и всегда передается с PID DATА0.

Читайте также: