Принципы построения и основы работы микропроцессорных систем управления

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Лекция 1

Принципы построения и основы работы микропроцессорных систем управления

 

Рисунок 1.1 – Функциональная схема МПСУ

Микропроцессорные системы управления (МПСУ) представляют собой комплекс технических и программных средств, осуществляющих ввод информации о состоянии управляемого объекта, обработку информации и вывод управляющих сигналов на объект управления. Функциональная схема МПСУ приведена на рисунке 1.1, где ВУ – внешние устройства.

 

Ядром МПСУ является МЭВМ. Минимальная конфигурация МЭВМ содержит микропроцессор (МП) и память. Память подразделяется на постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) и оперативные запоминающие устройства (ОЗУ). В ячейках ПЗУ хранятся в виде двоичных кодов команды программы работы МПСУ. МП выполняет эти команды. Промежуточные результаты выполнения команд сохраняются во внутренних регистрах МП или ОЗУ.

Работа МП состоит в последовательном выполнении команд, считанных из ПЗУ (рисунок 1.2). Команда состоит из кода операции (КОП) и операндов.

КОП является обязательной частью команды, и он определяет содержание действий в процессе выполнения команды и также указывает на наличие операндов. Операнд содержит информацию, уточняющую действия в процессе выполнении команды:

- адреса ячеек памяти и ВУ, из которых читается информация (в цикле чтения) или в которые записывается информация (в цикле записи);

- числовые константы;

- проверяемые условия;

- адреса переходов и др.

Операнд является необязательной частью команды. Количество операндов (0, 1 или 2) в команде определяется КОП. Операнды, относящиеся к выполняемой команде, располагаются по адресам ячеек ПЗУ сразу за ячейкой с КОП.

Естественное выполнение команд – последовательное. Однако возможны без

Рисунок 1.2 – Размещение команд в памяти

условные и условные переходы, например, как показано на рисунке 1.2, после выполнения команды №2 следующей выполняется команда № N.

В сигнальном представлении КОП и операнды абсолютно неразличимы. Любой код, например, 7F, может быть либо КОП, либо операндом. Однозначность трактовки кодов и, следовательно, правильность выполнения команд программы, записанной в ПЗУ, достигается благодаря применению начальной установки и сброса МП. После прохождения начальной установки или сброса во всех типах МП начинает исполняться команда, которая расположена по нулевому адресу ПЗУ, причем всегда первым считанным кодом будет только КОП. Это, так называемый, аппаратный пуск программы МПСУ. Начальная установка происходит в момент включения питания процессора. Сброс осуществляется нажатием на кнопку "Сброс", которая имеется в схемах всех МПСУ.

Дальше команды исполняются в соответствии с их содержанием и расположением в ПЗУ. Сначала исполнится команда, считанная с нулевого адреса ПЗУ. Затем выполняется следующая команда, КОП которой содержится по адресу сразу за 2-м операндом предыдущей команды (рисунок 1.2) и т.д.

Рисунок 1.3 – Шинная организация МПСУ

Структурно МПСУ имеют шинную (магистральную) организацию связей МП с памятью и ВУ (рисунок 1.3).

Шина представляет собой совокупность физических проводников, объединенных по функциональной идентичности сигналов, передаваемых по проводникам. В МПСУ ШД имеет обычно 8 проводников (1 байт), ША – 8 или 16 проводников (1 байт или 1 слово), размерность ШУ составляет 2 – 5 проводников.

Шинная организация позволяет строить МПСУ по модульному принципу, в соответствии с которым возможно подключение стандартным способом, произвольного числа блоков памяти и ВУ.

Между МП и блоками памяти и ВУ по ШД происходит обмен данными D. Связь МП с конкретным устройством устанавливается с использованием адресной информации А, передаваемой по ША. По отношению к устройствам адресная информация структурно состоит из двух частей: адреса устройств и адреса ячейки памяти внутри этих устройств. Адрес устройства формируется дешифратором ДШ. Выбранное устройство активизируется сигналом (Chip Select – выбор кристалла чипа), в результате чего это устройство выходит на связь с МП. Все остальные устройства неактивны и связи с МП не поддерживают. В МПСУ активный уровень сигнала выбора кристалла стандартизирован и равен 0. Управляющая информация, поступающая с ШУ, определяет направление передачи информации между МП и устройствами, выбирает для связи либо блоки памяти, либо ВУ, подтверждает прерывания и др.

МП имеет также входы управляющих сигналов, назначение и количество которых зависит от типа МП. Стандартными управляющими входными сигналами МП являются сигналы сброса, запроса прерывания, захвата шин, остановки.

В режиме вывода информации из МП к ШД может быть подключено любое число блоков памяти и ВУ.

В режиме ввода информации в МП к ШД может быть подключено только один из блоков памяти или одно ВУ. Если этого не выполнить, то принимаемая МП информация будет неправильной, а одновременно подключенные к ШД блоки памяти и ВУ выйдут из строя.

 

Вопросы для самоконтроля

 

1 Назовите и охарактеризуйте компоненты, составляющие МПСУ.

2 Определите минимальную конфигурацию микроЭВМ. Назначение каждого элемента минимальной конфигурации.

3 Поясните принцип действия микроЭВМ. Что такое – "начальная установка"? В каком виде команды хранятся в памяти?

4 Дайте определение шинной организации МПСУ. В чем ее преимущества?

5 Поясните прохождение сигналов в режиме чтения памяти.

6 Поясните прохождение сигналов в режиме записи в память.

7 Поясните прохождение сигналов в режиме чтения внешних устройств.

8 Поясните прохождение сигналов в режиме записи во внешнее устройство.

 

 

Лекция 2

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: