Контрольная работа по дисциплине: «Основы микропроцессорной техники»

- прерывания - 5 уровней;

- ввод-вывод данных – 4 порта;

- регистры специальных функций  – 11; 

- таймеры – 2; 

- последовательный ввод-вывод данных;

- бит защиты памяти.  [9] 

6. Организация обмена  информацией в микропроцессорных  системах. Понятие интерфейса.

Организация прямого доступа к  памяти. Одним из способов обмена данными с внешним устройством (ВУ) является обмен в режиме прямого доступа к памяти (ПДП). В этом режиме обмен данными между ВУ и основной памятью микроЭВМ происходит без участия процессора. Обменом в режиме ПДП управляет не программа, выполняемая процессором, а электронные схемы, внешние по отношению к процессору. Обычно схемы, управляющие обменом в режиме ПДП, размещаются или в специальном контроллере, который называется контроллером прямого доступа к памяти, или в контроллере самого ВУ.

Обмен данными в  режиме ПДП позволяет использовать в микроЭВМ быстродействующие внешние  запоминающие устройства, такие, например, как накопители на жестких магнитных  дисках, поскольку ПДП может обеспечить время обмена одним байтом данных между памятью и ВЗУ, равное циклу обращения к памяти.

Для реализации режима прямого доступа к памяти необходимо обеспечить непосредственную связь  контроллера ПДП и памяти микроЭВМ. Для этой цели можно было бы использовать специально выделенные шины адреса и  данных, связывающие контроллер ПДП  с основной памятью. Но такое решение  нельзя признать оптимальным, так как  это приведет к значительному  усложнению микроЭВМ в целом, особенно при подключении нескольких ВЗУ. В целях сокращения количества линий  в шинах микроЭВМ контроллер ПДП  подключается к памяти посредством  шин адреса и данных системного интерфейса. При этом возникает проблема совместного  использования шин системного интерфейса процессором и контроллером ПДП. Можно выделить два основных способа  ее решения: реализация обмена в режиме ПДП с «захватом цикла» и в  режиме ПДП с блокировкой процессора.

Существуют две  разновидности прямого доступа  к памяти с «захватом цикла». Наиболее простой способ организации ПДП  состоит в том, что для обмена используются те машинные циклы процессора, в которых он не обменивается данными  с памятью. В такие циклы контроллер ПДП может обмениваться данными  с памятью, не мешая работе процессора. Однако возникает необходимость  выделения таких циклов, чтобы  не произошло временного перекрытия обмена ПДП с операциями обмена, инициируемыми процессором. В некоторых  процессорах формируется специальный  управляющий сигнал, указывающий  циклы, в которых процессор не обращается к системному интерфейсу. При использовании других процессоров  для выделения таких циклов необходимо применение в контроллерах ПДП специальных  селектирующих схем, что усложняет  их конструкцию. Применение рассмотренного способа организации ПДП не снижает  производительности микроЭВМ, но при  этом обмен в режиме ПДП возможен только в случайные моменты времени  одиночными байтами или словами.

Более распространенным является ПДП с «захватом цикла» и принудительным отключением процессора от шин системного интерфейса. Для  реализации такого режима ПДП системный  интерфейс микроЭВМ дополняется  двумя линиями для передачи управляющих  сигналов «Требование прямого доступа  к памяти» (ТПДП) и «Предоставление  прямого доступа к памяти» (ППДП).

Управляющий сигнал ТПДП формируется контроллером прямого  доступа к памяти. Процессор, получив  этот сигнал, приостанавливает выполнение очередной команды, не дожидаясь  ее завершения, выдает на системный  интерфейс управляющий сигнал ППДП и отключается от шин системного интерфейса. С этого момента все  шины системного интерфейса управляются  контроллером ПДП. Контроллер ПДП, используя  шины системного интерфейса, осуществляет обмен одним байтом или словом данных с памятью микроЭВМ и затем, сняв сигнал ТПДП, возвращает управление системным интерфейсом процессору. Как только контроллер ПДП будет  готов к обмену следующим байтом, он вновь «захватывает» цикл процессора и т.д. В промежутках между сигналами  ТПДП процессор продолжает выполнять  команды программы. Тем самым  выполнение программы замедляется, но в меньшей степени, чем при  обмене в режиме прерываний.

Применение в  микроЭВМ обмена данными с ВУ в  режиме ПДП всегда требует предварительной  подготовки, а именно: для каждого  ВУ необходимо выделить область памяти, используемую при обмене, и указать  ее размер, т.е. количество записываемых в память или читаемых из памяти байт (слов) информации. Следовательно, контроллер ПДП должен обязательно  иметь в своем составе регистр адреса и счетчик байт (слов). Перед началом обмена с ВУ в режиме ПДП процессор должен выполнить программу загрузки. Эта программа обеспечивает запись в указанные регистры контроллера ПДП начального адреса выделенной ВУ памяти и ее размера в байтах или словах в зависимости от того, какими порциями информации ведется обмен. Сказанное не относится к начальной загрузке программ в память в режиме ПДП. В этом случае содержимое регистра адреса и счетчика байт слов устанавливается переключателями или перемычками непосредственно на плате контроллера.

Блок-схема простого контроллера ПДП, обеспечивающего  ввод данных в память микроЭВМ по инициативе ВУ в режиме ПДП «Захват цикла», приведена на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 - контроллер ПДП для ввода данных из ВУ в  режиме «Захват цикла» и отключением  процессора от шин системного интерфейса.

 

Перед началом очередного сеанса ввода данных из ВУ процессор  загружает в регистры его контроллера  следующую информацию: в счетчик  байт — количество принимаемых байт данных, а в регистр адреса —  начальный адрес области памяти для вводимых данных. Тем самым  контроллер подготавливается к выполнению операции ввода данных из ВУ в память микроЭВМ в режиме ПДП.

Байты данных из ВУ поступают в регистр данных контроллера  в постоянном темпе. При этом каждый байт сопровождается управляющим сигналом из ВУ «Ввод данных», который обеспечивает запись байта данных в регистр  данных контроллера. По этому же сигналу  и при ненулевом состоянии  счетчика байт контроллер формирует  сигнал ТПДП. По ответному сигналу  процессора ППДП контроллер выставляет на шины адреса и данных системного интерфейса содержимое своих регистров  адреса и данных соответственно. Формируя управляющий сигнал «Вывод», контроллер ПДП обеспечивает запись байта данных из своего регистра данных в память микроЭВМ. Сигнал ППДП используется в  контроллере и для модификации  счетчика байт и регистра адреса. По каждому сигналу ППДП из содержимого  счетчика байт вычитается единица, и  как только содержимое счетчика станет равно нулю, контроллер прекратит  формирование сигналов «Требование  прямого доступа к памяти».

На примере простого контроллера ПДП мы рассмотрели  только процесс подготовки контроллера  и непосредственно передачу данных в режиме ПДП. На практике любой сеанс  обмена данными с ВУ в режиме ПДП  всегда инициируется программой, выполняемой  процессором, и включает два следующих  этапа.

1. На этапе подготовки  ВУ к очередному сеансу обмена  процессор в режиме программно-управляемого  обмена опрашивает состояние  ВУ (проверяет его готовность  к обмену) и посылает в ВУ  команды, обеспечивающие подготовку  ВУ к обмену. Такая подготовка  может сводиться, например, к перемещению  головок на требуемую дорожку  в накопителе на жестком диске.  Затем выполняется загрузка регистров контроллера ПДП. На этом подготовка к обмену в режиме ПДП завершается и процессор переключается на выполнение другой программы.

2. Обмен данными  в режиме ПДП начинается после  завершения подготовительных операций  в ВУ по инициативе либо  ВУ, как это было рассмотрено  выше, либо процессора. В этом  случае контроллер ПДП необходимо  дополнить регистром состояния  и управления, содержимое которого  будет определять режим работы  контроллера ПДП. Один из разрядов  этого регистра будет инициировать  обмен данными с ВУ. Загрузка  информации в регистр состояния  и управления контроллера ПДП  производится программным путем.

Наиболее распространенным является обмен в режиме прямого  доступ к памяти с блокировкой  процессора. Он отличается от ПДП с  «захватом цикла» тем, что управление системным интерфейсом передается контроллеру ПДП не на время обмена одним байтом, а на время обмена блоком данных. Такой режим ПДП  используется в тех случаях, когда  время обмена одним байтом с ВУ сопоставимо с циклом системной  шины.

В микроЭВМ можно  использовать несколько ВУ, работающих в режиме ПДП. Предоставление таким  ВУ шин системного интерфейса для  обмена данными производится на приоритетной основе. Приоритеты ВУ реализуются  так же, как и при обмене данными  в режиме прерывания, но вместо управляющих  сигналов «Требование прерывания»  и «Предоставление прерывания»  используются сигналы «Требование прямого доступа» и «Предоставление прямого доступа», соответственно. [5]

Любой микроконтроллер предназначен для выполнения полезных функций  по управлению или контролю физическими  параметрами конкретных объектов управления. Функции управления или контроля сводятся к обработке и последующему использованию цифровой двоичной информации, поступающей от объектов управления по линиям связи от различных устройств  сопряжения МК с объектом. В качестве таких устройств могут быть датчики  различных аналоговых физических параметров и связанные с ними нормирующие  преобразователи электрических  сигналов, аналого-цифровые преобразователи, датчики цифровой информации и др. Со стороны вывода информации МК взаимодействует  с цифровыми индикаторами, исполнительными  механизмами, дисплеями, цифропечатающими устройствами и другими средствами запоминания, хранения и использования  результатов обработки информации.

Соединение всего многообразия внешних устройств с шинами микроконтроллера осуществляется с помощью интерфейсов, которые следует понимать как  унифицированное средство объединения  различных устройств в единую систему. Любой интерфейс должен обеспечить решение следующих двух задач.

Во-первых, интерфейс в своей  аппаратной части должен обеспечить электрическое соединение различных  внешних устройств с различными электрическими и конструктивными  параметрами, с единой системой шин  конкретного микроконтроллера. При  этом должны быть учтены такие параметры, как количество линий связи, уровни и мощности электрических сигналов, длина и помехозащищенность линий  связи.

Во-вторых, интерфейс должен обеспечить гибкое программное управление всеми  подключенными внешними устройствами. В этой части интерфейс должен обеспечить не только работоспособность  ВУ, но и согласование по быстродействию различных ВУ и центрального МП. Таким образом, под интерфейсом  следует понимать унифицированное  программно-аппаратное устройство, предназначенное  для организации обмена информацией  между микропроцессором и внешними устройствами, объединенными в единую систему.

По своему назначению интерфейсы бывают внутренними и внешними. Внутренний интерфейс объединяет БИС микропроцессора, модули памяти и средства управления вводом-выводом. Внешний интерфейс  обеспечивает сопряжение информационных шин МК с внешними устройствами.

В практике создания микропроцессорных  систем управления используются два  типа системного интерфейса: интерфейс  с изолированными шинами (раздельная адресация памяти и внешних устройств) и интерфейс с совмещенными шинами (использует всю шину адреса, как для адресации памяти, так и для адресации внешних устройств) [10].

 

Практические задания.

1. Записать команды, выполняющие действие ((R0)) ← (R2)+15H

Команда	Её значение
MOV R0,R2	Переносим  значение R2 в регистр R0
MOV A,R0	Переносим  значение регистра R0 в аккумулятор А
MOV R0,15H	Переносим  число 1516  в регистр R0
ADD A,R0	Производим сложение аккумулятора и  регистра R0
MOV R0,A	Переносим значение из аккумулятора А  в  регистр R0

 

2. Выполнить действие 1010110B : 1011B, 9ABH+6E5H

2.1 Делим число 1010110₂ на 1011₂

 

Получаем 1010110₂ : 1011₂ = 111,(110100010)₂

2.2 Складываем  числа 9AB₁₆ 6E5₁₆ в столбик. При сложении чисел из одного разряда получается, что сумма больше 16, в этом случае от суммы отнимаем 16, оставшееся число записываем в этот разряд, а единицу переносим в старший разряд.

6E5₁₆+9AB₁₆=1090₁₆

3. Перевести числа в шестнадцатеричную систему счисления 521; 365,5Q.

3.1. Делим число 521₁₀ на основание 16 для перевода  в шестнадцатеричную систему.

Получаем 521₁₀=209₁₆

3.2. Воспользуемся таблицей 1 для  перевода числа 365,5₈ в двоичную систему счисления.  Заменяем каждый разряд на код из таблицы 1.

 

 

 

 

 

Двоичная СС	Восьмеричная СС
000	0
001	1
010	2
011	3
100	4
101	5
110	6
111	7

Таблица 1 –  значение двоичных и восьмеричных чисел

 

3₈=011₂; 6₈=110₂;       5₈=101₂;